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标题: 模具技术分享 | 汽车外板件模具全工序冲压模拟技术开发... [打印本页]

作者: thinkdesign 时间: 2017-9-29 14:46
标题: 模具技术分享 | 汽车外板件模具全工序冲压模拟技术开发...
本帖最后由 thinkdesign 于 2017-9-29 14:50 编辑

   模具是基础装备制造业的重要组成部分，是制造业各有关行业产业升级和技术进步的重要保障之一。随着时代的进步和科技的发展，过去长期依赖钳工、以钳工为核心的粗放型作坊式的生产管理模式，正逐渐被以技术为依托、以设计为中心的集约型现代化生产管理模式所替代。模具制造过程的前移，使调试问题被提前到加工数模设计乃至冲压工艺设计阶段解决，已经成为当前被广泛应用的模式。

   目前，国际模具领先行业已广泛采用CAE 模拟仿真技术，通过前期的仿真模拟，提高模具设计质量，减少返工返修时间，提高装配、调试的效率，最终缩短调试周期，降低调试成本。其模具设计和调试过程，已经真正形成了一个闭环制造系统。

   东风模具是业界处于领先地位的模具制造商，率先在国内对模具全工序冲压模拟技术做了系统的、全面的开发与应用，从技术上逐渐缩小与发达国家模具制造水平的差距，更好地满足国内汽车工业对高端覆盖件模具的需求。

一、总体思路

   （1）应用虚拟冲压调试技术，在冲压工艺设计阶段实现虚拟调试，提升工艺设计水平，缩短调试周期。
   （2）研究基于AUTOFORM 全工序模拟分析（SIM-MP-TB）技术，改进现有的SIM 工作流程；建立全工序冲压模拟及回弹补偿的技术标准（评价标准、经验值、标准作业书）。
   （3）掌握精细化模面修正技术（A 级曲面、间隙和挠度的修正），解决轿车覆盖件的外观缺陷。建立外板表面缺陷的判断基准，建立表面缺陷的历史经验数据，积累经验，减少调试人员的工作量。

二、主要内容及技术方案

   1、全工序成形模拟技术
   目前，东风模具使用的AUTOFORM是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，它采用静力隐式算法进行求解，采用了全拉格朗日理论，由于对壳单元面内和横向刚度都进行了解耦，消除了刚度矩阵的病态，保证了计算的收敛性，求解速度很快。该软件可自动进行网格剖分，自动生成和交互修改压料面、工艺补充部分、拉伸筋、凹模入口线、板坯材料等网格，可以自由选择调整冲压方向，产生工艺切口，模拟重力作用、压边、成形、修边、回弹等全工序或工艺过程。

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   在冲压工艺设计中应用AUTOFORM软件仿真模拟，一般分为三个阶段：

   第一阶段是快速模面设计。在冲压工艺设计初期，用CAE软件中的快速模面设计模块设计并调整拉延工艺补充面，根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。

   在前期工艺设计阶段能够改善的工艺参数有以下几点：
   （1）调整冲压方向，改善缺陷处的拔模角。
   （2）调整压料面的高低，以及局部的光顺性。
   （3）通过改善工艺补充的型面，来控制材料的流动方向。
   （4）通过改变拉延筋的阻力，来调整材料的流入量。
   （5）通过改变板料的形状，以及增加刺口和切角等手段来控制材料流入。
   （6）通过改变板料的材料性能，来解决缺陷问题，此方法需要得到产品设计人员的认可。

   第二阶段是拉延型面的精细化仿真模拟。由于快速设计是建立在曲面的粗略构造上，曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，不能够直接用于模具表面的加工，但是对于模拟精度的影响却不是很大。因此要将第一阶段分析构造的曲面和Profile 以中性数据格式IGS 或VDA输出，在CAD 软件中进行曲面重构，得到机加工可以使用的拉延工序模具数模并进行模拟分析。此阶段的模拟分析结果直接反映出覆盖件的成形过程及产生的缺陷。工艺设计人员可以根据模拟分析过程及结果，分析缺陷产生的原因，找到解决问题的方法。

   第三阶段是全工序冲压模拟。这个阶段主要是考证后序翻边整形工序是否合理，以及判定回弹的量。如果翻边时仍产生开裂与起皱，则需要重新调整工艺，同时对回弹量进行修正补偿。

   2、回弹与回弹补偿技术
   起皱、破裂和回弹是薄板成形中三种主要的质量缺陷，其中回弹是最难控制的，因为涉及到回弹量的准确预测，且不同材料和不同形状的冲压件的回弹规律差别很大。回弹问题的存在会影响冲压件的形状尺寸精度和表面质量，进而影响整车装配。

   东风模具从2009 年开始采用Think Design GSM 模块修正冲压回弹补偿。但当时的应用处于较低的水平，采用的技术方案是：根据调试模具实物结果反馈的尺寸，人工修改回弹造型，然后修改模具。这是一种事后的、基于实物手工测量结果的措施，无法从根本上解决反复现场加工调试的问题。

   与Think3 厂家多次技术交流和对需求的了解，针对东风模具的实际需求，提出相应的冲压件钣金回弹处理系统：TD Compensator，实现回弹补偿过程的自动化。此系统能够在保持原有曲面的质量上对模具型面进行修改，修改后的型面保持和原先型面相同的曲面拓补结构和曲面质量。该系统通过AUTOFORM 进行全工序模拟分析，利用Think Design 模块读取模拟分析MESH 结果，自动进行回弹补偿模面设计，获得最佳曲面质量，节省MP 设计时间40% ～ 80%，实现把回弹补偿数据加入到NC 加工数据中，在模具调试前对回弹进行预测和补偿，减少车间的反复加工、调试修改。

   实施本项目的关键是：

   （1）所有零件实施了全工序模拟。
   （2）采购Think3 的回弹补偿模面设计模块（读取AUTOFORM MESH 数据的方式）。
   （3）研究基于AUTOFORM 全工序模拟分析（SIM-MP-TB）技术，改进现有的SIM 工作流程。
   （4）建立全工序冲压模拟及回弹补偿的技术标准（评价标准、经验值、标准作业书）。
   （5）制定本技术的长期发展计划（从内表件到外表件，从薄板到厚板和高强度板，从MESH 数据到扫描点云数据）。

   3、外板件表面缺陷的CAE 预测
   一直以来，我们认为凹陷、滑移与产品设计方案相关，很难从工艺设计、调试的角度解决，没有采取有效的技术措施，一旦发生缺陷，往往依赖现场调试减轻缺陷，而顾客默认接受缺陷。

   为了解决上述问题，近年来，东风模具运用AUTOFORM 模拟分析技术，在门外板、顶盖等零件上开展了A 面修正技术的尝试( 见图2)。以零件为单位，制定零件凹陷部位图表，通过对凹陷实际数据的测量，制定“凹陷过隆”补偿标准和“强压”间隙标准；制定“过隆”补偿研磨标准作业书。用未修正的数据做模拟分析找到A面塌陷结果，确定拉延模A 面修正方案。

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   4. 建立冲压模拟分析标准
   （1）为了规范AUTOFORM 软件的使用操作，避免由于软件参数设置不正确导致的运算结果不一致的情况，我们结合公司的实际情况，完成了《AUTOFORM 软件使用指令标准作业书》、《AUTOFORM软件操作说明书》及《CAE 文件的命名规范》的编写。
   （2）为了完善CAE，建立了《CAE分析检查表》和《CAE分析典型件常见不良案例》。
   （3）制定《CAE 成型品质保证单及调试跟踪记录卡》，跟踪对比CAE 模拟与车间调试的符合率情况。
   （4）制定合理的CAE 判断标准及SIM 分析风险（V1V2V3）评价标准，对起皱、变薄、板料厚度、滑移线、表面缺陷等指标作出量化规定。
   （5）CAE 模拟分析材料库参数的修订和调试板料验证。

三、应用情况实例

   1、D23 项目侧围零件
   图3 为D23 侧围案例，由于在模拟阶段忽略了后工序的模拟，后序翻边的现场调试时由于多料而出现起皱叠料，我们通过CAE 验证分析，得到了与现场调试一样的结果。通过修改OP40 的整形形状，改善了此处的起皱问题。

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   2. Z982 项目侧围零件

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   （1）CAE 分析有开裂起皱风险，现场调试与CAE 一致，加筋，但未彻底解决问题（见图5）。

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   （2）CAE 分析有起皱风险，现场调试与CAE 一致，改筋，增加阻力（见图6）。

图６[attach]14008[/attach]

   （3）CAE 分析有起皱风险，现场调试与CAE 模拟一致，没有对策。

   （4）下死点5mm 处时有起皱风险，调试时拉延模此处有皱，产品此处有皱( 见图7)。

图7[attach]14009[/attach]

   （5）CAE 分析6、7 处有滑移，通过外压料圈降筋增加流入量解决( 见图8)。

图８[attach]14010[/attach]

   3. 门外板凹陷预测及改善对策
   CAE 模拟结果三处有凹陷——V1 缺陷，对策是参考CAE 分析结果，结合现场调试数据，根据零件类型制定TB 补偿方案( 见图9)。

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   4. 左/ 右前纵梁下加强板进行全工序模拟后回弹补偿
   图10 是我们对左/ 右前纵梁下加强板进行全工序模拟后回弹补偿的案例：

   采用AUTOFORM 分析，提供原始数模、原始网格和成型网格，导入Think　Design Compensator 自动回弹补偿修改时间：32min（其中条件设定：25min，回弹计算：7min），整改回弹的过程需30min。

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   效益评估：
   （1）曲面连续性可达到G2 连续，达到A 级曲面要求，保证了原有曲面的拓扑关系和曲面数量。
   （2）之前处理类似工件需要3 ～4h，现在的设计时间可以节省65% ～ 79%，效率提高了2 ～ 4 倍。
   （3）减少了反复修改的重复劳动。

四、效益分析

   通过CAE 技术的应用，缩短了调试周期40% ～ 50%。更重要的是，汽车覆盖件的质量得到了大大的提高，其意义超过了缩短制造周期本身。

   自动进行回弹补偿模面设计，获得最佳曲面质量，节省MP设计时间65% ～ 79%，效率提高2 ～ 4 倍。实现了把回弹补偿数据加入到NC 加工数据中，在模具调试前对回弹进行预测和补偿，减少车间的反复加工、调试和修改。不良率得到降低，保守估计在5% 以上，部分项目可减少试模1 ～ 2次，节省了直接成本。

   该项目成功应用于轿车覆盖件模具的开发和制造，通过全工序模拟，提前预测和解决模具调试阶段可能出现的各类缺陷，缩短了模具制造周期，提高了零件品质，具有良好的经济效益。

五、总结与展望

   东风模具率先在国内针对模具设计模拟技术进行了系统性的研究，并开发了一整套模具设计模拟的技术规范和流程，成功地应用于公司各个项目的模具设计和模具制造，使得模具设计质量得以提高，制造周期有效缩短，钳工、调试人员的劳动强度明显降低，东风模具的设计能力、制造能力和模具品质得到显著提升，产生了巨大的社会效益，在国内汽车模具行业具有极强的推广应用价值。

作者: guitarist 时间: 2017-12-24 16:55
赞一个zzzzz

作者: zhou18073895616 时间: 2018-1-6 10:23
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作者: 彬彬有礼 时间: 2018-2-8 14:59
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作者: quyi0914 时间: 2018-2-12 07:37
谢谢分享，学习了

作者: xixuebaimeigui 时间: 2019-4-10 16:49
谢谢，好东西！

作者: tyb1988 时间: 2020-7-4 17:11
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作者: 萌恋 时间: 2020-7-5 08:26

作者: 达达小人 时间: 2021-12-16 18:14
很好，经验很丰富。

作者: yu630465 时间: 2022-1-17 21:42
好东西，谢谢楼主

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