1沖壓成型過程的CAE分析

　　目前，隨著非線性理論、有限元方法和計算機軟硬件的迅速發(fā)展，薄板沖壓成型過程的CAE分析技術日漸成熟，并在沖壓模具與工藝設計中發(fā)揮了重要的作用。目前的金屬板料成形CAE系統(tǒng)已能提供以下分析和模擬結果：材料的流動、厚度的變化、破壞、起皺、回彈，以及殘余應力和應變，用以預測產品設計和加工工藝的合理性。其應用可以貫穿產品和模具開發(fā)的全過程，比如：可以在產品設計階段對設計師提出產品沖壓可行性分析：可以在模具設計階段對設計師的設計方案進行模擬和驗證;還可以在修模過程中提供直觀形象的指導。

　　沖壓成型過程的CAE分析實質上是在計算機上模擬板料變形的全過程，從而判斷沖壓工藝方案的合理性。由于每次模擬就相當于一次試模過程。因此在沖壓成型過程中應用CAE模擬技術，可以顯著地減少試模次數，縮短新產品開發(fā)周期，并降低開發(fā)成本。比如：PAM-STAMP2G在模具設計中的應用就是一個例子，PAM-STAMP2G是法國ESI公司開發(fā)的板金成形過程的有限元計算機模擬求解方案。它整合了從模具設計的可行性、快速模面生成與修改到沖壓過程的模擬等環(huán)節(jié)。它包含三個主要功能模塊：1)DIEMAKER：用于快速生成壓科面及工藝補充面：2)QUIKSTAMP：用于快速評估成型模具：3)AUTOSTAMP：用于精確評估成型模具。

　　又如在汽車覆蓋件的拉延模設計中，合理設計工藝壓料面和工藝補充及壓延筋可以在很大程度上避免起皺、拉裂以及拉伸不足等制造缺陷。利用PAM-STAMP可以建立多個方案進行計算，優(yōu)選出或優(yōu)化得到較為滿意的模面和壓延筋，作為模具設計的參考和依據。而使用AUTOSTAMP中的展平(Flattening)功能得到的板材優(yōu)化曲線，可以用來作為壓料面的外邊界參考.

　　成型CAE在模具設計中的應用，實際上是對模具設計方案進行評估優(yōu)化的過程。合理應用CAE技術在板料設計中的應用，可以避免和減少傳統(tǒng)模具設計方法產生的浪費、失誤甚至報廢，有效地提高模具開發(fā)的效率，降低開發(fā)成本.

　　2虛擬制造和裝配在沖壓成型中的應用

　　虛擬制造和裝配是基于計算機生成的虛擬環(huán)境。對實體模型進行模擬制造裝配的過程，并對裝配過程和裝配結果進行分析和驗證。以多彎曲型材的制造為例，多彎曲型材由于其截面形狀復雜、尺寸精確等特點，正越來越多地用于機械、建筑、裝飾等行業(yè)。但長期以來，多彎曲型材的制造通常都是以多個簡單沖模多次反復沖壓折彎逐步制造成形的。彎曲件的彎曲形狀越復雜，工序越多，工件逐步成形的過程也越多，調試和試模過程也隨之越長，將虛擬制造技術引入之后。將要制造的多彎曲型材的變形工藝過程正確建模后，可以通過計算機生成的虛擬環(huán)境對其要求的中間的過程進行模擬。根據中間結果可以調整模具的參數，這樣可大大節(jié)省試模時間和次數傳統(tǒng)沖壓生產技術投資大、周期長、制造成本、裝備復雜程度難以估計，隨著非線性理論、有限元方法和計算機軟硬件的迅速發(fā)展。為滿足市場的需求，虛擬制造技術被廣泛應用于現代制造模式中，比如：沖壓成型過程的CAE分析，虛擬裝配在沖壓成型中的應用等.虛擬制造己實現了從產品的設計、加工制造、裝配到檢驗全過程的動態(tài)模擬.使企業(yè)能夠以較低的生產成本獲得較高的設計質量，縮短產品的發(fā)布周期，提高了企業(yè)生產效率.

　　在沖壓件的裝配中，虛擬裝配技術能起到獨特的作用，以汽車車身沖壓件組成部件為例，它的組成不僅體積大、數目繁多，并且相互之間的運動聯(lián)系也非常復雜，這導致各沖壓件的裝配序列和彼此之間的裝配尺寸難以確定。如果按照傳統(tǒng)的人工試湊裝配方法進行裝配，不但費時費力，有時甚至由于部件相互之間存在干涉導致無法完成組裝成功。針對上述闖題，可應用虛擬裝配技術來解決車身沖壓件組裝的難題。在建立有關沖壓件三維模型類庫的基礎上，構建虛擬環(huán)境以完成各零部件的裝配過程，并運用仿真手段對裝配結果進行驗證。因此，操作人員通過與裝配過程進行實時信息反饋和交互，可以直觀地看到自己的組裝結果，并且在此基礎上進行各部件間的干涉檢驗及布局調整，從而真正利用虛擬現實的手段實現裝配路線的合理規(guī)劃。

　　沖壓線實體建模的核心問題是解決如何在虛擬環(huán)境中表達和存儲沖壓各零部件的數據信息，使之能夠全面支持裝配工藝規(guī)劃、裝配分析與評價以及為裝配仿真提供所需的信息數據。因此，裝配模型是進行虛擬裝配的信息基礎和前提條件.

　　建模工作產生的所有的計算機模型格式主要采用CATIAV5文件，也可利用其他CAD系統(tǒng)(如Pro/E、AutoCAD、UG)等來建立，利用中性文件格式進行轉換。沖壓件模型庫是構成虛擬環(huán)境的主要內容，是沖壓件實物數字化的過程。為了讓虛擬環(huán)境系統(tǒng)更貼近真實，必須對數字模型作光線、色彩、紋理聲音等方面的處理，使得虛擬裝配仿真達到視覺上的逼真。對汽車車身沖壓線這類復雜多造型實體的渲染過程，可以通過為造型構造LOD的方法來減少實時繪制的開銷，從而加快瀏覽速度。LOD是細節(jié)層次模型(Level Of Detail)的英文簡稱，其主要思想是對于同一實體，根據其在虛擬場景的距離、視覺特性等規(guī)則，構造一組可顯示不同多面體數量的三維模型。在模型驅動時根據所制定的規(guī)則，選擇相應的顯示層次，從而達到實時簡化模型，而又不影響視覺效果的目的.

　　應用虛擬裝配技術，通過對虛擬沖壓件裝配后的運行過程進行仿真驗證，替代了原有的實物模型預裝配。組裝人員通過虛擬裝配的手段實現沖壓件裝配路線的合理規(guī)劃。可有效改善沖壓件的裝配工藝。對于縮短組裝周期、提高組裝質量、降低組裝成本有重要的理論與現實意義.

　　除此之外，在技術的先進性方面，應該根據企業(yè)實際要求不要過度追求世界領先，以解決實際問題，力爭盡快創(chuàng)造效益。比如：1)建立企業(yè)網和工程數據庫，初步實現CAD、CAPP、CAM功能;2)進行信息集成推行PDM技術、特征建模技術，形成一個CAD、CAPP、CAM的集成系統(tǒng)：3)首先在設訐、工藝、制造部門建立統(tǒng)一的產品模型。初步實現并行工程：進一步將企業(yè)管理方面的MIS、MRPII與CAD/CAM系統(tǒng)進行集成，實現全廠范圍內的信息集成。全面實現并行工程;4)在上述工作的基礎上，對企業(yè)內的生產、經營等多方面的活動進行建模、仿真，實現虛擬制造.

　　總之，基于產品的數字化模型，應用先進的系統(tǒng)建模和仿真優(yōu)化技術，虛擬制造實現了從產品的設計、加工、制造到檢驗全過程的動態(tài)模擬，并對企業(yè)的運作進行了合理的決策與最優(yōu)控制.虛擬制造以產品的“軟”模型(Soft Prototype)取代了實物樣機，通過對模型的模擬測試進行產品評估，能夠以較低的生產成本獲得較高的設計質量，縮短了產品的發(fā)布周期，提高了企業(yè)生產效率。企業(yè)的生產因為虛擬制造技術的應用而具有了高度的柔性化和快速的市場反應能力，因而市場競爭能力大大增強。作為一種先進的制造模式，虛擬制造的應用范圍必然會不斷擴大，給更多的企業(yè)帶來更大的收益.