CAE技术:模具设计的一把利器
在挤压模具及工艺设计中的应用在体积成形工艺虚拟试模中,用得比较多的是Deform软件,Deform是一套基於有限元的工艺仿真系统,用於分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺。通过在电脑上类比整个加工过程,指导工程师和设计人员设计模具,减少昂贵的现场试模成本,从而提高工模具设计效率,降低生产和材料成本,缩短新产品的研究开发周期。锻造、拉深、挤压、轧制、旋压等多种塑性成形工艺都可以在电脑上进行虚拟试模,并且还可以进行模具应力、弹性变形及破损分析。
在挤压工艺模具设计过程中,可以借助CAE仿真技术实现挤压工艺的制定以及关键模具尺寸的设计。图1至图3是某产品的正挤、正反复合挤、反挤工艺的模拟计算结果。通过运用CAE技术对原有工艺及模具进行优化设计,取得了良好的效果。
图1 正挤模拟过程结束时的等效应变
图2 正反复合挤结束时的等效应力分布
图3 反挤结束时的等效应变应力分布图在冲模设计中的应用
在板料成形虚拟试模中,Dynaform用得较多。Dynaform方便易用且包含许多自动功能,可以方便地解决最复杂的成形问题。Dynaform包含完整的CAD、前处理功能、分析功能及後处理功能。Dynaform支持Windows、LINUX及UNIX操作系统,为用户提供了一套功能齐全且价格低廉的解决方案。运用CAE技术模拟冲压成形过程来指导模具设计,可以大大节省试模成本,提高模具设计质量。
在冲模设计中,同样可以借助CAE仿真技术实现对工艺及模具结构的改进与优化。图4为利用冲压工艺生产的某飞机零件。如图5所示,通过对原有成形工艺的CAE仿真可以发现,材料局部区域没有充分拉伸,而另外的区域却严重减薄,导致成形件出现明显品质问题。
图4 飞机零件模具示意图
图5 初试设计的冲压缺陷针对这些成形缺陷,通过修改模具结构,在适当位置布置拉延筋改变局部材料流动,从而使材料流动趋於均匀,消除了成形缺陷。图6和图7就是修改模具结构後的分析结果,基本上达到了比较理想的状态。
图6最终设计的产品减薄率
图7成形极限图利用Dynaform软件虚拟试模,能大大降低模具设计开发过程中的试模时间与费用。它能预测板料在成形过程中的成形性能,如拉裂、起皱、减薄、压痕及回弹现象,从而对模具设计提供指导。
在注塑模具设计中的应用
在注塑CAE技术中,目前用得比较多的是Moldflow公司的MPI(Moldflow Plastics Insight)。该软件可以模拟整个注塑成型过程,优化制件设计、模具设计和注塑成型过程,进行塑料流动模拟和热塑性塑料填充和保压过程模拟。同时可以优化最佳浇口位置,进行成型参数优化和流道平衡等,甚至还可以模拟压力控制和体积控制的气体辅助注塑成型过程。
在注塑模具设计中,同样可以借助CAE仿真技术实现对工艺及模具结构的改进与优化。图8至图10是CAE技术在指导塑料产品和模具设计中的应用。图8是产品的初始设计,通过CAE仿真技术计算产品Z方向的变形量为18.8mm,通过调整工艺和模具结构,变形量能降低3mm,始终很难明显的降低变形量。最後通过更改产品的设计,变形量得到了明显的降低,更改产品後,Z方向的最大变形量为7.1mm,这样的结果用户基本上能够接受。图9是更改後的产品结构图,在产品的背面增加了肋条。图10、图11是产品更改前後的变形量。
图8产品的初始设计 图9产品更改後的设计
图10初始产品的变形量图 图11产品更改後的变形量
文章关键词: CAE技术、模具设计
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