板料冲压仿真技术及其发展

HEATS

　　板料冲压仿真分析CAE是CAE大家族中应用非常广泛的一个分支，它包括塑性成形CAE、铸造成形AE、塑料注射成形CAE等，应用于工程实际，可以帮助确定毛坯几何形状尺寸，预测零件成形过程中的破裂、起皱及回弹等成形缺陷，还可以分析零件的冲压成形性能，对工艺方案和工艺参数进行优化等。

- y/ i0 H: \8 l" H

　　国内应用现状

$ w" b( q/ f& ^

　　20世纪90年代，板料冲压仿真分析应用的重点逐渐转移到复杂型面覆盖件的工艺分析上，在这个时期，国际上出现了众多的商品化软件(见表)。

8 F; I) I9 t r6 _( O

　　当前，板料成形仿真领域的研究集中在几个方面：揭示零件几何形状、模具几何形状及结构、材料类型及性能参数等各种因素对成形结果及成形性能的影响；通过引入知识工程等技术，进一步提高成形模拟精度及仿真计算效率；此外，随着对冲压产品的环保、高质、轻型化要求的提高，业界提出了“第二代虚拟冲压仿真”软件的概念。

# z8 H! [3 @* h: M$ p

　　我国关于板料冲压仿真技术的研究始于20世纪80年代后期，经过十几年的发展，取得了许多有价值的研究成果，相继开发了具有我国自主知识版权的板料冲压成形仿真软件，如吉林大学同拓金网格模具中心开发的KMAS软件、北京航空航天大学的SheetForm、湖南大学的CADEM软件等。

! k8 [9 l) v" l( } & @* x" I0 F W; R

　　纵观板料成形CAE技术在我国的研究、发展及应用情况，可以看出，在我国该项技术仍主要集中在各高校之中，缺少研究部门和工业部门之间的密切合作，这种情况大大限制了该项技术在我国的推广及应用。另外，大多数板料成形仿真软件在实际使用过程中，需要操作者具有一定的专业知识、理论水平、模拟技巧和经验，尤其对于复杂覆盖件的成形仿真，仿真结果的正确性对操作者的依赖性更强。这些特点使此类软件更多的是面向专业分析人员，而非广大的产品、工艺及模具设计人员，从而使其解决实际问题的能力受到了很大限制，也限制了该项技术在我国大多数中、小型企业中的广泛应用。

9 x- r f+ U4 _2 P% D+ Q

　　发展趋势

0 z8 ]$ d; x" K/ `* A* r 8 p+ V( ~+ O. p2 n& L- H

　　现代工业生产对冲压产品的“精、省、净”要求，以及先进冲压成形技术的形成和发展，为新一代冲压成形仿真技术提出了一系列新的要求，总的来看，该项技术的发展趋势包括：

　　进一步提高仿真精度和效率。重点突破残余应力计算及回弹预测的准确性；发展快速有限元仿真技术，实现“当天工程”、甚至“2小时工程”；同时，加强基础理论及相关的实验研究，以更好地解决复杂变形路径等基础性问题。

9 W' k6 _5 _1 u: M* m ' s8 A d4 g1 ?9 g

　　加强初始化设计环节的研究。初始方案作为计算分析的起点和方案修改的基础，至今仍靠有经验的技术人员来完成。迫切需要将知识库工程(KEB)、专家系统(ES)、人工智能(AI)、现代设计方法等与有限元仿真软件相结合，实现智能化初始方案的确定，减少对工艺专家的依赖。

　　加强与基础试验的结合。材料性能参数、摩擦状态、起皱与破裂判据等数据都来自试验，其真实性、准确性是限制仿真分析精度和可靠性的重要因素之一。尤其对某些新材料，更需要依赖大量的基础试验建立和确定能精确描述其变形行为的本构模型。

/ R' I6 w1 k, t

　　提高成形分析的能力。主要是提高对复杂形状结构覆盖件的起皱、破裂、回弹的预测能力；提高对非比例及循环往复加载等复杂加载方式下材料变形的跟踪分析能力；不仅提高对拉深工序的成形仿真及回弹预测能力，而且提高相应翻边、切边等工序的回弹预测能力。

　　提高工艺条件的优化能力。借助神经网络、遗传算法、现代优化设计方法、敏感度分析等数学方法来实现对主要工艺参数的优化，对板材成形，尤其是复杂覆盖件的成形过程进行分析，并得到有关坯料几何形状、压边力、拉延筋布局及尺寸等的优化工艺条件，用于指导工艺条件的优化调整。 $ v( _1 O9 J1 E1 J \9 B【MechNet】