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塑性成形中的CAE应用——CAE 在汽车冲压件生产工艺中的优化应用摘要:汽车冲压件在设计过程中采用快速冲压可行性分析,结合有限元软件和CAD 软件的造型功能,通过合理地分析、排样, 达到节省材料、降低生产成本的目的, 采用一步成形法有限元技术与增量有限元技术相结合的方法,分析设计出合理的工艺方案,并在生产实际中得到有效应用。
关键词:排样;冲压可行性;生成成本;CAE 技术汽车是国民经济和现代生活中不可缺少的一种交通工具,汽车工业是一个国家工业化水平的代表性产业,它的兴衰成败又决定和影响着一大批工业产业的发展。
以CAD和CAE为代表的计算机技术的出现使汽车的设计过程和设计理念也有了革命性的变化。
钣金冲压件在卡车中总重量超过1/ 2 ,在轿车中达到3/ 4。
随着经济全球化和一体化的不断发展, 汽车制造企业之间的竞争日趋激烈, 汽车冲压件更新换代的步伐不断加快。
汽车冲压件设计制造中焦点问题是如何在保证质量的前提下达到成本最低; 同时进一步缩短冲压件的开发周期,也是汽车冲压件成为竞争取胜的决定因素。
随着计算机技术的不断发展, CAE(计算机辅助工程) 技术目前已经在各大汽车模具厂广泛用于产品模拟分析、冲压件成形过程分析。
通过提前对产品可能出现的成形缺陷进行研究, 预示汽车冲压件成形的可行性。
通过计算机数值模拟技术, 达到在设计阶段对冲压件质量进行预测, 控制成本, 提高产品工艺设计的合理性, 减少因为设计的错误而造成返修。
应用于汽车冲压件分析的主流软件是增量求解软件, 由于增量求解软件在前处理阶段花费大量的时间,计算速度相对较长,它非常适合冲压工艺最后验证阶段使用。
一步成形技术可以在冲压件设计和早期工艺设计阶段发挥设置简单、求解速度快的优势,如果把一步成形法和增量求解法相结合,就能达到兼顾精度、提高效率的目的,目前这类方法在汽车工业界被广泛地采用。
2 降低成本措施及可行性分析2. 1 降低成本降低汽车冲压件生产制造成本包括降低材料成本、生产成本、人力成本等, 其中降低生产成本和降低人力成本的空间已经很小, 现在对于材料成本的控制显得更为迫切。
塑性成型中CAE的应用CAE在塑料模具设计中的应用10709010432 易湘CAE ( Computer Aided Execution)(31即计算机辅助工程技术，它出现是计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM )技术向纵深方向发展要求。
一般M为它是一个包含数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真等内一个综合性软件系统，其核心技术是工程问题模型化和数值实现方法。
就塑料模具计算机辅助工程技术而言，它主利用高分子流变学、传热学、数值计算方法和计算机图形学等基本理论，对塑料成型过程进行数值模拟，模具制造之前就可以形象、直观计算机屏幕上模拟实际成型过程，预测模具设计和成型条件对产品影响，发现可能出现缺陷，为判断模具设计和成型条件是否合理提供科学依据。
计算机技术快速发展，对各种塑料成型过程模拟成为塑料加工业研究热点。
下面介绍一下CAE技术注射成型和气体辅助注射成型。
（一）注射成型注射模CAE中，可作充模流动、保压、冷却及翘曲变形等分析。
充模流动分析主要可以作以下工作:优化浇注系统，包括平衡流动基础上确定合理流道尺寸、分布及最佳浇口数量、位置和形状;优化注射工艺参数、流动前沿分析;熔接线和气穴位置分析;压力场、温度场和速度场分析。
保压过程是指到满意制品，充模结束时仍需较高保压压力作用下向型腔内继续注料，以弥补温度、压力变化造成体积收缩。
保压过程实质是补料，主要用于预测熔体型腔补料与压实过程压力场、温度场，计算体积收缩和型腔剪切应力及密度变化情况。
冷却过程中熔融塑料发生固化，固化过程中放出热量模具由冷却介质带走。
该过程中模具型腔温度高低及均匀性直接影响到注塑件生产效率和质量。
苌主要设计参数包括:冷却，管道尺寸、位置及各冷tp管道连接关系等几何参数和冷却介质流量、进口温度等物理参数。
一个好冷却系统应该使模具达到快速、均衡冷却，以减少冷却时间，提高成型效率，并减少或避免塑件翘曲变形、残余应力及表面质量缺陷等，提高产品质量。
塑性成形CAE教学大纲-山东大学课程中心《塑性成形CAE》教学大纲一、本课程的性质和任务《塑性成形CAE》是材料成型及控制工程专业模具方向的主干课程之一，其任务是根据已有的专业基础知识，掌握如何应用常用的有限元仿真软件解决实际工程问题。
主要介绍材料塑性成形数值模拟过程中应用非常广泛的两种有限元模拟分析软件：用于板料成形分析的Dynaform软件和用于体积成型分析的Deform软件。
本课程重点以工程实际问题为例，详细讲解用塑性成形分析软件解决问题的过程，掌握用板料成形软件DYNAFORM和体积成形软件DEFORM的模型建立、网格划分、前处理、计算求解及后处理分析等过程，特别是根据后处理分析结果，预测塑性成形过程中裂纹、起皱、减薄失稳等缺陷，进而指导实际的生产过程。
通过对本课程的由浅入深的应用实例的完整介绍和学习，使学生初步掌握应用CAE分析软件解决工程实际问题的技能，为今后的工作打下良好的基础，以满足用人单位对板料成形CAE分析人才的迫切需求。
二、本课程的基本教学要求(1) 掌握塑性成形CAE基本概念，有限元法的基本概念，有限元法分析的基本过程。
(2) 掌握体积成形模拟软件DEFORM和板料成形模拟软件DYNAFORM的操作和使用，能使用上述软件分析各种塑性成形过程的金属流动以及应变、应力、温度等物理场的分布，提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、缺陷形成等信息；提供模具仿真及其他相关的工艺参数分析数据。
三、课程内容与学时分配（24学时）第一部分塑性成形CAE基础知识总共2学时第一章绪论1.1 课程简介1.2 塑性成形CAE特点1.3 课程任务要求第二章有限元基础知识2.1 有限元方法概括2.2 有限元分析的步骤2.3 有限元网格划分2.4 有限元法分析的实例第二部分板料成形软件DYNAFORM 总共11学时第三章初识ETA/DYNAFORM 1学时3.1 系统结构概述3.2模型的建立3.3 DYNAFORM分析过程的流程第四章S梁的成形过程分析实例 5学时4.1 数据库操作4.2 网格划分4.3 定义压边圈4.4 快速设置4.5 分析参数设置与求解计算4.6 后处理分析4.7 分析报告手册自动设置分析实例-双动拉延成形 2学时第五章圆筒形制件的拉深成形过程分析3学时5.1 圆筒形制件的工艺分析5.2 创建三维模型5.3 数据库操作5.4 网格划分5.5 传统设置5.6 设置分析参数及求解计算5.7 后置处理第三部分体积成形过程模拟软件DEFORM 总共11学时第六章DEFORM6.1软件及功能介绍 1学时6.1 DEFORM软件简介6.2 DEFORM6.1的主界面6.3 DEFORM-3D软件的模块结构6.4 DEFORM-3D操作流程概述第七章方砖墩粗成形过程分析4学时7.1 DEFORM模拟的前处理设置7.2 启动求解器进行模拟运算7.3 方砖墩粗后处理结果分析第八章方环墩粗模拟分析2学时8.1 创建新项目8.2 创建新对象8.3 设定对称边界条件8.4 对象间关系的设定8.5 模拟控制信息设定和生成数据库8.6方环墩粗后处理第九章道钉成形模拟分析4学时9.1 工件与外界的热传导模拟9.2 工件与下模热传递模拟9.3 第一锻造过程9.4 锻造第二过程四、教材主讲教材：《塑性成形CAE》，张存生编，山东大学讲义, 2013年。
《装备制造技术》2008年第12期随着科技的进步，计算机水平的日益发展，CAD/CAE/CAM 技术在现代模具设计生产中被广泛的应用。
使用计算机辅助技术不仅能够提高一次试模成功率，而且可以使模具设计和制造在质量、性能及成本上都有很大程度的提升。
图1给出了使用CAD/CAE 技术进行模具设计和制造的基本过程。
1注塑成型CAD/CAE 的内涵1.1计算机辅助设计（CAD ）计算机辅助设计系统由硬件和软件组成。
其中硬件主要就是指计算机系统，包括主计算机、工作站、终端和输出设备等。
软件包括系统程序、专业应用程序和各种辅助程序。
计算机辅助设计的过程主要包括以下两个环节：在样品或图纸基础上利用CAD 软件进行三维造型；在真实感效果评价满意的基础上进行模具CAD 设计。
1.2计算机辅助工程分析（CAE ）CAE 技术是一门以CAD/CAM 技术水平的提高为发展动力，以高性能计算机和图形显示设备为发展条件，以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法理论为基础的一项较新的技术。
注塑成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。
因此，对于新产品的试制或是一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品，即使是具有丰富经验的工艺和模具设计人员，也很难保证一次成功地设计出合格的模具。
所以，在模具基本设计完成之后，可以通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一次试模成功率，降低企业生产成本。
注塑成型CAE 分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据。
1.3注塑成型CAD/CAE 的特点随着CAD/CAE/CAM 技术在模具行业的广泛应用，传统的模具设计、制造方法必将被取代，其强大的优势主要表现在以下几个方面。
（1）缩短模具制作周期。
CAD 系统内容丰富并且功能强大，在CAD 数据库中存有大量模具标准件信息，并且专业的CAD 系统还可以提供模具设计的专家辅助系统，其中包含各类经验设计参数和常用设计方法可以减少设计人员因经验不足而不得不反复修模花去的时间，从而大大简化常规设计的过程。
机械制造基础-塑性成形引言塑性成形是机械制造中常用的一种方法，通过对金属材料施加压力，使其发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
塑性成形广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑等领域。
本文将介绍塑性成形的基本原理、常见的塑性成形工艺以及其在实际生产中的应用。
塑性成形的基本原理塑性成形是通过施加力量使金属材料发生塑性变形的一种加工方法。
金属材料在受到外力作用下会发生原子间的位移和形变，从而改变其晶体结构和形状。
塑性成形的基本原理可以归结为以下几个方面：1.塑性变形特性：金属材料具有较高的延展性和塑性，可以在外力作用下进行塑性变形，而不断变形后回弹至初始形状。
这种特性使得金属材料适合进行塑性成形加工。
2.金属的流动性：金属材料具有较好的流动性，即在塑性变形过程中，金属材料可以顺应应力分布的变化，在不同部位形成不同的变形形状。
这种流动性使得金属材料能够通过塑性成形加工来实现复杂的形状和结构。
3.应力与应变的关系：金属材料在受到外力作用下，会引起其内部产生应力，从而引起形变。
应力与应变之间的关系可以通过应力-应变曲线来表示，该曲线可以描述金属材料在不同应力下的塑性变形特性。
常见的塑性成形工艺塑性成形工艺根据其加工原理和特点的不同，可以分为压力成形和非压力成形两大类。
压力成形是通过施加压力使金属材料发生塑性变形的一种成形方式。
常见的压力成形工艺包括冲压、压铸、锻造等。
1.冲压：冲压是通过将金属材料放置在冲压模具中，并施加较大的冲击力使金属材料在模具中发生塑性变形。
冲压工艺可以实现高质量的金属零件加工，并能够高效率地进行批量生产。
2.压铸：压铸是通过将熔化的金属材料注入到压铸模具中，并施加高压将金属材料填充至模具中的空腔中，然后冷却固化，最终得到所需的零件形状。
压铸工艺适用于制造复杂形状的零件，可以获得高度精密的产品。
3.锻造：锻造是通过施加压力使金属材料发生塑性变形的一种成形方式。
锻造工艺分为冷锻和热锻两种。
