模具制造過程中的模具受壓變形的準確預測13最終

1、外文文獻翻譯姓 名： 徐春節(jié) 班 級： 材料成型及控制工程 學 號： 12013315 模具制造過程中受壓變形的準確預測D. Del Pozo & L. N. López de Lacalle & J. M. López &A. Hernández摘 要在這項工作中一個方法論方案的提出減少復雜模具的兩個試出和交貨時間。該系統(tǒng)的有限元模擬沿沖壓工藝的結(jié)果按工具行為標準得到高性價比的模具沖壓的最佳設(shè)計。模具的主要幾何，組件的修改和推薦的功能參數(shù)都應(yīng)該提出考慮。模具變形在模具壓制過程是在這項工作中的主要研究內(nèi)容。隨著擬議的方法的發(fā)展和研究，芯片制

2、造商能夠避免在模具制造過程中由于模具生產(chǎn)中模具變形而產(chǎn)生的不對稱形狀的誤差。同時，時間的手動調(diào)整和拋光減少了30。 實例深入解釋了實驗證據(jù)。關(guān)鍵字：試用 沖壓模具 數(shù)值模擬 有限元分析法 按彈性1 .引言在這項工作中分析的問題主要是在試模階段由于必要的手動拋光工序而產(chǎn)生的額外的模具變形，這會影響模具的成型質(zhì)量。而這個階段的手動拋光是操作手冊上最后一道工序必不可少的一步。在這項工作中，制造工具和模具所受壓力的結(jié)構(gòu)特性都應(yīng)當充分考慮，以及這些因素的具體的計算方法也應(yīng)該得到不斷發(fā)展，使其能夠在研究中得到準確的數(shù)據(jù)。金屬板材成形是一種基于豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和經(jīng)過多次理論試驗和反復的誤差循環(huán)及修正的重要

3、的模具生產(chǎn)工藝。Tekkaya，是一種分析工業(yè)生產(chǎn)需求模擬金屬板料成形且大量利用有限元分析法的方法。也就是說，利用這類方法，可以進行元件類型和商業(yè)程序板材仿真模擬，包括將昂貴的商業(yè)軟件包用于金屬板材的成形模擬的一系列工業(yè)流程，以便得到其具體數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在主要的軟件包一般專門面向模具制造商和汽車生產(chǎn)工具。盡管這些軟件對剛性模具成形工藝進行了過程分析，但是金屬模具制造過程中的變形和成形壓力卻沒有考慮到，而這可能引起一些產(chǎn)品缺陷和誤差，影響工業(yè)生產(chǎn)。迄今為止，許多使用有限元分析法進行金屬變形分析的研究主要集中在模擬金屬材料的流動順序，但事實上，這些分析方法都是在假定模具是完全剛性的前提條件下進行一系列分

4、析計算。chodnikiewicz等人闡述了一種方法途徑，它是一種用于校準測量金屬成型時受壓的系統(tǒng)，由于金屬成形操作的工人知道模具成型時除了產(chǎn)生模具生產(chǎn)必要的力之外，還產(chǎn)生一部分外力導致金屬模具的變形。雖然其相比較金屬模具成型的最后一部分所允許的最大力的公差而言，這些力產(chǎn)生的誤差是比較小的，但是仍然不容忽視。曹堅等人提出了另外一種通過設(shè)計和控制手段生產(chǎn)下一代沖壓變量壓邊力金屬模具的金屬板料成型方法。Rosochowski 6中使用的程序為考慮到金屬模具變形和部分回彈，主要表現(xiàn)在凈成型工藝。R. lingbeek等人 7 提出了一種用在回彈補償工具鈑金產(chǎn)品的方法，得出的結(jié)論是對工業(yè)深沖產(chǎn)品的精度

5、結(jié)果還沒有達到可以被行業(yè)接受的水平。Thomas等人推薦的程序可以從模具的有限元模擬沖壓過程中獲得可靠和準確的結(jié)果。但Hernández 等人討論了一種結(jié)合與運用數(shù)值模擬設(shè)計輔助系統(tǒng)CAETROK的方法。Lopez等人通過實驗研究了使用的新開發(fā)的實用程序中的準備階段，和使用CAM軟件來解決CNC程序擬訂由于相關(guān)的成形工具的特殊變化用于目前汽車車身先進高強度鋼（AHSS）部分。鍛造壓力機做為一個特殊的螺旋壓力機，有一個類似的處理，陳和廖12報道的最佳模具設(shè)計的目消除了錐形平方米的沖壓皺紋杯子和階梯式矩形杯，采用有限元分析通過檢查的工藝參數(shù)的影響，如模間隙和壓邊力。Tor等人 13 應(yīng)用

6、了基于知識的黑板框架在級進模設(shè)計沖壓工藝規(guī)劃，盡管在合作的決定異質(zhì)知識源制作環(huán)境中缺乏了適當?shù)慕M織結(jié)構(gòu)體系。Dequan等人分析了以智能沖壓工藝知識為基礎(chǔ)的系統(tǒng)規(guī)劃：沖壓工藝的可行性，最優(yōu)算法的布局設(shè)計，智能化帶布局和力量計算等方面，Tang等人解決了基于DFS（設(shè)計沖壓）系統(tǒng)實施沖壓性評價導向，以零件形狀分析和成本估算，以及基于產(chǎn)品特征的研究和基于系統(tǒng)的知識體系使設(shè)計人員能夠進行沖壓性自動評估的智能化問題。Pilani等人發(fā)現(xiàn)了一種混合動力車在鈑金模具設(shè)計智能系統(tǒng)方法成形，作為為一體的綜合決策支持環(huán)境仿真和成形過程的分析，這種方法無論是在最初的模具設(shè)計階段以及試用階段都可以運用。在三個進行了

7、一些實驗性的測試公司已經(jīng)驗證，由于工具變形這些效果可以達到十分之一毫米的大小，在專利中提出的考慮到模具受壓變形，制造模具的過程中這些變形量有一定的毫米的形變量范圍。在這項工作中，有一個全球的方法18，那就是為了考慮到行為機械組沖壓模具的工具結(jié)構(gòu)，假設(shè)兩者組件不是剛性固體，并且受壓變形，盡管這些變形量小，但是在量級制造零件公差的范圍內(nèi)。這種方法已經(jīng)為沖壓機作為試出模具的有效制造者提供了依據(jù)19。第2節(jié)介紹的大模具的變形加工。第3節(jié)講述了沖壓模具的工作行為的過程模擬中提出的議題在不斷發(fā)展。第4節(jié)解釋了這種變形是如何影響沖壓模具的加工制造的。第5節(jié)中說明了這種方法也測試了在工業(yè)應(yīng)用中的示例，在這個環(huán)

8、節(jié)中也計算出了變形模擬機床的模具表面情況。第6節(jié)是對該結(jié)論的具體解釋。2大模具在工作中的變形由于高速加工技術(shù)的最新技術(shù)（HSM），它有可能在達到一個精度高模具制造水平。然而，由于大負荷沖壓工藝（4001500），金屬成型模具的變形是在彎曲過程中形成的，所以它沒有被納入考慮的范圍內(nèi)。變形結(jié)果的一部分由模具材料所經(jīng)歷的后果特性決定；然而，大部分的變形是由于模具結(jié)構(gòu)及其剛性的缺乏。結(jié)合這兩個因素的定義就得出模具的總撓度。由模具所經(jīng)歷的變形的幅度是相當大的。因此，有必要進行一定手動操作，目的是修改形狀以補償模具表面的撓度。這一過程的手工工作在板凳上需要專業(yè)化人力，導致模具的價格更高。在初步研究中，模具

9、參數(shù)的變化設(shè)計已被認為是能獲得有用的設(shè)計標準，這使得模具的設(shè)計具有最大的剛性和從最初的概念設(shè)計的最小變形相（見表1）模具結(jié)構(gòu)參數(shù)/模具影響變化 高 中 低固定螺絲的直徑 X應(yīng)用負載 X穿孔高度 X增加寬度 X模具肋板結(jié)構(gòu) X模具側(cè)邊肋板的機構(gòu) X穿孔強度 X 模具側(cè)邊的曲線形式 X 表1 模具設(shè)計參數(shù)對模具設(shè)計的影響 結(jié)果，如圖1所示，在一定的毫米范圍內(nèi)，這個基于沖壓模具受壓接觸的變形的模擬的假說設(shè)想是完全嚴格的。模具的變形完全符合變形量的規(guī)定范圍。 圖1 初步結(jié)果：（1）三維視圖 ，（2）三維底視圖根據(jù)DIN55189幾何的協(xié)議用于金屬板材成形驗證是：并聯(lián)加強和滑塊，在引導的松動滑塊，偏轉(zhuǎn)加

10、強。這后一測量協(xié)議1200 T的液壓機，以達到75負載，給人為0.85mm的值。這個問題可以相比，雙支梁下的屈服負載的壓力。這個值已被有限元（FE）方法計算出來了。有了這些前提，已被提出的方法模擬在壓模中的行為，因為它已經(jīng)證明，這種效果是巨大的影響，這是兩種變形的總和：沖壓模具和變形。3. 提出沖壓模具工作行為的模擬方案本節(jié)將說明在圖2所示的過程，對于沖壓模具的工作行為的模擬方案。 在圖2的列左，在一個典型的全球流動模具制造公司，提出建議方法與他們的關(guān)系有一方面是正確的。他們在一個典型的模具制造公司的過程中用一個三維零件模型開始，以一個測試或?qū)嵺`完成工具和預驗收的一系列的最后一部分 20 。工

11、藝步驟是：1?！胺椒ㄓ媱潯被驔_壓工藝的定義在沖壓過程中實現(xiàn)分析。分析通過對沖壓過程的仿真驗證檢查成形性。仿真工具（3D CAE）使用時，考慮到模具受壓布局，所需零件的材料及數(shù)量操作。輸出是工藝周期表。2. 在三維設(shè)計中實現(xiàn)了完整的模具設(shè)計系統(tǒng)。全套的完整和詳細設(shè)計模具實現(xiàn)用于生產(chǎn)鑄模的和具體的部件和系統(tǒng)的元件。這組管芯是專為所有的操作（繪制，修整，環(huán)境規(guī)則）的方法計劃中定義。設(shè)計（3DCAD）工具被使用。輸出的三維設(shè)計操作和材料清單。3. 材料的供應(yīng)，這是涉及到三個主要項目類型：鑄造件，材料塊常規(guī)尺寸和商業(yè)元素。4. CAM的階段，那里的工作集中在模具表面加工過程?？赡苁侵饕獑栴}加工沖壓模具時

12、，有可能損壞模具表面。軟件（3D CAM）和CNC機器被使用。要遵循如下流程21：半成品工作材料的選擇和編制的主要步驟，粗加工沖壓模具，留下的默認精度從1.5達5毫米，使用切刀具路徑和間歇銑切削策略，半精加工用留下一個幾乎不變的默認目標約0.2-0.3毫米，精加工走刀的目的是達到模具最終要求的表面處理要求。5. 所有元素的裝配系統(tǒng)物料供應(yīng)組裝到操作機械的沖壓模具。這個階段實現(xiàn)的全套方法的計劃明確了模具的具體規(guī)格。6. 試模驗收，其中人工拋光實現(xiàn)了模具部件的手動操作，并且模具被客戶所接受，符合客戶的具體要求。擬議的方法假定兩個第一步驟實現(xiàn)22。以這種方式，開始點是模具表面的目標零件和三維設(shè)計的幾

13、個重要點：模具、沖壓和要素支撐。這個以下是方法的步驟：1. 模具的計算機輔助設(shè)計：模具、沖壓和模具邊，根據(jù)自身定位操作（CATIA V5），在相同的CAD中簡化沖壓機的三維幾何圖形，包括加強和打滑。 壓力分布 三維CAD模式 材料 壓力簡化：支撐板，滑塊畫模穿孔空白支架模具 操作方法 工藝方法循環(huán)三維模具設(shè)計模具三維模型：繪制，修飾，形式?jīng)_壓過程分析應(yīng)用接觸面變形圖模沖修正模具的計算機輔助設(shè)計?；谀＞弑砻娴募庸ぃ庸ぃ┳冃螆D。三維零件模型FE模型機械集團：模具沖壓 網(wǎng)格元素：固體三維網(wǎng)格 沖壓-搖枕 空白支撐架 模具 接觸面上的二維網(wǎng)格 枕模沖壓模 穿孔模型邊界條件 模具的支持 固定裝置荷載

14、應(yīng)用力：位置、分布、接觸元件 枕模 模沖 穿孔 材料特性：模具和沖壓部件 楊氏模量 泊松比 穿孔密度 求解計算結(jié)果：應(yīng)力，應(yīng)變，變形 三維CAE仿真工具 三維CAD輔助設(shè)計工具材料供應(yīng)：鑄造模具：繪制，修飾，制造；普通尺寸的材料；商業(yè)元素應(yīng)用：接觸面變模沖：修正模具的計算機輔助設(shè)計，基于模具表面的加工（加工）變形圖。實驗和采納 采用CAM階段：粗加工的主要形狀：銑削切削；加工策略；半精加工（0.2-0.3毫米）；精軋孔型（HSM）系統(tǒng)組裝：電氣，氣動應(yīng)用接觸面變形圖模沖修正模具的計算機輔助設(shè)計?；谀＞弑砻娴募庸ぃ庸ぃ┳冃螆D。圖2 模擬建議方法2. 基于計算機輔助設(shè)計的幾何形狀，一個有限元（

15、鐵）用于靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析模型下列項目：3. 網(wǎng)格。網(wǎng)格是由2種類型：三維用于接觸的固體和二維網(wǎng)格表面。三維網(wǎng)格是由四面體組成的四個節(jié)點組成的元素的機械組分：模具、沖壓模具沖壓和壓邊；支撐滑塊。二維網(wǎng)格由三個節(jié)點組成的薄殼單元從接觸表面創(chuàng)建：加強模具，沖床滑動，模沖。這是后者的表面目標此后的目標接觸面。4. 邊界條件考慮的支撐沖壓及固定裝置（見圖6），其中沖壓視為一個雙重支撐梁。5. 負載是由沖壓通過施加的力在他們的位置相應(yīng)的柱面。6. 所定義的二維網(wǎng)格的接觸元件接觸面，如步驟2。7. 基于模具和壓力機的材料特性模型元素的組成部分：彈性模量彈性，泊松比，密度等。8. 求解。計算的求解器可以是思想，C

16、ATIA V5、NASTRAN、ANSYS等。9. 結(jié)果。計算結(jié)果是應(yīng)力，完整組的應(yīng)變和變形。通過處理變形導致接觸模具與沖壓表面之間的表面得到了模具表面的變形圖。10. 應(yīng)用。有2種應(yīng)用的可能性這個變形圖：修正后的幾何圖形得到的變形圖接觸面或模具的計算機輔助設(shè)計，或通過應(yīng)用到它的加工過程中，在完成一步，用于模具的初始表面，基于關(guān)于這個預測變形。第一個解決方案是不接受的客戶，沖壓模具設(shè)計與模具設(shè)計。因此解決變形問題的唯一途徑是根據(jù)凸輪工具零件的修改變形預測值。這個想法是通過機械加工消除額外變形，因為一般的沖壓表面是機械加工制造的零件，模具表面加工形成一個等于模具壁厚的偏移量。由于該模具的穿孔行為

17、壓屈，顯示出沖壓與模具是相反的（見圖3）。目前，唯一避免這個問題的方法是進行手工拋光的人工工序。這就是為什么這個過程是如此的勞動密集型和昂貴。 圖3 沖模行為4變形對加工的影響一些測量可以在模具沖壓成功獲得部件后來進行。以這種方式可以得到模具和沖壓的距離（部分厚度加上之間的距離在其操作位置公差）。這個距離是由于偏轉(zhuǎn)，并且被稱為“間隙/限定“（參照圖4）。沖模沖之間的間隙顯示出的是，雖然部分是對稱的，它的值是不是恒定的并且它們是不對稱的。這是由于肋結(jié)構(gòu)適用于模沖頭，以便輕巧。 圖4 模沖裁模撓度的測量使用鉛錘銷執(zhí)行測量過程具有限定尺寸的長度。這些垂直引腳在位于準點水平固定在模具表面中間的區(qū)域。該

18、沖壓機沒有收到額外壓力，直至觸及撞擊所有的垂直銷，并經(jīng)過沖壓機被打開的鉛垂銷的長度可以測量用坐標測量機（CMM）。存在差長度的初始值和之間ENCE鉛垂銷測量長度表示了間隙模和凸模之間經(jīng)過了手工拋光操作。但這種方法有以下缺點：測量是實現(xiàn)了“后驗”，當方的形狀實現(xiàn)的，只有少數(shù)點可測在表面，因為垂直引腳需要一個準水平區(qū)域。實測之間的偏差值和預測的人所提議的方法是非常小的，并在數(shù)百毫米的的范圍內(nèi)。5工業(yè)應(yīng)用為了驗證本節(jié)所示的方法工業(yè)抽樣的情況下，根據(jù)前面所描述的步驟。這是一個液壓一個用公稱力3200噸的墊枕尺寸為5000毫米2500毫米。材料astm60 23 。施加的力過程中，基于計劃的方法，是：沖

19、500噸，和保持120噸的接觸面（模沖）是0.84米2（1275毫米850毫米）。圖5 模具幾何計算機輔助設(shè)計：（a）三維底部圖 （b）顯示的空腔和肋骨輕量化模具的幾何形狀的三維CAD模型包括所有元素：肋骨，孔，部件的精確模型面與固體CATIA V5（見圖5）。機械組在理念上的完整三維網(wǎng)格掌握建模，包括模具上的沖孔，肋骨，以及他們凸模和壓邊的操作位置（見圖6）。 圖6 完整的三維網(wǎng)格模型一旦分析完成的比較，從沖壓的變形可以看到：加強和滑塊；拉深模件：模和沖孔模。上一部分模具（在這種情況下，沖床）顯示了小變形，但該組模具和沖壓模具之間的接觸面的中央部分顯示了一個大的變形（見圖7）。 圖7 工具變

20、形比較此外，分析結(jié)果顯示變形模具表面及其在前處理過程中的行為查看（參見圖8）。箭頭顯示的主要變形在3節(jié)中解釋。 圖8 模具表面變形和行為，箭頭顯示主變形 最后的圖顯示，這些變形變形在接觸中不等于或比例表面。在這種情況下，他們靠的是肋骨的位置。值的范圍在0.3毫米，0.3毫米對于這種工業(yè)的情況，計算出的差異最大（0.9毫米）和最小（0.6毫米）接觸面變形（見圖9和表2）。 圖9 接觸表面變形（方向） 點 測量撓度 (mm) A 0.19 B 0.34 C 0.02 D 0.00 E 0.24 F 0.34 表2 在可能的點測量的方向偏轉(zhuǎn) 1 2 3 4支撐尺寸 mm 4200×2500

21、 5000×2500 3000×1800 5000×2500公稱壓力 T 2,000 1,200 650 1,200應(yīng)用壓力T 1,200 1,200 650 650模具尺寸mm 3940×2380×670 3780×1700×668 2370×1650×700 2210×1300×750接觸面 m2 4,33 1,9 0,9 0,84預測撓度mm 0.6 0.4 0.3 0.3測量撓度 mm 0.637 0.47 0.35 0.34 表3工業(yè)大拉伸模具的實驗和預測變形 表四顯示了3個

22、對應(yīng)的工業(yè)案例的繪制模具，使用的方法已考慮由于零件的復雜性和大尺寸結(jié)果他們。表中的參數(shù)新聞和死亡的過程。沖壓參數(shù)正加強尺寸（毫米），額定負載（噸）和應(yīng)用力（噸）。模具參數(shù)是模尺寸（毫米），面積接觸表面（毫米2），預測偏轉(zhuǎn)（毫米）和測量撓度（毫米）。模具的材料是astm60。每一壓的公稱壓力為2000噸，1200噸、1200噸和650噸，分別為。應(yīng)用力在每一種情況下是1200噸，1200噸，650噸和650噸的模具尺寸為3940，2380，670，3780，1700668毫米，2370，1650，700，2210，1300，750毫米，其中的接觸面面積2米4.33，2米1.9，0.9米2和0.8

23、4米2。預測最大撓度為0.6毫米0.4毫米，0.3毫米和0.3與實測最大撓度采用垂直的銷0.637毫米，0.47毫米，0.35毫米和0.34毫米，分別。從模型的預測結(jié)果得到的模型范圍從0.3毫米至0.7，在這些實驗的情況下，并確認在接觸表面的偏轉(zhuǎn)是不恒定的。這個預測結(jié)果與實測垂線檢查銷符合。壓載 (Tm) 最大變形 (mm)100 0.053200 0.105300 0.157400 0.210500 0.262600 0.313700 0.369800 0.414900 0.470 1000 0.530表4 表負荷變形6結(jié)論現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出了一個準確的生產(chǎn)拉絲模的新方法。那就是真正的變形在

24、沖壓機/模具螺栓的機器通常較大比毫米的十分之一，稱為類似部件公差方法。一個簡單的方法可以使用估計值在一個非常簡化的模型的最大變形（肋骨，對稱分布的孔不斷的關(guān)系，孔和厚度尺寸均一的肋骨，模具尺寸相近的）。結(jié)果值的表4。然而這將導致需要一個長期和艱苦的努力手工拋光過程。為了避免這種情況，可以對拉延模的真實幾何形狀和沖頭進行有限元模擬，得到的變形的估計值可以用于CAM階段時修改的精加工刀具路徑，保證加工質(zhì)量。對于粗加工得到的半成品，凸模和凹模形狀做了標記的部分可以直接加工，只需要很少的手工拋光。而實例表明，這種數(shù)字化的方法有很大的效率和好處。致 謝感謝是給ROBOTIKER技術(shù)禮堂的工程在大學學院巴

25、斯克地區(qū)的支持。同時還要感謝巴斯克公司的巴茨。參考文獻1 Tekkaya A (2000) State-of-the-art of simulation of sheet metalforming. J Mater Process Technol 103:14222 Balendra R, Qin Y, Lu X (2000) Analysis, evaluation andcompensation of component-errors in the nett-forming of engineeringcomponents. J Mater Process Technol 106:2042

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