1、板料成形數值模擬項目建議書目 錄1 目標和意義 . . 32 實施必要性 . . 33 實施基礎條件 . . 34 實施方案分析 . . 4 4.1 ESI集團板料成形模擬解決方案介紹 . 4 4.2 ESI集團板料成形模擬解決方案軟件功能 . 4 4.3 ESI集團板料成形模擬解決方案的作用 . 12 4.4 ESI集團板料成形模擬解決方案的部分用戶 . 13 4.5 ESI集團板料成形模擬解決方案的優點 . 144.6 ESI集團板料成形模擬解決方案的軟硬件配置 . 145 預期效益分析 . . 176 結論 . . 171 目標和意義通過實施在世界上成形模擬應用的最專業、 最成熟、 最廣

2、泛的板料成形模擬 解決方案來解決板料件模具設計和生產過程中的各種問題。(1板料成形模擬解決方案要全面、專業、快速、使用方便的解決板料件模具 設計生產過程中的模具設計問題、 下料尺寸估算問題、 成形精確模擬問題 (保證 成形后產品的質量和模具回彈自動補償問題。(2板料成形模擬解決方案要能夠提高板料件的模具設計效率,縮短模具從設 計到投入生產的周期, 提高工藝部門和設計部門的協同效率, 縮短產品開發周期, 降低產品開發成本,提高產品的市場競爭力。2 實施必要性板料成形過程的數值模擬技術實質上就是在計算機上應用有限元仿真軟件 進行虛擬的板料成形試驗 , 通過輸入各種給定的條件和一些實際的實驗參數 ,

3、 進行 計算機數值計算模擬,通過分析模擬得到的結果來預測板料在成形過程中 , 各種 缺陷產生的位置和分布程度 , 以此初步判斷所選毛坯材料力學性能參數與模具工 藝設計方案以及模具參數選擇的合理性 , 同時借助數值模擬結果的三維動態顯示 可以詳細地分析沖壓成形的每一小步過程的情況 , 從而可以比較精確確定缺陷產 生的具體原因以及找出相對應的解決辦法來。為了提高的制造水平和市場競爭力, 為了改變以往板料件模具設計和生產過 程中嚴重依賴設計人員的經驗和多次的實際物理試模的落后的狀況, 我們必須采 用專業的成熟的板料成形模擬解決方案解決板料件模具設計問題、 下料尺寸估算 問題、成形精確模擬問題(保證成

4、形后產品的質量和模具回彈自動補償問題。3 實施基礎條件(1 購置最專業、最成熟、最可靠的板料成形模擬解決軟件,為模擬解決各種板 料成形問題提供最好的軟件系統。(2 購置與軟件運行相適應的計算機硬件系統和組建相應的網絡平臺,為軟件運 行做硬件準備。(3 安排相應的工作人員接受軟件公司的培訓,為熟練操作軟件解決實際的問題 做準備。(4確定采用軟件模擬分析板料成形過程的流程,以及相關部門的工作人員的具 體工作職責。4 實施方案分析4.1 ESI集團板料成形模擬解決方案介紹ESI 集團的板料成形模擬解決方案是包含模具設計、下料估計、快速分析、 精確分析、 耦合輸出等的專業的成熟的板料成形模擬全面解決方

5、案, 是迄今為止 世界上唯一整合了所有板金成形過程的有限元模擬解決方案, 是世界上應用的最 成熟、最廣泛、最專業的板料成形分析軟件,是融合了早期的前端可行性評估, 幾何和過程優化,及詳細的過程驗證于一個軟件系統。4.2 ESI集團板料成形模擬解決方案軟件功能ESI 集團板料成形模擬解決方案的軟件模塊組成主要為:PAM-DIEMAKER (模具設計模塊用于快速設計模具幾何型面。PAM-INVERSE (反算毛坯模塊用于反算實際成形生產過程中毛料估計問題。 PAM-QUIKSTAMP (快速成形評估模塊用于模具的快速成形性分析和快速可 行性分析問題。PAM-AUTOSTAMP (精確模擬,成形質量

6、控制模塊用于板料成形過程精確模 擬問題。DIE COMPENSATION和 ICAPP (成形回彈自動補償模塊 用于解決自動回彈補 償問題,輸出進行回彈補償后的模具幾何模型。(1 PAM-DIEMAKER-快速模具設計PAM-DIEMAKER 是基于有限元網格的快速數模面生成系統。 長期以來, 模 具表面的設計都采用 CAD 系統進行,由于復雜表面很難用數學公式直接表征, 而且最終的數模表面必須考慮材料成形工藝性, 破裂與皺紋甚至回彈等因素, 在 實際工程中,對這些 CAD 數模進行修改時碰到非常大的困難,隨機性很大。 PAM-DIEMAKER 是 ESI GROUP 與美國通用汽車和德國寶馬

7、汽車、 大眾汽 車聯合開發解決這一問題的非常有效工具。 PAM-DIEMAKER 可以通過控制特征 參數迅速地生成模具工藝補償面和數模表面,之后可以配合 PAM-QUIKSTAMP 或 PAM-AUTOSTAMP 等分析手段,對數模面的合理性進行分析,并可直接在 網格上對數模表面進行修改,在對模面進行優化后可將最終的數模表面以 IGES 或 VDA 格式輸出并反饋回 CAD 系統進行最后的模具設計和數控加工。這種革命性的改進使得生產效率從傳統的幾個星期大大提高到一兩天甚至幾個小時 從 CAD 模型輸入零件幾何參數后, 高度參數化驅動的 PAM-DIEMAKER 能 夠讓您在幾分鐘內完成模面和工

8、藝補充面的設計與優化。 它能快速地通過參數迭 代的方法獲得實際的仿真模型, 并快速地分析判斷零件有無過切 (負角 和計算 出最佳的沖壓方向, 然后非常簡單地讓您對模面和工藝補充面的幾何形狀進行修 改, 能夠參數化地完成所有前期模具設計的控制, 例如多步成形模具和多零件組 合型模具設計。顯著優勢零件設計可行性分析使用更真實參數并更早進入模擬階段。通過將耗時的 CAD 工作減至最小顯著加速方案規劃過程。參數化表述是計算機輔助優化的先決條件。通過改進現有工藝補充面的設計將現有經驗轉變為資本。準確和快速地產生工藝補充面并以 CAD 表面文件輸出以備 CAD 軟件進一步 處理。完整集成到 PAM-STA

9、MP 2G 環境,能夠進行快速成型評估和模具工藝補充 面與壓料面形狀的優化。(2 PAM-INVERSE-下料估計下料量估計主要采用 PAM-INVERSE 來完成,它采用一步成形逆算法,計 算速度很快, 可以準確預測板料的初始形狀, 同時也間接說明零件的可成形性和 可行性,反算下料量程序界面和結果圖如下圖 4-1所示。 圖 4-1 反算下料量程序界面和結果圖(3 PAM-QUIKSTAMP-快速可行性評估PAM-QUIKSTAMP 是快速成形模擬工具,一般在數分鐘內即可完成一個模 具快速成形分析,可用于設計早期可行性評估。PAM-QUIKSTAMP 是在數分鐘內完成模具設計可行性評估最合適的

10、工具, 對于復雜部件也是如此。一旦模具設計生成后,或者通過 PAM-DIEMAKER 或 任何其他 CAD 系統,工程師需要通過評估不同模具幾何參數檢查成型性,例如 壓料面和工藝補充面。而且,諸如板料形狀,壓延筋尺寸,定位和材料屬性等過 程參數需要進行評估。 PAM-QUIKSTAMP 通過消除明顯的差的設計選擇,使得 在設計過程的早期進行設計決策成為可能。PAM-QUIKSTAMP 利用任何現有模具設計發現折疊或撕裂的危險。因為計 算快速, PAM-QUIKSTAMP 具有優化的良好基礎,例如利用 PAM-OPT 作為優 化工具。利用初始幾何(或過程參數作為參考, PAM-QUIKSTAMP

11、 能夠進行 參數化優化, 諸如壓料力, 板料位置和尺寸或壓延筋位置及形狀。 如圖 4-2所示, PAM-QUIKSTAMP 可以在一小時內完成一個完整沖壓過程的模擬,包括重力, 壓 緊 和 成 型 , 有 助 于 用 戶 消 除 差 的 設 計 選 擇 。 例 如 , 你 可 以 輕 松 與 PAM-DIEMAKER 聯合實現壓料面和工藝補充面的優化。 圖 4-2 壓料面和工藝補充面的優化顯著優勢 快速和定性可行性分析。 與實際過程相近的輕松過程設置。 與 PAM-DIEMAKER 和 PAM-AUTOSTAMP 完全兼容。 在 PAM-DIEMAKER 和 PAM-QUIKSTAMP 間輕松

12、實現設計的迭代循環。 板料厚度模具輕松在 PAM-AUTOSTAMP 驗證和質量控制的切換。對快速模具設計驗證或判斷過程或材料參數影響相當有用。穩定的求解器技術能夠輕松實現優化循環。(4PAM-AUTOSTAMP-成形質量控制PAM-AUTOSTAMP 是一種基于材料物理學,對金屬成形過程進行精確預測 的軟件。 PAM-AUTOSTAMP 能提供金屬成形過程的工業驗證和可信的仿真,從 而滿足工程上的需求。PAM-AUTOSTAMP 使用獨特的技術,使用戶可以簡便快捷的建立對復雜的 多工序成形過程的單一仿真模擬模型, 配合先進的可擴展求解器技術, 可以最大 程度的利用最新的計算機硬件資源。PAM

13、-AUTOSTAMP 提供詳細的仿真結果,以解決裂口、褶皺等有關成形性 能的驗證問題。更突出的是,能夠對一些精細的問題給出解答,例如滑移線、表 面缺陷等。PAM-AUTOSTAMP 充分考慮了成形過程中的速度、溫度、表面摩擦、壓料 力、沖床剛度等各種因素的影響,對預測成形過程中的材料流動、起皺、破裂和 回彈等具有非常高的精度。PAM-AUTOSTAMP 采用的自動切邊、隱式解法計算回彈、快速預壓、抽象 壓延筋模型、 成形零件剛度分析等輔助功能大大增強了軟件的適用性, 實現了軟 件模擬與實際成形的無縫貫通。如圖 4-3所示, PAM-AUTOSTAMP 通過優化工 藝參數,可以消除很小的起皺和破

14、裂。 圖 4-3 PAM-AUTOSTAMP 優化工藝參數過程顯著優勢精確成形工藝過程驗證在同一個易用環境中模擬所有的工藝過程仿真技術經過工業實踐證明和驗證綜合并最大限度優化軟、硬件性能,最大化投資回報快速準確的回彈預測支持最新一代材料屬性,包括鋁合金、不銹鋼、雙相鋼和高延度鋼(TRIP 支持多工序成形(5DIE COMPENSATION和 ICAPP-成形回彈自動補償模具回彈補償過程是基于零件設計要求形狀的虛擬修模迭代過程。 它是先按 照零件的設計要求形狀設計出初始模具形狀, 經過有限元離散后輸入專業板料成 形數值模擬軟件 PAM-STAMP 2G中,經過成形模擬和回彈計算分析,獲得了板料

15、成形回彈后形狀。將板料成形回彈前后形狀和初始模具形狀輸入 PAM-STAMP 2G中 DIE COMPENSATION 模塊,軟件將進行模具回彈自動補償,得到模具修正后模具形狀; 然后將回彈補償后的模具進行成形模擬和回彈計算分析, 將得到零件回彈計算后的形狀與設計要求形狀進行比較, 判斷兩者的幾何形狀誤差是否滿足設計誤差要 求。若滿足設計誤差要求,輸出模具回彈補償結果;若不滿足設計誤差要求,軟 件重新進行回彈自動補償循環, 直到得到符合設計誤差要求的最好的模具回彈補 償結果。DIE COMPENSATION 和 ICAPP 進行自動回彈補償功能非常強大,無須人 為干預,回彈補償過程自動完成,

16、DIE COMPENSATION 和 ICAPP 使用方法簡 單,是以目標為導向的軟件工具。利用 PAM-STAMP 2G 進行模具回彈補償原理示意圖如下圖 4-5所示,利用 PAM-STAMP 2G 進行模具回彈自動補償程序使用流程圖如圖 4-6所示。利用 PAM-STAMP 2G進行模具回彈自動補償實例結果圖如圖 4-7所示。DIE COMPENSATION和 ICAPP 主要技術特點:豐富的幾何模型導入導出格式(catia v5, iges, , vda, , step , acis 等 豐富的網格數據導入導出格式(stl , pol , nas , vrml , af , nc 等 根

17、據網格節點數據創建自由表面功能強大自動回彈補償功能強大,無須人為干預,回彈補償過程自動完成幾何拓撲算法是智能和自動的補償算法高效、回彈自動補償計算時間很短逆向工程功能強大, 能夠根據很少的表面數據逆向計算出幾何模型的復雜的 外表面圖 4-5 用 PAM-STAMP 2G進行模具回彈補償原理示意圖 圖 4-6 用 PAM-STAMP 2G進行模具回彈自動補償程序使用流程圖 圖 4-7用 PAM-STAMP 2G進行模具回彈自動補償實例結果圖 4.3 ESI集團板料成形模擬解決方案的作用(1全面滿足板料成形模具設計的不同階段的需求。從早期的模具設計,快速模具設計及參數化,以及模具型面優化,都可以利

18、用 PAM-DIEMAKER 完成。對于以往靠人經驗和手工計算得到的下料量的問題,我 們的 PAM-INVERSE 來解決,準確的計算得到初始的下料量,減少很多的人的工 作量。對于精確尺度定義及部件成形質量驗證,利用先進 PAM-AUTOSTAMP 可 以精確模擬細節,是否有褶皺出現,破損,厚度不均勻等。利用 DIE COMPENSATION 和 ICAPP 進行自動回彈補償功能非常強大,無須人為干預,回 彈償過程自動完成, 從而徹底解決模具回彈補償問題。 因而我們說板料成形模擬 解決方案是當今世界上最完善、最先進、最專業的板料成形模擬解決方案。(2高效的并行擴展性能夠極大地提高模具設計、 成

19、形評估、 質量驗證及優化的效率。ESI 集團板料成形模擬解決方案的軟件能夠在集群上進行高效并行,已經過程大 量測試,表現非常優異,很多同類軟件到了 64 個 CPU 以上效率就已經下降,變 得不經濟了。而板料成形模擬解決方案的軟件能夠擴展至 512 個甚至上千個 CPU ,而計算效率仍然成線性擴展,這在同類軟件中處于遙遙領先的地位。(3精確的回彈計算和回彈自動補償以及補償后 CAD 模具輸出?；貜検浅尚文M的難點之一。 很多軟件都不能精確計算回彈, 或者無法考慮回彈 自動補償, 并且回彈的計算非常耗時。 而板料成形模擬解決方案的軟件通過將回 彈由顯式算法改變為隱式算法, 并能夠進行多步工序的顯

20、式-隱式-顯式等的自 動轉換, 大大的加快的模擬的速度, 并改善了模擬的精度, 同時可以進行自動回 彈補償過程,并且能夠輸出經過自動回彈補償后模具 CAD 模型。就回彈計算精度問題, ESI 與戴姆勒-克萊斯勒,尼桑,雷諾,沃爾沃等 9家公司 聯合開展了一個 3DS 項目,對 5個導軌, 5種材料,三種壓邊力,每種情況又進行 了 5個測試,共有 375個測試,并與 PAM-STAMP 2G的模擬進行了驗證,結果 PAM-STAMP 2G的回彈計算相當令人鼓舞,兩者符合得相當好。如圖所示。 回彈試驗與 PAM-STAMP 2G模擬結果符合得很好(4能夠給的板料件設計和生產帶來很多的收益。通過分析

21、模擬得到的結果,可以明顯地減少了板料件模具設計上失誤,縮短 板料件產品開發周期, 提高了板料件模具設計開發效率, 縮短板料產品的研發時 間,提高生產的產品的市場競爭力,把板料產品開發提高到新的水平。4.4 ESI集團板料成形模擬解決方案的部分用戶航空航天:國內:西飛,北航,南航,航天六院國外:波音(Boeing ,空中客車公司(Airbus , 龐巴迪航空(Bombardier Aerospace , 達 索 航 空 (Dassault Avitation , EADS/EDIST Engineering , Honeywell(MORA AEROSPACE, EMBRAER , Jedco

22、Quality Aerospace,三菱 重工(Mitsubishi Heavy Industries , 斯奈克瑪航空發動機(Snecma Moteurs 汽車整車:國內 :上海通用,一汽大眾,上海大眾,北汽福田,東風汽車工藝研究所等 國 外 :AUDI(奧 迪 , BMW(寶 馬 , DAEWOO(大 宇 , DAIHATSU (豐 田 , DAIMLERCHRYSLER(戴姆勒 -克萊斯勒 , FIAT , FORD(福特 , FORD OTOSAN (福特 , GENERAL MOTORS(通用 , HONDA(本田 , HYUNDA(現代 , ISUZU(鈴 木 , KIA(起 亞

23、,LANDROVER(路 虎 , MAZDA(馬 自 達 , MITSUBISHI(三 菱 , NISSAN(日產 , OPEL(歐寶 , PSA(標志雪鐵龍 , RENAULT , SAAB(薩博 , SEAT , SKODA(斯 柯 達 , SSANGYONG MOTORS(三 洋 摩 托 車 , SUZUKI(五 十 菱 , TOYOTA(豐 田 , VOLKSWAGEN(大 眾 , VOLVO(沃 爾 沃 TRUCK(沃 爾 沃 , YAMAHA(雅瑪哈摩托車 等汽車部件供應商:國內 :上海 sekely 汽車模具,上海 Ogihara 荻原模具 ,一汽大眾模具公司,天津 汽車模具公司

24、等國外 :ARVIN MERITOR(阿文美馳 , BATZ(, BENTELER, BUDD, DANA, FAGRO, GEDAS, KARMANN, KIRSCHHOFF , MAGNA STEYR, MICHELIN(米其林集團 , NOTHELFER, OGIHARA(荻 原 , PCI, POLYNORM GRAU, TDM, TENNECO, UNIPRES JAPAN, UNIPRES UK, VALEO, WAGON材料供應商:國內 :寶鋼 , 馬鞍山鋼鐵公司,中華鋼鐵公司等國 外 :ACERALIA(阿 塞 洛 , ALCAN INTL CANADA(加 拿 大 鋁 業 有

25、 限 公 司 , ARCELOR(阿塞洛 , CORUS(Corus 公司 , JFE STEEL(JFE 鋼鐵公司 , KOBE STEEL(神戶鋼鐵公司 , NIPPON STEEL(日本鋼鐵公司 , PECHINEY , POSCO LP(韓國浦項 , SALZGITTER MANNESMANN FORSCHUNG, SIWE, SUMITOMO METAL(住友鋼鐵有限公司 , THYSSEN KRUPP GMBH(德國蒂森克虜伯鋼鐵公司 , VOEST ALPINE (沃斯特 -阿耳品鋼鐵公司 白色家電:BOSCH (博士 , SIEMENS (西門子 , HAUSGERTE, KA

26、LDEWEI GMBH , MIELE , LG電子:PHILIPS 手機、 Delco 電子、安特電子、華碩、奇成電子4.5 ESI集團板料成形模擬解決方案的優點(1 ESI集團板料成形模擬解決方案是至今世界上在板料成形模擬領域應用最成 熟、最廣泛、最專業的模擬解決方案,是板料成形模擬的最新技術的領導者,是 板料成形模擬解決全過程的求解方案, 從模具幾何設計、 快速下料估計、 模具的 可行性評估與優化、 快速模具生成與修改、 成形精確模擬分析到回彈自動補償過 程以及輸出回彈補償后的模具的 CAD 模型等全部整合到了我們板料成形模擬方 案中。(2 ESI集團板料成形模擬解決方案的軟件使用方便簡

27、單、上手快,經過我們簡 單的軟件培訓, 的工作人員就可以將軟件用起來, 能快速應用到實際板料件模具 設計和生產過程中去,盡快為板料生產發揮作用。(3 ESI集團板料成形模擬解決方案能全面的結合的實際的設備工藝參數、軟件 模擬時輸入的參數就是實際設備生產的主要的工藝參數和材料的機械性能參數, 基于此軟件模擬的結果與實際物理試模的結果可以得到最大程度結合, 能夠快速 與實際生產過程相結合, 為把模擬結果應用到實際設計和生產過程打下了堅實的 基礎。(5 ESI集團板料成形模擬解決方案能夠把的板料設計經驗和工藝設計經驗固化 到對應的板料成形的流程中去, 相當于建立自己的板料設計經驗的專家庫, 建立 一

28、個板料設計生產的模擬平臺。(6 ESI集團板料成形模擬解決方案能夠明顯縮短板料件模具的開發周期,提高 模具設計水平, 提高模具設計效率, 縮短板料產品的研發時間, 提高生產的產品 的市場競爭力。4.6 ESI集團板料成形模擬解決方案的軟硬件配置(1硬件需求總體概況硬件需求說明:License 服務器主要作用是管理板料成形解決方案中所有軟件的 license 文件, 為所有的工作站和計算服務器提供 license 授權服務。工作站主要作用是使用軟件者進行求解前處理、 求解設置、 進行計算量小的模型 求解計算、分析結果、撰寫計算報告等。 (2軟件需求配置推薦ESI 板料成形模擬解決方案的軟件組成主

29、要為:PAM-DIEMAKER (模具設計模塊用于快速設計模具幾何型面。PAM-INVERSE (反算模塊用于反算實際生產過程中下料量估計問題。 PAM-QUIKSTAMP (快速成形評估模塊用于模具的成形性分析和可行性分析。 PAM-AUTOSTAMP (精確模擬,成形質量控制模塊用于成形精確模擬過程以及回 彈預測分析。DIE COMPENSATION 和 ICAPP (成形回彈自動補償模塊用于解決自動回彈補償問 題,輸出進行回彈補償后的模具幾何模型。 板料成形數值模擬項目建議書 PAM-QUIKSTAMP 標 準求解器和 SMP 求解 QUI-S-01-2005 AUT-E-01-2005 器 PAM-AUTOSTAMP 環 境 PAM-AUTOSTAMP 標 種成形過程的精確模 準求解器和 SMP 求解 AUT-S-01