CAE在模具生产过程中的指导作用
摘要：CAE技术在制造业中占据越来越重要的地位，在汽车行业尤其如此。近几年，CAE技术已经被广泛运用到汽车覆盖件模具行业。基于CAE精确的金属板料成型模拟技术为工程师提供了驱动力。通过使用CAE软件提高规划过程的可靠性，有效的降低模具试模次数和试模时间，提高零件的设计品质和模具的设计水平。在实际生产当中保证工件的质量、减少材料消耗、缩短产品开发周期、降低制造成本具有重要意义。在汽车和模具工业发达国家，CAE在从产品设计到模具现场调试整个设计流程中都起着主导作用。汽车模具行业竞争日益激烈，不仅要求提高冲压的生产效率，而且对冲压生产工艺的优化控制提出了更高的要求。因此，CAE技术不断完善和提高，一直是板料成形技术的研究热点。随着计算机软硬件技术，计算机图形学等学科的迅猛发展、CAE技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具。
关键字：CAE 模具 板料成型 模拟 主导
板料冲压成形是一种重要的塑性加工方法，在现代汽车工业中的应用越来越广泛，汽车行业日益激烈的竞争，不仅要求提高冲压的生产效率，而且对冲压生产工艺的优化控制提出了更高的要求。CAE技术在制造业中占据越来越重要的地位，在汽车行业尤其如此。近几年，CAE技术已经被广泛运用到汽车覆盖件模具行业。精确的金属板料成型模拟技术为工程师提供了驱动力。通过使用CAE软件提高规划过程的可靠性，有效的降低模具试模次数和试模时间，提高零件的设计品质和模具的设计水平。在实际生产当中保证工件的质量、减少材料消耗、缩短产品开发周期、降低制造成本具有重要意义。在汽车和模具工业发达国家，CAE在从产品设计到模具现场调试整个设计流程中都起着主导作用。汽车模具行业竞争日益激烈，不仅要求提高冲压的生产效率，而且对冲压生产工艺的优化控制提出了更高的要求。因此，CAE技术不断完善和提高，一直是板料成形技术的研究热点。
随着计算机软硬件技术，计算机图形学等学科的迅猛发展、CAE技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具。由于汽车覆盖件一般尺寸较大,形状复杂,多为空间自由曲面,其成形过程涉及几何非线性、材料非线性和复杂的接触与摩擦等问题,在传统的冲压生产过程中,无论是覆盖件模具的设计,还是工艺参数的规划,都要设计制造原型,经过多次试生产和多次试修正才能确定,这是一个试错逼近的过程。随着CAE技术的成熟与准确化，模拟在给定冲压工艺条件下板料成型的全过程，准确预测可能出现的缺陷，并通过预测的缺陷及问题及时调整工艺方案及模具结构，将问题点都放到前序解决，这样可以大量的减少现场调试模具的人力物力及其时间。尤其在今天的模具冲压行业，交货时间不断的减少，成本不断地降低，在汽车行业的历史上，没有任何其他一段时间像今天这样充满竞争。竞争推动质量要求更高，成本更低，更短的交货时间。竞争还推动行业的使用越来越多的新设计，新材料，新的成型工艺，因此CAE对模具制造与设计都至关重要，它可以提前预测金属在冲压过程中所产生的缺陷。模拟在板料整个成型的全过程，准确预测可能出现的缺陷。向破裂、起皱。对于破裂而言，破裂主要是由于材料在拉伸过程中超过拉伸极限，发生拉伸失稳造成的。起皱主要是由于材料在成型过程中发生压缩失稳，冲压板料厚向尺寸与平面上其它两个方向的尺寸相比较小，当平面应力达到一定程度时，厚度方向会发生失稳，导致起皱。对于以上所提的缺陷，只能能清楚产生的机理，CAE软件都能够利用有限元算法模拟出板料实际成型的过程，模具工艺排布、图纸设计及其制造。后序部门可以以计算结果为参考，及时修正将会出现的问题，这样会大大的提高这个模具设计与制造的效率，并将设计制造数字化、理论化，很大程度上缩短整个模具周期。
随着汽车行业高速发展，汽车冲压件尺寸大小及其形状越来越复杂，例如整个车身侧面板和多个附件部件形成一个模具，以提高生产率和降低模具成本。日益增长的物质多样性，以满足不同的需求 如使用重量轻的材料的经济形，安全性更强的材料（双相钢，trip钢，超高强度钢），并采用定制焊接的坯料，以减少零件的数量和提高车辆结构的完整性。所有这些新趋势都会给CAE模拟带来很大的挑战。汽车冲压件的质量包括表面质量和尺寸质量。表面质量要求没有明显的缺陷。如扭曲、起皱、低点和板材外露表面的打滑/冲击线。尺寸质量要求的部分形状和尺寸符合金属加工后的GD&T(几何尺寸及公差)。当越来越多的轻重量材料（如铝）用于燃料经济性以及越来越多更强的材料（先进高强度钢）用于安全生产，由于组件和子组件的回弹尺寸质量问题变得越来越受关注。在实验和生产中，表面扭曲和回弹、扭转是很难预测，更是难以解决。当我们成功的预测和解决传统的成形性的问题之后，在模具设计阶段急需冲压CAE技术来研发和应用新技术来预测和解决质量问题。对于表面质量的关注，冲压CAE工程师已尝试使用目前的技术预测的表面质量问题，使用不同的方法和轻微的应变、应力的解释，平均应力，曲率，反射线等。然而目前的模拟工具并不足以定量预测微妙的表面缺陷。回弹预测和解决问题是冲压CAE工程师的重大挑战。在过去的几年时间，回弹的可预测性已大大改善。然而需求的速度和进展依然是落后的。相同的事实依然存在，我们可以预测普遍回弹的正确趋势，但无法确定回弹量的准确性。整个行业仍然在学习如何有效的解决模具的回弹，通过冲压CAE的预测和解决回弹。在这项工作中，更重要的是CAE分析人员的专业知识和技能，以获得可靠的回弹结果和解决回弹。
目前计算机辅助分析已经发展成为全球模具行业甚至是全球制造行业的一个大方向，模具设计制造及其调试中会发生的大的趋势都能做出准确的预测，我们应该不断的尝试运用各种不同的适合自身发展的CAE软件，将汽车模具行业设计制造调试理论化、数字化、标准化，做到有章可循有理可依。
参考文献
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