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CAE技术在冲压模具设计和制造中的应用

用现代信息改造和提升制造业，将信息化和工业化结合，进一步过度到现代化，在较短时间内，实施跨越式发展，是结合我国国情的一条发展之路。全球性的竞争要求生产者对市场变化作出迅速准确的反应，以最短的时间开发出高质量，低成本的产品，并提供良好的服务。CAE(Computer-Aided Engineering)计算机辅助工程分析的应用和推广将使新产品开发的能力得到增强，将为制造业缩短开发周期，降低成本，提高产品质量，从而为增强企业的竞争能力提供有效的途径。

1、现代冲压成形的计算机模拟

1.1CAE技术在冲压模具设计和制造中应用的意义和作用

<长沙p>模具设计的过程一般是这样的：模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成形出该产品。在此过程中，结构设计工程师还要根据产品的某些特定要求结合自己的经验选择冲压方向,设计工艺补充面,压料面, 拉延筋,选择压边力,润滑条件等,以保证所设计的模具除了结构上合理外，在冲压方面也是可行的。

包括风涡轮、航空及汽车等领域

显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设显示芯片计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，不要采取这类方式或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计——修正——再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。

CAE分析正是解决上述问题的理想工具。原因是该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个冲压成形工艺，冲压参数进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。

冲压成形是机械制造领域中的一种重要加工方法;其成形件质量的好坏，关键在于模具及冲压成形工艺设计是否合理。传统冲压成形过程，主要是依靠技术人员的经验来设计加工工艺和模具，然后通过试模生产，检验成形件是否符合产品的设计要求;如果工件与设计要求相差太大，或出现明显的缺陷，则需要修发电机组制或重新设计模具。显而易见，在修模和试模阶段，存在大量的资源和时间支出，致使整个板料冲压生产的质量和成本很难得到理想的控制;这种成形工艺已经越来越不能适应现代工业的发展需要;在过去的几十年内，随着计算机技术的迅猛发展，计算机模拟(仿真)技术不断完善并逐渐应用到现代工业生产的各个领域，成为现代工业生产的有力工具。

在现代冲压生产中采用计算机仿真技术指导生产，可使技术人员非常直B. 试品资料:提供使用者设定所有试品数据观地在计算机屏幕上观察到工件材料的变形和金属流动的情况，获得在冲压成形过程中工件的位移、应力、应变的分布，并通过观察位移后工件的变形情况，预测可能产生的缺陷如：破裂、起皱、颈缩等，以及在成形过程中所需的载荷以及工件成形后的回弹、残余应力的分布。从而根据已有的专业知识和生产经验实时调整模具参数和成形工艺，修改毛坯形状和尺寸。由此可知，在整个冲压成形中出现的绝大部分问题，技术人员均可通过进行计算机仿真来发现并解决。从而大大缩短进行试模和修模的时间，降低物耗、节约生产成本、减少新产品的开发时间，提高了产品的质量，增强产品的市场竞争能力。

一般说来，板料成形有限元软件可以对薄板成形件的成形结果进行分析、评价，帮助工程师进行产品工艺可行性研究和模具设计制造，优化板料成形工艺，优化成形参数，对新材料的评估，对产品的设计开发提出修改建议。计算机模拟的作用可以归纳为：缩短模具制造周期;节省费用;提高零件的质量和使用性能;降低零件废品率;合理的选用成形材料。

应用计算机模拟，据统计可产生如2.定期更换液压油下技术经济效益：模具设计、制造和调试时间平均减少30%;模具调试次数平均减少40%;工艺调试时间平均降低50%;每套模具平均降低成本20%。

1.2有限元方程的建立[3]

三维弹性动力学的基本方程：

(1)式中，是质量密度，μ是阻尼系数，和 分别是 对t的二次导数和一次导数，表示I方向的加速度和速度。 和 分别代表惯性力和阻尼力。另外，由于现在的情况下，载荷是时间的函数，因此位移，应变，应力也是时间的函数，故在基本方程中包刮了粗始条件(6)式。

下面以三模具加工维实体单元为例，介绍有限元求解的基本步骤：

(1)连续区域的离

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