提到?jīng)_壓相關(guān)的有限元仿真，往往關(guān)注產(chǎn)品本身的成形仿真，也就是板料塑性變形。其關(guān)注點(diǎn)僅局限于沖壓產(chǎn)品的成形問(wèn)題： 開(kāi)裂、起皺、尺寸回彈、外觀面品等，然而一個(gè)沖壓產(chǎn)品從設(shè)計(jì)階段到批量，整個(gè)開(kāi)發(fā)周期無(wú)論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、工裝模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖壓模具的調(diào)試研合、量產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品工序件間的傳遞、轉(zhuǎn)運(yùn)等等整個(gè)過(guò)程涉及的工況較為復(fù)雜、條件的波動(dòng)對(duì)模具工裝、產(chǎn)品 都會(huì)起到一定的影響。如 模具及壓機(jī)工作臺(tái)面的彈性變形、一些剛性較差產(chǎn)品在工序傳遞間是否存在一定的塑性變形、再比如模具一些強(qiáng)度較差的易損零件的疲勞壽命等等，如果通過(guò)有限元仿真技術(shù)在開(kāi)發(fā)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)及模具工裝設(shè)計(jì)都能起到一定的指導(dǎo)、優(yōu)化的作用。

          下面簡(jiǎn)要介紹下作為沖壓（模具）工程師各開(kāi)發(fā)階段我們要做哪些方面的仿真工作。（注：僅為作者觀點(diǎn)）

        階段一：沖壓SE    

         仿真1：快速成形仿真  （業(yè)內(nèi)100% 都在用，不再啰嗦） 

     仿真2： 產(chǎn)品模態(tài)仿真

       關(guān)于模態(tài)仿真作為從事沖壓工藝及模具相關(guān)的工程師來(lái)說(shuō)，可能比較陌生、模態(tài)分析大多屬于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及NVH 系統(tǒng)所關(guān)注的。 具體相關(guān)定義不過(guò)多贅述、感興趣的自行查閱。對(duì)于沖壓工藝工程師來(lái)說(shuō)，單件產(chǎn)品的模態(tài)分析可以幫助我們確認(rèn)產(chǎn)品剛性是否存在風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)模態(tài)分析快速識(shí)別產(chǎn)品容易發(fā)生回彈的區(qū)域，特別是俗稱(chēng)的“軟回彈”加以識(shí)別并提出合理的改善對(duì)策。當(dāng)然模態(tài)分析是整個(gè)車(chē)身系統(tǒng)分析中最為重要的一項(xiàng)、不僅涉及整車(chē)剛度還涉及相關(guān)NVH開(kāi)發(fā)，這里僅僅是從沖壓工藝角度考慮這一性能指標(biāo)。如下例：

  

                                         20階 約束模態(tài)分析

此產(chǎn)品前2階模態(tài)均不大20HZ、產(chǎn)品剛性較差

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際產(chǎn)品掃描

焊接現(xiàn)場(chǎng)匹配狀況

小結(jié)：通過(guò)模態(tài)仿真與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的對(duì)比 可以發(fā)現(xiàn)仿真產(chǎn)品剛性較差的位置基本與實(shí)際產(chǎn)品回彈較大位置相對(duì)應(yīng)，這種“軟回彈”在產(chǎn)品尺寸提升過(guò)程非常困難（回彈補(bǔ)償量極難把握），所以SE階段一定將風(fēng)險(xiǎn)提出，目前沖壓工藝人員做此項(xiàng)仿真的不多、大部分是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判定、沒(méi)有量化的數(shù)據(jù)不易說(shuō)服產(chǎn)品設(shè)計(jì)者進(jìn)行產(chǎn)品變更、建議推廣。

仿真3：產(chǎn)品RPS點(diǎn)位置的合理性仿真（產(chǎn)品自重仿真）

這項(xiàng)仿真較為簡(jiǎn)單，其目的主要是驗(yàn)證產(chǎn)品在檢具上的姿態(tài)，是否會(huì)存在由于產(chǎn)品自身重力的影響導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸精度的判定出現(xiàn)誤判。

四點(diǎn)支撐重力塌陷

六點(diǎn)支撐時(shí)的重力塌陷

仿真4：針對(duì)上車(chē)體與下車(chē)體拼裝時(shí)，由于上車(chē)體自身重量導(dǎo)致其連接零件出現(xiàn)壓縮變形，較為典型的零件如：B柱、窗框等。此分析屬于靜力結(jié)構(gòu)學(xué)仿真、依其變形結(jié)果，原始數(shù)據(jù)會(huì)做過(guò)彎補(bǔ)償用于開(kāi)模。

階段二：工藝設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段

         仿真1：正式產(chǎn)品成性分析，指導(dǎo)沖壓工藝設(shè)計(jì)，此階段的設(shè)計(jì)與SE階段的設(shè)計(jì)不同、需考慮更加全面、完善，不僅僅要考慮產(chǎn)品的成形性同時(shí)還要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性、生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)的穩(wěn)健性等等。

   

                        SIGMA穩(wěn)健性分析

          仿真2：傳輸、跌落變形仿真    對(duì)應(yīng)一些剛性較差、且使用自動(dòng)化生產(chǎn)的產(chǎn)品、此項(xiàng)仿真有一定必要性，可直達(dá)我們確認(rèn)一些具體的工藝方案 如：抓手  吸盤(pán)位置的選取、 制件空拋時(shí)的姿態(tài)及定位的可靠性，特別是級(jí)進(jìn)模托起及送料的穩(wěn)定性。如下案例：

 

                   級(jí)進(jìn)模開(kāi)模托起時(shí)出現(xiàn)較大的顫動(dòng)、導(dǎo)致無(wú)法順利送料。

                         

           通過(guò)仿真可以提前識(shí)別其振幅、對(duì)連料帶進(jìn)行強(qiáng)化處理。

                                     送料方向位移模擬

不合理夾持位置的抬起姿態(tài)模擬

合理夾持位置的抬起姿態(tài)模擬

空拋產(chǎn)品與模具定位情況的模擬

產(chǎn)品跌落至傳送帶及傳輸?shù)哪M

仿真3：沖裁模擬   對(duì)于薄板來(lái)說(shuō)其意義不大、最多也就是識(shí)別下立切位置毛刺情況，或者是刃口較弱區(qū)域模具的受力狀態(tài)。但對(duì)于內(nèi)高壓成性進(jìn)行模內(nèi)沖孔、 就管類(lèi)產(chǎn)品空切應(yīng)該有一定的指導(dǎo)意義。

                         切邊 仿真

管腔無(wú)內(nèi)壓狀態(tài)沖孔

                   管腔內(nèi)壓150MPA  時(shí)沖孔

                     

           實(shí)際模內(nèi)沖孔時(shí)由于內(nèi)壓波動(dòng)造成孔邊塌陷

空切矩形管材

小結(jié)：沖裁仿真對(duì)于管材 內(nèi)高壓沖孔、空切及厚板（3MM）沖切、精沖等工況具有一定指導(dǎo)意義。

階段三：模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

        仿真1：模具結(jié)構(gòu)變形仿真       隨著沖壓高強(qiáng)鋼大量的使用、且客戶對(duì)研合率、研合效率的要求越來(lái)越高、模具結(jié)構(gòu)變形仿真的意義就不言而喻了。  

        作用1： 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度快速識(shí)別、避免由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足造成量產(chǎn)時(shí)局部鑲塊結(jié)構(gòu)在大的循環(huán)載荷沖擊出現(xiàn)疲勞損傷。

上圖為一個(gè)底盤(pán)件的案例 ：翻邊與翻孔間距只有9MM  產(chǎn)品料厚3MM 。如規(guī)劃工藝為先翻邊再翻孔、其凹模最邊緣壁厚僅9MM ，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能否滿足量產(chǎn)使用？？？

翻孔凹模

這時(shí)通過(guò)結(jié)構(gòu)變形仿真、很快就會(huì)告訴我們答案：我們進(jìn)行體單元（模具彈塑體單元、彈塑板料體單元）的全耦合成形分析

翻孔凹模等效塑性應(yīng)變

  翻孔凹模法向位移  

 通過(guò)仿真我們可以直觀的確定模具強(qiáng)度肯定無(wú)法滿足量產(chǎn)、預(yù)估連50件都用不了（注：關(guān)于壽命問(wèn)題當(dāng)然通過(guò)疲勞仿真可以解決 ）

作用2： 縮短模具研合時(shí)間、減輕鉗工工作量。

                    考慮機(jī)床撓度、模具重量 模具到底狀體受力仿真

   凸模Z向變形云圖

壓邊圈Z向變形云圖

凹模Z向變形云圖

   下工作臺(tái)面Z向撓度變形云圖

通過(guò)仿真我們很快可以確定為什么模具研合時(shí)出現(xiàn)著色四周硬、中間空的“空心”現(xiàn)象了，模面數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)提供合理的參考數(shù)值。

      當(dāng)然沖壓成形仿真 屬于接觸非線性、受產(chǎn)品接觸位置位移的變化、其成形接觸力始終為非線性變化的，我們還要考慮沖壓過(guò)程中模具體所受載荷狀態(tài)、當(dāng)工具體作為彈塑體與作為剛體時(shí)，仿真回彈的結(jié)果也是不同的。

材質(zhì)：DP980  T=1.6MM   凹模Z值位移

凸模的Z值位移云圖

基于板材成形仿真及模具結(jié)構(gòu)變形仿真可以構(gòu)建一套模面細(xì)化數(shù)據(jù)流程了。

對(duì)于內(nèi)高壓成形來(lái)說(shuō)，個(gè)人認(rèn)為結(jié)構(gòu)變形是必不可少的，模具在較大內(nèi)壓及合模力雙重載荷下，其結(jié)構(gòu)勢(shì)必存在變形風(fēng)險(xiǎn)，特別是存在側(cè)向力時(shí)，產(chǎn)品出現(xiàn)分模痕很難消除。

內(nèi)高壓結(jié)構(gòu)受力分析

小節(jié)：模具結(jié)構(gòu)變形受力仿真、個(gè)人認(rèn)為其作用在沖壓模具領(lǐng)域應(yīng)該是除成形仿真之外最為重要的一項(xiàng)仿真了，把傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)評(píng)判轉(zhuǎn)變到數(shù)據(jù)量化支持。擺脫“3、4、5”“4、5、6”標(biāo)準(zhǔn)束縛，并結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化仿真、疲勞仿真把“好鋼用刃上”在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以完美呈現(xiàn)。另在跟業(yè)內(nèi)朋友交流結(jié)構(gòu)變形仿真時(shí)、最關(guān)注的就是仿真時(shí)間問(wèn)題，其實(shí)目前結(jié)構(gòu)變形仿真有兩種方案：1、耦合法  2、插值法（理解為接觸力映射法） 采用耦合法確實(shí)有網(wǎng)格劃分精度、時(shí)間等影響，不易操作。 插值法相對(duì)來(lái)說(shuō)就簡(jiǎn)單多了、把復(fù)雜的非線性（接觸非線性、幾何非線性、材料非線性）動(dòng)力學(xué)仿真，轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)仿真，時(shí)間基本就可以忽略不計(jì)了。

仿真2：廢料滑落仿真   無(wú)需多言  主要確認(rèn)廢料滑落是否順暢、是否存在卡滯 、無(wú)法落入工作臺(tái)廢料坑等現(xiàn)象。        

                   

階段四：模面細(xì)化階段      

板材精算仿真1：成形精細(xì)仿真    此階段的仿真主要是依據(jù)結(jié)構(gòu)變形仿真  成形仿真出現(xiàn)的模具工具體、機(jī)床撓度等彈性變形、產(chǎn)品成形過(guò)程中料厚的變化（變薄、增厚）  及其它模面工程相關(guān)（R避空、工藝補(bǔ)充區(qū)域避讓、刀具補(bǔ)償、局部強(qiáng)壓等）重新構(gòu)建工具體模面、并進(jìn)行精算分析（采用兩到三款成形仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證分析）。并基于精算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的回彈補(bǔ)償，如果需要的話。

 精算仿真流程

總結(jié)：沖壓工藝涉及"材料力學(xué)"“結(jié)構(gòu)力學(xué)”多工況問(wèn)題。就仿真而言既有動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，又有靜力學(xué)問(wèn)題。充分利用仿真技術(shù)，最大程度將現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行虛擬數(shù)字呈現(xiàn)，提前發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，有助于優(yōu)化工藝，降低開(kāi)發(fā)成本。

文章來(lái)源：成型之道 無(wú)問(wèn)東西