成形工藝設(shè)計的案例
《沖壓成形工藝及模具設(shè)計》
《沖壓成形工藝及模具設(shè)計》
實例 | DEFORM軟件DOE/OPT技術(shù)在螺栓成形工藝中的應(yīng)用
螺栓是機械構(gòu)件中廣泛采用的一種連接零件，其加工工藝及模具設(shè)計以往都是根據(jù)工程師經(jīng)驗，通過反復(fù)試模和調(diào)整工藝方案來進行的。隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，利用有限元模型進行模擬實驗已經(jīng)廣泛用于金屬成形和熱處理工藝中。計算機模擬仿真可以有效降低成本，縮短生產(chǎn)周期，為模具設(shè)計和工藝方案的制定起到指導(dǎo)作用。但是有限元模擬技術(shù)只能對預(yù)先設(shè)計的成形方案進行評估，它并不能直接給出成形工藝的最優(yōu)方案，所以SFTC公司將DOE/OPT優(yōu)化技術(shù)嵌入DEFORM軟件中，以便在模擬仿真環(huán)境下使輸出響應(yīng)不斷地得到改進，從而可以實現(xiàn)成形工藝方案的自動優(yōu)化。DOE/OPT技術(shù)就是從可能值中找到最佳工藝設(shè)計變量，使得輸出結(jié)果為最優(yōu)解或滿意解的過程，使用戶可以更加容易地獲得設(shè)計規(guī)律和最佳工藝方案。
本文采用DEFORM軟件對螺栓成形工藝進行了分析，并運用DOE/OPT技術(shù)對成形工藝方案自動優(yōu)化設(shè)計，最終獲得設(shè)計規(guī)律和最佳工藝方案。
1 有限元模擬
螺栓成形工藝較為復(fù)雜，一般為多工步成形，其成形工藝流程：預(yù)成形—頂鐓—終鍛。根據(jù)螺栓幾何及成形特點，模擬仿真過程中坯料和模具的幾何可以簡化為2D模型。DEFORM MO模塊多工步成形仿真前處理設(shè)置如下圖所示：
MO模塊前處理設(shè)置
2 DOE/OPT優(yōu)化設(shè)計
運用DOE/OPT技術(shù)對螺栓成形工藝進行優(yōu)化設(shè)計，獲得設(shè)計規(guī)律和最佳工藝方案。在MO集成環(huán)境中添加DOE分析，將預(yù)成形下模內(nèi)傾角和內(nèi)圓角，坯料直徑和高度（同時保持坯料體積不變及坯料外徑和下模具內(nèi)徑相等）；頂鐓工步上模內(nèi)傾角及深度（保持內(nèi)腔體積不變），上、下模具間距等設(shè)置為設(shè)計變量；螺栓終鍛成形完成后，其關(guān)心區(qū)域的最大等效應(yīng)變作為目標(biāo)變量。期望最大等效應(yīng)變最小，避免開裂，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
展開 一種車用攝像頭殼體冷擠壓成形工藝與模具設(shè)計
圖10 500t油壓機
試模過程中，雖然成形噸位較小，但由于成形走料、導(dǎo)向間隙和模具的彈性變形，會導(dǎo)致一定的偏載，使導(dǎo)向間隙不均勻，間隙大的地方有毛刺產(chǎn)生；同時產(chǎn)品外壁沒有設(shè)計拔模角度；在脫模頂出時，產(chǎn)品會產(chǎn)生變形，尺寸超差。試模后，觀察殼體內(nèi)腔表面狀況相對良好，無明顯破損和拉毛痕跡。后續(xù)外壁會增加0.5°的拔模斜度和整形模進行改善。圖11為此產(chǎn)品側(cè)面裁切后的成品與U盤的比較圖，圖12為此系列產(chǎn)品與圓珠筆的比較圖。
圖11 裁切側(cè)邊后的產(chǎn)品與U盤大小比較
圖12 該系列產(chǎn)品與圓珠筆的比較
結(jié)束語
在依靠經(jīng)驗進行工藝和模具設(shè)計的過程中，當(dāng)無法定性判斷缺陷且計算難度較高時，可以借助Deform-3D對此進行模擬分析，有助于對沒有把握的風(fēng)險進行判斷，從而來提升試模的成功率和模具設(shè)計的可靠性。
展開 車架內(nèi)外縱梁一體成形模具設(shè)計案例分析總結(jié)
縱梁是卡車車架的骨架部分，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程為內(nèi)外縱梁各自成形后裝配鉚接，存在工裝開發(fā)成本高、鉚焊裝配困難及需要削減縱梁的抗彎強度等問題，本文分析了內(nèi)外縱梁一體成形工藝設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，并將制造加工出的模具成功應(yīng)用于多個項目中。
縱梁是卡車車架的骨架部分，縱梁長度一般為5～10m不等，從其斷面來看汽車車架縱梁是典形的U形件，包括內(nèi)縱梁和外縱梁零件。一般傳統(tǒng)成形工藝，汽車車架縱梁內(nèi)外板是各自落料沖孔，各自成形，模具開發(fā)成本高，成形后考慮精度存在差異，容易造成縱梁內(nèi)外板裝配孔位置不吻合，導(dǎo)致鉚焊裝配困難，且內(nèi)外板形面因不吻合導(dǎo)致裝配間隙大，裝配間隙大會削減縱梁的抗彎強度。
內(nèi)外縱梁一體成形是在一副模具中完成內(nèi)外縱梁的成形
主要工藝流程包括：
①首先將車架縱梁內(nèi)、外板各自落好料，預(yù)留塞焊孔位；
②將各自落好的車架縱梁內(nèi)、外板料按照裝配的位置塞焊在一起，并打磨處理；
③將焊接在一起的車架縱梁內(nèi)、外板放入縱梁成形模里成形。本工藝避免了縱梁內(nèi)外板各自成形孔位置不對位造成裝配困難的問題，并且裝配間隙也很小，提高縱梁的抗彎強度，減少成形模具投資成本并降低生產(chǎn)成本，應(yīng)用前景廣闊。
零件工藝性分析
圖1 內(nèi)外縱梁零件圖（A外梁、B內(nèi)梁）
圖1為內(nèi)外縱梁零件圖，零件材料都為B510L（屈服強度≥355MPa，抗拉強度為510～630MPa，延伸率≥24%），內(nèi)縱梁厚度為3.0mm，外縱梁厚度為5.0mm，外觀尺寸為5722mm（內(nèi)梁為5007mm）×170mm×131mm，臺階落差為50mm，內(nèi)縱梁內(nèi)外R角為3mm及6mm，外縱梁內(nèi)外R角為5mm及10mm。
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設(shè)計仿真 | Simufact助力鈑金沖壓成形工藝缺陷分析
鈑金沖壓成形工藝在汽車、航空航天、重工、電子等行業(yè)中擔(dān)任著重要成形工藝角色，沖壓件的質(zhì)量問題不僅影響產(chǎn)品美觀，還會降低制件的結(jié)構(gòu)性能以及產(chǎn)品使用壽命，因此對沖壓件的質(zhì)量缺陷控制至關(guān)重要。
鈑金沖壓件成形過程中常見的質(zhì)量問題主要有起皺、開裂、回彈、塌陷等缺陷。以上問題占沖壓件質(zhì)量整改的85%以上，模具的反復(fù)修改、維修造成模具使用壽命降低，停機時間劇增，產(chǎn)品的返工甚至報廢導(dǎo)致的生產(chǎn)成本增加、生產(chǎn)周期增加。因此在鈑金沖壓工藝設(shè)計階段利用沖壓工藝仿真軟件可以對設(shè)計的工藝方案進行虛擬試錯，從而減少或避免沖壓缺陷問題，有效的減少試錯次數(shù)、模具修模次數(shù)，減少試制時間周期，提升工藝開發(fā)效率。而且利用專業(yè)的鈑金沖壓工藝仿真可以對已經(jīng)存在沖壓缺陷問題的工藝進行分析軟件虛擬試錯。
simufact
鈑金沖壓成形工藝解決方案
Simufact forming金屬塑性成形及熱處理工藝仿真軟件中，針對不同的工藝類型具有不同的向?qū)Аａ槍︹k金成形工藝Simufact forming具有專業(yè)的功能模塊，可以實現(xiàn)對冷熱沖壓、深沖、壓印成形、折彎、翻邊、精沖、沖裁、旋壓等工藝過程進行模擬。在單一軟件界面可進行多個工位多個道次的深沖分析。
展開 30個沖壓模具設(shè)計與成形工藝經(jīng)驗，收藏一波
在設(shè)計料帶前，一定要了解零件的公差要求，材料性能、沖床噸位、沖床臺面、SPM（每分鐘沖次）、送料方向、送料高度、模厚要求、材料利用率、模具使用壽命。
2.
在設(shè)計料帶時，要同時進行CAE分析，主要考慮材料的變薄率，一般要 在25%以下。特別深拉不銹鋼材料，可以在預(yù)拉伸后再進行退火，用高頻退火機，變薄率可以接受至40%，在設(shè)計料帶時，一定要和客戶多加溝通，最好要客戶提供之前的模具照片或結(jié)構(gòu)圖來參考，空步也是非常重要的，在模具長度允許的情況下，適當(dāng)留出空步對于試模后的改模幫助是很大的。
3.
料帶設(shè)計是對制品成型工藝的分析，基本上決定了模具是否成功。
4.
在連續(xù)模具設(shè)計時，抬料設(shè)計非常重要，如果升料桿不能將整個料帶升起，就無法進行自動化連續(xù)生產(chǎn)。
5.
在模具設(shè)計中，模具材料的選擇和熱處理以及表面處理（如TD，TICN， TD時間需要3-4天），特別是拉伸件，如果沒有TD，模具表面會很容易就拉燒起毛。
6.
在模具設(shè)計中，對于孔位或公差要求較小的面，盡可能做可調(diào)鑲件，便于在試模及生產(chǎn)時調(diào)節(jié)，以便容易達到，零件的尺寸要求，要上下模具同時時做可調(diào)鑲件。對于字嘜，要求在沖床上可拆，不需要下模再拆而浪費時間。
7.
設(shè)計氫氣彈簧時，根據(jù)CAE分析的壓力來設(shè)計，不要設(shè)計過大的氫氣彈簧，防止產(chǎn)品破裂。通常情況是：壓力小，產(chǎn)品起皺，壓力大，產(chǎn)品破裂。
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料帶設(shè)計是對制品成型工藝的分析，基本上決定了模具是否成功。
4.
在連續(xù)模具設(shè)計時，抬料設(shè)計非常重要，如果升料桿不能將整個料帶升起，就無法進行自動化連續(xù)生產(chǎn)。
5.
在模具設(shè)計中，模具材料的選擇和熱處理以及表面處理（如TD，TICN， TD時間需要3-4天），特別是拉伸件，如果沒有TD，模具表面會很容易就拉燒起毛。
6.
設(shè)計仿真 | Simufact助力鈑金沖壓成形工藝缺陷分析
鈑金沖壓成形工藝在汽車、航空航天、重工、電子等行業(yè)中擔(dān)任著重要成形工藝角色，沖壓件的質(zhì)量問題不僅影響產(chǎn)品美觀，還會降低制件的結(jié)構(gòu)性能以及產(chǎn)品使用壽命，因此對沖壓件的質(zhì)量缺陷控制至關(guān)重要。
鈑金沖壓件成形過程中常見的質(zhì)量問題主要有起皺、開裂、回彈、塌陷等缺陷。以上問題占沖壓件質(zhì)量整改的85%以上，模具的反復(fù)修改、維修造成模具使用壽命降低，停機時間劇增，產(chǎn)品的返工甚至報廢導(dǎo)致的生產(chǎn)成本增加、生產(chǎn)周期增加。因此在鈑金沖壓工藝設(shè)計階段利用沖壓工藝仿真軟件可以對設(shè)計的工藝方案進行虛擬試錯，從而減少或避免沖壓缺陷問題，有效的減少試錯次數(shù)、模具修模次數(shù)，減少試制時間周期，提升工藝開發(fā)效率。而且利用專業(yè)的鈑金沖壓工藝仿真可以對已經(jīng)存在沖壓缺陷問題的工藝進行分析軟件虛擬試錯。
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鈑金沖壓成形工藝解決方案
Simufact forming金屬塑性成形及熱處理工藝仿真軟件中，針對不同的工藝類型具有不同的向?qū)Аａ槍︹k金成形工藝Simufact forming具有專業(yè)的功能模塊，可以實現(xiàn)對冷熱沖壓、深沖、壓印成形、折彎、翻邊、精沖、沖裁、旋壓等工藝過程進行模擬。在單一軟件界面可進行多個工位多個道次的深沖分析。
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料帶設(shè)計是對制品成型工藝的分析，基本上決定了模具是否成功。
4.
在連續(xù)模具設(shè)計時，抬料設(shè)計非常重要，如果升料桿不能將整個料帶升起，就無法進行自動化連續(xù)生產(chǎn)。
5.
在模具設(shè)計中，模具材料的選擇和熱處理以及表面處理（如TD，TICN， TD時間需要3-4天），特別是拉伸件，如果沒有TD，模具表面會很容易就拉燒起毛。
6.
金屬粉末注射成形——MIM成型工藝與產(chǎn)品設(shè)計
金屬粉末注射成形——MIM成型工藝與產(chǎn)品設(shè)計
汽車沖壓模具設(shè)計與成形工藝30個經(jīng)驗要點！
1、在設(shè)計料帶前，一定要了解零件的公差要求，材料性能、沖床噸位、沖床臺面、SPM（每分鐘沖次）、送料方向、送料高度、模厚要求、材料利用率、模具使用壽命。
2、在設(shè)計料帶時，要同時進行CAE分析，主要考慮材料的變薄率，一般要在25%以下。特別深拉不銹鋼材料，可以在預(yù)拉伸后再進行退火，用高頻退火機，變薄率可以接受至40%，在設(shè)計料帶時，一定要和客戶多加溝通，最好要客戶提供之前的模具照片或結(jié)構(gòu)圖來參考，空步也是非常重要的，在模具長度允許的情況下，適當(dāng)留出空步對于試模后的改模幫助是很大的。
3、料帶設(shè)計是對制品成型工藝的分析，基本上決定了模具是否成功。
4、在連續(xù)模具設(shè)計時，抬料設(shè)計非常重要，如果升料桿不能將整個料帶升起，就無法進行自動化連續(xù)生產(chǎn)。
5、在模具設(shè)計中，模具材料的選擇和熱處理以及表面處理（如TD，TICN， TD時間需要3-4天），特別是拉伸件，如果沒有TD，模具表面會很容易就拉燒起毛。
6、在模具設(shè)計中，對于孔位或公差要求較小的面，盡可能做可調(diào)鑲件，便于在試模及生產(chǎn)時調(diào)節(jié)，以便容易達到，零件的尺寸要求，要上下模具同時時做可調(diào)鑲件。對于字嘜，要求在沖床上可拆，不需要下模再拆而浪費時間。
7、設(shè)計氫氣彈簧時，根據(jù)CAE分析的壓力來設(shè)計，不要設(shè)計過大的氫氣彈簧，防止產(chǎn)品破裂。通常情況是：壓力小，產(chǎn)品起皺，壓力大，產(chǎn)品破裂。解決產(chǎn)品起皺，可以采用局部增加拉延筋的方法，先用拉延筋固定位片材，再拉伸，來減少起皺。
8、第一次試模時，一定要慢慢將上模合下，對于有拉伸工序時，一定要用保險絲試料位厚度，料位間隙達到材料厚度后再試模，刀口一定要先對好。拉延筋請使用活動鑲件，以便于調(diào)節(jié)拉延筋的高度。
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設(shè)計仿真 | 立即預(yù)約-Simufact成形及熱處理工藝仿真解決方案
精彩直播預(yù)告
金屬塑性加工工藝是一種常用的零部件成形制造工藝，常見的成形工藝有鍛造、沖壓、拉拔、軋制等等，這些工藝廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在以往，成形工藝的制定、創(chuàng)新，以及模具的設(shè)計都需要依靠大量的工程試錯進行迭代，從而優(yōu)化工藝參數(shù)、優(yōu)化模具設(shè)計，但時間與物料人力成本極高。
海克斯康工業(yè)軟件旗下Simufact Forming仿真軟件，能夠?qū)α悴考?em>成形過程進行仿真分析，預(yù)測成形過程中材料與模具設(shè)計的諸多問題，例如折疊、填充不滿、模具應(yīng)力分布等問題，助力工程師對工藝及模具進行優(yōu)化，同時軟件能夠進行熱處理工藝仿真分析，預(yù)測零部件在熱處理過程中變形、殘余應(yīng)力、相變的演化過程，對熱處理工藝的改善起到一定指導(dǎo)作用。
本期直播，海克斯康工業(yè)軟件工藝仿真專家將結(jié)合經(jīng)典行業(yè)案例展示成形及熱處理仿真方案，同時帶來全新模具壽命分析方案的介紹，歡迎預(yù)約報名！
展開 【科普】30個降低模具成本需要掌握的汽車模設(shè)計、成形工藝
【科普】30個降低模具成本需要掌握的汽車模設(shè)計、成形工藝
1、在設(shè)計料帶前，一定要了解零件的公差要求，材料性能、沖床噸位、沖床臺面、SPM（每分鐘沖次）、送料方向、送料高度、模厚要求、材料利用率、模具使用壽命。
2、在設(shè)計料帶時，要同時進行CAE分析，主要考慮材料的變薄率，一般要 在25%以下。特別深拉不銹鋼材料，可以在預(yù)拉伸后再進行退火，用高頻退火機，變薄率可以接受至40%，在設(shè)計料帶時，一定要和客戶多加溝通，最好要客戶提供之前的模具照片或結(jié)構(gòu)圖來參考，空步也是非常重要的，在模具長度允許的情況下，適當(dāng)留出空步對于試模后的改模幫助是很大的。
3、料帶設(shè)計是對制品成型工藝的分析，基本上決定了模具是否成功。
4、在連續(xù)模具設(shè)計時，抬料設(shè)計非常重要，如果升料桿不能將整個料帶升起，就無法進行自動化連續(xù)生產(chǎn)。
5、在模具設(shè)計中，模具材料的選擇和熱處理以及表面處理（如TD，TICN， TD時間需要3-4天），特別是拉伸件，如果沒有TD，模具表面會很容易就拉燒起毛。
6、在模具設(shè)計中，對于孔位或公差要求較小的面，盡可能做可調(diào)鑲件，便于在試模及生產(chǎn)時調(diào)節(jié)，以便容易達到，零件的尺寸要求，要上下模具同時時做可調(diào)鑲件。對于字嘜，要求在沖床上可拆，不需要下模再拆而浪費時間。
7、設(shè)計氮氣彈簧時，根據(jù)CAE分析的壓力來設(shè)計，不要設(shè)計過大的氮氣彈簧，防止產(chǎn)品破裂。通常情況是：壓力小，產(chǎn)品起皺，壓力大，產(chǎn)品破裂。解決產(chǎn)品起皺，可以采用局部增加拉延筋的方法，先用拉延筋固定位片材，再拉伸，來減少起皺
8、 第一次試模時，一定要慢慢將上模合下，對于有拉伸工序時，一定要用 保險絲試料位厚度，料位間隙達到材料厚度后再試模，刀口一定要先對好。拉延筋請使用活動鑲件，以便于調(diào)節(jié)拉延筋的高度。
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熱沖壓成形模具設(shè)計要點
三 總結(jié)
熱沖壓成形生產(chǎn)過程中，坯料的加熱狀態(tài)、料片轉(zhuǎn)移、成形動作時序及接觸力變化、制件冷卻速率及均勻性分布等條件變化均會影響零件的尺寸和性能。
在模具設(shè)計過程中，冷卻管路系統(tǒng)設(shè)計的合理性直接影響制件的冷卻狀態(tài)和模具強度。
冷卻管路設(shè)計的微小差異有可能引起模具上形成“熱點”，或造成模具強度不足。
而且一旦按照不合理的冷卻管路進行模具加工，產(chǎn)生的制件質(zhì)量缺陷絕無可能通過設(shè)備和工藝參數(shù)優(yōu)化進行解決，其后果必然是導(dǎo)致模具報廢。
在熱成形工藝設(shè)計過程中，采用試錯法已完全不能滿足正常設(shè)計需求
，熱沖壓成形FEA可實現(xiàn)的工藝缺陷的預(yù)判和進行工藝優(yōu)化。
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