薄壁件
關(guān)注創(chuàng)建者：紅沙西石 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-18
薄壁件的視頻教程
如何提高無網(wǎng)格CAE軟件對薄壁塑料件的分析精度
課程大綱：1.SimSolid軟件介紹2.案例介紹3.剛度、強(qiáng)度、模態(tài)、熱變形分析4.針對薄壁件的軟件設(shè)置技巧5.對標(biāo)6.總結(jié)掌握SimSold在薄壁件中快速仿真分析方法，掌握粘膠在軟件中的設(shè)置方法，對薄壁件的仿真分析精度有深刻的認(rèn)識等。 Altair SimSolid是專為設(shè)計(jì)工程師開發(fā)的結(jié)構(gòu)分析軟件且極具創(chuàng)新性。
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碳纖維復(fù)合材料薄壁件的注塑成型過程模擬
利用注塑成型軟件Moldflow，模擬出碳纖維復(fù)合材料薄壁件的注塑成型過程，可提取薄壁件內(nèi)部短碳纖維取向分布，成型件翹曲變形量、體積收縮等數(shù)據(jù)，利于進(jìn)行成型質(zhì)量優(yōu)化。
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薄壁件的實(shí)例教程
薄壁擠出件
電動(dòng)踏板的面板材質(zhì)為鋁合金，加工工藝為擠出成型：將鋁合金加熱到一定溫度通過模具推擠，得到特定形狀的薄壁件產(chǎn)品。該成型工藝的特點(diǎn)是產(chǎn)品沿垂直斷面方向成型，沿成型方向壁厚一致，因此斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。
薄壁擠出件截面優(yōu)化存在如下兩個(gè)問題：1）最優(yōu)解問題，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，斷面設(shè)計(jì)的可行解非常多，需要在眾多可行解中找出最優(yōu)解；2）薄壁件厚度分配問題，按需分配材料厚度，進(jìn)行斷面尺寸非等厚設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮材料作用。
本文旨在解決薄壁殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題：搜索最優(yōu)截面、非等厚截面設(shè)計(jì)，達(dá)到剛質(zhì)比最優(yōu)。該方法同樣可適用于汽車固定踏板、行李架等薄壁擠出件。
3. 擠出件結(jié)構(gòu)優(yōu)化
針對某主機(jī)廠已量產(chǎn)產(chǎn)品，對面板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品剛度。
3.1 設(shè)計(jì)空間
依據(jù)功能性需求，將零件劃分為可設(shè)計(jì)區(qū)域和非設(shè)計(jì)區(qū)域，見下圖
圖2 設(shè)計(jì)空間示意圖
3.2 工況定義
考慮到面板踩踏性能，設(shè)置8個(gè)加載工況，踩踏重量150kg，評估踏板剛度。
圖3 工況定義
3.3 截面拓?fù)鋬?yōu)化
設(shè)計(jì)變量：采用變密度法，將設(shè)計(jì)域單元屬性作為設(shè)計(jì)變量；
優(yōu)化目標(biāo)：將八個(gè)工況的最小加權(quán)柔度作為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置不同加權(quán)系數(shù)；
約束條件：體積分?jǐn)?shù)20%；
圖4 拓?fù)鋬?yōu)化概念圖
通過拓?fù)鋬?yōu)化得到了擠出截面的最優(yōu)概念圖，可以依據(jù)此概念圖布置加強(qiáng)筋，重構(gòu)三維模型。但是拓?fù)鋬?yōu)化后的模型，并不包含完整的壁厚信息，因此還需進(jìn)一步優(yōu)化截面各區(qū)域壁厚。
展開 在精密制造領(lǐng)域，薄壁零件（如電機(jī)端蓋、航空結(jié)構(gòu)件）的三坐標(biāo)檢測長期面臨一個(gè)隱蔽而頑固的挑戰(zhàn)：裝夾變形。
在薄壁件測量中，傳統(tǒng)方法對“裝夾導(dǎo)致的變形誤差”幾乎無法覺察。當(dāng)這種變形在測量時(shí)被掩蓋，裝配時(shí)卻暴露，最終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品振動(dòng)、異響甚至失效——當(dāng)壁厚僅2-3mm的端蓋承受傳統(tǒng)虎鉗數(shù)百牛頓的夾緊力時(shí)，其微米級的形變足以讓高端電機(jī)的NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能失控。
薄壁件在裝夾過程中變形本質(zhì)是“夾具-工件系統(tǒng)”在測量力、重力與夾緊力耦合作用下的力學(xué)響應(yīng)。以典型電機(jī)端蓋為例（壁厚2-3mm），其裝夾需滿足三大條件：
1.力與力矩平衡
在夾緊點(diǎn)需滿足∑F=0（合力平衡）與∑M=0（合力矩平衡）。若夾點(diǎn)分布不對稱，局部力矩將誘發(fā)翹曲變形，導(dǎo)致端面平面度失真。
2.摩擦約束失效
根據(jù)庫倫摩擦定律，夾具與工件的切向力需滿足|Fx|+|Fy|≤μFz（μ為摩擦系數(shù)）。當(dāng)夾緊力不足時(shí)，工件在測量過程中可能發(fā)生微滑移，產(chǎn)生“虛位誤差”。
3.材料彈性變形限界
法向接觸力Fz必須滿足0<Fz≤Sy·A（Sy為屈服強(qiáng)度，A為接觸面積）。當(dāng)鋁合金端蓋（Sy≈120MPa）與直徑8mm鋼質(zhì)墊塊接觸時(shí)，單點(diǎn)夾緊力超過300N即產(chǎn)生塑性壓痕，使軸承安裝孔圓度偏差擴(kuò)大3倍。
“柔性夾具+低測力觸發(fā)”三坐標(biāo)檢測的復(fù)合解決方案
如針對電機(jī)端蓋、殼體類零件易受裝夾與測量力影響產(chǎn)生微變形，以及深腔微型特征，中圖儀器三坐標(biāo)夾具使用在測量機(jī)上，利用其模塊化的支持和參考裝置，完成對所測工件的柔性固定；測頭觸發(fā)平衡力學(xué)設(shè)計(jì)，靈敏、可靠、耐久，具有高觸發(fā)測量重復(fù)性，豐富的測針配件系統(tǒng)滿足多樣化的測量需求。
展開 升高料溫 升高模溫等
毛邊
常發(fā)生公母模的結(jié)合處, 由于合模不良所致, 或是模面邊角加工不當(dāng), 成型上常由于鎖模力不夠, 料溫、壓力過高等
修正模具
重新合模
增加鎖模力(CHECK射出機(jī)臺噸位是否足夠) 降低料溫 減小注射壓力 減少保壓時(shí)間 降低保壓壓力等
變形
細(xì)長件、面積大的薄壁件、或是結(jié)構(gòu)不對稱的較大成品由于成型時(shí)冷卻應(yīng)力不均或頂出受力不一所致
修正頂針；設(shè)置起張緊作用的拉料銷等; 必要時(shí)公模加咬花調(diào)節(jié)變形
調(diào)整公母模模溫降低保壓等(小件變形的調(diào)節(jié)主要靠壓力大小及時(shí)間﹐大件變形的調(diào)節(jié)一般靠模溫)
表面不潔
模具表面粗糙, 對于PC料, 有時(shí)由于模溫過高, 模面有殘膠, 油漬
清理模面, 打光處理
降低模溫等
拉白
易發(fā)生于成形品薄壁轉(zhuǎn)角處或是薄壁RIB根部, 由于脫模時(shí)受力不良造成, 頂針設(shè)置不當(dāng)或是拔模斜度不夠。
展開 引言
近年在華南地區(qū)流行生產(chǎn)鎂壓鑄件的本港廠商,可以引用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)解決模具
設(shè)計(jì)上的棘手問題.鎂壓鑄件質(zhì)輕耐用的特點(diǎn),成為3C產(chǎn)品外殼的首選物料.3C產(chǎn)品
外型復(fù)雜而且纖薄,是制模技術(shù)上的一大挑戰(zhàn).本港廠商若要打開這個(gè)高增值的市場,
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)備是不可或缺的工具.
在目前多種解決薄壁鎂壓鑄件的方案中,計(jì)算機(jī)仿真投扮演重要的角色.限制薄壁
成型的技術(shù)因素眾多,包括產(chǎn)生冷隔,氧化層部位及困氣位置等.從前上述問題必須經(jīng)
過重復(fù)試模辦法方可解決,所以工程師可能需要花上六個(gè)星期的時(shí)間去改進(jìn)試產(chǎn)模具的
內(nèi)澆口,橫澆道和排氣系統(tǒng),甚至不知道需要經(jīng)過多少次的改動(dòng),才能穩(wěn)定地生產(chǎn)高質(zhì)
量的零件.
德國Laichingen的Werkzeugbau Schaufler壓鑄模具制造商為解決鎂壓鑄的缺陷問題,
采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件,在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行多種的壓鑄仿真,從中挑選最好的
模具設(shè)計(jì)方案.計(jì)算機(jī)仿真可以迅速且精確地計(jì)算設(shè)計(jì)方案,提供壓鑄模具型腔內(nèi)部特
定條件下的詳細(xì)資料.采用這種方法,Werkzeugbau Schaufler近年成功生產(chǎn)五十多種高
質(zhì)量的薄壁鎂鑄件.
Schaufler專門從事鋁和鎂壓鑄件的模具制造,其設(shè)備占地超過五萬平方英尺;可提
供重達(dá)35噸的傳動(dòng)及離合器機(jī)架,機(jī)體結(jié)構(gòu)件和進(jìn)氣歧管的模具.該公司最近成立技
術(shù)中心,以滿足客戶縮短開發(fā)時(shí)間的要求,并減少用砂型鑄造模型,改為用壓鑄件原型.
其Lajchingen壓鑄中心(DCL)的特色,在于擁有一組以2700噸鎖模力壓鑄機(jī)為基礎(chǔ)的
自動(dòng)壓鑄單元 — Buhler SC 270N,當(dāng)中還包括鋁及鎂合金熔爐,半固態(tài)壓鑄(SSM)金
屬塊加熱站,ABB噴涂料和取件機(jī)器人,冷卻池及加工中心.
展開 薄壁件的加工和夾緊一直是業(yè)界的困難之一，現(xiàn)場加工方法很多，但適合于大批量生產(chǎn)的方法未幾。我們采用了一種浮動(dòng)三爪夾具，不需要過大的夾緊力就可實(shí)現(xiàn)薄壁件加工的定位和夾緊，大大改善了加工效果。
眾所周知，薄壁件夾緊外圓進(jìn)行車削加工時(shí)，在夾緊力的作用下，零件易產(chǎn)生變形，從而影響加工精度，工件尺寸公差不易保證。
如加工的一種出口件8T-4556的加工為例，其外圓直徑412mm，壁厚為25mm，屬薄壁件，且毛坯為鑄造方式生產(chǎn)，存在外形不規(guī)則的特點(diǎn)，工藝要求在以外圓為夾緊定位基準(zhǔn)的條件下，車削端面和內(nèi)孔，內(nèi)孔尺寸公差帶只有0.08mm。試制該零件時(shí)，我們曾采用傳統(tǒng)的軟三爪夾緊外圓的方式，夾緊時(shí)工件易變形，影響加工精度，同時(shí)，由于毛坯外圓不規(guī)則，夾緊定位不穩(wěn)定，為了減少變形，需減小夾緊力，但這樣可能會(huì)出現(xiàn)夾不緊的情況。
對此，我們突破傳統(tǒng)的通過加大裝夾接觸面積（加開縫套筒）的方式，采用了一種六點(diǎn)定位夾緊的浮動(dòng)三爪（如圖1），在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。
圖1浮動(dòng)三爪夾緊
浮動(dòng)三爪夾具的組成及工作原理
我們采用的浮動(dòng)三爪夾具包括三爪本體、連接塊、夾緊釘及特殊鑲套。三爪本體通過鑲套連接在連接塊上，連接塊像普通三爪一樣與車床卡盤連接，六個(gè)夾緊釘成對分別固定在三爪本體上，以鑲套為支點(diǎn)，連同三爪本體隨毛坯外圓的高低起伏，有微量的浮動(dòng)（浮動(dòng)量有嚴(yán)格要求，不可隨意給定），起到浮動(dòng)夾緊作用。夾緊釘帶錐的尖部隨著夾緊力的作用扎進(jìn)毛坯表面一定深度，不需要過大的夾緊力，就可以實(shí)現(xiàn)薄壁件加工的定位和夾緊，防止工件變形。
展開 
薄壁件的最新內(nèi)容
對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構(gòu)件等問題，如果材料存在明顯織構(gòu)或晶粒尺度效應(yīng)，將晶體塑性與結(jié)構(gòu)有限元耦合，能夠提供比傳統(tǒng)本構(gòu)更豐富的物理信息。
我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉(zhuǎn)化為vumat子程序，進(jìn)一步使用晶體塑性模型模擬大變形結(jié)構(gòu)尺度材料變形行為。
如何提高模擬分析的準(zhǔn)確性-網(wǎng)格篇1個(gè)月前
中性面網(wǎng)格Midplane (2.5D) - 適用于薄壁件，流動(dòng)寬度至少是厚度的四倍。
雙層面網(wǎng)格Dual Domain (Modified 2.5D) - 適用于薄壁件，流動(dòng)寬度至少是厚度的四倍。
實(shí)體網(wǎng)格 3D Tetrahedral elements - 適用于厚壁和 “矮胖” 類型的產(chǎn)品，寬厚比小于4:1。
1.3 中面抽取（鈑金件）
車門內(nèi)外板為薄壁件，需抽取中面用于殼單元網(wǎng)格劃分。
裝配平臺調(diào)平手把手教學(xué)：小白也能變高手2個(gè)月前
正確原則：
支撐點(diǎn)對稱：壓板應(yīng)壓在工件剛性較好的部位，避免懸空
夾緊力適中：以工件不移動(dòng)為準(zhǔn)，切忌過度鎖緊導(dǎo)致薄壁件變形
墊塊匹配：壓板一端壓工件，另一端墊等高墊塊，保持壓板水平
要點(diǎn)三：精心維護(hù)——精度是“養(yǎng)”出來的
鑄鐵平臺雖堅(jiān)固耐用，但也需要日常呵護(hù)。
新增抽中面功能，支持自動(dòng)、手動(dòng)抽取薄壁件中面生成殼模型，自動(dòng)記憶厚度，并可一鍵創(chuàng)建殼屬性。
新增循環(huán)對稱約束，支持全周擴(kuò)展顯示，適用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、熱學(xué)分析，提升計(jì)算效率。
3、分析求解
多物理場分析能力增強(qiáng)，新增強(qiáng)熱固耦合分析，支持導(dǎo)入上游電磁、流體分析結(jié)果進(jìn)行單向流熱固耦合分析。
· ● 技術(shù)專長：擅長小型復(fù)雜薄壁件（小壁厚 3mm）的無缺陷五金沖壓件加工，采用 ProCAST 模擬優(yōu)化澆道設(shè)計(jì)。
· ● 人才構(gòu)成：核心團(tuán)隊(duì)由 10 年以上經(jīng)驗(yàn)工程師組成，熟練掌握 DFM（面向制造的設(shè)計(jì)）與 GD&T 公差分析。
· ● 履約特性：支持 5–500 件小批量快速打樣，常規(guī)訂單交期 20 天，提供 3D 掃描全尺寸報(bào)告。
三坐標(biāo)檢測薄壁件：如何消除裝夾變形誤差？9個(gè)月前
在薄壁件測量中，傳統(tǒng)方法對“裝夾導(dǎo)致的變形誤差”幾乎無法覺察。當(dāng)這種變形在測量時(shí)被掩蓋，裝配時(shí)卻暴露，最終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品振動(dòng)、異響甚至失效——當(dāng)壁厚僅2-3mm的端蓋承受傳統(tǒng)虎鉗數(shù)百牛頓的夾緊力時(shí)，其微米級的形變足以讓高端電機(jī)的NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能失控。
薄壁件在裝夾過程中變形本質(zhì)是“夾具-工件系統(tǒng)”在測量力、重力與夾緊力耦合作用下的力學(xué)響應(yīng)。
其功能覆蓋線性/非線性結(jié)構(gòu)分析、振動(dòng)聲學(xué)、疲勞壽命、熱-結(jié)構(gòu)耦合等多場景（例如電子設(shè)備的熱-結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真、新能源汽車電池包的電-熱-力耦合優(yōu)化），尤其在輕量化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新優(yōu)化中表現(xiàn)突出：
支持拓?fù)鋬?yōu)化（如復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)）、形貌優(yōu)化（薄壁件）等多種算法，可在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料高效利用；
通過統(tǒng)一模型架構(gòu)，工程師能無縫銜接隱式與顯式分析（如從螺栓預(yù)緊力計(jì)算到跌落測試仿真），避免多軟件切換的效率損耗
挑戰(zhàn)2：輕量化材料的極致加工
鈦合金（TC4）與高強(qiáng)度鋁合金（AlMgErZr）成為主流，但薄壁件加工易變形。一鑫開發(fā)熱變形補(bǔ)償算法，實(shí)時(shí)修正切削參數(shù)，使85kg級眾擎T800的鋁合金外骨骼壁厚降至1.2mm，變形量＜0.05mm。
挑戰(zhàn)3：小批量定制的敏捷響應(yīng)
研發(fā)期訂單通常僅1-500件。
