薄壁件的案例
汽車電動踏板擠出薄壁件結(jié)構(gòu)優(yōu)化（一）
薄壁擠出件
電動踏板的面板材質(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)化存在如下兩個問題：1）最優(yōu)解問題，依據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，斷面設(shè)計的可行解非常多，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，進行斷面尺寸非等厚設(shè)計，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)計問題：搜索最優(yōu)截面、非等厚截面設(shè)計，達到剛質(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
針對某主機廠已量產(chǎn)產(chǎn)品，對面板進行優(yōu)化設(shè)計，提升產(chǎn)品剛度。
3.1 設(shè)計空間
依據(jù)功能性需求，將零件劃分為可設(shè)計區(qū)域和非設(shè)計區(qū)域，見下圖
圖2 設(shè)計空間示意圖
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 截面拓撲優(yōu)化
設(shè)計變量：采用變密度法，將設(shè)計域單元屬性作為設(shè)計變量；
優(yōu)化目標：將八個工況的最小加權(quán)柔度作為優(yōu)化目標，設(shè)置不同加權(quán)系數(shù)；
約束條件：體積分數(shù)20%；
圖4 拓撲優(yōu)化概念圖
通過拓撲優(yōu)化得到了擠出截面的最優(yōu)概念圖，可以依據(jù)此概念圖布置加強筋，重構(gòu)三維模型。但是拓撲優(yōu)化后的模型，并不包含完整的壁厚信息，因此還需進一步優(yōu)化截面各區(qū)域壁厚。
展開 三坐標檢測薄壁件：如何消除裝夾變形誤差？
在精密制造領(lǐng)域，薄壁零件（如電機端蓋、航空結(jié)構(gòu)件）的三坐標檢測長期面臨一個隱蔽而頑固的挑戰(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。當這種變形在測量時被掩蓋，裝配時卻暴露，最終會導(dǎo)致產(chǎn)品振動、異響甚至失效——當壁厚僅2-3mm的端蓋承受傳統(tǒng)虎鉗數(shù)百牛頓的夾緊力時，其微米級的形變足以讓高端電機的NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）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
在夾緊點需滿足∑F=0（合力平衡）與∑M=0（合力矩平衡）。若夾點分布不對稱，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)）。當夾緊力不足時，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為屈服強度，A為接觸面積）。當鋁合金端蓋（Sy≈120MPa）與直徑8mm鋼質(zhì)墊塊接觸時，單點夾緊力超過300N即產(chǎn)生塑性壓痕，使軸承安裝孔圓度偏差擴大3倍。
“柔性夾具+低測力觸發(fā)”三坐標檢測的復(fù)合解決方案
如針對電機端蓋、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，中圖儀器三坐標夾具使用在測量機上，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，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 薄壁注塑件常見缺陷，難倒你了嗎？
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, 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射出機臺噸位是否足夠) 降低料溫 減小注射壓力 減少保壓時間 降低保壓壓力等
變形
細長件、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, 由于脫模時受力不良造成, 頂針設(shè)置不當或是拔模斜度不夠。
展開 計算機仿真克服薄壁鎂壓鑄件帶來的挑戰(zhàn)
引言
近年在華南地區(qū)流行生產(chǎn)鎂壓鑄件的本港廠商,可以引用計算機仿真技術(shù)解決模具
設(shè)計上的棘手問題.鎂壓鑄件質(zhì)輕耐用的特點,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高增值的市場,
計算機輔助設(shè)計設(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,計算機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星期的時間去改進試產(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,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,
采用計算流體動力學(xué)(CFD)軟件,在計算機上進行多種的壓鑄仿真,從中挑選最好的
模具設(shè)計方案.計算機仿真可以迅速且精確地計算設(shè)計方案,提供壓鑄模具型腔內(nèi)部特
定條件下的詳細資料.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35噸的傳動及離合器機架,機體結(jié)構(gòu)件和進氣歧管的模具.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噸鎖模力壓鑄機為基礎(chǔ)的
自動壓鑄單元 — Buhler SC 270N,當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噴涂料和取件機器人,冷卻池及加工中心.
展開 
不可思議，一夾具解決所有薄壁加工難題
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三爪夾具，不需要過大的夾緊力就可實現(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，薄壁件夾緊外圓進行車削加工時，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，工藝要求在以外圓為夾緊定位基準的條件下，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，我們曾采用傳統(tǒng)的軟三爪夾緊外圓的方式，夾緊時工件易變形，影響加工精度，同時，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，采用了一種六點定位夾緊的浮動三爪（如圖1），在實際應(yīng)用中取得了較好的效果。
圖1浮動三爪夾緊
浮動三爪夾具的組成及工作原理
我們采用的浮動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，六個夾緊釘成對分別固定在三爪本體上，以鑲套為支點，連同三爪本體隨毛坯外圓的高低起伏，有微量的浮動（浮動量有嚴格要求，不可隨意給定），起到浮動夾緊作用。夾緊釘帶錐的尖部隨著夾緊力的作用扎進毛坯表面一定深度，不需要過大的夾緊力，就可以實現(xiàn)薄壁件加工的定位和夾緊，防止工件變形。
展開 不可思議，一夾具解決所有薄壁加工難題
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三爪夾具，不需要過大的夾緊力就可實現(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，薄壁件夾緊外圓進行車削加工時，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，工藝要求在以外圓為夾緊定位基準的條件下，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，我們曾采用傳統(tǒng)的軟三爪夾緊外圓的方式，夾緊時工件易變形，影響加工精度，同時，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，采用了一種六點定位夾緊的浮動三爪（如圖1），在實際應(yīng)用中取得了較好的效果。
圖1浮動三爪夾緊
浮動三爪夾具的組成及工作原理
我們采用的浮動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，六個夾緊釘成對分別固定在三爪本體上，以鑲套為支點，連同三爪本體隨毛坯外圓的高低起伏，有微量的浮動（浮動量有嚴格要求，不可隨意給定），起到浮動夾緊作用。夾緊釘帶錐的尖部隨著夾緊力的作用扎進毛坯表面一定深度，不需要過大的夾緊力，就可以實現(xiàn)薄壁件加工的定位和夾緊，防止工件變形。
展開 procast大型薄壁件的充型及凝固
procast大型薄壁件的充型及凝固
Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
Abaqus薄壁件銑削(殘余應(yīng)力+最終變形)仿真案例講解(下)
[圖片]
應(yīng)用實例 | Simufact 增材制造工藝仿真助力保時捷薄壁件打印
圖 3：Simufact Additive 仿真結(jié)果（左）打印件掃描結(jié)果（右）
對于復(fù)雜的自由曲面，采用光學(xué)3D掃描，例如：測量設(shè)備以及計算機斷層掃描（CT）可以精確的測量打印件的幾何。在本次研究中，CT 圖像結(jié)果被用于評估仿真工具的可靠性，例如變形情況預(yù)測和變形補償。從打印結(jié)果可以看出整體精度主要受到粉末床熔融過程中殘余應(yīng)力（材料以每秒上千度的速度冷卻時產(chǎn)生的）導(dǎo)致的變形和部件收縮的影響。
圖4：在Simufact Additive里直接進行收縮線探測（左：打印件 右：仿真結(jié)果）
激光束粉末床熔融工藝仿真采用 Simufact Additive 軟件，通過固有應(yīng)變方法完成求解。CAD 模型采用體素單元進行離散化，結(jié)合部件的壁厚，設(shè)置體素單元尺寸為 2mm。仿真結(jié)果包括應(yīng)力分布和變形的預(yù)測以及最終形狀的輸出。圖 3 對比了仿真結(jié)果與CT測量結(jié)果。可以看到仿真結(jié)果與實物測量結(jié)果吻合的較好，表面偏置情況和變形量與實際完全符合。通過 Simufact Additive 進一步預(yù)測了成形缺陷“收縮線”。這些收縮線發(fā)生在匯聚部位的層與層之間，在凝固過程中留在表面上，外觀可見。圖 4 中可以看到實物打印部件的上部區(qū)域出現(xiàn)了收縮線，而仿真軟件準確的預(yù)測了這一成形缺陷，下一步可以基于該結(jié)果進行補償設(shè)計。
02 價值體現(xiàn)
本研究揭示了激光束粉末床熔融工藝在汽車薄壁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可行性。然而，該工藝相對較高的成本將限制其應(yīng)用范圍為：小批量、高端產(chǎn)品的制造。Simufact Additive 準確的預(yù)測了變形和收縮線，并可以基于仿真結(jié)果進一步進行改進工藝設(shè)計和驗證，最終實現(xiàn)一次成功打印的目標。
展開 大凸緣薄壁件沖壓成形失效分析及解決方案
作者：顧建剛
某排氣組件中單件XX.034前板為大凸緣薄壁零件，在開發(fā)前期采用常規(guī)拉深工藝進行試制,發(fā)現(xiàn)中間拉深部位出現(xiàn)了不同程度的減薄及破裂等失效現(xiàn)象，后通過對失效件進行研究分析，精確工藝計算，合理優(yōu)化成形方案，完善模具結(jié)構(gòu)，成功克服失效現(xiàn)象，順利完成試制。通過對零件工序間工藝余料的精確計算，提出沖壓件工序間“儲料”概念，為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)件成形提供成熟經(jīng)驗。
XX.034前板為某動力裝置排氣組件之組成單件，外形整體為拉深件，中間拉深方向與外緣拉深方向成反向，最外緣直徑與內(nèi)圓直徑比值達3.86，為典型的大凸緣件。
由于此件形狀規(guī)則，同時材料具有良好的沖壓性能，在試制前期采用常規(guī)拉深工藝，中間拉深模采用常規(guī)90°變形率拉深法（即凹模為直角過渡），但在實際加工過程中發(fā)現(xiàn)中間拉深部位轉(zhuǎn)接R角處出現(xiàn)了劇烈減薄及破裂等失效現(xiàn)象。
針對失效現(xiàn)象，對實物零件進行解剖分析研究，嘗試減小工序間變形率，提出工序間進行“儲料”概念，通過精確計算，重新編排工藝路線，解決了上述減薄、破裂等問題。
零件工藝性分析
XX.034前板零件如圖1所示。
材料
圖1 XX.034前板產(chǎn)品圖
XX.034前板材料為1Cr18Ni9Ti，為奧氏體不銹鋼，料厚為0.8mm。此鋼不能用熱處理強化，冷加工是強化的唯一手段，工序間可通過熱處理進行恢復(fù)塑性，消除冷作硬化等現(xiàn)象。此鋼具有良好的塑性、韌性及沖壓性能，其塑性與日常使用較為廣泛的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼具體對比如表1所示，熱處理退火狀態(tài)伸長率達40%，而20鋼退火狀態(tài)為25%。
表1 材料機械性能對比表
外形尺寸
XX.034前板其壁厚為0.8mm，中間部位有一拉深處，內(nèi)圓尺寸為φ40.4mm，拉深深度為18.8 mm。
展開 
Abaqus薄壁件銑削變形仿真案例講解(Python前處理+單元生死法)
[圖片]
第十屆切削仿真高級培訓(xùn)班-領(lǐng)航科工
首先，由深圳市青鼎裝備有限公司研發(fā)總監(jiān)馬原為大家?guī)怼?em>薄壁件加工變形仿真分析”的精彩報告，深刻剖析了薄壁件加工過程中殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機理及重新分布規(guī)律，同時在大量的仿真與試驗研究的基礎(chǔ)上，提出了薄壁件加工變形預(yù)測與控制解決方案。
青鼎裝備技術(shù)總監(jiān) 馬原
其次，深圳市青鼎裝備有限公司總經(jīng)理許超為大家做了題為“硬脆材料超聲精密加工技術(shù)及其應(yīng)用”的精彩報告，青鼎裝備依托清華大學(xué)在超聲加工領(lǐng)域十余年的科研積累和技術(shù)儲備，專業(yè)從事超聲裝備的研發(fā)，主要面向制造企業(yè)提供難加工材料高效精密加工整體解決方案，這是我國高校超聲加工技術(shù)真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的良好典范。
展開 『原創(chuàng)』FLOW3D、ANYCASTING與MAGMG對比
據(jù)說模塊很多，同時計算速度也是挺快的，差不多也是一個工作日的，特別對于薄壁件產(chǎn)品，是沒有什么問題的（FLOW3D對于薄壁件產(chǎn)品比較頭痛，不知道ANYCASTIGN對薄壁件是如何的？）。
這三個軟件各具特色，所謂仁者見仁吧！從我個人來說，F(xiàn)LOW3D是最值得推薦使用：
1、FLOW3D應(yīng)用范圍較廣，可以用于鑄造壓鑄、水力、航空等等（幾乎是流體的都可以模擬）。MAGMA與ANYCASTING差不多應(yīng)用在鑄造領(lǐng)域（個人所知的）；
2、FLOW3D采用VOF先進技術(shù)，在后處理過程中，動畫過程更逼真。
3、雖然FLOW3D計算時間較長，但通過合理的參數(shù)設(shè)置及好的電腦配置（采用工作站），同樣可以在一個工作日內(nèi)完成計算的。FLOW3D一套差不多四五十萬，ANYCASTING一套差不多七八十萬，MAGMA一套要上百萬的（按模塊的）。目前的工作站差不多十萬（應(yīng)該不用這么高了，現(xiàn)在電腦都降了很多）可以配置很高很好的工作站了，那么計算速度就超快了，折算起來還是超值的。
基本一些分析與總結(jié)，個人推薦使用FLOW3D軟件。這只是個人看法觀點，僅作為參考，并不是在抵誨與攻擊其它的軟件，謝謝。
展開 UG畫鼠標：編程曲面造型實例
拉伸50mm
2.5 分割上蓋和下蓋
創(chuàng)建下蓋薄壁件
“抽取體”到99層和110層，分割體及抽殼。
創(chuàng)建上蓋薄壁件
2.6 創(chuàng)建后上蓋
將上蓋分割為后上蓋和前上蓋，其中前上蓋是為了后面創(chuàng)建左、右按鍵實體做準備，和前面創(chuàng)建上殼、下殼和上蓋、下蓋實體的思路一致，首先構(gòu)建合理的分割曲線。
創(chuàng)建分割曲線
旋轉(zhuǎn)坐標系，繪制圓弧，通過點（45，30，0）、（45，-30，0）和（40，0，0）；繪制直線段，通過點（0，1.5，0）、（15，1.5，0）、（15，4.5，0）、（32，4.5，0）、（32，1.5，0）、（52，1.5，0）
創(chuàng)建分割實體
2.7 鼠標下殼設(shè)計
分割體及抽殼操作。
2.8 鼠標按鍵設(shè)計
此部分的設(shè)計類似2.6，這里就不再闡述。
2.9 鼠標鑲嵌條的設(shè)計
繪制矩形
通過點（17，2.5，0）和（29，-2.5，0），圓角R1，拉伸后與上蓋實體求交。
2.10 鼠標滾輪及其支架設(shè)計
構(gòu)建圓柱（直徑12，高4）并倒圓R2，創(chuàng)建孔（直徑1.5）和支撐軸（直徑1.5，高25）。
支架截面形狀尺寸如下圖。
2.11 最終造型
文章來源：UG數(shù)控編程
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