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目前國內(nèi)外眾多先進(jìn)制造企業(yè)已經(jīng)選用海克斯康工業(yè)軟件旗下的Simufact Forming的模具壽命分析功能來分析模具開裂、模具壽命、模具應(yīng)力等問題。本文引用了先進(jìn)緊固件制造企業(yè)博爾特緊固Bolt Fasteners和Netform Engineering的研究，介紹Simufact Forming模具壽命分析功能解決實(shí)際模具問題的實(shí)際應(yīng)用。

摘 要：設(shè)計(jì)某墊片類零件落料沖孔模，計(jì)算沖裁力，根據(jù)落料沖孔模具結(jié)構(gòu)分析模具上墊板零件受力情況，利用NX NASTRAN有限元分析軟件對(duì)零件受力情況進(jìn)行模擬。分析和試沖結(jié)果表明，零件受力情況與有限元分析結(jié)果一致，零件原結(jié)構(gòu)不能滿足模具工作需求，更改零件結(jié)構(gòu)后應(yīng)力和應(yīng)變情況得到了明顯改善，能滿足模具的使用要求。

，并以一幕墻鋁型材為研究對(duì)象，對(duì)擠壓過程中的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)進(jìn)行了分析，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)模具進(jìn)行修正，最后得到合格的產(chǎn)品。

Simufact.forming中的六面體單元(8個(gè)積分點(diǎn))能提供更為精確的計(jì)算結(jié)果，提供的四面體單元(具有4個(gè)積分點(diǎn))同樣能夠提供準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。Simufact.forming提供了分別用于大應(yīng)變(如：金屬流動(dòng))和彈性應(yīng)變 (如：模具應(yīng)力)分析的單元類型。

Simufact forming針對(duì)鈑金結(jié)構(gòu)可以使用鈑金六面體網(wǎng)格、鈑金實(shí)體-殼單元，在鈑金成形過程中可以考慮板料厚度方向的流動(dòng)、厚度方向上的溫度傳遞。可對(duì)鈑金成形過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、壁厚減薄、壁厚增厚、回彈、沖壓力、起皺、開裂、塌角、過渡減薄等結(jié)果進(jìn)行分析。

Simufact forming針對(duì)鈑金結(jié)構(gòu)可以使用鈑金六面體網(wǎng)格、鈑金實(shí)體-殼單元，在鈑金成形過程中可以考慮板料厚度方向的流動(dòng)、厚度方向上的溫度傳遞。可對(duì)鈑金成形過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、壁厚減薄、壁厚增厚、回彈、沖壓力、起皺、開裂、塌角、過渡減薄等結(jié)果進(jìn)行分析。

圖5 終鍛過程等效應(yīng)變分布工藝參數(shù)優(yōu)化采用Simufact，可以進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化研究，比如，模具溫度，胚料溫度，鍛成型時(shí)上模下壓速度，摩擦系數(shù)等。經(jīng)分析得出，預(yù)鍛過程中影響程度主次關(guān)系為模具溫度T>上模下壓速度V>坯料溫度t>摩擦因數(shù)f。終鍛過程中，影響程度最大的為模具溫度T，上模下壓速度V、摩擦因數(shù)f、坯料溫度t影響程度相近。

海克斯康工業(yè)軟件旗下Simufact Forming仿真軟件，能夠?qū)α悴考某尚芜^程進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)成形過程中材料與模具設(shè)計(jì)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(duì)工藝及模具進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)軟件能夠進(jìn)行熱處理工藝仿真分析，預(yù)測(cè)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(duì)熱處理工藝的改善起到一定指導(dǎo)作用。

Simufact Welding可以模擬多種焊接工藝過程Simufact Welding可以進(jìn)行變形量、應(yīng)力場(chǎng)及溫度場(chǎng)等信息的動(dòng)態(tài)顯示，包括焊接過程中任意節(jié)點(diǎn)的溫度、變形、變形分量、熱應(yīng)力、應(yīng)力分量等結(jié)果。

通過結(jié)合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結(jié)果——焊接殘余應(yīng)力，開裂問題可以成功重現(xiàn)。為減少焊接殘余應(yīng)力和關(guān)鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進(jìn)行了調(diào)整，并將改進(jìn)后的焊接工藝在Simufact Welding中進(jìn)行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。

考慮到該零件工作狀態(tài)下要面臨的振動(dòng)環(huán)境和腐蝕工況，對(duì)排氣管部件的機(jī)械性能也有特定的要求，尤其是需要注意焊縫區(qū)域應(yīng)力集中情況。另外，排氣管部件往往受到整體設(shè)計(jì)迭代的影響，例如一旦深沖模具需要重新制造會(huì)帶來非常高的成本投入以及訂貨交付時(shí)間嚴(yán)重超時(shí)。然而，增材制造在應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變更方面的潛力是不容忽視的。設(shè)計(jì)變更不僅必須考慮部件本身還需考慮周邊組件、功能和裝配步驟等。

Simufact.welding軟件可以精確預(yù)測(cè)焊后變形，為工藝參數(shù)設(shè)定提供前期指導(dǎo)。電池包殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)模擬焊接過程的目標(biāo)是控制焊接過程使應(yīng)力梯度和表面拉應(yīng)力更小，因此載荷循環(huán)結(jié)束后裂紋出現(xiàn)的更少，部件的壽命增加。另外還可以在部件表面出現(xiàn)壓應(yīng)力，有助于改善部件質(zhì)量避免由于拉應(yīng)力造成的腐蝕危險(xiǎn)。采用Simufact有限元仿真軟件，可以通過優(yōu)化工藝來減少焊后殘余應(yīng)力。

Simufact Additive變形補(bǔ)償自動(dòng)迭代 變形補(bǔ)償優(yōu)化后的打印仿真結(jié)果制造缺陷預(yù)測(cè)Simufact Additive增材仿真軟件除了對(duì)變形的預(yù)測(cè)和自動(dòng)迭代優(yōu)化，還可以對(duì)增材制造各個(gè)工藝階段的應(yīng)力進(jìn)行仿真分析，并且可以對(duì)增材制造缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，如打印開裂、收縮線、刮刀碰撞預(yù)測(cè)等。

、焊接殘余應(yīng)力等進(jìn)行分析。

通過CAE仿真軟件對(duì)焊接過程進(jìn)行模擬，可以精確模擬材料機(jī)械、物理和冶金過程中的性能變化過程和結(jié)果，從而獲得整個(gè)焊接過程中的金相組織變化、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)、硬度等信息，工藝人員可以通過這些結(jié)果信息，對(duì)焊接工藝參數(shù)和工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，提高焊接質(zhì)量，更進(jìn)一步為產(chǎn)品的變形分析和殘余應(yīng)力分析等提供相應(yīng)的理論支撐。

隨后啟動(dòng)優(yōu)化程序，通過設(shè)定不同的最大允許應(yīng)力閾值，直接生成多種輕量化設(shè)計(jì)方案。通過優(yōu)化獲得的最優(yōu)方案成功將部件重量減輕至原設(shè)計(jì)的50%。借助MSC Apex Structures平臺(tái)對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行有限元分析復(fù)查發(fā)現(xiàn)：相較于原設(shè)計(jì)的實(shí)體結(jié)構(gòu)，新設(shè)計(jì)的載荷變形量雖有所增加（達(dá)到0.5毫米），但仍處于非臨界范圍。更具實(shí)際意義的是，通過大幅降低重量和體積實(shí)現(xiàn)了增材制造成本的顯著縮減。

注意：如要執(zhí)行雙向流固耦合分析，必須有應(yīng)力分析模塊的授權(quán)。針對(duì)模座變形，Moldex3D協(xié)助用戶建立所有模具組件，并準(zhǔn)確分析不同塑件的影響。此模塊能從不同的成型條件與模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮充填階段時(shí)模穴壓力的影響以及冷卻結(jié)束時(shí)的模具溫度分布。Moldex3D應(yīng)力分析模塊能執(zhí)行線性與黏彈性分析，預(yù)測(cè)一般案例經(jīng)退火過程后的翹曲行為與應(yīng)力松弛現(xiàn)象。

、焊接殘余應(yīng)力等進(jìn)行分析。

圖：鈦合金特定植入物 圖：不同的擺放方式和支撐創(chuàng)建 圖：變形及殘余應(yīng)力分布通過仿真分析，得到相對(duì)優(yōu)質(zhì)的部件擺放位置，但部件的變形量依舊很大，最大約4mm左右，如下圖所示。

為了能提前預(yù)測(cè)模具變形問題，Moldex3D讓使用者將不同成型條件對(duì)模具部件的影響，一并考慮進(jìn)應(yīng)力應(yīng)變分析。除此之外，透過Moldex3D還可以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)和制程，改善模具結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減少變形量。藉由Moldex3D模座變形分析，用戶可以在數(shù)值模型中建立所有的模具部件，進(jìn)行精確的模擬計(jì)算。