在擠壓模具及工藝設計中的應用
在體積成形工藝虛擬試模中,用得比較多的是Deform軟件,Deform是一套基於有限元的工藝仿真系統,用於分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝。通過在電腦上類比整個加工過程,指導工程師和設計人員設計模具,減少昂貴的現場試模成本,從而提高工模具設計效率,降低生產和材料成本,縮短新產品的研究開發周期。鍛造、拉深、擠壓、軋制、旋壓等多種塑性成形工藝都可以在電腦上進行虛擬試模,并且還可以進行模具應力、彈性變形及破損分析。
在擠壓工藝模具設計過程中,可以借助CAE仿真技術實現擠壓工藝的制定以及關鍵模具尺寸的設計。圖1至圖3是某產品的正擠、正反復合擠、反擠工藝的模擬計算結果。通過運用CAE技術對原有工藝及模具進行優化設計,取得了良好的效果。
在沖模設計中的應用
在板料成形虛擬試模中,Dynaform用得較多。Dynaform方便易用且包含許多自動功能,可以方便地解決最復雜的成形問題。Dynaform包含完整的CAD、前處理功能、分析功能及後處理功能。Dynaform支持Windows、LINUX及UNIX操作系統,為用戶提供了一套功能齊全且價格低廉的解決方案。運用CAE技術模擬沖壓成形過程來指導模具設計,可以大大節省試模成本,提高模具設計質量。
在沖模設計中,同樣可以借助CAE仿真技術實現對工藝及模具結構的改進與優化。圖4為利用沖壓工藝生產的某飛機零件。如圖5所示,通過對原有成形工藝的CAE仿真可以發現,材料局部區域沒有充分拉伸,而另外的區域卻嚴重減薄,導致成形件出現明顯品質問題。
針對這些成形缺陷,通過修改模具結構,在適當位置布置拉延筋改變局部材料流動,從而使材料流動趨於均勻,消除了成形缺陷。圖6和圖7就是修改模具結構後的分析結果,基本上達到了比較理想的狀態。
利用Dynaform軟件虛擬試模,能大大降低模具設計開發過程中的試模時間與費用。它能預測板料在成形過程中的成形性能,如拉裂、起皺、減薄、壓痕及回彈現象,從而對模具設計提供指導。
在注塑模具設計中的應用
在注塑CAE技術中,目前用得比較多的是Moldflow公司的MPI(Moldflow Plastics Insight)。該軟件可以模擬整個注塑成型過程,優化制件設計、模具設計和注塑成型過程,進行塑料流動模擬和熱塑性塑料填充和保壓過程模擬。同時可以優化最佳澆口位置,進行成型參數優化和流道平衡等,甚至還可以模擬壓力控制和體積控制的氣體輔助注塑成型過程。
在注塑模具設計中,同樣可以借助CAE仿真技術實現對工藝及模具結構的改進與優化。圖8至圖10是CAE技術在指導塑料產品和模具設計中的應用。圖8是產品的初始設計,通過CAE仿真技術計算產品Z方向的變形量為18.8mm,通過調整工藝和模具結構,變形量能降低3mm,始終很難明顯的降低變形量。最後通過更改產品的設計,變形量得到了明顯的降低,更改產品後,Z方向的最大變形量為7.1mm,這樣的結果用戶基本上能夠接受。圖9是更改後的產品結構圖,在產品的背面增加了肋條。圖10、圖11是產品更改前後的變形量。