板料成形CAE技术及应用

板料成形 CAE 技术及应用
长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周
期，特别是对于某些特殊复杂的板料成形零件，甚至制约了整个产品的开发
进度，而板料成形 CAE 技术及分析软件的出现，有效地缩短模具设计周期，
大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高
了企业的市场竞争力。
一、 前言
计算机辅助设计技术以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，
甚至影响着社会的各个方面。它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的
变革，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的
自动化。
板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工，获得质量轻、表面光滑、
造型美观的冲压件，具有节省材料、效率高和低成本等优点，在汽车、航空、
模具等行业中占据着重要地位。由于板料成形是利用板材的变形得到所需的
形状的，长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发
设计周期，特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果，难以
预防缺陷的产生，只能通过经验或类似零件的现有工艺资料，通过不断的试
模、修模，才能成功。某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的
开发进度。
板料成形 CAE 技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料
形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化，从而有效地缩短模具设计
周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本
上提高企业的市场竞争力。
板料成形 CAE 技术对传统开发模式的改进作用可以通过图 1 和图 2 进行
对比。
图 1 传统板料成形模具开发模式
图 2 CAE 技术模具开发方式
通过比较，就可发现板料成形 CAE 技术的主要优点。
(1)通过对工件的可成形工艺性分析，做出工件是否可制造的早期判断；
通过对模具方案和冲压方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际
试模次数，缩短开发周期。
(2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强
模具结构设计以及冲压方案的可靠性，从而减少生产成本。
(3)通过 CAE 分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形
参数进行优化,提高产品质量。
(4)通过 CAE 分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面
的不足，还可通过虚拟的冲压模拟，提高提高工艺人员的经验。
二、板料成形需要解决的问题
板料成形通过模具对板料施加压力，使板料产生永久性的塑性变形，以
获得预期的产品形状。在这个过程中影响板材变形的因素非常多，要控制好
变形的形状也非常困难。首先，金属受外力作用会发生变形，变形可分为弹
性变形和塑性变形，弹性变形是可逆的，外力去除后变形体就会恢复成原来
的形状；第二，材料的成分和组织对变形影响极大；第三，塑性变形有多种
方式，再结晶温度下的塑性变形有晶内滑移和孪动、位错（位错分多种形
式），再结晶温度上的塑性变形有晶间滑移、多晶体扩散和相变变形等；第
四，变形温度、变形速度的影响；第五，变形体内部应力状态的影响；第六，