模具制造过程中的模具受压变形的准确预测13最终

外文文献翻译

姓名： 徐春节

班级：材料成型及控制工程

学号： 12013315

模具制造过程中受压变形的准确预测

D. Del Pozo & L. N. López de Lacalle & J. M. López &A. Hernández

摘要

在这项工作中一个方法论方案的提出减少复杂模具的两个试出和交货时间。该系统的有限元模拟沿冲压工艺的结果按工具行为标准得到高性价比的模具冲压的最佳设计。模具的主要几何，组件的修改和推荐的功能参数都应该提出考虑。模具变形在模具压制过程是在这项工作中的主要研究内容。随着拟议的方法的发展和研究，芯片制造商能够避免在模具制造过程中由于模具生产中模具变形而产生的不对称形状的误差。同时，时间的手动调整和抛光减少了30％。 实例深入解释了实验证据。

关键字：试用 冲压模具 数值模拟 有限元分析法 按弹性

1 .引言

在这项工作中分析的问题主要是在试模阶段由于必要的手动抛光工序而产生的额外的模具变形，这会影响模具的成型质量。而这个阶段的手动抛光是操作手册上最后一道工序必不可少的一步。在这项工作中，制造工具和模具所受压力的结构特性都应当充分考虑，以及这些因素的具体的计算方法也应该得到不断发展，使其能够在研究中得到准确的数据。

金属板材成形是一种基于丰富的生产实践经验和经过多次理论试验和反复的误差循环及修正的重要的模具生产工艺。Tekkaya，是一种分析工业生产需求模拟金属板料成形且大量利用有限元分析法的方法。也就是说，利用这类方法，可以进行元件类型和商业程序板材仿真模拟，包括将昂贵的商业软件包用于金属板材的成形模拟的一系列工业流程，以便得到其具体数据。现在主要的软件包一般专门面向模具制造商和汽车生产工具。尽管这些软件对刚性模具成形工艺进行了过程分析，但是金属模具制造过程中的变形和成形压力却没有考虑到，而这可能引起一些产品缺陷和误差，影响工业生产。

迄今为止，许多使用有限元分析法进行金属变形分析的研究主要集中在模拟金属材料的流动顺序，但事实上，这些分析方法都是在假定模具是完全刚性的前提条件下进行一系列分析计算。chodnikiewicz等人阐述了一种方法途径，它是一种用于校准测量金属成型时受压的系统，由于金属成形操作的工人知道模具成型时除了产生模具生产必要的力之外，还产生一部分外力导致金属模具的变形。虽然其相比较金属模具成型的最后一部分所允许的最大力的公差而言，这些力产生的误差是比较小的，但是仍然不容忽视。曹坚等人提出了另外一种通过设计和控制手段生产下一代冲压变量压边力金属模具的金属板料成型方法。Rosochowski [6]中使用的程序为考虑到金属模具变形和部分回弹，主要表现在净成型工艺。R. lingbeek等人[ 7 ]提出了一种用在回弹补偿工具钣金产品的方法，得出的结论是对工业深冲产品的精度结果还没有达到可以被行业接受的水平。Thomas等人推荐的程序可以从模具的有限元模拟冲压过程中获得可靠和准确的结果。但Hernández 等人讨论了一种结合与运用数值模拟设计辅助系统CAETROK的方法。

Lopez等人通过实验研究了使用的新开发的实用程序中的准备阶段，和使用CAM软件来解决CNC程序拟订由于相关的成形工具的特殊变化用于目前汽车车身先进高强度钢（AHSS）部分。锻造压力机做为一个特殊的螺旋压力机，有一个类似的处理，陈和廖[12]报道的最佳模具设计的目消除了锥形平方米的冲压皱纹杯子和阶梯式矩形杯，采用有限元分析通过检查的工艺参数的影响，如模间隙和压边力。Tor等人[ 13 ]应用了基于知识的黑板框架在级进模设计冲压工艺规划，尽管在合作的决定异质知识源制作环境中缺乏了适当的组织结构体系。Dequan等人分析了以智能冲压工艺知识为基础的系统规划：冲压工艺的可行性，最优算法的布局设计，智能化带布局和力量计算等方面，Tang等人解决了基于DFS（设计冲压）系统实施冲压性评价导向，以零件形状分析和成本估算，以及基于产品特征的研究和基于系统的知识体系使设计人员能够进行冲压性自动评估的智能化问题。Pilani等人发现了一种混合动力车在钣金模具设计智能系统方法成形，作为为一体的综合决策支持环境仿真和成形过程的分析，这种方法无论是在最初的模具设计阶段以及试用阶段都可以运用。

在三个进行了一些实验性的测试公司已经验证，由于工具变形这些效果可以达到十分之一毫米的大小，在专利中提出的考虑到模具受压变形，制造模具的过程中这些变形量有一定的毫米的形变量范围。

在这项工作中，有一个全球的方法[18]，那就是为了考虑到行为机械组冲压模具的工具结构，假设两者组件不是刚性固体，并且受压变形，尽管这些变形量小，但是在量级制造零件公差的范围内。这种方法已经为冲压机作为试出模具的有效制造者提供了依据[19]。

第2节介绍的大模具的变形加工。第3节讲述了冲压模具的工作行为的过程模拟中提出的议题在不断发展。第4节解释了这种变形是如何影响冲压模具的加工制造的。第5节中说明了这种方法也测试了在工业应用中的示例，在这个环节中也计算出了变形模拟机床的模具表面情况。第6节是对该结论的具体解释。

2大模具在工作中的变形

由于高速加工技术的最新技术（HSM），它有可能在达到一个精度高模具制造水平。然而，由于大负荷冲压工艺（400－1500），金属成型模具的变形是在弯曲过程中形成的，所以它没有被纳入考虑的范围内。

变形结果的一部分由模具材料所经历的后果特性决定；然而，大部分的变形是由于模具结构及其刚性的缺乏。结合这两个因素的定义就得出模具的总挠度。

由模具所经历的变形的幅度是相当大的。因此，有必要进行一定手动操作，目的是修改形状

以补偿模具表面的挠度。这一过程的手工工作在板凳上需要专业化人力，导致模具的价格更高。

在初步研究中，模具参数的变化设计已被认为是能获得有用的设计标准，这使得模具的设计具有最大的刚性和从最初的概念设计的最小变形相（见表1）

word/media/image1.gif

模具结构参数/模具影响变化 高 中 低word/media/image2.gif

固定螺丝的直径 X

应用负载 X

穿孔高度 X

增加宽度 X

模具肋板结构 X

模具侧边肋板的机构 X

穿孔强度 X

模具侧边的曲线形式 Xword/media/image3.gif

表1 模具设计参数对模具设计的影响

结果，如图1所示，在一定的毫米范围内，这个基于冲压模具受压接触的变形的模拟的假说设想是完全严格的。模具的变形完全符合变形量的规定范围。

图1 初步结果：（1）三维视图 ，（2）三维底视图

根据DIN55189几何的协议用于金属板材成形验证是：并联加强和滑块，在引导的松动滑块，偏转加强。这后一测量协议1200 T的液压机，以达到75％负载，给人为0.85mm的值。这个问题可以相比，双支梁下的屈服负载的压力。这个值已被有限元（FE）方法计算出来了。

有了这些前提，已被提出的方法模拟在压模中的行为，因为它已经证明，这种效果是巨大的影响，这是两种变形的总和：冲压模具和变形。

3.提出冲压模具工作行为的模拟方案

本节将说明在图2所示的过程，对于冲压模具的工作行为的模拟方案。

在图2的列左，在一个典型的全球流动模具制造公司，提出建议方法与他们的关系有一方面是正确的。

他们在一个典型的模具制造公司的过程中用一个三维零件模型开始，以一个测试或实践完成工具和预验收的一系列的最后一部分[ 20 ]。工艺步骤是：

1。“方法计划”或冲压工艺的定义在冲压过程中实现分析。分析通过对冲压过程的仿真验证检查成形性。仿真工具（3D CAE）使用时，考虑到模具受压布局，所需零件的材料及数量操作。输出是工艺周期表。

2.在三维设计中实现了完整的模具设计系统。全套的完整和详细设计模具实现用于生产铸模的和具体的部件和系统的元件。这组管芯是专为所有的操作（绘制，修整，环境规则）的方法计划中定义。设计（3DCAD）工具被使用。输出的三维设计操作和材料清单。

3.材料的供应，这是涉及到三个主要项目类型：铸造件，材料块常规尺寸和商业元素。

4.CAM的阶段，那里的工作集中在模具表面加工过程。可能是主要问题加工冲压模具时，有可能损坏模具表面。软件（3D CAM）和CNC机器被使用。要遵循如下流程[21]：半成品工作材料的选择和编制的主要步骤，粗加工冲压模具，留下的默认精度从1.5达5毫米，使用切刀具路径和间歇铣切削策略，半精加工用留下一个几乎不变的默认目标约0.2-0.3毫米，精加工走刀的目的是达到模具最终要求的表面处理要求。

5.所有元素的装配系统物料供应组装到操作机械的冲压模具。这个阶段实现的全套方法的计划明确了模具的具体规格。

6.试模验收，其中人工抛光实现了模具部件的手动操作，并且模具被客户所接受，符合客户的具体要求。

拟议的方法假定两个第一步骤实现[22]。以这种方式，开始点是模具表面的目标零件和三维设计的几个重要点：模具、冲压和要素支撑。这个以下是方法的步骤：

1.模具的计算机辅助设计：模具、冲压和模具边，根据自身定位操作（CATIA V5），在相同的CAD中简化冲压机的三维几何图形，包括加强和打滑。

压力分布 word/media/image5.gifword/media/image6.gif

材料word/media/image7.gif

操作方法工艺方法循环word/media/image8.gifword/media/image9.gifword/media/image10.gifword/media/image11.gif

word/media/image12.gif

word/media/image13.gifword/media/image14.gif

三维零件模型word/media/image15.gif

word/media/image18.gifword/media/image16.gifword/media/image17.gif

word/media/image19.gif

word/media/image20.gifword/media/image21.gif

三维CAE仿真工具 三维CAD辅助设计工具

word/media/image22.gif

word/media/image23.gifword/media/image24.gifword/media/image25.gifword/media/image26.gifword/media/image27.gif

word/media/image28.gif

图2 模拟建议方法

2.基于计算机辅助设计的几何形状，一个有限元（铁）用于静态结构分析模型下列项目：

3.网格。网格是由2种类型：三维用于接触的固体和二维网格表面。三维网格是由四面体组成的四个节点组成的元素—的机械组分：模具、冲压模具冲压和压边；支撑滑块。二维网格由三个节点组成的薄壳单元从接触表面创建：加强模具，冲床—滑动，模冲。这是后者的表面目标此后的目标接触面。

4.边界条件考虑的支撑冲压及固定装置（见图6），其中冲压视为一个双重支撑梁。

5.负载是由冲压通过施加的力在他们的位置相应的柱面。

6.所定义的二维网格的接触元件接触面，如步骤2。

7.基于模具和压力机的材料特性模型元素的组成部分：弹性模量弹性，泊松比，密度等。

8.求解。计算的求解器可以是思想，CATIA V5、NASTRAN、ANSYS等。

9.结果。计算结果是应力，完整组的应变和变形。通过处理变形导致接触—模具与冲压表面之间的表面得到了模具表面的变形图。

10.应用。有2种应用的可能性这个变形图：修正后的几何图形得到的变形图接触面或模具的计算机辅助设计，或通过应用到它的加工过程中，在完成一步，用于模具的初始表面，基于关于这个预测变形。

第一个解决方案是不接受的客户，冲压模具设计与模具设计。因此解决变形问题的唯一途径是根据凸轮工具零件的修改变形预测值。

这个想法是通过机械加工消除额外变形，因为一般的冲压表面是机械加工制造的零件，模具表面加工形成一个等于模具壁厚的偏移量。由于该模具的穿孔行为压屈，显示出冲压与模具是相反的（见图3）。目前，唯一避免这个问题的方法是进行手工抛光的人工工序。这就是为什么这个过程是如此的劳动密集型和昂贵。

图3 冲模行为

4变形对加工的影响

一些测量可以在模具冲压成功获得部件后来进行。以这种方式可以得到模具和冲压的距离（部分厚度加上之间的距离在其操作位置公差）。

这个距离是由于偏转，并且被称为“间隙/限定“（参照图4）。冲模冲之间的间隙显示出的是，虽然部分是对称的，它的值是不是恒定的并且它们是不对称的。这是由于肋结构适用于模冲头，以便轻巧。

图4 模冲裁模挠度的测量

使用铅锤销执行测量过程具有限定尺寸的长度。这些垂直引脚在位于准点水平固定在模具表面中间的区域。该冲压机没有收到额外压力，直至触及撞击所有的垂直销，并经过冲压机被打开的铅垂销的长度可以测量用坐标测量机（CMM）。存在差长度的初始值和之间ENCE铅垂销测量长度表示了间隙模和凸模之间经过了手工抛光操作。但这种方法有以下缺点：测量是实现了“后验”，当方的形状实现的，只有少数点可测在表面，因为垂直引脚需要一个准水平区域。实测之间的偏差值和预测的人所提议的方法是非常小的，并在数百毫米的的范围内。

5工业应用

为了验证本节所示的方法工业抽样的情况下，根据前面所描述的步骤。这是一个液压一个用公称力3200吨的垫枕尺寸为5000毫米2500毫米。材料astm60 [ 23 ]。施加的力过程中，基于计划的方法，是：冲500吨，和保持120吨的接触面（模冲）是0.84米2（1275毫米850毫米）。

图5 模具几何计算机辅助设计：（a）三维底部图 （b）显示的空腔和肋骨轻量化

模具的几何形状的三维CAD模型包括所有元素：肋骨，孔，部件的精确模型面与固体CATIA V5（见图5）。

机械组在理念上的完整三维网格掌握建模，包括模具上的冲孔，肋骨，以及他们凸模和压边的操作位置（见图6）。

图6 完整的三维网格模型

一旦分析完成的比较，从冲压的变形可以看到：加强和滑块；拉深模件：模和冲孔模。上一部分模具（在这种情况下，冲床）显示了小变形，但该组模具和冲压模具之间的接触面的中央部分显示了一个大的变形（见图7）。

图7 工具变形比较

此外，分析结果显示变形模具表面及其在前处理过程中的行为查看（参见图8）。箭头显示的主要变形在3节中解释。

图8 模具表面变形和行为，箭头显示主变形

最后的图显示，这些变形变形—在接触中不等于或比例表面。在这种情况下，他们靠的是肋骨的位置。值的范围在0.3毫米，0.3毫米对于这种工业的情况，计算出的差异最大（0.9毫米）和最小（0.6毫米）接触面变形（见图9和表2）。

图9 接触表面变形（方向）

word/media/image36.gif 点 测量挠度 (mm)word/media/image37.gif

A 0.19

B 0.34

C 0.02

D 0.00

E 0.24

F 0.34word/media/image38.gif

表2 在可能的点测量的方向偏转

word/media/image39.gif 1 2 3 4

word/media/image40.gif支撑尺寸 [mm] 4200×2500 5000×2500 3000×1800 5000×2500

公称压力 [T] 2,000 1,200 650 1,200

应用压力[T] 1,200 1,200 650 650

模具尺寸[mm] 3940×2380×670 3780×1700×668 2370×1650×700 2210×1300×750

接触面 [m2] 4,33 1,9 0,9 0,84

预测挠度[mm] 0.6 0.4 0.3 0.3

测量挠度 [mm] 0.637 0.47 0.35 0.34

word/media/image41.gif表3工业大拉伸模具的实验和预测变形

表四显示了3个对应的工业案例的绘制模具，使用的方法已考虑由于零件的复杂性和大尺寸—结果他们。表中的参数新闻和死亡的过程。冲压参数正加强尺寸（毫米），额定负载（吨）和应用力（吨）。模具参数是模尺寸（毫米），面积接触表面（毫米2），预测偏转（毫米）和测量挠度（毫米）。模具的材料是astm60。每一压的公称压力为2000吨，1200吨、1200吨和650吨，分别为。应用力在每一种情况下是1200吨，1200吨，650吨和650吨的模具尺寸为3940，2380，670，3780，1700668毫米，2370，1650，700，，2210，1300，750毫米，其中的接触面面积2米4.33，2米1.9，0.9米2和0.84米2。预测最大挠度为0.6毫米0.4毫米，0.3毫米和0.3与实测最大挠度采用垂直的销0.637毫米，0.47毫米，0.35毫米和0.34毫米，分别。从模型的预测结果得到的模型范围从0.3毫米至0.7，在这些实验的情况下，并确认在接触表面的偏转是不恒定的。这个预测结果与实测垂线检查销符合。

压载word/media/image42.gif (Tm) 最大变形 (mm)

100 0.053word/media/image43.gif

200 0.105

300 0.157

400 0.210

500 0.262

600 0.313

700 0.369

800 0.414

900 0.470

1000 0.530word/media/image44.gif

表4 表负荷变形

6结论

现在行业内已经提出了一个准确的生产拉丝模的新方法。那就是真正的变形在冲压机/模具螺栓的机器通常较大比毫米的十分之一，称为类似部件公差方法。

一个简单的方法可以使用估计值在一个非常简化的模型的最大变形（肋骨，对称分布的孔不断的关系，孔和厚度尺寸均一的肋骨，模具尺寸相近的）。结果值的表4。然而这将导致需要一个长期和艰苦的努力手工抛光过程。为了避免这种情况，可以对拉延模的真实几何形状和冲头进行有限元模拟，得到的变形的估计值可以用于CAM阶段时修改的精加工刀具路径，保证加工质量。对于粗加工得到的半成品，凸模和凹模形状做了标记的部分可以直接加工，只需要很少的手工抛光。而实例表明，这种数字化的方法有很大的效率和好处。

致 谢

感谢是给ROBOTIKER技术礼堂的工程在大学学院巴斯克地区的支持。同时还要感谢巴斯克公司的巴茨。

参考文献

[1] Tekkaya A (2000) State-of-the-art of simulation of sheet metalforming. J Mater Process Technol 103:14–22

[2] Balendra R, Qin Y, Lu X (2000) Analysis, evaluation andcompensation of component-errors in the nett-forming of engineeringcomponents. J Mater Process Technol 106:204–211

[3]Chodnikiewicz K, Balendra R (2000) The calibration of metalformingpresses. J Mater Process Technol 106:28–33

[4] Cao J, Kinsey B, Yao H, Viswanathan V, Song N (2001) Nextgeneration stamping dies-controllability and flexibility. RobotCIM-Int Manuf 17:49–56

[5] Martínez F (2004) Optimisation du serre flan de son pilotage pourune amelioration de l’ecoulement du materiau en emboutissage,Ph.D., Université de Nantes, France

[6] Rosochowski A (2001) Die compensation procedure to negate diedeflection and component springback. J Mater Process Technol115:187–191

[7] Lingbeek R, Huétink J, Ohnimus S, Petzoldt M, Weiher J (2005)The development of a finite elements based springback compensationtool for sheet metal products. J Mater Process Technol169:115–125

[8] Thomas W, Oenoki T, Altan T (2000) Process simulation instamping-recent applications for product and process design. JMater Process Technol 98:232–243

[9] Hernández A, Vallejo J, Canales J, Albizuri J (1999) Stamping diedesign based onnumerical simulation andknowledge systematization.Int J Compute Integ M 12:427–438

[10] López de Lacalle LN, Lamikiz A, Sánchez JA (2005) Improvingthe high-speed finishing of forming tools for advanced highstrengthsteels (AHSS). Int J Adv Manuf Technol 29:49–63

[11] Ou H (2006) Prediction of dimensional errors in 3D complexshapes due to press elasticity. Int J Adv Manuf Technol 31:61–70

[12] Chen FK, Liao YC (2002) An analysis of draw-wall wrinkling ina stamping die design. Int J Adv Manuf Technol 19:253–259

[13] Tor SB, Britton GA, Zhang WY (2005) A knowledge-basedblackboard framework for stamping process planning in progressivedie design. Int J Adv Manuf Technol 26:774–783

[14] Dequan Y, Rui Z, Jun Ch, Zhen Z (2006) Research of knowledgebasedsystem for stamping process planning. Int J Adv ManufTechnol 29:663–669

[15] Tang DB, Zheng L, Li ZZ (2001) An intelligent feature-baseddesign for stamping system. Int J Adv Manuf Technol 18:193–200

[16] Pilani R, Narasimhan K, Maiti SK, Singh UP, Date PP (2000) Ahybrid intelligent systems approach for die design in sheet metalforming. Int J Adv Manuf Technol 16:370–375

[17] Akatsu J (1991) Process for producing mold, EP 0 417 311. 20-3-1991

[18] Del Pozo D, López JM (2002) Procedimiento de fabricación detroqueles, solicitud de PCT/ES02/00230, 14-5-2002

[19] Del Pozo D, Rentería A (2003) Herramientas para la puesta apunto en la fabricación de troqueles. IMHE 285/286:139–142

[20] Alzaga A, Yalniz Z (2003) Collaborative development of toolsand dies in SMEs networks, CIRP Design seminar, Grenoble

[21] López de Lacalle LN, Lamikiz A, Sánchez JA, Arana JL (2002)

Improving the surface finish in high speed milling of stampingdies. J Mater Process Technol 123:292–302

[22] Del Pozo D, López de Lacalle LN, López JM, Hernández A(2006) Machining of large dies based on the prediction of the

press/die deformation, 2nd IPROMS Virtual International Conferenceon Intelligent Production Machines and Systems

[23] Smith DA (2000) Die design hand book, 3rd edn. Society ofManufacturing Engineers, Michigan

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/1b4fa6f0b7360b4c2f3f64ac.html