沖壓成型穩定性解決方案組圖

在板材沖壓模具制造中或者制件沖壓成形過程中,雖然用戶已通過CAE軟件仿真分析無誤,但實際生產時依然會出現一些殘次品。對于這些“穩定性”問題,來自瑞士的AutoForm工程有限公司為我們提供了全

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在板材沖壓模具制造中或者制件沖壓成形過程中,雖然用戶已通過CAE軟件仿真分析無誤,但實際生產時依然會出現一些殘次品。對于這些“穩定性”問題,來自瑞士的AutoForm工程有限公司為我們提供了全面的解決方案。

在金屬板材沖壓成形模具制造與調試過程中,或者沖壓制件生產過程中,往往會發生一些不良現象:有些模具,其沖壓工藝已通過CAE軟件仿真分析無誤,但模具完成制造后在試模過程中制件卻出現問題,如開裂或起皺;甚至有些模具在試模壓機上調試結果也很好,但在吊裝到生產線上后,壓制出的產品卻不合格,無法滿足技術要求;也有一些制件在批量生產過程中,絕大部分產品質量都沒有問題,但總會偶爾、隨機地出現幾次廢件。

問題分析

以上這些現象,可以統稱為“穩定性”問題(圖1)。通過對實際情況的分析,我們認為穩定性問題可以分為工藝穩定性問題和生產穩定性問題。

圖1 不具備穩定性的方案

1. 工藝穩定性指的是一個合格并且具備穩定性的工藝方案,即工藝方案必須能夠滿足即使某些工藝條件(如壓邊力大小)在一定范圍內波動,也都能夠得到一個合格的產品。在實際生產中常常有些工藝方案在設計時,通過CAE仿真軟件分析沒有發現問題,但在生產時發現其對工藝條件的變化極其敏感,工藝條件的較小變化,往往導致產品質量的較大變化,這種問題就可歸為工藝穩定性問題。

2.生產穩定性問題,指的是由于在生產過程中出現的一些噪音背景,如板材料厚的變化、材料性能的不穩定、潤滑條件的變化及機床壓力中心的偏移等條件的變化,導致沖壓件生產不合格或廢件率過高。

在金屬板材沖壓成形模具制造領域或沖壓制件生產過領域,無論是在技術設計階段還是在生產階段,技術人員都期望已擬定的方案是一個穩定的方案(圖2)。但現實經常與技術人員的期望存在一定的差距。很多時候,憑現有的經驗或目前的傳統CAE分析手段,并不能夠發現工藝設計方案中存在的穩定性問題。

圖2 具備穩定性的方案

解決方案

在金屬板材成形仿真模擬分析領域處于全球領先地位的AutoForm工程有限公司推出了具有劃時代意義的、功能強大的沖壓穩定性解決方案利器——AutoFormTM-Sigma,系全球首例也是目前唯一的專業針對板材沖壓領域工藝穩定性及生產穩定性問題的系統解決方案。

如圖3所示,通過采用這一方案,用戶可以對所需考察的方案設定期望達到的目標及需要考察的工藝、生產參數條件(料厚變動范圍、材料性能波動范圍、潤滑條件、拉延筋阻力大小及壓邊力變化范圍等)等。

圖3 AutoForm-Sigma工作原理

AutoFormTM -Sigma則通過其內置的4個求解器,可以得到一系列符合用戶所定義參數變動范圍內的CAE分析結果,這些結果構成了一個樣本空間。然后,AutoFormTM-Sigma通過運用統計學原理對此樣本空間進行分析歸納,就可以讓用戶對所分析的方案得到一個完全、徹底的認知。

AutoFormTM-Sigma的目標,是通過對用戶的方案進行驗證、優化,確保用戶能夠獲得一個具備穩定性的解決方案。簡言之,就是確保用戶送進沖壓生產線的每一張板料,都能獲得一個合格的產品。

主要功能

AutoFormTM-Sigma的功能主要是為用戶提供一個基于AutoForm傳統板材沖壓CAE分析環境的集成解決方案,依據所針對的生產流程不同階段的對象,主要分為工藝穩定性分析及生產穩定性分析。

1.工藝穩定性分析是指在工藝設計階段,采用AutoFormTM-Sigma驗證及優化所設計工藝方案的穩定性。在此過程中,用戶可以做到:

(1)評估工藝方案中的危險區域(圖4)。

圖4 危險區域分析

(2)評估工藝方案中對工藝生產條件變化反應比較敏感的區域(圖5)。

圖5 敏感區域分析

(3)在所有被考慮的影響因素中,確定哪種因素是對產品質量的影響最大(圖6)。

圖6 對產品不同區域質量影響最大的因素

(4)在所有被考慮的因素中,了解各種因素對產品的質量影響的程度(圖7)。

圖7 因素“db1”對產品不同區域影響程度

(5)考察某些因素變化對產品質量的影響。如圖7所示,當參數“db1”增大0.1時,圖示區域變薄率將增大1.51%(圖8)。

圖8 參數“db1”的變化對產品質量影響程度大小

2.生產穩定性分析指的是在工藝方案設計完成后,考慮到在實際生產中將可能面臨的各種噪音背景,綜合運用AutoFormTM-Sigma來對分析這些噪音背景因素對將來生產過程中產品成功率的影響程度。

通過采用AutoFormTM-Sigma對生產穩定性進行分析,用戶可以實現如下目的:

(1)清楚地了解所設計的工藝方案,在考慮到噪音背景影響因素下,能否保證穩定的生產。

(2)對產品的某些特定區域所設計的加工方案,能否保證質量穩定。

(3)在滿足用戶所要求的誤差范圍內,所設計的工藝方案可以達到多少生產成功率。

(4)對產品的某些特定區域,在滿足用戶所要求的誤差條件下,廢品產生的概率。

應用案例

AutoFormTM- Sigma自問世以來,經過在歐美一些大型汽車廠和模具廠的應用,證明其能夠發現采用傳統CAE分析所無法發現的問題,可以提高設計工藝方案的可靠性,提高實際生產中產品的成功率。例如,瑞典沃爾沃汽車公司經過連續多個車型項目的CAE應用效果對比,發現在板材沖壓CAE分析領域,僅僅采用 AutoFormTM軟件即已完全能夠滿足其全部需求。

以下是沃爾沃公司采用AutoFormTM-Sigma對其某車型一側圍內板件所作的生產穩定性分析及優化。

該零件工藝設計完成后,經采用AutoForm作了一次普通成形性CAE分析,結果顯示良好,FLD圖形也顯示該件在成形過程中不會發生破裂。但在實際生產過程中,沃爾沃公司發現,該制件在絕大部分壓制過程中,產品質量都沒有問題,但總會偶爾出現幾次廢件。每次出現廢件時,問題都是出在產品的同一個地方,如圖9所示。

圖9 該件在生產中偶爾會在圖示處發生破裂問題

于是,沃爾沃公司應用AutoFormTM-Sigma對目前的工藝方案進行了生產穩定性分析。發現,該件在生產過程中,絕大部分結果都是在安全范圍內,但采用該方案生產時,大約有3%左右的幾率出現廢件(圖10)。

圖10 采用AutoForm-Sigma進行生產穩定性驗證

根據以上穩定性分析結果,沃爾沃公司技術部門對產品進行了修改,加大了發生破裂處產品的圓角,并對修改后的工藝方案進行了生產穩定性分析(圖11)。

圖11 產品更改前/后生產穩定性驗證結果對比

經采用修改后的工藝方案進行生產,沒有再出現以前的問題,壓制的產品全部符合技術要求。

結束語

實踐證明,采用AutoFormTM-Sigma進行沖壓穩定性分析、優化,可以協助技術人員對產品的成形性能有更深的了解,從而更好地指導模具調試及實際生產;可以達到縮短產品開發周期,改善產品及工藝質量,大幅降低模具調試時間,減少沖壓生產線非正常停工,降低模具維護成本。