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1、湖北汽車工業(yè)學(xué)院科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯） 湖北汽車工業(yè)學(xué)院科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(外文翻譯) 指導(dǎo)老師： 學(xué) 生： 班 級： 學(xué) 號： 專 業(yè)：材料成型及控制工程（模具設(shè)計(jì)與制造） 時 間：2011年3月 綜合成形模擬和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)的模具設(shè)計(jì)分析 Venkat Aitharaju*, Malcolm Liu, Jennifer Dong, Jimmy Zhang, Chuan-tao Wang General Motors Corporatio

2、n, Manufacturing Engineering - Die Center 2000 Pontiac Centerpoint Parkway, M/C: 483-520-276, Pontiac, MI 48341 摘要：通用公司在采用沖壓成形模擬分析和驗(yàn)證凹模表面成形性分析的發(fā)展方面，獲得巨大成功后, 它在沖壓工藝方面，總生產(chǎn)力向前邁了一大步。其中,保證模具的結(jié)構(gòu)完整性和最小重量是其中的重要舉措之一。沖壓模具設(shè)計(jì)(或?qū)嶓w模型的沖壓模具)通常是參照由以下的模具設(shè)計(jì)手冊和標(biāo)準(zhǔn)完成的。對于任何標(biāo)準(zhǔn)以外的設(shè)計(jì)改變，沒有數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)來驗(yàn)證模具設(shè)計(jì)工具結(jié)果的改變。模具結(jié)構(gòu)分析(DSA)提供了

3、一個數(shù)據(jù)庫來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的安全因素變化。幾年前,通用汽車制造工程-模具中心開始模具的結(jié)構(gòu)分析,在各種領(lǐng)域,以滿足客戶不斷增長的需求，如下：（1）驗(yàn)證設(shè)計(jì)上的變化；（2）在調(diào)試模具沖壓操作和維修方案的建議中確定破損的主要原因；（3）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu),降低體重；（4）按吞吐量優(yōu)化了廢口槽開口；（5）提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)工具來驗(yàn)證目前修改的模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在綜合分析成形和模具結(jié)構(gòu)分析成功后 ，形成模具表面負(fù)荷力(壓邊力、擠壓力,成形力)將被提取應(yīng)用于在模擬和應(yīng)用固態(tài)壓鑄結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分析。在過去的幾年中,模具中心為許多模具設(shè)計(jì)要求的變化和沖壓模具結(jié)構(gòu)的模具進(jìn)行了靜態(tài)、動態(tài)和疲勞分析。本文提出一些基本問題,綜合成型及模

4、具的結(jié)構(gòu)分析和闡述了在模具設(shè)計(jì),模具結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)沖壓件上模具結(jié)構(gòu)分析的影響。 介紹： 用于制作汽車板料零件的模具成本占到了生產(chǎn)車輛預(yù)算項(xiàng)目總成本的40%左右。這些模具的制造成本成為了汽車公司評估開發(fā)新汽車計(jì)劃的基準(zhǔn)。這些沖壓模具設(shè)計(jì)是根據(jù)公司內(nèi)部生產(chǎn)過程中，一個特定的模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)、安全指導(dǎo)和新的規(guī)定來制定的。這些模具經(jīng)常受到不同加工方式的影響，從而影響到他們的生命周期。這些模具按照一種安全的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的破壞，安全處理這些問題是最重要的。因此,在模具設(shè)計(jì)應(yīng)提供足夠的安全系數(shù),以防止任何結(jié)構(gòu)破壞的出現(xiàn)。同樣,在生產(chǎn)過程中 模具的損壞能引起一個完整的生產(chǎn)流水線癱瘓。由于這種

5、極端的重要性,這些模具是整個安全生產(chǎn)周期的過程中最為重要的環(huán)節(jié)。由于各種沖壓模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在綜合形成與結(jié)構(gòu)的分析不準(zhǔn)確性,于是傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與整體結(jié)構(gòu)通常很重。由于這些沉重的結(jié)構(gòu)，模具費(fèi)用、原材料、施工成本、運(yùn)營成本(電費(fèi)用于移動模具)是巨大的。但現(xiàn)在觸手可及的有限元分析,準(zhǔn)確的形成與結(jié)構(gòu)的分析,能幫助沖壓模具執(zhí)行各種線操作和優(yōu)化結(jié)構(gòu)減少的模具重量和降低營運(yùn)成本。同樣,沖壓模具破損是嚴(yán)謹(jǐn)分析問題的根本原因，可以固定在一個更有效率的方式。根據(jù)目前的結(jié)構(gòu)分析的成分對于那些過去的方法來確定載荷的形成是不準(zhǔn)確的討論，最大的挑戰(zhàn)是將綜合形成的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用在各種沖壓成形載荷96%的情況下。本文提出了一些解

6、決的問題,結(jié)合實(shí)例分析成形方案和模具的結(jié)構(gòu)。首先,作者討論簡單設(shè)計(jì)荷載對模具的結(jié)構(gòu)零件,其次建模策略,并對模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析(DSA),基準(zhǔn)研究通過NASTRAN軟件提供各種各樣的四要素的通用結(jié)構(gòu)分析. ,利用模具的結(jié)構(gòu)分析最終解決一些問題。也進(jìn)行了簡要的回顧與供應(yīng)商合作計(jì)劃介入發(fā)展一套綜合的模具結(jié)構(gòu)分析和模型分析的DSA數(shù)據(jù)包。 模具設(shè)計(jì)載荷： 負(fù)載的模具結(jié)構(gòu)元件可以分成(a)和(b)處理負(fù)荷運(yùn)行負(fù)載。處理的是將靜態(tài)負(fù)荷重量轉(zhuǎn)移到模具零件之間。模具在荷載作用下運(yùn)行,應(yīng)用于模具在沖壓成形的操作。例如,較低的粘合劑為三種模具設(shè)計(jì),通過噸位氣墊或低硝基持鈑金沖壓成形工作期間。對于一個修模具、較低

7、的適配器受修剪負(fù)載所需剪切的空白。對于一個法蘭模下墊應(yīng)該承受墊噸位而進(jìn)行了板邊操作。在通用模具開發(fā)中心適用期間,有一個方法是提取這些負(fù)載使其在每個沖壓模具成形仿真運(yùn)行。在驗(yàn)證了該方法的基礎(chǔ)上,提高系統(tǒng)的反饋能力。目前,所有的壓力系統(tǒng)(氣缸數(shù)為低,數(shù)量的探針硝基一個氣墊)設(shè)計(jì)輸入來自詳細(xì)的模具成形模擬試驗(yàn)。 DSA建模： 模具結(jié)構(gòu)分析團(tuán)隊(duì)在通用模具中心進(jìn)行了幾個基準(zhǔn)研究中，進(jìn)行了三維有限元模型,公司員工利用UG、mesher Unigraphics提供了工程技術(shù)革新。許多特征對模具的結(jié)構(gòu)組成都不影響結(jié)構(gòu)的剛度,但只有當(dāng)他們變成復(fù)雜模型包括在最后的分析模型都會有一定的影響。在通用模具中心,UG

8、創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)的模型,最近它有了許多的優(yōu)勢,利用UG /場景建模為它節(jié)省了相當(dāng)多的時間，但在在刪除/抑制特性并無實(shí)質(zhì)性的意義。自動網(wǎng)格生成可在UG場景中產(chǎn)生了網(wǎng)格單元，尺寸大小取決于在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和用戶輸入的幾何特征。但這種做法并不是最佳的時候，需要精確捕捉應(yīng)力分布區(qū)域的集中應(yīng)力。mesher嚙合算法,克服了這個限制革新用戶選擇精制/粗的完整的網(wǎng)域。根據(jù)大小和幾何形狀復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)部件的網(wǎng)格程序被選為創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)的嚙合，4node / 10-node四面體元素被用來網(wǎng)格結(jié)構(gòu)部件的體積網(wǎng)格劃分后的實(shí)體模型,Hypermesh用來檢查網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)(吻合,固態(tài)元件翹曲、長寬比、傾斜、雅可比)的質(zhì)量

9、。而檢查后,在網(wǎng)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量跟蹤批準(zhǔn)了堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)格進(jìn)行分析。翹曲98%的元素:30度以下,98%的元素的長寬比:下面10%雅可比:98%的元素在1到10的上述檢查完后,Hypermesh被用來指定邊界條件和加載條件。一個NASTRAN程序文件的準(zhǔn)備和提交NASTRAN程序的能手。分析結(jié)果的NASTRAN程序處理Hypermesh職位。以下是一個基準(zhǔn)測試比較4節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)元素在10應(yīng)力和撓度預(yù)測結(jié)果的實(shí)體模型。 單元基準(zhǔn)測試： 以懸臂梁在重力荷載作用下的分析來評估自己的效率和海格薩的元素。盡管汽車網(wǎng)用于模具的結(jié)構(gòu)分析的產(chǎn)能只有四個節(jié)點(diǎn),10-node四元素,海格薩元素是用來研究進(jìn)行比較。下面

10、給出了這個問題的細(xì)節(jié)?！? 圖一 懸梁臂的幾何形狀 不同網(wǎng)格密度與Tetra4四10元,試圖找出功效的元素。下表顯示提示位移為各種各樣的元素特性。 表1 描述各種元素小量位移 元素種類 NASTRAN軟件解決方案 閉合形式 錯誤 海格薩6元素 9.44E-2 9.591E-2 1.5% 180集群4元素 6.699E-2 9.591E-2 30.1% 360集群4元素 9.102E-2 9.591E-2 5.1% 36集群10元素 9.371E-2 9.591E-2 2.3% 從表中可以看出,一層一層的元素能預(yù)測海格薩位移非常接近精確解。但

11、是Tetra4元素與一個180度的預(yù)測單元的位移和厚度誤差的Tetra4。360元素30.1%股權(quán)和兩種元素的元素的厚度預(yù)測誤差的位移5.1%。但是Tetra10 36元素的元素和元素通過網(wǎng)格的厚度僅能預(yù)測其位移非常接近閉合形式的解決方案。從本研究中,我們可以看到,Tetra10元素是很有效率的捕捉彎曲效應(yīng)和少量的元素Tetra4元素相比。因此在分析過程中,Tetra10元素被用于一個標(biāo)準(zhǔn)的模具結(jié)構(gòu)分析。 模具結(jié)構(gòu)分析： 例子： 大量的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,以滿足需求的變化,驗(yàn)證堅(jiān)實(shí)的模具設(shè)計(jì)方案來防止模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)破碎、體重下降…下面的例子提供一些應(yīng)用工具解決問題的的有關(guān)汽車沖壓模具。

12、應(yīng)力和撓度頂部和底部板的分析： 這是一個關(guān)于減重和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的普通插座板沖壓技術(shù)用于丙種外幣發(fā)電廠。頂部和底部的適配器板為鑄件。共有一百板塊構(gòu)造，每年舉行一次。由于這個沉重的體積、重量優(yōu)化鋼鐵。各種載荷對上部和下部閥板被認(rèn)為:4點(diǎn)的支持與整個模具裝配放在盤子里,兩個點(diǎn)支持模具裝配與動態(tài)加載在沖壓成形?；趹?yīng)力和位移結(jié)果從詳細(xì)的死亡結(jié)構(gòu)分析、板塊的厚度可以減少178毫米(7)到127毫米(5),為152毫米鋼板和上層(5)- 102毫米(4)為較低的盤子。這個變化滿足安全系數(shù)。這些厚度范圍提供了一個機(jī)會來取代GM從架子上投板。鍋爐這也減少了可觀的鑄造?？偟膩碚f,這已經(jīng)挽救了數(shù)百萬美元的施工成本的

13、流逝。 模具設(shè)計(jì)改變的評價 在生產(chǎn)中一些模具通常被修理而需要改變,以至容易報廢掉。通常這些變化,提供了一些結(jié)構(gòu)剛度的死亡。用廉價的模具結(jié)構(gòu)分析、網(wǎng)上可以驗(yàn)證去除或在修改的基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的分析結(jié)果。這就避免了重新設(shè)計(jì)和重構(gòu)的相關(guān)成本、交貨期修剪時間。3至6顯示DSA評估原設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了兩種版本為修剪時間。以上顯示比較安全邊際的三種設(shè)計(jì)方案。修改和刪除被沖壓廠采納。 應(yīng)用在藍(lán)色表面修剪噸位固定在模底部 　 圖2 修改模幾何結(jié)構(gòu)分析 有效壓力（Mpa） 48 49 40 45 42 48 41 位移（mm） -0.053 -0.056

14、-0.042 -0.053 -0.048 -0.057 -0.047 0.08mm最大偏轉(zhuǎn) 48Mpa最大等效應(yīng)力 圖3 最大應(yīng)力和撓度對原設(shè)計(jì)(原件,7個網(wǎng)狀在凸輪修剪處) 有效壓力（Mpa） 49 63 39 81 75 84 43 偏轉(zhuǎn)（mm） -0.05 -0.07 -0.12 -0.10 -0.19 -0.09 -0.05 最大偏轉(zhuǎn)0.21mm 最大有效壓力84Mpa 圖4 二移除(Rev.1設(shè)計(jì)) 的最大應(yīng)力和撓度的修訂 有效壓力（Mpa） 75 94 30 80 40 98 6

15、0 偏轉(zhuǎn)（mm） -0.23 -0.11 -0.11 -0.09 -0.19 -0.12 -0.16 圖5 4個網(wǎng)狀移除(設(shè)計(jì)) 的最大應(yīng)力和撓度的修訂 表2 修剪模的安全邊際 設(shè)計(jì) 安全邊際 原 9.6 修正1 4.5 修正2 3.2 模具破損和根本原因識別 在生產(chǎn)過程中,身體側(cè)外環(huán)的模具顯示裂縫頂部的柱區(qū)。這種結(jié)構(gòu)上的根本原因并沒有出現(xiàn)在沖壓供應(yīng)商的工廠。因?yàn)檩^低的界限是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和模具在沒有任何結(jié)構(gòu)分析,驗(yàn)證了有猜測的強(qiáng)度較低的界限可能不足夠。證實(shí),一個請求進(jìn)行模模具中心結(jié)構(gòu)分析,較低的界限。自從模具已經(jīng)在生產(chǎn)使用、沖壓模具的需要很

16、快就會回來，在不影響整個生產(chǎn)的車輛。圖7顯示低粘合劑的幾何形狀支持空氣針。圖8平衡塊在較低的界限上模接觸。因此較低的界限是受墊負(fù)荷從底部和頂部的支持。 空氣銷支撐著 圖7 較低的環(huán)體側(cè)外(從底部) 塊 圖8 較低的環(huán)體側(cè)外(從機(jī)身) 作為通用數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的支持過程了十年,壽命對于整個模具立體幾何的模具制作模具中心在模具的結(jié)構(gòu)分析,可以從沒有失去任何意義。一份詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析,較低的界限。在分析,較低的界限是在空中沖壓負(fù)荷大頭針地點(diǎn)。該沖壓成形載荷作用的分析,推導(dǎo)出使用。這個負(fù)荷最低負(fù)荷要求把珠子和控制的金屬流動在整個沖壓操作。較低的界限是支撐平衡

17、塊的位置。摘要在詳細(xì)分析了模具結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力的結(jié)果,為降低粘合劑進(jìn)行評估。安全邊際對應(yīng)力和撓度被發(fā)現(xiàn)是非常安全的。因此在廠內(nèi)結(jié)構(gòu)破壞是歸因于操作不當(dāng)所增加的意外。 DSA項(xiàng)目的開發(fā) 模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,包括大量的手工努力的三維模型,編制了模具結(jié)構(gòu)對NASTRAN程序所需要的數(shù)據(jù)文件的程序。另一方面,很多時間都花在后期處理標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果如位移(u,v,w),強(qiáng)調(diào)(主修、輔修,von-Mises)和計(jì)算的安全邊際抗疲勞。減少時間準(zhǔn)備一個標(biāo)準(zhǔn)的分析嚙合,數(shù)據(jù)和后處理,結(jié)果,通用模具中心和它的軟件供應(yīng)商,埃塔(工程技術(shù)伙伴),開始發(fā)展一套綜合的軟件包和一個圖形用戶界面專為模具的結(jié)構(gòu)分析。在2003年

18、,一個測試版的這個包裹,稱為ETA-DSA,被安裝在模具中心。ETA-DSA是一個綜合的福利,包括革新的VPG埃塔對于嚙合,預(yù)處理、后處理和疲勞分析。ETA-DSA鏈接到NASTRAN程序求解靜力分析和進(jìn)行動態(tài)分析。ETA-DSA也提供汽車報告能力來允許用戶創(chuàng)建網(wǎng)站準(zhǔn)備報告,直接得出分析結(jié)果。ETA-DSA圖形用戶界面友好的用戶提供了一個良好的環(huán)境中執(zhí)行上述所有的任務(wù)。 總結(jié)： 模具結(jié)構(gòu)的分析,是一種重要的輔助應(yīng)用程序在沖壓模具結(jié)構(gòu)的許多地方,沖壓操作上提供了重要的價值。使用效益的模具結(jié)構(gòu)分析,驗(yàn)證了輕量的模具設(shè)計(jì)和修改,以減輕體重,成本和能量的模具沖壓、改進(jìn)設(shè)想,以確保模具結(jié)構(gòu)完整性的安

19、全設(shè)備,人類和新聞媒體通過它提高產(chǎn)量的變化,更好地使廢料脫落。在綜合分析成形仿真和模具結(jié)構(gòu)使通用沖壓件模具成本不斷減少,生產(chǎn)力得到提高,。進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)和業(yè)務(wù)流程的要求技術(shù)不斷發(fā)展, ,同時自動啟用具有較強(qiáng)魯棒性的DSA處理成型模具結(jié)構(gòu)分析和動態(tài)模擬。 致謝： 在此感謝亞瑟唐和卡羅Larque工程技術(shù)有限公司與員工及協(xié)調(diào)發(fā)展的中心總經(jīng)理的ETA-DSA軟件包。多虧了羅德里格、,通用汽車公司在巴西有價值的技術(shù)討論和在通用模具中心初始階段的模具結(jié)構(gòu)分析項(xiàng)目。 參考： 1. MSC.NASTRAN 2001 Quick Reference Guide 2. Unigraphics NX Scenario and Structures