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PAM-STAMP仿真在汽车冲压行业的应用


Application of PAM-STAMP 2G in Automobile Stamping Industry
PAM-STAMP仿真在汽车冲压行业的 应用 娄茂昆 奇瑞汽车规划院

讨论主题
? PAM-STAMP一般模拟过程的标准化 ? 规范的输入输出
– 重力(gravity) – 压边 (holding) – 冲

型 (stamping) – 回弹(springback) – 单元类型及算法选择

? A级曲面翘曲检测及量化 ? 造型与制造的最直接的关系
– 回弹与曲面翘曲研究 – 曲面翘曲测量方法

? PAM-STAMP与DEMRI CUP回弹研究 板金回弹的例题(二维) 冲压软件的评价
第2页

PAM-STAMP一般模拟过程的标准化— 重力Gravity-1
目的: ? ? 寻找适合的压边圈和凸模相对位置; 模拟板料落在凸模和压边圈上的运 动及最后形状 ? 设置: ?板料与下模具间距h1=1mm左右; ?板料初速度:v0=0.6m/s; 决定下序的初始状态

第3页

PAM-STAMP一般模拟过程的标准化—重力 Gravity-2
重力Gravity计算停止准则: ? 给足够时间 ? 板料动能为零

第4页

PAM-STAMP一般模拟过程的标准化—压边Holding-1
Die

目的:模拟板料压合过程及压合后板料 状态;

Blank holder

设置: ? 凹模匀速运动至与压边圈闭合 v=2~5m/s,见右下凹模速度曲线; ? 停止准则设置,凹模与压边圈间距 h=1.1*thickness,结合压料情况调整

第5页

PAM-STAMP一般模拟过程的标准化—压边Holding-2
? 压料结束后,观察板料发生塑性变形 部位,不能处于产品部分。如右上图;

?

压料结束后,观察板料动能变化曲线; 其动能是否降为零(宏观上已停止振动)

第6页

PAM-STAMP一般模拟过程的标准化—冲型Stamping
? 分别控制Die和Blank holder的运动 设置它们的速度曲线 ? 关于FLD,变薄率等判据,应力应变路径

?

利用Contact Force预估成形力

第7页

PAM-STAMP一般模拟过程的标准化—— 单元类型和算法选择
? 一般来说,板厚超过2mm后,使用 实体单元模拟

?

软件默认为重力Gravity和回弹Springback选择 隐式算法(如右图),为了清楚了解 全过程中板料的振动情况,也可手动 选择显式算法 ? 两种算法在回弹中有2%的差别(DEMERI CUP)

第8页

A级曲面翘曲

? A级表面和A级表面翘曲
– A级表面:定义,制作规范,检查标准 – 通过冲压工艺制造的外覆盖件曲面与期望的表面不同.

? 国内研究
– A级表面多交由国外供应商设计. – 生产高质量产品的必经之路

? 分析及解决之道
– 多种方式量化翘曲 – 从设计源头减少翘曲

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A级曲面翘曲检测及量化——现象

第10页

A级曲面翘曲检测及量化—— 几何数据分析
? 从截面曲率分析,右上图截面曲率在 切点之前是连续的; ? 右下图截面曲率在切点之前已经不连续;

? 产品设计中就要避免曲率不连续的 现象,不能出现右下图的结果

第11页

A级曲面翘曲检测及量化——回弹补偿
CAD DATA

OC region

? 3mm的回弹补偿(Over Crown) 据老工程师经验,POWER DOME 边 的回弹量为3mm,故将3mm的回弹补 偿 加到拉延模表面
CAE model

第12页

A级曲面翘曲检测及量化——CAE 模拟分析

加回弹补偿后,板件回弹变形

1.回弹补偿模具生产的板件---粉红 2.有回弹补偿的模具模面----绿色 3.没有回弹补偿的初始模面---红色

截面线

成型后板件和未加回弹补偿的模具表面对比

截面对比分析 第13页

A级曲面翘曲检测及量化——注意事项

? 应当:
– 改变产品设计直到A面翘曲消失(关键:产品和冲 压工艺部门的沟通)

? 不应当:
– 改变模具上的A面部分而破坏面的连续性(关键: 冲压工程师不满意A面和材料稳定性) (Keys: stamping engineering is not sufficient at Class A surfacing, and material noise)

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A级曲面翘曲检测及量化—— 测量方法
? Audit 评价系统 – 定义:A等,B等,C等 – 主观的,非工程方法,无法定量化 ? D-Sight -光学表面检测法 (Diffracto公司 ) – 视觉判定,仅可对物理板件检测 – 无法定量化 ? Mazda’s method – Mazda方法,最好的工程方法 – 三点测量 – 可计量,有损测量精度,测量较困难 – 实际结果和测量结果之间的相互关系没有研究
第15页

A级曲面仿真翘曲检测及量化— 一种新的测量构架
根据曲面曲率,将曲面分成不同区域

几何量测
虚拟视觉探测

曲 面 分 区

物理量测

扫描线检测 干涉带检测

数值模拟量测

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A级曲面翘曲检测及量化—— 基于几何的量测方法
方法: 计算不同区域的曲率,从而检测曲面翘曲

曲面分区

对 所 有 曲 面 循 环

计算切平面
曲面某一分区

计算局部曲面块

计算不同点曲率 K12曲率

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A级曲面翘曲检测及量化—— 虚拟视觉探测
方法: 选取最佳视角使得可视的缺陷最大化

建立一个观测球体

对 所 有 曲 面 循 环

选择一个视点

观测一个曲面分区

识别可视缺陷

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A级曲面翘曲检测及量化—— 扫描线检测
方法: 移动扫描线与曲面成一个小的夹角以放大表面翘曲
光线

选择一个截面方向和视角

选 择 曲 面 不 同 截 面

计算曲面法向
光线

曲面

适整视角
曲面

生成扫描线
视角小可以放大曲面翘曲

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A级曲面翘曲检测及量化—— 干涉带检测
方法: 利用虚拟激光的干涉检测曲面翘曲

实例:
曲面分区 虚拟激光 回弹后板件

建立一个虚拟光线干涉系统
曲面某一分区 凸模表面

选择虚拟光线的波长

用最小二乘法拟合参考曲面
干涉条纹

生成干涉条纹

扭曲的干涉条纹 表明曲面翘曲
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A级曲面翘曲检测及量化—— 基于仿真的量测方法
方法: 模拟虚拟石块在曲面上摩擦以探测表面翘曲

计算切平面
选 择 不 同 截 面

切平面

冲突检测
曲面 虚拟石块 摩擦点

模拟括擦

第21页

A级曲面翘曲检测及量化—— 基于仿真的量测方法
实例:
曲面分区 用户界面

曲面某一分区

模拟括擦结果:红色区 域表为翘曲区域
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PAM-STAMP与DEMRI CUP回弹研究——介绍 ? 回弹是材料变形后内部的残余应力引起的弹性回复的现象,在 板料成形中还有一系列的问题。 ? Demri cup实验是用来研究板料成形回弹问题的一种实验
? 作杯形拉延 ? 在杯壁上取一定宽度的环 ? 将环从某处割开,测量回弹量

? Demri cup实验的优点
? 提高测量的准确度,减少实验误差 ? 标准测试,便于对比

第23页

PAM-STAMP与DEMRI CUP回弹研究——实验

实验仪器

板条的取法

实验拉深结果、环、切割后回弹结果 示意图
第24页

PAM-STAMP与DEMRI CUP回弹研究——数值模拟

完整模型

回弹前塑性应变

拉深到底

回弹变形
第25页

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