设计仿真 | Simufact助力钣金冲压成形工艺缺陷分析

当前制造业市场的竞争愈演愈烈, 消费者在选择产品时不仅限于一个合适的价格, 而且更加注重产品的质量和品质。钣金冲压成形工艺在汽车、航空航天、重工、电子等行业中担任着重要成形工艺角色，冲压件的质量问题不仅影响产品美观，还会降低制件的结构性能以及产品使用寿命，因此对冲压件的质量缺陷控制至关重要。

钣金冲压件成形过程中常见的质量问题主要有起皱、开裂、回弹、塌陷等缺陷。以上问题占冲压件质量整改的85%以上，模具的反复修改、维修造成模具使用寿命降低，停机时间剧增，产品的返工甚至报废导致的生产成本增加、生产周期增加。因此在钣金冲压工艺设计阶段利用冲压工艺仿真软件可以对设计的工艺方案进行虚拟试错，从而减少或避免冲压缺陷问题，有效的减少试错次数、模具修模次数，减少试制时间周期，提升工艺开发效率。而且利用专业的钣金冲压工艺仿真可以对已经存在冲压缺陷问题的工艺进行分析软件虚拟试错。

Simufact forming金属塑性成形及热处理工艺仿真软件中，针对不同的工艺类型具有不同的向导。针对钣金成形工艺Simufact forming具有专业的功能模块，可以实现对冷热冲压、深冲、压印成形、折弯、翻边、精冲、冲裁、旋压等工艺过程进行模拟。在单一软件界面可进行多个工位多个道次的深冲分析。被动旋转、主动旋转、平动以及其它辅助运动可以综合作用，且易于实现。Simufact forming针对钣金结构可以使用钣金六面体网格、钣金实体-壳单元，在钣金成形过程中可以考虑板料厚度方向的流动、厚度方向上的温度传递。可对钣金成形过程中的应力、应变、壁厚减薄、壁厚增厚、回弹、冲压力、起皱、开裂、塌角、过渡减薄等结果进行分析。帮助客户进行物理试错，加快工艺开发，降低修模次数、开发成本。

Simufact forming具有多种成形极限（FLD）模型，如基勒（Keeler）、阿布斯波尔&肖尔廷（Abspoel&Scholting）等，便于用户选择设置。如下图所展示的案例，为基于成形极限（FLD）模型对起皱缺陷的预测，并且与实际冲压结果进行了对比，仿真结果与实际结果非常接近，冲压仿真结果中不仅可以从云图指示结果缺陷，而且可以从材料实际流动变化来查看结果，更与实际接近。

如下图所展示的案例，为基于成形极限（FLD）模型对起皱开裂的预测，且与实际冲压结果进行对比，仿真预测开裂位置与实际开裂位置相对应。通过基于成形极限模型的冲压仿真可以精确预测开裂缺陷。

另外，Simufact forming还可以基于断裂模型，进行冲压过程中开裂演变进行仿真分析。软件中带有的断裂模型非常丰富，有Lemaitre、Johnson-Cook、Oyane、Gurson、Bonora等断裂模型。

如下图所示，为基于断裂模型MMC（Modifed Mohr Coulomb）进行的冲压成形分析，而且研究了板料方向（0°/45°）对开裂的影响。0°冲压开裂位置与45°冲压开裂位置明显不同，充分证明了板料各向异性，不同的摆放产生的开裂缺陷不同。通过仿真与试验的对比，Simufact forming冲压吨位与实测吨位结果非常贴近。

而且开裂位置也和实际冲压试验相同，如下图所示。

Source: Li, Y., Luo, M., Gerlach, J., & Wierzbicki, T. (2010).
Prediction of shear-induced fracture in sheet metal forming.
Journal of Materials Processing Technology, 210(14), 1858-1869.