冲压成形稳定性解决方案

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在板材冲压模具制造中或者制件冲压成形过程中，虽然用户已通过CAE软件仿真分析无误，但实际生产时依然会出现一些残次品。对于这些“稳定性”问题，来自瑞士的AutoForm工程有限公司为我们提供了全面的解决方案。

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在金属板材冲压成形模具制造与调试过程中，或者冲压制件生产过程中，往往会发生一些不良现象：有些模具，其冲压工艺已通过CAE软件仿真分析无误，但模具完成制造后在试模过程中制件却出现问题，如开裂或起皱；甚至有些模具在试模压机上调试结果也很好，但在吊装到生产线上后，压制出的产品却不合格，无法满足技术要求；也有一些制件在批量生产过程中，绝大部分产品质量都没有问题，但总会偶尔、随机地出现几次废件。

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问题分析

以上这些现象，可以统称为“稳定性”问题（图1）。通过对实际情况的分析，我们认为稳定性问题可以分为工艺稳定性问题和生产稳定性问题。

图1  不具备稳定性的方案

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1. 工艺稳定性指的是一个合格并且具备稳定性的工艺方案，即工艺方案必须能够满足即使某些工艺条件（如压边力大小）在一定范围内波动，也都能够得到一个合格的产品。在实际生产中常常有些工艺方案在设计时，通过CAE仿真软件分析没有发现问题，但在生产时发现其对工艺条件的变化极其敏感，工艺条件的较小变化，往往导致产品质量的较大变化，这种问题就可归为工艺稳定性问题。

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2.生产稳定性问题，指的是由于在生产过程中出现的一些噪音背景，如板材料厚的变化、材料性能的不稳定、润滑条件的变化及机床压力中心的偏移等条件的变化，导致冲压件生产不合格或废件率过高。

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在金属板材冲压成形模具制造领域或冲压制件生产过领域，无论是在技术设计阶段还是在生产阶段，技术人员都期望已拟定的方案是一个稳定的方案（图2）。但现实经常与技术人员的期望存在一定的差距。很多时候，凭现有的经验或目前的传统CAE分析手段，并不能够发现工艺设计方案中存在的稳定性问题。

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图2  具备稳定性的方案

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解决方案

在金属板材成形仿真模拟分析领域处于全球领先地位的AutoForm工程有限公司推出了具有划时代意义的、功能强大的冲压稳定性解决方案利器——AutoFormTM-Sigma，系全球首例也是目前唯一的专业针对板材冲压领域工艺稳定性及生产稳定性问题的系统解决方案。

如图3所示，通过采用这一方案，用户可以对所需考察的方案设定期望达到的目标及需要考察的工艺、生产参数条件（料厚变动范围、材料性能波动范围、润滑条件、拉延筋阻力大小及压边力变化范围等）等。

图3  AutoForm-Sigma工作原理

AutoFormTM -Sigma则通过其内置的4个求解器，可以得到一系列符合用户所定义参数变动范围内的CAE分析结果，这些结果构成了一个样本空间。然后，AutoFormTM-Sigma通过运用统计学原理对此样本空间进行分析归纳，就可以让用户对所分析的方案得到一个完全、彻底的认知。

AutoFormTM-Sigma的目标，是通过对用户的方案进行验证、优化，确保用户能够获得一个具备稳定性的解决方案。简言之，就是确保用户送进冲压生产线的每一张板料，都能获得一个合格的产品。

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主要功能

AutoFormTM-Sigma的功能主要是为用户提供一个基于AutoForm传统板材冲压CAE分析环境的集成解决方案，依据所针对的生产流程不同阶段的对象，主要分为工艺稳定性分析及生产稳定性分析。

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1.工艺稳定性分析是指在工艺设计阶段，采用AutoFormTM-Sigma验证及优化所设计工艺方案的稳定性。在此过程中，用户可以做到：

（1）评估工艺方案中的危险区域（图4）。

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图4  危险区域分析

（2）评估工艺方案中对工艺生产条件变化反应比较敏感的区域（图5）。

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图5  敏感区域分析

（3）在所有被考虑的影响因素中，确定哪种因素是对产品质量的影响最大（图6）。

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图6  对产品不同区域质量影响最大的因素

（4）在所有被考虑的因素中，了解各种因素对产品的质量影响的程度（图7）。

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图7  因素“db1”对产品不同区域影响程度

（5）考察某些因素变化对产品质量的影响。如图7所示，当参数“db1”增大0.1时，图示区域变薄率将增大1.51%（图8）。

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图8  参数“db1”的变化对产品质量影响程度大小

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2.生产稳定性分析指的是在工艺方案设计完成后，考虑到在实际生产中将可能面临的各种噪音背景，综合运用AutoFormTM-Sigma来对分析这些噪音背景因素对将来生产过程中产品成功率的影响程度。

通过采用AutoFormTM-Sigma对生产稳定性进行分析，用户可以实现如下目的：

（1）清楚地了解所设计的工艺方案，在考虑到噪音背景影响因素下，能否保证稳定的生产。

（2）对产品的某些特定区域所设计的加工方案，能否保证质量稳定。

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（3）在满足用户所要求的误差范围内，所设计的工艺方案可以达到多少生产成功率。

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（4）对产品的某些特定区域，在满足用户所要求的误差条件下，废品产生的概率。

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应用案例

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AutoFormTM- Sigma自问世以来，经过在欧美一些大型汽车厂和模具厂的应用，证明其能够发现采用传统CAE分析所无法发现的问题，可以提高设计工艺方案的可靠性，提高实际生产中产品的成功率。例如，瑞典沃尔沃汽车公司经过连续多个车型项目的CAE应用效果对比，发现在板材冲压CAE分析领域，仅仅采用 AutoFormTM软件即已完全能够满足其全部需求。

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以下是沃尔沃公司采用AutoFormTM-Sigma对其某车型一侧围内板件所作的生产稳定性分析及优化。

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该零件工艺设计完成后，经采用AutoForm作了一次普通成形性CAE分析，结果显示良好，FLD图形也显示该件在成形过程中不会发生破裂。但在实际生产过程中，沃尔沃公司发现，该制件在绝大部分压制过程中，产品质量都没有问题，但总会偶尔出现几次废件。每次出现废件时，问题都是出在产品的同一个地方，如图9所示。

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图9  该件在生产中偶尔会在图示处发生破裂问题

于是，沃尔沃公司应用AutoFormTM-Sigma对目前的工艺方案进行了生产稳定性分析。发现，该件在生产过程中，绝大部分结果都是在安全范围内，但采用该方案生产时，大约有3%左右的几率出现废件（图10）。

图10  采用AutoForm-Sigma进行生产稳定性验证

根据以上稳定性分析结果，沃尔沃公司技术部门对产品进行了修改，加大了发生破裂处产品的圆角，并对修改后的工艺方案进行了生产稳定性分析（图11）。

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图11  产品更改前/后生产稳定性验证结果对比

经采用修改后的工艺方案进行生产，没有再出现以前的问题，压制的产品全部符合技术要求。

结束语

实践证明，采用AutoFormTM-Sigma进行冲压稳定性分析、优化，可以协助技术人员对产品的成形性能有更深的了解，从而更好地指导模具调试及实际生产；可以达到缩短产品开发周期，改善产品及工艺质量，大幅降低模具调试时间，减少冲压生产线非正常停工，降低模具维护成本。【MechNet】