Краткое содержание

Программное обеспечение для моделирования автомобильных штампов является важным инженерным инструментом для проектирования, проверки и оптимизации процессов листовой штамповки и литья под давлением. Оно позволяет производителям прогнозировать и предотвращать дорогостоящие дефекты, такие как трещины или складки, ещё до создания физических инструментов. Используя эту технологию, компании значительно сокращают время разработки, снижают затраты на материалы и повышают качество готовых деталей. Среди ведущих решений в этой области — Ansys Forming, AutoForm и ProCAST, каждый из которых обладает специализированными возможностями для различных производственных задач.

Что такое моделирование автомобильных штампов и почему это важно?

Программное обеспечение для моделирования оснастки в автомобильной промышленности — это вид программного обеспечения компьютерного инженерного анализа (CAE), создающего виртуальную среду для воспроизведения всего процесса изготовления оснастки. От штамповки листового металла до литья сложного блока двигателя эта технология позволяет инженерам прогнозировать поведение материалов при экстремальных давлениях и температурах производства. Основная цель — обеспечить возможность изготовления детали по данному проекту, выявляя потенциальные дефекты до того, как они приведут к дорогостоящим и трудоемким физическим испытаниям на производстве.

Важность этой технологии трудно переоценить. Традиционно разработка оснастки основывалась на методе проб и ошибок, который мог занимать недели или даже месяцы. Как указано в отраслевом отчете компании MetalForming Magazine , одна компания обнаружила критический дефект в углу конструкции при моделировании, который иначе привел бы к двухнедельной задержке и значительной переделке инструментов. Проводя такой анализ заранее, производители могут в течение нескольких часов, а не недель, осуществлять цифровую итерацию проектных решений.

Возврат на инвестиции является значительным. Моделирование помогает оптимизировать использование материалов, точно рассчитывая необходимый размер заготовки и сокращая количество отходов. Оно также резко снижает потребность в физических испытаниях пресс-форм, экономя время работы оборудования, трудозатраты и энергию. Например, Keysight отмечает, что пользователи его программного обеспечения ProCAST для литья под давлением могут достигать значительной годовой экономии за счёт оптимизации циклов охлаждения и снижения количества дефектов. Переход от реактивного к прогнозирующему подходу является основополагающим для современного и эффективного производства автомобилей.

Ключевые функции и возможности современного программного обеспечения для моделирования литья под давлением

Современные платформы моделирования штампов предлагают широкий набор инструментов, охватывающих весь процесс разработки штампов. При выборе программного обеспечения инженеры ищут определённые функции, соответствующие различным этапам процесса — от первоначальной оценки до окончательной проверки. Понимание этих возможностей имеет решающее значение для выбора решения, отвечающего конкретным производственным потребностям, будь то последовательные штампы или крупные одинарные пресс-формы.

Ключевые возможности, как правило, включают:

• Проектирование рабочей поверхности штампа: Это творческий и трудоёмкий с инженерной точки зрения процесс проектирования поверхностей прижима и добавочных элементов, которые управляют течением металла при штамповке. Решения, такие как AutoForm-DieDesigner специализируются на предоставлении инструментов для быстрого создания и изменения этих сложных поверхностей.
• Валидация процесса: Программное обеспечение должно быть способно моделировать весь многоэтапный процесс формовки. Ansys Forming делает акцент на сквозном рабочем процессе, позволяя пользователям моделировать операции вытяжки, обрезки, отбортовки и пружинения в одной платформе.
• Размер заготовки и раскрой: Оптимизация исходной заготовки из листового металла имеет важнейшее значение для контроля затрат. Программное обеспечение, такое как Dynaform предоставляет модули для расчета размеров заготовки, позволяя минимизировать отходы материала ещё до начала производства.
• Прогнозирование и компенсация пружинения: После формовки высокопрочные металлы склонны немного возвращаться к исходной форме. Точное прогнозирование пружинения и инструменты для его компенсации за счёт корректировки геометрии штампа являются одними из наиболее ценных функций современного программного обеспечения для моделирования.
• Анализ дефектов: Основная функция моделирования — выявление потенциальных дефектов. Это включает визуализацию проблем, таких как трещины, складки, утонение и утолщение, с использованием инструментов, например диаграммы предельных деформаций (FLD).

Эти функции позволяют инженерам не только проверять конструкцию, но и оптимизировать ее по стоимости, качеству и эффективности. Возможность быстро формировать коммерческие предложения на основе точного плана материалов и производственных процессов является еще одним важным конкурентным преимуществом, обеспечиваемым этими интегрированными инструментами.

Сравнительный анализ ведущего программного обеспечения для моделирования автомобильных штампов

Рынок программного обеспечения для моделирования автомобильных штампов является конкурентным, и несколько ключевых игроков предлагают решения, адаптированные под конкретные потребности. Выбор правильного программного обеспечения зачастую зависит от основного производственного процесса (штамповка или литье), существующей экосистемы CAE/CAD, бюджета и требуемого уровня точности. У ведущих решений, выделенных на рынке, есть свои уникальные преимущества.

Ниже приведен обзор основных конкурентов:

Хотя AutoForm известна своей мощностью в детальном проектировании штампов, Ansys Forming предлагает преимущество унифицированного и упрощённого рабочего процесса. Для компаний, которые активно используют решатель LS-DYNA для других видов моделирования, Dynaform представляет собой привлекательный и хорошо интегрированный выбор. В то же время ProCAST выделяется как специализированный лидер в области моделирования литья под давлением, охватывающего совершенно иную физику процессов. Окончательный выбор зависит от соответствия этих конкретных преимуществ основным методам производства и инженерным рабочим процессам компании.

Внедрение моделирования: пошаговый рабочий процесс

Успешная интеграция моделирования штампов в процесс разработки предполагает структурированный рабочий процесс, преобразующий цифровой файл детали в полностью проверенный и оптимизированный проект оснастки. Такой систематический подход обеспечивает выявление и виртуальное устранение всех потенциальных производственных проблем на ранней стадии, сводя к минимуму необходимость дорогостоящих физических корректировок на поздних этапах.

Типичный рабочий процесс моделирования включает в себя следующие шаги:

1. Анализ возможности изготовления детали и импорт CAD: Процесс начинается с импорта 3D-модели автомобильной детали из CAD. Выполняется предварительный быстрый анализ (так называемый «анализ за один шаг»), чтобы проверить общую формовуемость детали и выявить участки с высоким риском разрыва или образования складок.
2. Разработка концепции поверхности штампа: С использованием специализированных инструментов в программном обеспечении инженеры проектируют добавочные элементы и поверхности прижима, которые будут удерживать и направлять листовой металл во время операции штамповки. Это ключевой этап, определяющий характер течения материала в полость матрицы.
3. Полная пошаговая симуляция: После проектирования поверхностей штампа выполняется полная многопозиционная симуляция. Этот процесс требует значительных вычислительных ресурсов и точно моделирует все этапы операции штамповки — от начального обжатия прижимом и вытяжки до последующих операций обрезки и отбортовки.
4. Анализ результатов и оптимизация: Инженеры анализируют результаты моделирования, изучая диаграммы пределов формовки, графики утонения и результаты пружинения. Если обнаруживаются дефекты, они возвращаются к этапу проектирования рабочей поверхности матрицы, вносят изменения и повторно запускают моделирование до достижения оптимального результата без дефектов.
5. Финальная проверка и вывод данных для оснастки: После подтверждения процесса окончательная геометрия поверхности матрицы экспортируется для использования в CAM и изготовления физической оснастки.

Этот итерационный цифровой процесс является основополагающим для современного производства. Крупные производители индивидуальных штампов для автомобильной промышленности и металлических компонентов , такие как Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd., используют эти передовые CAE-симуляции для поставки высокоточной оснастки и деталей с сокращёнными сроками поставки и исключительным качеством для OEM-производителей и поставщиков первого уровня.

Часто задаваемые вопросы

1. В чём разница между моделированием штамповки и моделированием литья?

Моделирование штамповки сосредоточено на пластической деформации листового металла при комнатной температуре или близкой к ней. Оно анализирует такие проблемы, как образование складок, разрывов и пружинения. Моделирование литья, напротив, описывает течение расплавленного металла в форму, его затвердевание и связанные с этим термические напряжения для прогнозирования дефектов, таких как пористость или горячие трещины.

2. Как программное обеспечение для моделирования снижает затраты на оснастку?

Программное обеспечение для моделирования снижает затраты в первую очередь за счёт уменьшения необходимости проведения физических проб и доработки матриц. Выявляя и исправляя проектные недостатки на виртуальном уровне, оно позволяет избежать дорогостоящих процессов повторной механической обработки, полировки и тестирования тяжёлых стальных матриц. Оно также способствует оптимизации расхода материала, дополнительно снижая затраты.

3. Может ли моделирование точно предсказывать пружинение?

Да, современное программное обеспечение для моделирования стало очень точным в прогнозировании эффекта пружинения, особенно для высокопрочных сталей повышенной прочности (AHSS), используемых в автомобильной промышленности. Ключевое значение в этом имеют точные модели материалов. После этого программное обеспечение может автоматически генерировать скорректированные поверхности штампов для компенсации эффекта пружинения, обеспечивая соответствие готовой детали геометрическим допускам.