Коротко

Програмне забезпечення для автомобільного моделювання матриць є важливим інженерним інструментом для проектування, перевірки та оптимізації процесів штампування листового металу та лиття під тиском. Воно дозволяє виробникам передбачати та запобігати дороговажним дефектам, таким як тріщини чи зморшки, ще до створення будь-яких фізичних інструментів. Використовуючи цю технологію, компанії значно скорочують час розробки, зменшують витрати на матеріали та покращують якість готових деталей. Серед провідних рішень у цій галузі — Ansys Forming, AutoForm та ProCAST, кожне з яких пропонує спеціалізовані можливості для різних виробничих потреб.

Що таке автомобільне моделювання матриць і чому воно важливе?

Програмне забезпечення для моделювання оснастки в автомобільній промисловості — це вид інженерного програмного забезпечення (CAE), яке створює віртуальне середовище для відтворення всього процесу виготовлення оснастки. Від штампування листового металу до лиття складного блоку двигуна, ця технологія дозволяє інженерам побачити, як матеріали поводитимуться під впливом величезних тисків і температур у виробничих умовах. Основна мета полягає в забезпеченні можливості виробництва конструкції деталі, виявленні потенційних пошкоджень ще до того, як вони призведуть до дорогих і трудомістких фізичних перевірок на виробничій дільниці.

Важко переоцінити значення цієї технології. Традиційно розробка оснастки ґрунтувалася на методі проб і помилок, процес, який міг тривати кілька тижнів або навіть місяців. Як зазначено в галузевому звіті компанії MetalForming Magazine , одна компанія виявила критичну несправність у куті під час моделювання, яка інакше призвела б до затримки на два тижні та значного перероблення інструментів. Застосовуючи такий аналіз на ранніх етапах, виробники можуть уточнювати конструкції цифровим способом за кілька годин, а не тижнів.

Повернення інвестицій є суттєвим. Симуляція допомагає оптимізувати використання матеріалів шляхом точного розрахунку необхідного розміру заготовки, зменшуючи кількість відходів. Вона також значно скорочує потребу в фізичних випробуваннях на пресі, економлячи час роботи обладнання, працю та енергію. Наприклад, компанія Keysight зазначає, що користувачі її ProCAST програмного забезпечення для лиття під тиском можуть досягти значної економії щороку за рахунок оптимізації циклів охолодження та зменшення кількості дефектів. Цей перехід від реактивного до прогнозного підходу є основоположним для сучасного ефективного виробництва автомобілів.

Ключові функції та можливості сучасного програмного забезпечення для моделювання лиття під тиском

Сучасні платформи моделювання матриць пропонують повний набір інструментів, які охоплюють весь робочий процес розробки матриць. Оцінюючи програмне забезпечення, інженери шукають певні можливості, які відповідають різним етапам процесу — від початкової перевірки здійснення до остаточної валідації. Розуміння цих функцій має вирішальне значення для вибору рішення, яке відповідає вашим конкретним виробничим потребам, чи то для поступових матриць, чи для великих однодійних штампів.

До основних можливостей, як правило, належать:

• Конструювання робочої поверхні матриці: Це творчий і трудомісткий інженерний процес проектування поверхонь прихватів та доповнень, які керують течією металу під час штампування. Рішення, такі як AutoForm-DieDesigner спеціалізуються на наданні інструментів для швидкого створення та модифікації цих складних поверхонь.
• Валідація процесу: Програмне забезпечення має бути здатним моделювати весь багатоетапний процес формування. Ansys Forming акцентує увагу на комплексному робочому процесі, дозволяючи користувачам моделювати процеси витягування, обрізки, фланцювання та пружного повернення всередині єдиної платформи.
• Розмір заготовки та компонування: Оптимізація початкового листового металу є критично важливою для контролю витрат. Програмне забезпечення, таке як Dynaform має модулі для розрахунку розміру заготовки, щоб мінімізувати відходи матеріалу ще до початку виробництва.
• Прогнозування та компенсація пружного повернення: Після формування високоміцні метали схильні трохи повертатися від заданої форми. Точне прогнозування пружного повернення та інструменти для його компенсації шляхом зміни геометрії матриці є одними з найцінніших функцій сучасного програмного забезпечення для моделювання.
• Аналіз дефектів: Основною функцією моделювання є виявлення потенційних дефектів. Це включає візуалізацію проблем, таких як тріщини, зморшки, утонення та ущільнення, за допомогою інструментів, таких як діаграма межі формування (FLD).

Ці функції дозволяють інженерам не лише перевіряти конструкцію, а й оптимізувати її за вартістю, якістю та ефективністю. Здатність швидко генерувати комерційні пропозиції на основі точного плану матеріалів і процесів є ще однією значною конкурентною перевагою, яку пропонують ці інтегровані інструменти.

Порівняльний аналіз провідного програмного забезпечення для моделювання автомобільних форм

Ринок програмного забезпечення для моделювання автомобільних форм є конкурентним, і кілька ключових учасників пропонують рішення, адаптовані до конкретних потреб. Вибір правильного програмного забезпечення часто залежить від основного виробничого процесу (штампування чи лиття), наявної системи CAE/CAD, бюджету та необхідного рівня точності. Кожне з провідних рішень, виявлених на ринку, має свої відмінні переваги.

Ось огляд найсильніших учасників:

Хоча AutoForm відомий своєю силою в детальному проектуванні формоутворюючих поверхонь, Ansys Forming пропонує перевагу структурованого, уніфікованого робочого процесу. Для підприємств, які значною мірою покладаються на розв'язувач LS-DYNA для інших симуляцій, Dynaform є переконливим та добре інтегрованим варіантом. Тим часом ProCAST вирізняється як спеціалізований лідер у галузі моделювання зовсім інших фізичних процесів лиття під тиском. Остаточний вибір залежить від того, наскільки добре конкретні переваги відповідають основним методам виробництва та інженерним робочим процесам компанії.

Впровадження симуляції: поетапний робочий процес

Успішна інтеграція симуляції форми в процес розробки передбачає структурований робочий процес, який перетворює цифровий файл деталі на повністю перевірений та оптимізований дизайн інструменту. Такий систематичний підхід забезпечує виявлення та вирішення всіх потенційних проблем виробництва на віртуальному рівні, мінімізуючи необхідність дорогих фізичних коригувань на пізніших етапах.

Типовий робочий процес симуляції включає такі етапи:

1. Перевірка придатності деталі та імпорт CAD: Процес починається з імпорту 3D-моделі CAD автомобільної деталі. Виконується попередній швидкий аналіз (часто називається «аналіз за один крок»), щоб перевірити загальну формувальність деталі та виявити ділянки з високим ризиком розриву або зморшкування.
2. Розробка концептуальної форми матриці: За допомогою спеціалізованих інструментів у програмному забезпеченні інженери розробляють додаткові поверхні та поверхні прижиму, які утримуватимуть і направлятимуть листовий метал під час штампування. Це критичний етап, який визначає, як матеріал буде потрапляти в порожнину матриці.
3. Повне імітаційне моделювання з кроків: Після розробки форм матриці виконується повне багатокрокове моделювання. Це ресурсомісткий процес, який точно моделює кожен етап операції штампування — від початкового обтискання та витягування до наступних операцій обрізання та фланжування.
4. Аналіз результатів та оптимізація: Інженери аналізують результати моделювання, вивчаючи діаграми граничних деформацій, графіки витоншення та результати пружного повернення. Якщо виявляються дефекти, вони повертаються до етапу проектування робочої поверхні матриці, вносять зміни та повторно запускають моделювання, доки не буде досягнуто оптимального результату без дефектів.
5. Остаточне підтвердження та вихідні дані для оснащення: Після підтвердження процесу остаточна геометрія робочої поверхні матриці експортується для CAM та виготовлення фізичного інструменту.

Цей ітераційний цифровий процес є основоположним для сучасного виробництва. Досвідчені виробники замовних штампувальних матриць та металевих компонентів , такі як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd., використовують ці сучасні CAE-симуляції, щоб постачати високоточне оснащення та деталі зі скороченими термінами виготовлення та винятковою якістю для OEM-виробників та постачальників першого рівня.

Поширені запитання

1. У чому різниця між моделюванням штампування та моделюванням лиття?

Моделювання штампування зосереджене на пластичній деформації листового металу при кімнатній або близькій до неї температурі. Воно аналізує такі проблеми, як зморшкування, розривання та пружне відновлення форми. З іншого боку, моделювання лиття передбачає моделювання течії розплавленого металу в форму, його затвердіння та пов'язані термічні напруження для прогнозування дефектів, таких як пористість або гарячі тріщини.

2. Як програмне забезпечення для моделювання зменшує витрати на оснащення?

Програмне забезпечення для моделювання зменшує витрати переважно за рахунок скорочення потреби у фізичних випробуваннях та переділюванні матриць. Виявляючи та виправляючи конструкційні недоліки віртуально, воно усуває дорогий процес повторного оброблення, полірування та тестування важких стальних матриць. Також воно допомагає оптимізувати використання матеріалів, ще більше зменшуючи витрати.

3. Чи може моделювання точно передбачити пружне відновлення форми?

Так, сучасне програмне забезпечення для моделювання стало надзвичайно точним у прогнозуванні пружного відновлення, особливо для високоміцних сталей підвищеної міцності (AHSS), що використовуються в автомобільній промисловості. Для цього важливі точні матеріальні моделі. Після цього програмне забезпечення може автоматично генерувати компенсовані поверхні матриць, щоб нейтралізувати ефект пружного відгинання, забезпечуючи відповідність готової деталі геометричним допускам.