【正文】 這個問地，吉林大學(xué)車身與摸具工程研究所自1985年以來，在沖壓什成形件分析計算機(jī)仿真以及模具設(shè)計和制造方面進(jìn)行了長期的、深入細(xì)致的基礎(chǔ)理論研究工作。組織了來自汽車車身工程、工程力學(xué)、金屬壓力加工、材料科學(xué)、機(jī)械制造、計算數(shù)學(xué)和計算機(jī)等7個學(xué)科專業(yè)的30多名專家教授進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。在數(shù)值彈塑性力學(xué)、超塑性損傷力學(xué)以及高分子材料力學(xué)等基礎(chǔ)理論與數(shù)值模擬等進(jìn)行了研究。提出了基于虛功率增率變分原理的適合于金屬材料彈塑性人變形、大應(yīng)變接觸問題并且可引入速度敏感特性的半顯式時間積分有限元方法和高應(yīng)力精度的彈塑性雜交/混合有限單元法以及快速收斂的“擬割線模量法”；提出了塑性變形起始、后繼各向異性演化、直至材料失穩(wěn)與應(yīng)變局部化分析全過程的“彈塑性有限變形擬流動理淪”和“擬流動角點(diǎn)理論”。該理論通過在彈塑性本構(gòu)理論中引入模量衰減演化函數(shù)并修正流動法則中的尺度因子，實(shí)現(xiàn)了正交性法則本構(gòu)理論向非正交塑性本構(gòu)理論的合理的光滑過渡。從而首次將經(jīng)典的PrandtlReuss理論與近代非經(jīng)典形變理淪有機(jī)地聯(lián)系在一起，并可以成功地模擬韌性金屬材料塑性變形從初始直更失穩(wěn)、應(yīng)變局部化與斷裂傘過程。與國外著名學(xué)者合作，提出了具有微觀物理基礎(chǔ)的適合于強(qiáng)織構(gòu)薄板成形的而內(nèi)各向異性屈服函數(shù)(BT，屈服函數(shù))，并獨(dú)立提出了全空間各向同性屈服函數(shù)，進(jìn)而利用這些屈服函數(shù)和可描述塑性誘導(dǎo)應(yīng)變硬化和各向異性演化的擬流動角點(diǎn)本構(gòu)理論，結(jié)合半顯式有限元算法，模擬了強(qiáng)織構(gòu)各向異性薄板拉伸變形局部化全過程；結(jié)合材料性能參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化拉伸實(shí)驗(yàn)，從理論上推導(dǎo)出了雙向鋼材多階段應(yīng)變硬化流變應(yīng)力與顯微組織參數(shù)的解析表達(dá)式；給出了超塑性及韌性材料以及損傷材料的極限應(yīng)變解析表達(dá)式；在完善Swift和Hill塑性失穩(wěn)理論基礎(chǔ)上，提出了更精細(xì)的金屬薄板塑性失穩(wěn)理論和成形極限圖；提出了二維彈塑性大變形有限元全自動自適應(yīng)網(wǎng)格剖分準(zhǔn)則。在上述理論與方法研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過近9年的艱苦努力，完全依靠自己的力量，獨(dú)立開發(fā)出了覆蓋件彈塑性大變形有限元仿真CAE商品化軟件系統(tǒng)KMAS。KMAS系統(tǒng)包括模具曲面幾何造型設(shè)計與CAD/CAE/CAM專用接口軟件、網(wǎng)格自動生成器、基于標(biāo)準(zhǔn)化材料參數(shù)實(shí)驗(yàn)的材料數(shù)據(jù)庫、前處理器、顯式和羋顯式時間積分彈塑性大變形、大應(yīng)變板材成形有限元求解器和后處理器等模塊。KMAS技術(shù)就是在制造棋具之前，在計算機(jī)上模擬出沖壓件在模具中成形的真實(shí)過程，向用戶告知模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝條件狀況是否合理，并最終為用戶提供出最佳的模具設(shè)計工藝方案，可靠性達(dá)到80％以上。從而將模具設(shè)計制造周期縮短2/5(相對于復(fù)雜模具而言)，并提高模具質(zhì)量和產(chǎn)品合格率，進(jìn)而可大幅度降低制造成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭山。在板材沖壓成形性分析方面，KMAS系統(tǒng)與市場上通用的CAD/CAM軟件相互集成，實(shí)現(xiàn)了從模具設(shè)計、曲面造型、成形性分析直至模具NC加工軌跡形成的一體化。以下是KMAS軟件的幾個應(yīng)用實(shí)例：1CA488發(fā)動機(jī)油底殼深拉伸破裂與皺曲模擬分析中國第一汽車集團(tuán)公司的“小紅旗”轎車發(fā)動機(jī)“CA488”抽底殼沖壓件的變形特點(diǎn)是深拉伸開容易產(chǎn)生局部的起皺和破裂。一汽先后花費(fèi)了約一年半的時間，研制出了需兩次才能拉伸出來但在局部仍有皺紋的產(chǎn)品件，成品合格率約90%。研究所采用KMAS軟件，綜合其它高科技手段實(shí)現(xiàn)了一次拉伸油底殼的拉伸模模面(凸、凹模面)的設(shè)計、分析和加工制造任務(wù)(CAD/CAE/CAM一體化)。2衛(wèi)星通訊天線反射面沖壓模衛(wèi)星發(fā)射天線反射鏡面沖壓是典型的淺拉伸，有拉伸回彈和切邊等問題。由于反射鏡面尺寸大、回彈規(guī)律復(fù)雜，具有相當(dāng)大的技術(shù)難度。英格瑞德(北京)科技有限公司根據(jù)提供的產(chǎn)品圖建立數(shù)學(xué)模型，由研究所通過計算機(jī)對此反射鏡面進(jìn)行兩次回彈模擬仿真。最終實(shí)現(xiàn)從模具設(shè)計造型、成形性和回彈量分析直到生成模具曲面乃至整套模具設(shè)備加工刀具軌跡的CAD/CAE/CAM一體化。并且利用互聯(lián)網(wǎng)直接進(jìn)行數(shù)控加工數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，用戶按照我公司提供的模具加工刀具軌跡曲線生產(chǎn)，將原計劃約2年多才能完成的制模及試模周期縮短了一半以上，大大降低了生產(chǎn)周期和模具加工成本，為企業(yè)節(jié)省了大量資金。生產(chǎn)的該零件如圖2所示。3吉普車(挑戰(zhàn)者)側(cè)邊框沖壓過程模擬北京吉普汽車有限公司欲推出自主開發(fā)的新一代越野車型BJ2(挑戰(zhàn)者)，完成車身總體和零部件設(shè)計和試制驗(yàn)證后，準(zhǔn)備開始進(jìn)行車身飯金件拉伸模具設(shè)計等生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。為縮短模具調(diào)試周期，減少制模成本，需對BJ2成形難度大的沖壓件預(yù)先進(jìn)行沖壓成形性CAE工藝分析和產(chǎn)品設(shè)計驗(yàn)證，以避免憑經(jīng)驗(yàn)無法頂料的各種問題。對側(cè)車門框本體、前地板和中柱加強(qiáng)板三個復(fù)雜件進(jìn)行沖壓成形性分析及工藝造型設(shè)計工作，采用定量校核方法達(dá)到工藝模具造型設(shè)計最優(yōu)化，如圖3所示。4轎車前懸架下?lián)u臂成形模擬該零件由上下兩片分別沖壓后，經(jīng)機(jī)械手自動焊合而成。制件經(jīng)落料、成形、沖孔等五道工序制成。具沖壓工序?qū)嵸|(zhì)上是一種自由彎曲變形，其外凸部分為收縮翻邊，內(nèi)凹部分為拉伸翻邊過程，彎曲成形后制件立壁同彈過大，致使上下兩片組合后，由于貼合不好而縫隙過大，焊接不牢固而影響可靠性。通過采用KMAS軟件系統(tǒng)進(jìn)行計算對比，篩選出回彈量最小的成形方案及工藝措施，從而提高零件的焊接質(zhì)量，如圖4所示。5轎車后懸架彈簧支座沖壓過程該彈簧支座為左右對稱件，制件原沖壓工序共15道。首先經(jīng)5道工序形成中心內(nèi)徑中∮27mm、高26mm凸臺，然后經(jīng)過單動拉伸成形總體輪廓形狀。采用KMAS進(jìn)行成形性分析后，使生產(chǎn)工序由原來的15道序減少到10道以下，提高了生產(chǎn)效率同時解決了制件后端工藝切口附近拉伸破裂的問題，如圖5所示。6吉普車(挑戰(zhàn)者)地板沖壓過程采用KMAS軟件系統(tǒng)對地板沖壓件拉伸成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬，將超設(shè)計范圍變形、前端破裂、頂面皺曲等缺陷提前預(yù)示，對現(xiàn)有產(chǎn)品造型的工藝性進(jìn)行校核、對其中工藝性不好的結(jié)構(gòu)和尺寸提出修改意見，同時改進(jìn)拉伸工藝結(jié)構(gòu)和參數(shù)，給出最優(yōu)工藝方案。將產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計協(xié)調(diào)起來，從而縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，如圖6所示。7地鐵客車牽引架沖壓過程牽引加是行走系統(tǒng)中重要的受力部件，用8mm厚的鋼板翻邊而成。原工藝方案成形的制件在兩圓弧拐角處存在嚴(yán)重的積料和裂紋，使制件的強(qiáng)度大打折扣，成為安全隱患。采用KMAS進(jìn)行分析計算，很快得出最佳的坯料尺寸和工藝參數(shù)，在不改動模具所表況下消除了制件的積料和裂紋，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性都大幅提高，如圖7所示。10 / 10