JSTAMPNV板材冲压成形仿真软件
莫敬开等
摘要：
介绍JSTAMP/NV在冲压模具开发过程中前期、中期和后期等3个阶段的应用和实例，详细阐述对仿真有重要影响的因素，包括坯料网格划分、材料模型、仿真速度和回弹及其回弹补偿精度等.JSTAMP/NV能够减少冲压模具开发成本并缩短开发周期.
关键词：
JSTAMP/NV； 冲压模具； 回弹； 回弹补偿
中图分类号： TG386.4；TB115.1
文献标志码： B
作者简介：
莫敬开（1985—），男，广东罗定人，研究方向为冲压模具仿真设计及应用，（Email）mojingkai_ghapii@126.com
0引言
随着高强钢、超高强钢在汽车车身中的应用，以及热冲压成型等新工艺的出现，冲压缺陷，尤其是回弹缺陷问题日益严重.钣金冲压成型仿真已广泛应用于国内外汽车和相关模具行业，成为钣金件和模具设计制造过程的必要环节.借助仿真软件对钣金件的制造可行性和可能出现的成型缺陷进行预测，以合理安排成型工艺、优化模具结构，能极大提高模具设计效率和可靠性.因此，越来越多的模具企业和冲压件制造企业开始导入CAE数值分析环节.JSTAMP/NV在模具开发中的应用流程见图1.
1JSTAMP/NV在模具开发早期的应用
模具开发中成型性问题是早期开发的主要问题.成型性对模具的工程内容、生产性样式和构造等都起关键作用.在早期阶段，成型性判断有误会对后面一系列工作产生影响.在未应用CAE工具进行成型性分析就开始第一次调试时，成型性是重点确认项目之一.有些零件复杂，在早期设计时没有考虑清楚或者经验不足等情况下，经常会事先人为预测修正，等调试后再根据调试结果对模具进行成型性修改，甚至重新大幅度修改工艺导致模具的重新制作，从而大大增加模具的制作成本和制作周期，甚至会严重影响制品的精度.在导入JSTAMP/NV软件后，模具的制作流程发生改变.
利用JSTAMP/NV软件对成型性进行分析，代替以往以人为经验为主导的模式.在得到制品定型可以设计的指示后进行工法设计时，使用JSTAMP/NV进行同步分析和确认，检验工法制作过程是否会发生成型性问题，如开裂或起皱等，然后根据仿真结果对工艺进行修正，以满足企业所需且板减率在能接受的范围内.
在消除重大缺陷后，可进行模具的结构设计.在此阶段，借助JSTAMP/NV可以缩短设计周期并提高工艺的准确性.成型性仿真分析的主要目的是在最短的时间内评价工艺的可行性，所以在利用JSTAMP/NV进行仿真时，尽可能应用JSTAMP/NV中可提高速度的功能，例如：在早期仿真工序设计时选择JSTAMP/NV自带的快速模板参数；网格划分时在保证模具最小圆角半径上至少有3个坯料网格单元的前提下，尽可能划分大一些；成型速度选择高速等.JSTAMP/NV提供的坯料网格推荐尺寸见表1，其参数汇集功能见图2.
可根据企业生产零件的特征，总结适合企业特定类型零件的仿真模板并保存到JSTAMP/NV软件项目模板中.在进行同类型零件的仿真时，可以直接调用已有的仿真模板，实现标准化、流程化和模板
化，提升工作效率.
JSTAMP/NV按照工法制作工序流程进行成型性分析，其主要缺陷是开裂和起皱.针对仿真结果，对工艺进行修正.某零件应用JSTAMP/NV进行成型性仿真分析及工艺方案的确定过程见图3.
在成型性确认中，尤其需要确认落料线和修边线的准确性.在一些翻边或比较敏感的位置，落料线和修边线的准确与否对该产品分析结果的准确性起决定作用.另外，工序内容也至关重要，后工序是否需要设置修边或是否有空间完成修边等都需要重点考虑.应用JSTAMP/NV进行落料线和修边线预测及其自动优化过程实例见图4.
成型性对模具早期开发至关重要.JSTAMP/NV在成型性判断，尤其是对板件表面成型质量（其与试模结果接近度很高，而且很容易被忽略）的判断也非常重要，对减少模具的开发成本、缩短制造周期有很大帮助.
2JSTAMP/NV在模具开发中期的应用
从模具可以开始开发到制品的最终定型，即收到正式的加工指示，中间有一段时间.在此期间主要
注意制品的变化，当制品出现大的变化时，应重新确认工艺是否有问题，因此利用JSTAMP/NV进行反复分析确认.在早期进行成型性仿真时，先择JSTAMP/NV中提高效率的设定也在此起作用.
当收到正式的加工指示时，进入模具开发的中期.在此阶段需要进行优化建模，以得到合理的加工数据供后期使用.
在没有导入JSTAMP/NV分析功能之前，该阶段需添加人为回弹预测补偿以减少制品的回弹变化，从而减少模具的修改时间、节省成本、缩短模具的制作周期.然而，面临的问题是对经验要求很高且效果不明显，并且没有办法实现标准化管理和作业.
在引入JSTAMP/NV后，模具开发对应的模具回弹问题得到新的应用.利用CAE技术的标准应用代替人为的回弹预测，对模具的中期开发帮助很大：第一次调试的精度高，对模具开发后期（即从第一次调试修改精度到达到出货要求的精度之间的阶段）有绝对的影响，可提高初期的回弹精度，是节省成本和缩短模具制作周期的关键，也是JSTAMP/NV在模具开发应用中的关键.JSTAMP/NV在回弹控制中的应用见图5.
在早期回弹预测中，JSTAMP/NV的主要应用是模具自动补偿功能.该功能模块的应用可预测板件的回弹变化，然后对模具执行回弹补偿，并能够精确评价制品的回弹变化.例如：通过JSTAMP/NV对前轮罩进行回弹仿真分析，可有效提高初期回弹预测效果，实例见图6.
当设定好制品补偿对策后，在整形工序进行3次回弹补偿，利用形状评价功能，对分析的结果与制品进行对比和评价，回弹量在±0.5 mm以内的面积比率到达95%左右.基于JSTAMP/NV的变形面输出功能，将自动补偿后网格三维数据模型输出的IGE几何面数据再导入到CAD软件中，对破损面进行确认和修正，最后用于模具加工编程使用.
在回弹分析阶段，为提高回弹的准确性，在模具最小圆角半径上进行网格划分时，坯料网格单元的数量一般要求4或5个网格单元以上.根据经验，在保证计算资源充足且计算速度允许的情况下，划分7个左右网格能够获取较精确的回弹结果.对于材料模型，精确的回弹分析可以选择24号或287号材料模型，在具备吉田上森材料参数的情况下，可优先采用287号材料模型.
在模具应用开发中期，即进行模具的初期回弹分析和补偿时，应注意因回弹补偿后形状发生变化而引起的成型性问题，例如弯曲或扭曲变化后，初期的定位结构位置的设计若发生变化，可能会引起材料卡料.卡料会对回弹产生变化，影响补偿质量，还有可能引起开裂和起皱等现象，尤其是材料的不定性、堆积等现象，如果不更改工艺会直接影响回弹补偿结果的真实性，对后期开发带来极大影响.一旦进行试模加工，等调试出零件后再考虑这些问题，很容易导致模具重新制作、精度变化等影响生产成本和周期的问题.某零件出现材料堆积、成型不定型的情况见图7.
成型性问题的存在必然导致精度无法保证.通过分析发现，成型除皱褶、开裂等物理状态以外，还需注意回弹能否定型，若分析时发现回弹没有定型的情况应先检查成型方案.在修正成型性前所有精度修改无效，在修改拉延、修边后的修改有效.此过程浪费大量的人力物力，严重影响模具设计成本和生产周期，所以成型工艺和精度的变化息息相关，在应用JSTAMP/NV回弹初期的精度补偿方面时，不能单独从补偿的角度去处理.
3JSTAMP/NV在模具开发后期的应用
在模具加工完成后，即从第一次调试修改精度到达到出货要求的精度之间的阶段，为模具开发周期的后期.该阶段主要把握制品精度修改方案和修改方向，提高初期的回弹精度，是节省成本、缩短模具制作周期的关键.
基于JSTAMP/NV形状评价功能的应用，把调试结果的STL扫描文件导入到JSTAMP/NV软件中进行比较和评价.一方面通过比较制定解决制品精度修改的方案，把握和设定修改方向；另一方面通过比较得到CAE一致率，提高工程师的CAE分析水平.原则上，CAE一致率越高，分析的准确性也越高，因此可以在此阶段制定测试项目，以提高CAE分析能力，确定影响分析精度的主要因素.
基于JSTAMP/NV的另一个后期应用是利用STL扫描文件对设计的初始CAD数据模型直接进行回弹补偿.在此过程中可进行JSTAMP/NV二次开发，提高仿真效率.由于该过程对扫描件的准确度和STL数据质量要求较高，且对回弹变化系数等因素较敏感，所以对软件应用人员要求较高.使用调试件的扫描件基于JSTAMP/NV提供的STL扫描文件直接进行回弹补偿的应用实例见图8.
在开发后期，只有不断提高回弹分析的精度，提高第一次调试结果的精度，才是解决该难题的核心.因此，应该做好STL数据的比较，制定测试项目，不断让初期分析贴合实际结果.
4结束语
以JSTAMP/NV软件在冲压模具开发中的应用为例，介绍JSTAMP/NV在模具开发过程中前期、中期和后期等3个阶段的应用和实例.分析对仿真应用有重要影响的因素，包括坯料网格划分、材料模型、仿真速度和回弹仿真及其回弹补偿精度等，并进行详细讨论.JSTAMP/NV贯穿模具的整个开发过程，对减少模具开发成本和缩短开发周期都起绝定性的作用.
参考文献：
[1]
郑子毅. 全三维CAD/CAE/CAM集成技术在模具开发中的应用[J]. 模具制造， 2013（1）： 1821.
ZHENG Ziyi. Application of 3D CAD/CAE/CAM technology in the die design[J]. Die & Mould Manufacture， 2013（1）： 1821.
[2]罗序利， 刘红伟， 盛国强， 等. JSTAMP/NV中提升仿真计算效率的策略[J]. 计算机辅助工程， 2014， 23（5）： 8993.
LUO Xuli， LIU Hongwei， SHENG guoqiang， et al. Strategy for simulation calculation efficiency improvement in JSTAMP/NV[J]. Comput Aide Eng， 2014， 23（5）： 8993.
[3]王艳波， 柳玉起， 杜亭， 等. 汽车覆盖件修边线展开及优化[J]. 精密成形工程， 2011（6）： 4245.
WANG Yanbo， LIU Yuqi， DU Ting， et al. Trimming line unfolding and optimization of auto body[J]. J Netshape Forming Eng， 2011（6）： 4245.
（编辑武晓英）
