板料成形CAE技术
板料成形CAE技术贵州风华机器厂童春桥一、前言计算机辅助设计技术以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，甚至影响着社会的各个方面。
它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化。
板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工，获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件，具有节省材料、效率高和低成本等优点，在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。
由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的，长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果，难以预防缺陷的产生，只能通过经验或类似零件的现有工艺资料，通过不断的试模、修模，才能成功。
某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。
板料成形CAE技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化，从而有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高企业的市场竞争力。
板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。
图1 传统板料成形模具开发模式图2 CAE 技术模具开发方式通过比较，就可发现板料成形CAE技术的主要优点。
(1)通过对工件的可成形工艺性分析，做出工件是否可制造的早期判断；通过对模具方案和冲压方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际试模次数，缩短开发周期。
(2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强模具结构设计以及冲压方案的可靠性，从而减少生产成本。
(3)通过CAE分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形参数进行优化,提高产品质量。
(4)通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足，还可通过虚拟的冲压模拟，提高提高工艺人员的经验。
二、板料成形需要解决的问题板料成形通过模具对板料施加压力，使板料产生永久性的塑性变形，以获得预期的产品形状。
在这个过程中影响板材变形的因素非常多，要控制好变形的形状也非常困难。
首先，金属受外力作用会发生变形，变形可分为弹性变形和塑性变形，弹性变形是可逆的，外力去除后变形体就会恢复成原来的形状；第二，材料的成分和组织对变形影响极大；第三，塑性变形有多种方式，再结晶温度下的塑性变形有晶内滑移和孪动、位错(位错分多种形式)，再结晶温度上的塑性变形有晶间滑移、多晶体扩散和相变变形等；第四，变形温度、变形速度的影响；第五，变形体内部应力状态的影响；第六，摩擦与润滑的影响；第七，材料塑性变形后，当变形体内部各部分变形不一致时，物体内部产生相互牵制和自相平衡的负应力。
由于在板料冲压成型过程中，模具的刚性通常远远大于板料的刚性，因此模具的变形相对板料的变形来说极小，可以忽略不计。
在冲压成形过程的计算机仿真中应考虑的问题归结为如下几个方面：(1) 板料的大位移、大转动和大应变条件下的弹塑性变形的描述和计算。
(2) 板料与模具间法向接触力的计算。
(3) 板料与模具接触面间摩擦的描述及摩擦力的计算。
(4) 模具的几何描述和运动计算。
(5) 压力机加载过程的描述和模拟。
板料成形的工艺主要有冲压工艺设计(包括毛坯尺寸计算、分步成形计算等)、模具设计、冲压设备选择和成形缺陷预测与消除等。
板料成形需要解决的主要问题包括缺陷(起皱、拉裂、回弹)预防、压边力确定、模具磨损的影响、润滑方案确定、成形力确定、毛坯尺寸确定和压延筋布置等。
基本的板料成形有圆筒件拉伸、凸缘圆筒件拉伸、盒形件拉伸、局部成型、弯曲成型、翻边成型和胀型等。
基本的板料成形，有一些经验公式和类似零件作为参考。
但对于复杂的板料成形，其各部位是连在一起的，相互牵联和制约，故不要把变形性质不同的部分孤立地看待，要考虑不同部位的相互影响，才不会造成失误。
三、板料成形CAE分析的方法概述1.有限元数值模拟的关键技术板料成形CAE技术是建立在有限元法基本原理和数值方法基础上，利用计算机进行计算和求解的分析方法。
有限元数值计算的关键技术如下：(1)模具几何形状的数字描述模具几何形状的数字描述有多种方式，目前较常采用的是STL格式。
(2)摩擦边界条件的施加摩擦与金属的成分、毛坯与模具间的相对滑动速度、温度及润滑条件有关。
(3)速度约束条件的施加主要包括边界自由节点和边界约束节点的运动属性判定。
(4)网格划分和重划分技术在有限元数值模拟中，网格质量对数值求解的稳定性、效率及精度至关重要。
网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素等。
有限元网格划分指导思想、划分方法、原则以及重划分技术等可以参考资料，这里不详述。
目前的CAE软件都提供了网格划分、修补和重划分功能，作为板料成形分析的工艺人员，关键是要掌握好有限元网格划分指导思想、划分方法、原则，利用软件划分出适当的单元。
2.板成形数值模拟算法简介最早的金属板材成形的数值模拟方法是有限差分法，此方法仅限于解决诸如球形冲头胀形等轴对称问题。
有限元方法的应用使得金属成形模拟获得突破，相继出现了刚塑性、弹塑性理论，以及运用这些理论进行的成形模拟。
单元类型以膜单元和实体单元为主，这些研究工作极大推动了板成形理论的发展，但由于计算能力的限制没有得到广泛应用。
基于动态显式算法的软件的出现标志着板材成形仿真实际应用的真正发展，与此同时，基于静态隐式增量法的软件也进一步发展。
经近二十几年的发展过程，板材成形CAE技术已经从实验室走向设计室，并在模具设计中发挥了重要的作用。
当前板材成形数值模拟采用的算法分为显式法和隐式法两类，其他还有一步成形法等。
(1)显式算法显式算法包括动态显式和静态显式算法。
动态显式算法的最大优点是有较好的稳定性。
另外，动态显式算法采用动力学方程的中心差分格式，不用直接求解切线刚度，不需要进行平衡迭代，计算速度快，也不存在收敛控制问题。
该算法需要的内存也比隐式算法要少。
数值计算过程可以很容易地进行并行计算，程序编制也相对简单。
另外，它也有一些不利方面：显式算法要求质量矩阵为对角矩阵，而且只有在单元级计算尽可能少时速度优势才能发挥，因而往往采用减缩积分方法，这样容易激发沙漏模式，影响应力和应变的计算精度。
静态显式法基于率形式的平衡方程组与Euler前插公式，不需要迭代求解。
由于平衡方程式仅在率形式上得到满足，所以得出的结果会慢慢偏离正确值。
为了减少相关误差，必须每步使用很小的增量，通常一个仿真过程需要多达几千步。
由于不需要迭代，所以这种方法稳定性好，但效率低。
(2)隐式算法静态隐式算法也是解决金属成形问题的一种方法。
在静态隐式算法中，在每一增量步内都需要对静态平衡方程而迭代求解。
理论上在这个算法中的增量步可以很大，但是实际运算中上要受到接触以及摩擦等条件的限制。
随着单元数目的增加，计算时间几乎呈平方次增加。
由于需要矩阵求逆以及精确积分，对内存要求很高。
隐式算法的不利方面还有收敛问题不容易得到解决以及当开始起皱失稳时，在分叉点处刚度矩阵出现奇异。
另有一种静态隐式大增量步软件，也属于静态隐式算法。
它已做出了某些改进，如在一些特殊接触条件处理上采用大增量时步、弯曲与拉伸变形的非耦合求解算法、高精度的自适应网格划分等。
这些专用于金属薄板成形的特征有时显得非常有效，但在某些方面不会那么准确。
例如，它不能精确模拟接触和脱离接触的过程，无法有效预测起皱失稳等。
(3)一步成形法在这种算法中只采用一个时步，通常采用线性应变路径的假定，并且忽略接触摩擦过程，可以在短时间内根据成形后的构形计算出初始坯料的尺寸。
如果结合CAD软件与网格划分功能，这一方法可以在设计的初始阶段提供非常有价值的信息。
当然，结果的准确性通常很低，实质上是一种近似求解。
3.板料成形CAE分析的一般步骤板料成形CAE分析的一般过程为前处理(网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等)，求解(数值计算)和后处理分析结果(应力、应变、材料厚度分布、能量等历史曲线、云图及动画，切取截面显示、回弹，FLD图等)。
其中前处理工作最为重要，作好网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等工作，是有效完成CAE分析的关键。
板料成形CAE分析的一般步骤为：(1)利用CAD软件为冲压件(或各工序冲压件)建模，如图3所示；图3 零件建模(2)在钣冲CAE软件中输入冲压件模型；(3)网格曲面划分、检查、修补及重划分，如图4～图5所示；图4 工艺补面图5 网格曲面划分(4)调整冲压方向；(5)利用偏移或拷贝等方法由模型(局部)单元分别生成凸模、凹模，生成压边圈、辅助补充面及拉延筋等，并对工具完成网格曲面划分、检查、修改及重划分等工作；(6)网格边界、单元法线、重叠部分等检查；(7)产生毛坯零件并网格化，定义毛坯材料；(8)定义凸模、凹模、压边圈、拉延筋等工具及毛坯，调整相对位置，如图6所示；图6 定义工具(9)定义毛坯边界条件和各种冲压工艺参数，包括接触类型、摩擦系数、冲压速度、压力或位移加载曲线等；(10)动画模拟模具工作过程；(11)利用求解器进行有限元法计算；(12)利用后处理器观察分析结果，若结果不理想，调整方案重新进行模拟计算。
利用后处理器观察分析结果，可以清楚各变量(应力、应变、材料厚度分布、能量等)的历史曲线、云图及动画，截取截面显示(如厚度变化等)、回弹等。
FLD图可以显示每个单元的成形状况，如图7所示。
为了便于工程应用，还可将一些计算结果转化为其他工程信息，如根据变形状态反算出板料的最佳毛坯形状、尺寸或工件的回弹分布等。
图7 料厚分布四、板料成形CAE软件简介较多的公司都推出了非常适合于模具设计工程师使用的板料成形数值模拟软件。
国外比较有名的商业化板料成形数值模拟软件有ESI公司的PAM-STAMP、美国ETA公司的DYNAFORM和瑞士ETH公司的AUTOFORM等。
这些软件采用自适应网格技术，实现显隐式无缝转换，精度较高，用一步法作坯料快速开发，具有较强的模面设计功能和焊板成形分析功能。
这些公司的的产品较为全面，涵盖了板料成形模拟的多个方面，广泛应用于拉伸、切边、翻边、弯曲、多工位成形、液压胀形和弯管等领域。
在自适应网格技术是在模拟成形过程中，在坯料遇到比较剧烈变形时自动进行局部区域的网格细分，以提高这些部位计算的准确度。
自适应网格技术对冲压成形是至关重要的，因为初始的冲压板材通常比较平坦、形状很简单，刚开始就采用较小的网格，计算时间将很长。
到成形后期，板材变的非常复杂，网格不细将无法提高计算精度，自适应网格技术刚好解决了这一问题，并在时间与精度上巧妙地取得了平衡。
自适应网格技术提高了对零件的表面质量(表面缺陷、擦伤、微皱纹等现象)判断的准确性。
板料成型CAE在拉深工艺中的应用
讨了 ＣＡＥ 仿真分析整个过程及其出现的问题， 做出了对应的 工艺参数调整， 实现了零件拉深工艺的优化， 从而节省大量 时间， 提高设计的可靠性。
通过零件的 ＣＡＥ 仿真分析， 可以预计覆盖件在成形时所 需的各项参数， 较之实际采用压力机进行冲压试验具有其难 以比拟的优越性。目前的 Ｃ Ａ Ｅ 技术不能完全替代实际冲压试 验过程， ＣＡＥ 仿真分析技术在不断完善， 随着计算机技术和 有限元理论的进一步发展， ＣＡＥ 技术将能够更迅速、更真实 地反应冲模成形过程中的各种问题， 从而能够更好地指导生 产实践。
［关键词］板料成型 Ｃ Ａ Ｅ 分析； 车身模具； 计算机数值模拟； 参数优化
一、引言
板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工， 获得质量 轻 、表 面 光 滑 ， 造 型 美 观 的 冲 压 件 ， 具 有 节 省 材 料 ， 效 率 高 和 低 成 本 等 优 点 。在 汽 车 、航 空 模 具 等 行 业 中 占 据 着 重 要 地 位 。 由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的， 长期以 来， 困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发 设计周期， 特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成 形的结果， 难预防缺陷的产生， 只能通过经验或类似零件的 现有工艺资料， 通过不断的试模、修模才能成功。某些特殊复 杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。
板料成形CAE分析
板料成形CAE分析实验报告班级：学号：姓名：板料成形CAE分析一、实验目的和要求：通过本实验的教学，使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解，预测板料弯曲成形的性能。
二、教学基本要求：学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟，对模拟结果具有一定的分析和处理能力。
三、实验内容提要：掌握前处理的关键参数设置，如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、工具定位和移动、工具动画、运行分析。
了解后处理模块对模拟结果的分析，如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。
四、实验步骤1、导入零件模型，保存文件打开下拉菜单File->Import，如图2所示，在F:\dynaform\BLANK_CAE目录下分别导入文件punch.igs,binder.igs,die.igs和blank.igs。
图1 导入文件窗口3、更改零件层名打开下拉菜单Parts－>Edit,对应不同的零件更改层名，改好层名后保存文件。
图2 修改层名窗口4、进行网格划分以blinder为例进行说明。
（1）、点击，只选择binder1（红色），点击OK退出。
图3（2）、选择Preprocess—>Element进入如图3界面。
选择，在surf mesh中将max size 改为5.图4 图5（3）、依次选select surfaces—>displayed surf-->0k-->apply，然后依次退出各个页面。
网格化后的零件如图6所示。
图6网格化后的零件4、检查工具。
仍然以binder为例。
（1）、点击preprocess—>model check，出现如图7界面。
图7（2）、点击，选择cursor pick part，点击工具的小格单元，出现如图8界面。
《材料成形CAE》课程教学大纲
《材料成型CAE》课程教学大纲课程中文名称：材料成型CAE课程英文名称：Mater ia I Forming CAE课程编号：GT16104课程性质：专业方向课学时：（总学时18、理论课学时18、实验课学时0）学分：1适用对象：机电技术教育先修课程：材料力学、材料成型技术等课程简介：本课程主要讲述目前材料成型领域一种比拟新的方法，学生通过学习这门课程后熟悉一种新的材料成型方法，并掌握材料成型CAE技术中塑料成型、板料成型和体积成型的方法及基本过程，为以后参加工作进行高水平设计或进入研发工作打下良好的基础。
一、教学目标及任务材料成型CAE课程是工程类专业的个性化拓展模块课，在专业人才培养中起扩展和强化作用，学生通过学习这门课程后熟悉一种新的材料成型方法，并掌握材料成型CAE技术中塑料成型、板料成型和体积成型的方法及基本过程，为以后参加工作进行高水平设计或进入研发工作打下良好的基础。
二、学时分配三、教学内容及教学要求第一章塑料成型CAE技术（2学时）教学要求：了解塑料成型CAE技术的现状、开展趋势及应用，理解塑料成型CAE技术的方法、特点及所用的专业软件。
教学重点与难点：塑料成型CAE技术的方法、特点及所用专业软件；塑料成型CAE技术的方法。
教学内容：第一节塑料成型CAE技术的开展第二节注塑模CAE技术的开展趋势第三节Autodesk Moldflow软件介绍本章习题要点：塑料成型CAE技术、注塑模。
第二章Moldflow用户界面及基本操作（2学时）教学要求：了解Moldflow软件，理解其用户界面和各菜单功能，掌握节点、线、多模腔、浇口、冷却水路创立。
教学重点与难点：重点是用户界面和各菜单功能，节点、线、多模腔、浇口、冷却水路创立；难点是节点、线、多模腔、浇口、冷却水路创立。
教学内容：第一节Moldflow用户界面.窗口分布及简要说明1.菜单栏和工具栏第二节各菜单功能简介第三节节点的创立第四节线的创立第五节多模腔的创立第七节冷却水路创立本章习题要点：Moldflow用户界面及其各菜单功能，节点、线、多模腔、浇口等创立。
基于“板料成形CADCAE4”课程项目式混合教学改革的探索
基于“板料成形CAD/CAE4”课程项目式混合教学改革的探索一、前言板料成形CAD/CAE课程是材料成形与控制工程专业的一门重要的专业核心课，在工程中能够缩短模具设计周期、节省成本，是制造业数字化、智能化的必需技术，也是当前大学生参与后续模具课程设计、毕业设计、各类创新大赛、互联网+大赛必须掌握的一项关键技术。
熟练操作CAD/CAE软件，已经成为工程设计人员不可或缺的基本能力[１]。
当前，此类课程的教学内容和方式主要以建模和有限元理论为基础。
结合CAE软件功能教学，学生依照教学步骤完成示范教学模型的建构和CAE分析。
通过多年教学发现，在此教学模式下，学生严重缺乏创新思维和创新能力。
此外，当前教学还面临学时有限、生师比高、实践教学欠缺、学习兴趣不高、创新能力不足等长期困扰教学的难题。
当前，世界范围内，新一轮的科技革命和产业变革以及席卷全球的新经济的蓬勃发展，对工程教育的改革和发展提出了新的挑战[２]。
国内工程认证和新工科建设又对教学质量和人才培养提出了更高的要求[３]。
课程现有教学内容及方法等难以体现成果导向、以学生为中心、持续改进的基本理念。
为适应这些需求，培养目标、教学内容和教学方式都需要转变，要更加注重提高学生的学习兴趣、学习参与度、学习效果和创新能力培养[４，５]。
为适应时代变化以及国家对高校教学提出的新挑战和新要求，本文针对材料成型与控制工程专业的CAD/CAE系列课程进行了教学改革探索。
二、针对项目式教学的内容再组织（一）基于项目式教学的内容重构当前，课程教材基本按照成形理论、成形工艺特点、有限元理论、CAE分析技术等内容编写，没有按照创新能力培养的特点对课程教学内容进行系统、深入研究。
成形理论和成形工艺相关知识大多已在“金属塑形成形原理”“材料科学基础”和“冲压模具设计”等课程内讲解；有限元理论部分知识过于枯燥，且需要投入较多的教学时间。
这导致CAE分析部分内容只能简单地作为一门计算机刘华，刘红生，尤芳怡（华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021）［摘要］针对当前板料成形CAD/CAE课程面临的主要问题及挑战，对专业课程进行了改革。
板料成形性能及CAE分析
板料成形性能及CAE分析文献综述引言随着强度的提高，高强度钢板塑性变差、成形难度增加。
对典型高强度钢板，如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍，介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢，具有许多优良的性能，只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。
对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重，以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析，最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。
结果表明，高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动，所以须综合研究三者的影响规律，从而提高高强度钢板的成形性能。
1 高强度钢板在汽车上的应用情况高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上，它不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛的应用[1]。
高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。
近年来，随着高强度钢板的研制和开发，其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高，现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。
1. 1 双相钢( DP 钢)DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上，DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。
软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。
DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5% ～20%，随着马氏体的含量增加，强度线性增加，强度范围为500 ～ 1 200MPa。
目前大量使用的有DP590、DP780，热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。
DP 钢具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、无屈服延伸和室温时效等特点，一般用于需要高强度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽车零件，如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等。
板料成形CAE技术
板料成形CAE 技术贵州风华机器厂童春桥一、前言计算机辅助设计技术以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，甚至影响着社会的各个方面。
它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化。
板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工，获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件，具有节省材料、效率高和低成本等优点，在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。
由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的，长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果，难以预防缺陷的产生，只能通过经验或类似零件的现有工艺资料，通过不断的试模、修模，才能成功。
某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。
板料成形CAE 技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化，从而有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高企业的市场竞争力。
板料成形CAE 技术对传统开发模式的改进作用可以通过图 1 和图 2 进行对比=> 试模催模模具方案僱图1传统板料成形模具开发模式■ - -JJ RBi^a-j ri-BHMnHI _ liHHd I图2 CAE技术模具开发方式通过比较，就可发现板料成形CAE技术的主要优点(1) 通过对工件的可成形工艺性分析，做岀工件是否可制造的早期判断；通过对模具方案和冲压方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际试模次数，缩短开发周期。
(2) 通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强模具结构设计以及冲压方案的可靠性，从而减少生产成本。
(3) 通过CAE分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形参数进行优化，提高产品质量。
(4) 通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足，还可通过虚拟的冲压模拟，提高提高工艺人员的经验。
板料成形CAE技术及应用
板料成形CAE技术及应用第一章：概述板料成形CAE技术是现代制造业中的重要组成部分。
CAE技术是计算机辅助工程技术的简称，可以通过模拟传统的试验方法来预测和优化产品设计的性能，从而提高制造效率。
板料成形是一种常见的加工方法，板料成形CAE技术的应用对于提高产品的质量、降低生产成本具有非常重要的意义。
第二章：板料成形CAE技术的基础理论板料成形CAE技术的基础理论主要包括有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）两个方面。
其中，有限元分析（FEA）是一种计算方法，它利用计算机对物体进行分割，将其分成小块，从而计算出每个小块的应变和应力，然后再将所有的小块加起来得到整个物体的应力分布。
对于板料成形的分析，需要将板料进行分割，并对每个小块进行单独的分析，然后再分析整个工件的形状和应力分布情况。
此外，计算流体力学（CFD）是一种计算流体行为的方法，利用数学模型模拟出流体运动的过程，在板料成型技术中，主要用于预测流体的流动情况。
第三章：板料成形CAE技术的应用1. 模拟板料成形过程板料成形CAE技术可以模拟板料的成形过程，包括板料弯曲、深冲和拉伸等工艺。
通过模拟模具的运动和板料的变形，可以预测板料成形过程中的应力分布、变形和应变等物理量，进而确定合适的加工参数和模具形状，从而达到优化加工效果的目的。
2. 优化模具设计板料成形CAE技术可以预测模具中的应力分布以及板料成形后的形状，可以优化模具的设计，提高模具的使用寿命和板料成形的质量。
3. 优化板料成形过程中的加工参数板料成形CAE技术可以根据模拟出的加工过程来优化板料成形过程中的加工参数，如板料的温度、压力、速度等，以达到最佳的加工效果，并提高板料成形的质量和效率。
第四章：发展趋势随着计算机技术和数值模拟技术的发展，板料成形CAE技术将会迎来新的发展机遇和挑战。
未来，板料成形CAE技术将不断提高计算精度和效率，同时也将不断拓展其应用范围。
例如，在高腐蚀、高温、高压等极端环境下的板料成形技术中，板料成形CAE技术也将扮演着越来越重要的角色。
第十一章材料成形CAD／CAE／CAM的实际应用1
铸造工艺课程设计软件
华铸CAD
(二)三维工艺CAD
二维工艺CAD系统虽然可以帮助技术人员甩 掉红蓝铅笔、绘图板，并且习惯于纸面介质 绘制工艺的工程师也可以较快适应CAD方式 的电子绘图。 但是二维工艺CAD的致命缺陷正是它的二维 描述方式，不能为后续的CAE、CAM乃至 RPM提供必要的三维信息。 如果说甩红蓝铅笔、甩绘图板需要二维工艺 CAD的话，那么实现CAD／CAE／CAM一体 化就必须要求铸造工艺CAD的立体化。因此 三维工艺CAD是铸造工艺计算机辅助设计的 必然发展方向。
液态成型工艺CAD根本功能是应能完成工 艺基本要素的设计与绘制(造型)任务，这些 要素包括浇注系统、冒口系统、分型面、 加工余量、起摸斜度、砂芯及芯头、冷铁、 不铸孔、铸造圆角、工艺卡等等，可以顺 利地完成铸造工艺设计。
因为铸造行业的特殊性，液态成型工艺的 标准没有统一，不同国家、不同行业、不 同工厂所采用的标准和习惯都不一致。这 一现状导致了铸造工艺CAD系统的开发极 其困难，普适性问题至今无法彻底解决。 因此，与液态成型CAE、 CAM比较，工艺 CAD发展相对滞后，在实际生产中的应用 还很少。
摆脱这一困境的途径主要有两条： 一是加紧制定铸造行业的技术标准，规范工艺设 计的各个环节； 二是借助于迅速发展的计算机技术，搭建强大、 灵活的铸造工艺CAD系统框架，利用此框架可以 迅速、方便地生成适合于某一行业、某个工厂的 铸造工艺CAD。 就目前而言，第一条途径困难重重，很难制定一 个大家都能接受、可以迅速推广应用的技术标准。 而第二条路线虽然困难也很大，但随着计算机软、 硬件及信息技术的快速进步，会逐步克服掉各种 障碍，使铸造工艺的设计实现“无图纸”化、计 算机化甚至远程网络化。
2、塑性成形CAE 主要是利用有限元技术对塑性成形的应力、 应变进行模拟分析，预测应力集中、开裂、 变形等缺陷。对于热锻过程的模拟还存在着 传热过程和再结晶过程的模拟分析。 3、塑性成形CAM 模具对于塑性成形而言具有非常重要的地位， 因此塑性成形CAM技术主要是研究如何利用 数控、电火花等加工手段，快速、精确地制 造出塑性成形用模具。
第十章材料成形CAE技术基础1
(二)传热分析的常用数值方法
采用什么样的数值方法是进行传热分析的 一个重要问题。 目前比较成熟的数值方法有有限差分法 (FDM)、有限元法(FEM)、直接差分法 (DFM)、边界元法(BEM)。 下面分别加以介绍。
1、有限差分法 有限差分法，又称泰勒展开差分法，是最 早用于传热的计算方法。 该方法具有差分公式导出，简单和计算成 本低等优点，目前已成为应用最为广泛的 数值分析方法。 有限差分法又分显式法、隐式法、交替方 向隐式法、控制体积法等。
(二)计算分析模块
计算分析模块是对利用前处理模块剖分所得 的离散模型进行各物理场模拟分析。 计算分析模块一般包括如下步骤：
首先要数学模型进行离散，求出前处理模块剖分 所得到的离散模型所对应的离散格式； 然后设置对应的初始条件和边界条件； 最后进行求解并保存各物理场的分布情况。
上述计算分析过程包含了对时间的离散。离 散是CAE软件系统的一个重要概念，数值模 拟的本质就是求物理场的离散空间和时间的 数值解。
当x方向的温度分布呈线 性时，温度梯度为：
沿方向x产生的比热流量 为：
一维空间的热传导传热
根据傅里叶定律，流入此微元体的热量为
3－5
三维空间微元体热平衡图
而流出此微元体的热量为
假设微元体z、y、z三 个方向上的尺寸为dx、 dy、dz，显然微元体 的体积为dxdydz。
3－6
如物体中无内热源，根据能量守恒定律： 流入热量一流出热量=微元体内蓄热量的增 加，即
(5)组织模拟
分宏观、介观及微观组织模拟，利用一些 数学模型(确定性模型、Monte Carlo法、 CA模型等)来计算形核数、枝晶生长速度、 组织转变，预测力学性能等。
冷冲压模具中板料成型的CAE分析
作者简介 ： 田野 （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 吉林 长春人 ， 硕士研究生 ， 主要从事机械制造及 其 自动化方面研究 。 黄根哲 （ １ ９ ６ ２ 一 ） ， 男， 吉林延吉人 ， 教授 ， 博士， 主要从事仿 生技术及摩擦热处理技术方面研究。
Ｏ 引 言
冷 冲 压模 具技 术 在 当今 社 会有 着 广 泛 的应 用 ， 在整个模具行业 内， 占有 近半 数 的 比例 。但 是 由 于模 具本 身 的一 些 缺 陷和 技术 水 平 的 限制 ， 使 得 在 应 用 于 实 际 生 产 中会 存 在 一 些 困难 ， 如 某 些 零 部 件 的 排 料 不当， 会 使 材料 的利 用率 有所 降 低 ， 导 致成 本偏 高 ； 部 件 外 型 的扭 曲程 度 过 大 ， 会 令 连 续 的料 带 在 连 料 和 加工 工 艺 上存 在 困难 ； 对 于某 些 孔 的位 置 度 以及 精度 有 特殊 要 求 的模 具 ， 会 需 要 加入 斜 契 冲孔 ； 工 件 尖 角 处两 侧余 料 过 小 ， 不 易压 料 ， 需 要加 入 氮 气 弹 簧 进行 辅 助 压 料 ， 这 些 价 格 较 高 的 特殊 部 件 的加 入 ， 也 会 使 成本 上 升 等等 。 由此 可 见 ， 模 具 对 技术 的要 求 较 高 ， 而 且 必 须 要 重 视 利 润 。要 想 成 功 的为 一 件板 料 零 部 件设 计 级 进模 具 ， 需 要考 虑 多种 因素 ， 特别 是 在 实 际的 生产 中要 想 获 得一 件 合 格 的零 件 ， 都需 要 进 行 反 复 的调 试 与 实验 ， 同时 也需 要 一批 经 验 丰富 的模 具设 计 师 和模 具 钳 工才 能完 成 ， 在 不 断 的修 模 和设 变 中 ， 时 间 和金 钱 也在 大量 的流失 。而 且 随着金 属 材 料 的不 断发 展 ， 汽 车 产业 也 在 寻求 大量 的新 型 材料 以满 足 和