前 言

汽車(chē)車(chē)身覆蓋件沖壓模具、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件模具、風(fēng)電錨栓冷鐓模具、電力電機(jī)硅鋼片沖裁模具、檢測(cè)設(shè)備沖壓模具等對(duì)模具疲勞壽命要求較高。例如，有些模具要求設(shè)計(jì)壽命達(dá)20年以上，或者有些模具要求達(dá)到50萬(wàn)次以上的沖壓。然而，頻繁修磨降低精度，模具開(kāi)裂等問(wèn)題頻發(fā)，給制造企業(yè)帶來(lái)較大困擾。

突破模具壽命瓶頸，僅靠試驗(yàn)并不能得到顯著提升。目前國(guó)內(nèi)外眾多先進(jìn)制造企業(yè)已經(jīng)選用?？怂箍倒I(yè)軟件旗下的Simufact Forming的模具壽命分析功能來(lái)分析模具開(kāi)裂、模具壽命、模具應(yīng)力等問(wèn)題。本文引用了先進(jìn)緊固件制造企業(yè)博爾特緊固Bolt Fasteners和Netform Engineering的研究，介紹Simufact Forming模具壽命分析功能解決實(shí)際模具問(wèn)題的實(shí)際應(yīng)用。

01緊固件模具疲勞分析

冷鍛是緊固件的主要生產(chǎn)方式，這種方法之所以被青睞，是因?yàn)槠涑杀镜土m用于大規(guī)模生產(chǎn)，并賦予工件足夠的強(qiáng)度。由于競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境，生產(chǎn)效率至關(guān)重要，并直接影響生產(chǎn)成本。工具的使用壽命隨著材料科學(xué)的發(fā)展而持續(xù)增加，模具成本一直是生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵因素。早期模具出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致模具更換成本高昂，還會(huì)因更換模具而造成機(jī)器停機(jī)，并且在此期間還會(huì)產(chǎn)生因生產(chǎn)批次丟失而產(chǎn)生的額外成本。

出于對(duì)精確且用戶友好型模具壽命預(yù)測(cè)模型的需求，Simufact Forming模具壽命模塊得以開(kāi)發(fā)。該模塊能夠預(yù)測(cè)在循環(huán)載荷作用下模具的疲勞壽命。Simufact Forming基于CAE疲勞技術(shù)，利用應(yīng)變壽命（EN）或應(yīng)力壽命（SN）曲線來(lái)進(jìn)行計(jì)算。Simufact Forming模具壽命功能能夠預(yù)測(cè)與疲勞相關(guān)的模具失效，從而幫助企業(yè)在任何斷裂發(fā)生之前采取必要的預(yù)防措施。

02緊固件模具壽命研究

在本研究中，通過(guò)使用Simufact Forming模具壽命模塊對(duì)兩種不同緊固件（分別稱為產(chǎn)品A和產(chǎn)品B）的模具壽命進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。產(chǎn)品A使用單個(gè)成形模具，而產(chǎn)品B則使用由多個(gè)部件組成的成形模具。采用Simufact Forming模擬了多工位冷鍛成形，將前序工位結(jié)果傳遞到后續(xù)工位，并對(duì)實(shí)際模具壽命較低的工位進(jìn)行了模具壽命計(jì)算對(duì)比。

產(chǎn)品A仿真結(jié)果

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，通常會(huì)在規(guī)定的區(qū)域出現(xiàn)模具失效的情況，且一般是在完成約600次鍛壓后才會(huì)發(fā)生。根據(jù)Simufact Forming模具疲勞分析結(jié)果，產(chǎn)品A鍛打次數(shù)計(jì)算為 667次，在指定位置出現(xiàn)了低周失效。

產(chǎn)品B仿真結(jié)果

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，模具通常在1800次鍛打后會(huì)在指定位置出現(xiàn)模具開(kāi)裂失效。根據(jù)Simufact Forming模具疲勞分析結(jié)果，產(chǎn)品B鍛打次數(shù)計(jì)算為2021次，在指定位置出現(xiàn)了低周失效。

如下圖所示，通過(guò)Simufact Forming模具壽命模塊進(jìn)行的工具壽命分析結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果一致。本研究中所使用的工具材料的疲勞壽命數(shù)據(jù)取自 Simufact Forming的材料庫(kù)。疲勞壽命曲線是利用該功能自動(dòng)創(chuàng)建的，由于材料數(shù)據(jù)存在差異，實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果之間存在微小的偏差。

這項(xiàng)研究表明，Simufact Forming模具疲勞壽命分析結(jié)果對(duì)于工業(yè)研究而言是精確可靠的。通過(guò)對(duì)可能出現(xiàn)早期模具故障的成形工序的檢測(cè)，我們能夠基于模具使用壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)研究，并在報(bào)價(jià)階段準(zhǔn)確確定模具成本。