板材成形加工的新技术与发展趋势261.docx

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1、基于板材成形加工技术的新技术与发展趋势摘要：本文主要介绍了板材成形技术的发展的有代表性的新技术，板材成形过程仿真分析的关键技术，以及金属板材成形新设备三个方面；并阐述了板材成形技术目前存在的问题，及新技术、板材成形过程仿真及板材成形设备各自的发展趋势。关键词：板材成成形新技技术；仿仿真；新新设备一、引言所谓板材成成型是指指用板材材、薄壁壁管、薄薄型材等等作为原原材料进进行 塑塑性加工工的成形形方法。历史悠悠久的板板材成形形技术发发展到今今天，已已经成为为国民经经济发展展的主要要支柱产产业汽车车工业及及高新技技术领域域及航空空航天工工业的强强大技术术支撑，成成为先进进制造技技术的重重要组成成部分

2、。板板材成形形技术的的发展与与汽车、航航空、航航天工业业的发展展紧密相相联。119922年我国国汽车年年产量为为1000万辆；20004年达达到4444万辆辆，世界界排名第第四位，销销售量排排名第三三位；220055年突破破5000万辆。美美国预测测：20025年年中国汽汽车产量量将达到到18000万辆辆，成为为世界第第一汽车车大国。而而汽车零零件中775以以上为冲冲压件，飞飞机零件件中500以上上为冲压压件。可可见，汽汽车、宇宇航等工工业的快快速发展展是在强强有力的的板材成成形技术术的支撑撑下实现现的，并并仍将依依赖于板板材成形形技术的的发展。板材成形技技术的发发展与产产品需求求息息相相关，

3、正正是面临临着汽车车产量的的迅猛增增长和宇宇航飞行行器性能能不断提提升的挑挑战，才才促使板板材成形形技术取取得长足足进步。汽汽车更新新换代的的频繁化化强烈要要求缩短短研发周周期，这这就加速速了CAADCAMMCAEECAPPP等计计算机辅辅助技术术在工艺艺分析和和模具制制造中的的应用，并并加速了了汽车制制造业的的科学化化、数字字化和信信息化进进程。强强烈的市市场需求求和学科科交叉催催生了板板材成形形新工艺艺、新技技术，使使板材成成形这一一传统学学科焕发发了新的的活力。板材成形过过程的计计算机仿仿真实质质上就是是利用数数字模拟拟技术分分析给定定模具和和工艺方方案所冲冲压的零零件变形形的全过过程，

4、从从而判断断模具和和工艺方方案的合合理性。每每一次仿仿真就相相当于一一次试模模的过程程。因此此成熟的的仿真技技术不仅仅可以减减少试模模次数，在在一定条条件下还还可使模模具和工工艺设计计一次合合格从而而避免修修模。仿仿真技术术的应用用可大大大缩短新新产品开开发周期期，降低低开发成成本，提提高产品品品质和和市场竞竞争力。目目前板材材有限元元仿真技技术广泛泛应用于于汽车和和钢铁工工业等诸诸多领域域，许多多大型汽汽车制造造公司在在新车型型的设计计和开发发阶段就就开展冲冲压成形形过程的的有限元元仿真研研究极大大地推动动了生产产的快速速化和设设计的智智能化。随着汽车工工业的成成长，金金属板材成形形设备在在

5、20世纪纪得到了了多面的发发展形形成了较较完备的的体系 并达到到了较高高的技术术水平。进进入新世世纪后，不不仅汽车车工业持持续发展展，电子子信息、家家用电器器和医疗疗器械等等行业也也如雨后后春笋，蓬蓬勃发展展。它们们对制造造技术提提出了更更新、更更高的要要求。推推动了包包括金属属扳材设设备在内内的制造造装备的的持续向向前发展展。金属属板材成成形设备备(如各种种压力机机、剪板板帆、折折弯机等等)是汽车车 电子信信息、家家用电器器和仪表表等行业业最主要要的工艺艺装备之之一，在在制造业业发挥着着重要的的作用，其其技术水水平很大大程度上上决定了了制件的的质量和和成本。目前我国板板材成形形领域面面临很多

6、多问题。如如：新技技术应用用不多，仿真研发投入少；设备机械化、自动化低；板材的自给率低等等。下面将分别别介绍板板材成形形技术、板材成形过程仿真分析的关键技术和金属板材成形设备新发展。二、板材成成形新技技术板材成形技技术领域域出现的的大批新新工艺、新新技术，下下面介绍绍几种具具有代表表性的板板材成形形新技术术。1 多点成成形技术术多点成形其其核心原原理是将将传统的的整体模模具离散散成一系系列规则则排列、高高度可调调的基本本体，通通过对各各基本体体运动的的实时控控制，自自由地构构造出成成形面，从从而实现现板材三三维曲面面成形，如如图1所示。在在整体模模具成形形中，板板材由模模具曲面面来成形形。而多

7、多点成形形中则由由基本体体冲头的的包络面面(或称成成形曲面面)来完成成 J。各各基本体体的轴向向位置可可独立地地调节，改改变各基基本体的的位置就就改变了了成形曲曲面，也也就相当当于重新新构造了了成形模模具。与与传统的的模具成成形相比比，多点点成形具具有其自自身的特特点。(1) 实实现无模模成形。通过对各基基本体运运动的控控制来构构造出各各种不同同的成形形曲面，可可以取代代传统的的整体模模具，节节省模具具设计、制制造、调调试和保保存等所所需的人人力、物物力和财财力，显显著地缩缩短产品品生产周周期，降降低生产产成本，提提高产品品的竞争争力。与与模具成成形法相相比，不不但节省省加工制制造模具具的费用

8、用，而且且节省大大量的修修模与调调模时间间；与手手工成形形方法相相比，成成形的产产品精度度高、质质量好，并并且显著著提高了了生产效效率。(2) 优优化变形形路径。通过基本体体调整，实实时控制制变形曲曲面，随随意改变变板材的的变形路路径和受受力状态态，提高高材料成成形极限限，实现现难加工工材料的的塑性变变形，扩扩大加工工范围。(3) 实实现无回回弹成形形。可采用反复复成形新新技术，消消除材料料内部的的残余应应力，并并实现少少无回弹弹成形，保保证工件件的成形形精度。(4) 小小设备成成形大型型件。采用分段成成形新技技术，可可以连续续、逐次次成形超超过设备备工作台台尺寸数数倍的大大型工件件。(5)

9、易易于实现现自动化化。曲面造型、工工艺计算算、压力力机控制制、工件件测试等等整个过过程全部部采用计计算机辅辅助，实实现CAADCAMMCAEE一体化化生产，工工作效率率高，劳劳动强度度小，极极大地改改善了劳劳动者作作业环境境。多点点成形技技术是国国际上新新兴起的的一项先先进的板板材成形形技术，可可以实现现无模成成形，节节省模具具制造费费用与时时间；可可以改善善被成形形件的变变形条件件，实现现无回弹弹成形，并并实现在在小设备备上成形形大型件件。多点点成技术术特别适适合于三三维曲面面板制品品的多品品种小批批量生产产及新产产品的试试制，所所加工的的零件尺尺寸越大大，其优优越性越越突出。多多点成形形技

10、术在在飞机和和航天器器的蒙皮皮、轮船船和舰艇艇的外板板、车辆辆、大型型容器和和城市雕雕塑等三三维曲面面板制品品加工中中，有着着广阔的的应用前前景。2、激光成成形技术术金属薄板的的激光成成形技术术是一种种利用激激光扫描描金属薄薄板形成成的非均均匀温度度场来实实现塑性性变形的的工艺。激激光成形形的机理理 是：用用激光照照射板料料的上表表面某处处，该处处被瞬间间加热至至高温，同同时加热热区域被被其它部部分所包包围。由由于加热热区域的的热膨胀胀，使板板料产生生与激光光源相反反方向的的小弯曲曲(反向弯弯曲，其其角度为为a)。由由于被加加热区域域的高温温降低了了该区域域材料的的屈服应应力和弹弹性模量量，同

11、时时冷板断断面模数数较大，这这种反向向弯曲被被部分抑抑制，使使加热区区域受压压，出现现材料堆堆积。如如图2aa所示，冷冷却时，热热量流向向邻区，上上表面材材料开始始收缩，下下表面则则继续膨膨胀。同同时，由由于上表表面温度度降低，屈屈服应力力增加，压压缩时产产生的材材料堆积积不能复复原；而而下表面面则屈服服应力降降低，材材料易于于变形，故故而板料料产生面面向激光光源的变变形(正向弯弯曲，角角度为卢卢，如图图2b所示示。显然然( a)便为为一次加加热(激光扫扫描)与冷却却循环的的总变形形量。重重复这种种加热和和冷却循循环，使使每次变变形累积积，便得得到材料料的总成成形量。激激光扫描描若在同同一直线

12、线上反复复进行，则则造成沿沿直线的的弯曲成成形，如如扫描轨轨迹为曲曲线，亦亦可制成成盘形、球球形等工工件。激激光成形形的技术术要点主主要是在在理论和和实践上上掌握激激光加热热和冷却却过程对对材料的的影响，以以及用计计算机实实时控制制快速变变化的温温度场。激激光成形形的具体体影响因因素大致致如下。(1) 能能量因素素。包括激光入入射功率率、与材材料的热热耦合系系数、激激光扫描描速度、激激光束能能量分布布、光斑斑形状和和大小等等。一般般来讲，大大的入射射功率和和高的扫扫描速度度易于造造成板厚厚方向的的温度梯梯度，也也易于板板料成形形。(2) 材材料的热热物性。包括热胀系系数、比比热、导导热系数数、

13、材料料密度、弹弹性模量量、屈服服极限、硬硬化系数数等。如如果导热热系数、比比热、弹弹性模量量、屈服服应力较较低，则则易于获获得较大大变形量量。(3) 材材料几何何参数。实验证明，板板面积大大而厚度度小的板板料易于于激光成成形。作作为成形形能量源源，激光光在3个方面面具有优优势：工工件和成成形工具具之间不不必再有有机械的的接触；在成形形量的精精确性和和可控性性方面潜潜力巨大大；材料料可以远远距离成成形。作作为一种种传统加加工过程程，几何何精度方方面的可可行性辅辅助激光光成形已已经出现现在现代代工业中中。通过过把特性性日益增多多的激光光成形和和传统的的成形方方式，例例如只是是通过一一系列单单一的连

14、连续的工工具运动动的冲压压成形混混合运用用，可以以获得精精确的弯弯曲角和和曲率半半径，混混合的加加工过程程使得高高精度板板料成形形以一种种经济的的方式实实现，而而且校正正弯曲角角度可以以被控制制，此外外激光成成形技术术可用于于受结构构限制工工具无法法靠近或或无工作作空间的的工件的的加工，也也可用于于大型钣钣金件表表面的校校平。激激光成形形技术是是激光加加工一个个崭新的的应用领领域，尚尚有许多多问题亟亟待解决决。随着着研究的的深入进进行，激激光成形形技术必必将与切切割、焊焊接、表表面处理理等激光光加工一一样平常常。3、冲压智智能化技技术近年来，一一些技术术先进国国家已将将智能化化的研究究引入了了

15、金属塑塑性加工工的研究究领域。板板材冲压压成形的的智能化化控制技技术、旋旋压成形形的智能能化控制制技术等等方面的的研究先先后兴起起并正在在迅速发发展。板板材冲压压成形的的智能化化，是控控制科学学、计算算机科学学与板材材成形理理论有机机结合的的综合性性技术。其其突出特特点是，根根据被加加工对象象的特征征，利用用易于监监测的物物理量，在在线识别别材料的的性能参参数，预预测最优优的工艺艺参数，并并自动以以最优的的工艺参参数完成成板材成成形过程程。因此此，板材材成形的的智能化化是冲压压成形过过程自动动化及柔柔性加工工系统等等新技术术的更高高级阶段段，不但但可以改改变冲压压生产工工艺的面面貌，而而且还将

16、将促进冲冲压设备备的变革革，同时时也会引引起板材材成形理理论的进进步与分分析精度度的提高高。在降降低板材材级别，消消除模具具与设备备调整的的技术难难度，缩缩短调模模试模时时间，以以最佳的的成形参参数完成成加工过过程，提提高成品品率和生生产率等等方面都都具有十十分明显显的意义义 。典型的板材材成形智智能化控控制系统统如图33所示，由由以下44个基本本要素构构成。(1) 监监测。采采用有效效的测试试手段，实实时监测测能够反反映被加加工对象象特征的的宏观力力学参数数和几何何参数；(2) 识识别。控控制系统统的识别别软件对对在线监监测所获获得的被被加工对对象的特特征信息息进行分分析处理理，结合合知识库

17、库和数据据库的已已有信息息，在线线或实时时识别被被加工对对象的材材料性能能参数和和工况参参数(如摩擦擦系数等等)；(3) 预预测。根根据识别别所获得得的材料料性能参参数和工工况参数数，以板板材成形形理论和和经验为为依据，通通过计算算或者通通过与知知识库和和数据库库中已知知的信息息比较来来预测当当前的被被加工对对象能否否顺利成成形，并并给出最最佳的可可变工艺艺参数；(4) 控控制。根根据识别别和所测测得的结结果，按按系统给给出的最最佳工艺艺参数自自动完成成板材成成形过程程。冲压压成形智智能化技技术的研研究首先先以弯曲曲加工为为对象。用用压力机机进行板板材的弯弯曲加工工时，为为了获得得高精度度的弯

18、曲曲角，必必须精确确地确定定冲头的的最终行行程。日日本学者者杨明、岛岛进等人人以塑性性力学模模型为控控制原理理，以载载荷位位移曲线线反推(识别)材料性性能参数数，再根根据回弹弹理论预预测最终终行程，实实现了VV型弯曲曲的智能能化控制制。用这这种方法法对低碳碳钢板进进行弯曲曲，弯曲曲角度的的误差与与校正VV型弯曲曲相当，可可控制在在以内。最最新的动动态显示示，应用用技术的的发展方方向是利利用神经经网络理理论来提提高加工工精度。拉拉深成形形过程中中的变形形是不均均匀的，忽忽略摩擦擦的影响响非常困困难，所所以，有有关智能能化的研研究比弯弯曲成形形要复杂杂得多，进进展也较较缓慢。日日本学者者真锅健健一

19、等人人曾经发发表文章章，报道道了变压压边力技技术对筒筒形件拉拉深过程程进行适适应控制制的研究究成果，采采用塑性性力学模模型，在在拉深的的初始阶阶段对工工件的材材料参数数和工件件与模具具之间的的摩擦系系数进行行反推，然然后随着着行程变变化对压压边力进进行可变变控制，从从而实现现最佳的的成形条条件。如如图4所示，材材料性能能参数和和摩擦系系数的识识别经历历了解析析识别模模型和神神经网络络识别模模型两个个阶段。首首先，从从塑性力力学 能量原原理出发发，给出出了更为为精确的的拉深过过程解析析定量描描述，进而而采用非非线性参参数曲线线拟合的的方法实实现了材材料性能能参数和和摩擦系系数的在在线识别别。当材

20、材料性能能参数已已知时，经经技术处处理，可可实现摩摩擦系数数的实时时识别。材材料参数数中反映映成形力力参数的的强度系系数和抗抗拉强度度的识别别误差较较小，最最大误差差为6左右右；反映映变形参参数的厚厚向异性性参数识识别误差差较大，其其最大误误差为220左左右。为为了提高高识别精精度和实实现实时时识别，先先后探索索了BPP网络识识别模型型和遗传传算法与与BP网络络相结合合的识别别模型。采采用神经经网络模模型虽然然实现了了实时识识别，但但BP网络络模型的的参数识识别精度度与解析析识别相当；基于遗遗传算法法的BPP网络模模型提高高了优化化效率，但但仍然精精度不高高。最新新研究表表明，基基于梯度度下降

21、法法和高嘶嘶牛顿法法的LMM网络模模型可以以有效地地改善网网络收敛敛性能，而而且精度度大大提提高。材材料性能能参数的的识别精精度在11o以内，摩摩擦系数数的识别别精度为为3。压压边力是是常规拉拉深工艺艺中唯一一可变的的工艺参参数。目目前对最最佳压边边力变化化规律的的预测仍仍然是采采用塑性性力学模模型。用用板材失失稳理论论对典型型轴对称称拉深件件的极限限承载能能力进行行了归一一化的定定量分析析，给出出了该类类工件破破裂失稳稳时的极极限载荷荷的统一一表达式式，由此此得到了了拉深过过程中工工件侧壁壁破裂失失稳时的的临界压压边力，进进而提出出了临界界载荷控控制原理理，即按按侧壁破破裂临界界条件所所给出

22、的的定量关关系来确确定控制制压边力力规律，可可以最大大限度的的提高极极限拉深深高度和和成形过过程的稳稳定性。基基于能量量原理，给给出了法法兰起皱皱临界压压边力和和侧壁起起皱临界界压边力力。以上上述三个个临界条条件为依依据，给给出了轴轴对称曲曲面件拉拉深控制制压边力力的上下下限，最最佳压边边力控制制规律以以及与其其对应的的极限拉拉深高度度。目前拉深成成形智能能化控制制的研究究仍处于于探索阶阶段，还还很不成成熟，许许多问题题需要进进行深入入的研究究才能解解决，例例如寻求求合适的的识别方方法以保保证材料料参数和和摩擦系系数的识识别精度度和速度度；寻求求对成形形临界条条件的精精确而简简洁的描描述方法法

23、以保证证最佳工工艺参数数的预测测精度和和速度等等等。冲冲压智能能化控制制技术的的研究为为板材成成形领域域提出了了许多新新的研究究课题。板板材成形形智能化化技术总总的发展展趋势是是：以简简单的弯弯曲成形形的研究究将智能能化的概概念和方方法引入入板材成成形领域域，探索索研究途途径，再再以轴对对称壳体体零件的的冲压成成形智能能化研究究为过渡渡，最终终实现对对大型复复杂曲面面形状零零件成形形过程的的智能化化控制。4、成形过过程的计计算机仿仿真技术术板材成形的的数值模模拟是国国际上拉拉深领域域研究的的主要问问题之一一，然而而多数的的研究还还集中在在汽车工工业。在在其初始始阶段，数数值模拟拟被看作作一种理

24、理解金属属行为的的帮助，而而从更高高的认识识水平上上讲，数数值模拟拟被看作作是影响响经济效效益的强强大工具具 1。数数值模拟拟技术为为研发开开始阶段段提供支支持，在在产品生生产出以以前提供供可行性性分析，大大大缩短短产品的的上市时时间，沟沟通了材材料与加加工方法法之间的的关系。冲冲压过程程是一个个十分复复杂的力力学过程程，以汽汽车覆盖盖件成形形过程为为例，零零件的起起皱、破破裂和回回弹对原原材料的的成形性性、毛坯坯的几何何形状及及定位、冲冲压方向向、拉深深筋的形形式及布布局、摩摩擦润滑滑条件、压压边力的的大小等等许多因因素都极极其敏感感。这就就使得这这项工作作十分依依赖经验验，从而而大大制制约

25、了汽汽车工业业的发展展。到目目前为止止，CAADCAMM技术在在减轻模模具的设设计工作作强度、提提高产品品的制造造精度方方面已经经为工程程师们提提供了十十分有效效的帮助助。但是是，如何何能在零零件设计计的初始始阶段就就对其可可成形性性进行有有效地把把握，如如何在模模具制造造之前就就能对工工艺及成成形参数数进行合合理的优优化，不不仅是确确保产品品质量的的需要，更更是减少少试模、修修模工作作，降低低成本费费用，提提高生产产效率和和市场竞竞争能力力的重要要途径。为此，国际际上许多多著名企企业和组组织，如如美国的的波音、GM、福特、Chrysler德国的大众、奔驰，日本的理化所、大阪大学、丰 三菱、日

26、产、新日铁、日新制钢等都在板料冲压成形有限元数值模拟方面投入了大量的人力、物力和财力，进行了长达10年以上的研究和开发工作，已经形成了一些通用或专用的软件，并相继进入了商品化、实用化阶段，如：PAMSTAMP MARC ANSYS ABAQUS DYNA一3D OPTRIS、FASTORM、DEFORM-3D等。这些软件绝大部分具有完整直观的前、后置处理功能，可以直观地在计算机屏幕上观察到材料变形和流动的详细过程，了解材料的应变分布、料厚变化、破裂及皱曲的的形成经过，获得成形所需要载荷及零件成形后的回弹和残余应力分布。这种用可视化技术虚拟的现实制造环境不仅模拟了零件的成形过程，更重要的是形象地

27、揭示了材料的变形理，因而可以使设计人员根据已有的经验实时调整模具参数及成形工艺、修改毛坯形状和尺寸，大大缩短试模和修模时间，有效地提高产品质量和生产效率。PAMTAMP是目前为国际上许多著名汽车、飞机制造企业和研究团体所选用的三维弹、塑性动态及准静态分析的代表性软件。该系统可对各向异性或同性的金属、非金属薄壁和厚板零件在常温下的成形过程和成形中的细颈、破裂、皱曲、修边及回弹等现象和工序进行有效的数字模拟。冲压过程数值模拟的精度在大部分情况下已被工程应用所接受，以PAM-STAMP为例，成形载荷的计算误差随零件复杂程度而异，一般为5 10左右；材料料厚的变薄率以及材料流动量的预测误差通常小于10

28、，而且大部分情况变薄量是过估，流动则欠估；材料增厚率的预报误差一般与变薄率预报误差相当，但材料增厚由于与起皱有密切联系，受起皱判据的影响，有时也会高达30。回弹是一个更为复杂的过程，到目前为止尚没有哪套仿真软件在回弹预报分析上有令人满意的精度。PAMSTAMP在回弹的分析计算上有良好的定性参考价值，但是其回弹预估相对误差往往超过30。所以在板料有限元模拟成形方面，今后的主要研究方向将集中在以下4个方面：优化接触算法，进一步提高模拟的计算速度；建立更理想的破裂和起皱判据，提高模拟的预报精度和可靠性 实现毛坯形状的快速预测；在目前常用的显式和隐式算法之外寻求新的计算方法，以解决回弹的分析精度和有效

29、补偿问题。三、板材成成形过程程仿真分分析的关关键技术术在运用仿真真软件的的时候，了解和掌握冲压成形仿真的技术难点是非常重要的。因为即使计算机仿真理论和方法完全正确，仿真程序完全可靠，也不能保证仿真计算一定能在冲压成形和工艺中得到成功的应用。所以使用仿真软件的人员一定要具备足够的背景知识，包括与冲压成形过程有关的基础力学知识、计算力学知识、材料和冲压工艺知识、有限元方法知识及计算机应用知识等。1、有限元元求解方方法板料成形一一般为准准静态过过程，传传统的模模拟计算算方法采采用静力力隐式算算法进行行求解。静静力隐式式算法在在理论上上是严格格的，但但由于计计算中存存在迭代代收敛性性差和整整体刚度度矩

30、阵带带宽大的的缺点，不不利于多多重非线线性和大大规模工工程问题题的分析析。因此此，自220世纪纪90年代代以来，越越来越多多的研究究人员考考虑利用用动力学学方程的的中心差差分显式式积分方方法来进进行三维维板料成成形问题题的仿真真，并取取得了一一定的成成绩。动动力显式式解法在在单元类类型的选选择、材材料本构构模型的的确定、应应力应变变计算等等方面与与静力隐隐式解法法是相似似的，两两者的主主要差别别表现在在求解方方程、时时间步长长的选取取、接触触处理以以及回弹弹计算等等方面。根根据动力力松驰法法的原理理，动力力系统经经过渡过过程后的的稳态解解与静力力解是一一致的，因因此动力力显式算算法也可可用于分

31、分析静力力问题，实实际上，在在动力显显式计算算模型中中，由予予考虑了了速度和和加进进度这些些运动变变量，模模具与工工件之间间的接触触约束条条件不仅仅与位移移有关，还还应保持持与两接接触点间间速度和和加速度度的协调调关系。因因此，从从某种程程度讲动动力显式式算法比比静力隐隐式算法法更接近近冲压过过程的本本质。2、 几何何模型的的描述零件的生产产过程一一般分为为拉深、胀胀形、扩扩孔、翻翻边、切切边、整整形等工工序，冲冲压成形形仿真可可以针对对零件冲冲压生产产中的任任何一道道工序。针针对被仿仿真的某某一道工工序，需需要回溯溯其工艺艺过程，把把产品设设计信息息转换为为中间过过程的有有关信息息。因此此确

32、定合合理的凸凸模(ppuncch)、凹凹模(ddie)，压边边圈(bbindder)和拉深深筋(ddrawwbeaad)的的几何造造型，尤尤其是这这些造型型中多个个三维曲曲面的光光滑过渡渡是非常常重要的的。所以以准确有有效地描描述模具具的几何何形状是是进行板板料成形形有限元元仿真的的前提。在在板料成成形有限限元计算算中，通通常采用用有限元元网格描描述模具具型腔曲曲面的几几何形状状。随着着大型三三维CAAD软件件的发展展，如CCATIIA、Uniigraaphiics软软件系统统建立几几何模型型一般是是用参数数曲面的的方法描描述的，通通过IGGES文文件格式式传给CCAE软软件生成成网格描描述模

33、型型。所以以板料有有限元网网格模型型的建立立是影响响仿真计计算结果果的重要要因素之之一。3、边界条条件的设设置板料成形过过程涉及及复杂的的摩擦和和接触边边界条件件，几乎乎所有涉涉及板料料成形仿仿真的研研究无不不涉及摩摩擦和接接触问题题，国际际上也有有相当多多的学术术机构和和研究小小组专门门从事板板料成形形中摩擦擦和接触触问题的的研究。冲冲压过程程是一个个复杂的的多体接接触的力力学分析析问题，在在板料成成形过程程中，板板料与模模具之间间不断接接触与分分离，产产生相互互引导和和约束使使板料最最终成形形，目前前常用的的接触算算法是拉拉格朗日日乘子法法、罚函函数法等等，这种种方法即即考虑了了接触力力，

34、又不不增加系系统的自自由度，计计算效率率较高。罚罚函数法法是最有有效的接接触问题题处理方方法，所所以在动动态显式式有限元元程序“DYNNAFOORM”中采用用了这种种方法。摩摩擦和润润滑在冲冲压成形形中是不不容忽视视的重要要因素，可可能是影影响冲压压零件质质量的关关键性因因素。这这一问题题的复杂杂性和重重要性使使许多研研究人员员开展大大量的研研究工作作，涉及及多体间间摩擦润润滑模型型中的静静、动态态摩擦系系数的确确定及其其对仿真真计算结结果的影影响。4、 材料料模型在薄板成形形过程的的有限元元分析中中，板材材屈服准准则的正正确与否否是影响响分析结结果的一一个关键键因素。在在大多数数成形中中，板

35、料料都会呈呈现一定定程度的的各向异异性，长长期以来来，Hiill于于19448年提提出的二二次各向向异性屈屈服准则则，被广广泛应用用于板金金属成形形的有限限元分析析之中，Hill、Hershey、Hodord、Bassani、Gotoh、Logan 和Husford及Budianski相继提出了一些非二次屈服准则。然而，每一种屈服准则都存在着一定的局限性。近年来，Hm和Barlat提出了简单适用的新的屈服准则，从而使薄板成形的有限元分析能更好地与实际冲压结果吻合在冲压成形中材料塑性流动的计算依赖于材料的屈服准则和塑性流动准则，所以，材料本构关系的合理性及有关计算的准确性，是直接影响冲压成形过程

36、计算结果可靠性的最重要因素之一。四、金属板板材成形形新设备备1、高速精精密压力力机电子机械、家家用电器器 通信器器材中有有许多冲冲压件，如如引线、端端子、接接插件、小小电机定定子及转转子等，其其特点是是尺寸小小、精度度高、需需求量大大等但但高速精精密压力力机十分分适合这这类零件件的生产产。高速精精密压力力机的特特点：（1)工作作频率高高是一一般通用用压力机机的59倍甚甚至更高高。（2)高精精度，包包括滑块块导向精精度和下下死点位位置精度度等。（3)设备备的刚度度高，对对减振、润润滑等还还有特殊殊要求，以以适应高高速工作作的要求求（4）一般般配有自自动送料料装置，以以实现自自动化操操作目前，高速

37、速压力机机的速度度和精度度已经选选到了很很高的水水平。2、多工位位压力机机多工位压力力机在一一个行程程内可完完成多种种冲压工工序，如如落料、冲冲孔 拉深、弯弯曲、切切边甚至至电机定定子或转转子的叠叠片压装装是一一种高效效的自动动化冲压压设备。多多工位压压力机往往汽车工工业获得得了广泛泛的应用用它可可以替代代多台单单工位压压力机组组成生产产线 具有节节省占地地面积和和设备投投资，节节能高效效的优点点。3、数控回回转头压压力机数控回转头头压力机机因加工工的万能能性和高高度的自自动化一一直受到到厂家的的关注，成成为现代代化冲压压设备的的主力之之一。其其地位可可与切削削加工中中的加工工中心媲媲美。4、

38、数控折折弯机板料折弯虮虮是使用用最广泛泛的弯曲曲设备，普普遍采用用电液伺伺服发光光栅形成成闭环控控制。折折弯工艺艺从编程程到弯曲曲过程的的模拟、控控制和修修正等均均实现了了高度的的自动化化。五、板材成成形领域域目前存存在的主主要问题题：1、生产机机械化、自自动化程程度低。如如代表当当今国际际水平的的大型多多工位压压力机，美美国6880条冲冲压线中中有700 为多工工位压力力机， 日本在在美国335条生生产线中中69 为多工工位压力力机，日日本国内内2500条生产产线有332 为多工工位压力力机，而而我国汽汽车工业业中多工工位压力力机的应应用则较较少。其其他如精精冲机价价格昂贵贵，是普普通压力力

39、机的5510倍，阻阻碍了精精冲技术术在我国国的推广广应用；液压成成形尤其其是内高高压成形形，设备备投资大大，国内内难以起起步。2、冲压件件生产集集中度低低。许多多汽车集集团大而而全导导致冲压压件生产产规模小小，集中中度低，低低水平重重复建设设，难以以满足专专业化分分工生产产要求。3、先进板板材成形形工艺应应用不多多，技术术研发投投入少。国国外汽车车企业研研发投入入占年销销售额的的35 我国国重点企企业却不不足1 。4、大型、精精密、复复杂、长长寿命的的模具大大部分依依赖进口口，模具具设计、制制造、模模具材料料都满足足不了国国内汽车车发展的的需要。模模具标准准化程度度较低， 约为4045 ，而国

40、际上一般在70 左右，中小型已达80 。5、板材自自给率不不足，品品种规格格不配套套。汽车车薄板只只能满足足60 左右，其其余依赖赖进口，主主要是高高档轿车车用钢板板，如高高强度板板、合金金化镀锌锌板、超超宽板(16550mmm 以上)等。六、板材成成形技术术发展趋趋势随着新兴学学科的出出现及材材料加工工学科与与相关学学科的交交叉，必必将促进进板材成成形技术术更快的的发展，其其总的发发展趋势势如下。1、节能节省能源已已是新时时期经济济发展的的一个重重要课题题，也是是板材成成形的发发展方向向。其主主要途径径一个是是在传统统能源利用中，通通过减低低拘束系系数、降降低流动动应力和和减少接接触面积积等

41、方法法减少成成形力；另一个个途径就就是新能能源的开开发利用用。2、精密“近净成形形”技术可可有效地地减少后后续加工工，节省省原材料料，降低低生产成成本，已已成为材材料加工工中的重重点发展展方向。3、柔性为了满足未未来社会会产品多多样化的的需求和和不确定定的市场场环境，柔柔性化成成形技术术将是一一个重要要的发展展方向。柔柔性成形形技术对对产品变变化有很很强的适适应性，可可高效、低低耗地满满足多种种产品的的需求。4、绿色随着制造业业的发展展，绿色色环保将将是材料料成形技技术面临临的重要要课题。减减少和消消除成形形过程中中对环境境的污染染是绿色色制造的的主要内内容之一一。5、信息化化、智能能化现代计

42、算机机技术、信信息技术术不但促促进传统统成形技技术的发发展，而而且不断断产生新新的特种种成形技技术。计计算机模模拟仿真真技术、CCADCCAMCCAECCAPPPPDMM技术在在成形技技术中的的大量应应用已经经使工艺艺设计、模模具设计计与制造造更加科科学化、自自动化。变变形预测测、组织织预测已已经成为为可能。成成形技术术已从“经验型型”逐渐走走向科学学化、信信息化和和智能化化。七、板材成成形过程程仿真的的发展趋趋势1、板材成成形仿真真技术在在成形工工艺和模模具辅助助设计方方面具有有巨大的的应用潜潜力，随随着金属属塑性理理论、力力学计算算方法和和计算机机技术的的发展，将将不断地地从研究究走向应应

43、用，成成为应用用于生产产实际的的科学的的工艺分分析方法法。2、实际测测试结果果和仿真真计算结结果与实实际情况况相符，两两者吻合合得较好好，说明明仿真分分析过程程中的建建模、有有限元前前处理以以及边界界条件、工工艺参数数的确定定是适合合的。3、r值是是影响拉拉深成形形的重要要参数之之一，增增大r值，可可降低变变形阻力力，使板板料在凸凸模和凹凹模圆角角区域容容易变形形流动，抵抵抗减薄薄能力强强。八、数控金金属板材材成形设设备的发发展趋势势1、尽管冲冲压设备备在上世世纪就已已趋成熟熟，并实实现了数数控化，驱驱动、结结构和控控制等多多方面都都达到了了很高的的水平。但但是随着着社会的的发展，技技术的进进

44、步，也也要与时时俱进，继继续改进进，向更更高的水水平迈进进。2、冲压设设备目前前总的发发展趋势势是：提提高自动动化、智智能化水水平；发发展柔性性化设备备，提高高工艺适适应能力力；提高高工作速速度，达达到更高高的生产产率；多多工艺复复合，提提高设备备的工作作效率和和适应性性；节能能环保，减减低噪声声和污染染，适应应可持续续发展的的需要。3、由于电电动机技技术、变变频技术术和计算算机控制制技术的的发展，交交流伺服服电动机机驱动已已经改变变了过去去只能用用于进给给一类的的小功率率的应用用范围，正正大力向向锻压装装备一类类的重载载领域进进军。在在数控回回转头压压力机、折折弯机和和曲柄压压力机等等冲压设

45、设备的初初步应用用，显示示出独特特的优势势，具有有巨大的的潜力。4、国内锻锻压装备备制造业业近年在在追赶国国际先进进水平方方面取得得了一定定进展。但但总体水水平仍落落后于国国外先进进国家，诸诸多较先先进的产产品采用用国外技技术，缺缺乏具有有自主知知识产权权和核心心技术的的产品。必必须进一一步加强强自主创创新，早早日在装装备技术术上赶超超世界先先进水平平。九、结束语语板材成形技技术的多多样化趋趋势已经经变得越越来越明明显，生生产设备备柔性化化、整合合多种加加工方法法、更多多地运用用计算机机仿真等等都将缩缩短产品品的研发发周期，降降低产品品的最终终成本，这这对将来来的工业业结构和和产品的的生产技技

46、术将引引起一场场革命。因因此，必必须高度度重视板板材成形形技术的的这种发发展趋势势，认真真研究、努力跟踪、开拓创新，以适应这种快速发展所带来的变革。同时，不应该忽视信息技术的发展给成形技术发展带来的契机，薄板成形技术的研究不仅需要工厂 、研究单位及高校之间的通力合作，数学、力学 材料、板材成形等多学科的密切配合，更需要世界上从事这项工作的科研人员的配合。可以预见 在这样的形势下，板料成形机理及新工艺、新技术的研究将会更加迅速地发展。作为制造业业基础行行业之一一的金属属板材、管管材、型型材及线线材切割割、冲压压、成形形、制作作零部件件制造企企业及其其设备、模模具、材材料和相相关技术术行业企企业，

47、面面临着竞竞争Ell益加剧剧的局面面：国内内外市场场不断扩扩大，国国内企业业面临结结构调整整和技术术更新，国国外先进进同行企企业在华华投资建建厂的竞竞争压力力。在这这种形式式下，国国内金属属板材、管管材、型型材及线线材切割割、冲压压、成形形、制作作技术及及设备行行业企业业急需了了解国内内外市场场需求、发发展方向向以及目目前技术术和设备备水平，确确定自己己的市场场位置。我国金属板板材成形形行业未未来发展展将围绕绕优质、高高效、环环保和节节能这个个中心 主要表表现为以以下几种种发展动动态和趋趋势：1、我国金金属板材材成形技技术迅速速提高，与与发达国国家的距距离不断断缩小。2、我国金金属板材材成形技

48、技术向数数字化、自自动化、专专业化、规规模化、信信息化发发展，不不断提高高产品质质量并降降低生产产成本。3、新技术术、新工工艺、新新设备将将不断被被我国金金属板材材成形行行业所采采用。4、人才是是我国金金属板材材成形行行业发展展的关键键。参考文献：1邱晓晓刚，卢卢国清，陈陈文龙，骆骆中云.板材成成形有限限元仿真真技术的的应用.钢铁钒钒钛,第24卷第第1期,20003年3月.2板材材成形新新技术及及发展趋趋势.机机械工人人,20005年55月.3赵军军,马瑞.板材成成形新技技术及其其发展趋趋势(II).金属成成形工艺艺,20002年66月.4赵军军,马瑞.板材成成形新技技术及其其发展趋趋势(III).金属成成形工艺艺,20003年No22.5刘永永军,任中全全,刘金依依.板材成成形的有有限元分分析.煤矿机机械,20001年第第8期.6孙友友忪,张宏超超. 金属板板材成形形设备新新发展.机械工工人,220066年第33期.7宋四四全.金属板板材成形形设备行行业的现现状和发发展（上上），机机械工人人,20005年年第4期期.8徐刚刚,鲁洁,黄才元元.金属板板材冲压压成形技技术与装装备的现现状与发发展.CCMETT论坛锻锻压装备备与制造造技术，220044年第44期.9齐俊俊河.看我国国金属板板材成形形行业的的明天.行业论论坛