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产品方案
模具成型工具

模具成型工具

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商品描述
近年来，模具、成型工具和冲模行业已经成为竞争日益激烈的全球市场。与此同时，这一市场中的客户也迫切要求成型工具和冲模制造商降低开发和生产成本、缩短产品的上市时间，并最终提高产品质量。面对来自发展中国家的竞争，发达国家的同行需要着重生产高附加值的产品然而，生产高附加值产品又确实难上加难。
当今的模具、成型工具和冲模制造商都借助分析工具来缓解上述压力，并扩大企业的生产能力。有了这些分析工具，制造商就能够生产先前几乎无法生产的零部件。通过计算机仿真手段来复制并替代成本高昂、耗时耗力的物理样机，可有效降低成本、缩短产品上市时间。借助计算机仿真，设计人员可评估更多的成型工具设计方案，进一步优化成型工具。这些经优化的设计方案可以最大限度地降低物理材料的消耗量，从而降低生产成本。在大批量生产或者材料昂贵的情况下，即便每个零部件只节约一点点，最终也能积少成多，节约大量成本。成型工具经优化后，其使用寿命势必会延长。这样一来，不仅减少了加工的次数，而且降低了停产次数，生产成本也就会随之下降。
本指南介绍了成型工具和冲模行业在设计工作中面临的主要问题，并探讨了在该领域中使用 COSMOS™ 分析软件开展设计工作的优势。
模具、成型工具和冲模行业面对的特殊问题.
目前，模具、成型工具和冲模行业还在沿用反复试验与实践经验相结合的设计模式。虽然实际的设计工作证实这种模式可以起到一定的作用，但是这种做法既不经济合理，也达不到最佳效果。企业若能在设计过程中使用分析软件，便可尽享以下优势：
• 降低开发成本。开发和测试物理样机所需的费用相当高。而对计算机仿真的样机进行评估，同样可以达到目的，而且所需的费用也低得多。随着物理样机数量的减少以及开发时间的缩短，设计成本也势必降低。

• 降低生产成本。成型工具/冲模的使用寿命延长也就意味着停产次数减少。而优化后的设计方案可以最大限度地降低材料成本 — 在大批量生产或使用昂贵材料的情况下，材料成本将显著下降。

• 缩短上市时间。建立和测试物理样机相当费时，而利用计算机仿真来模拟这些设计方案所需的时间要少得多。此外，对设计方案进行分析和验证还可以减少产品在设计阶段后期出现故障的可能性。此时一旦出现故障，必会延误大量的时间。
• 提高产品质量。有了分析工具，设计人员就可以在确定最终方案之前轻松地调整几何尺寸/度/摩擦/材料等各种变量，以此来制定最佳的设计方案，进而提高产品质量。然而这种做法在使用样机的情况下几乎行不通。
应用领域
本部分将详细介绍分析工具在模具/成型工具/冲模行业的各个领域中的具体应用情况。
金属冲压和挤压
• 在开发初期分析材料的成型性能，进而优化产品设计方案。
• 预测冲压过程中的金属流动。
• 确定冲压件的最终尺寸。
• 根据需要改变坯料夹紧力，模拟加工复杂冲压件的过程。有了分析工具，工程人员就可以在样机制成前评估和测试各种加压方案。
• 防止加工材料因金属流动而出现缺陷，如工料变得过薄和起皱等。
• 减少物理样机的数量，并缩短加工准备期。
• 减少废料。
• 延长冲模的使用寿命。
锻造
• 预测加工材料的状态，以此来缩短冲模试验时间并降低开发成本。
• 分析材料流动情况，防止出现折迭和冷裂等缺陷。
• 设计锻造工艺。
• 在锻造试验前，对冲模进行应力分析。
• 预测材料流动情况和锻成品的几何尺寸。
• 预测热锻加工中的温度，以便评估摩擦力等材料属性。
• 评估锻工工艺以及材料内部的应力变化情况。
• 优化产品设计方案。
• 最大限度地延长冲模的使用寿命。
模具和铸造
• 分析工具可以预测铸成品的外观。
• 对铸造过程中的加工材料进行热分析。
• 先评估模具设计方案，然后再投入生产，从而最大限度地降低开发和重新设计的成本，节约大量成本。
• 对吹塑应用场合下的压力进行优化分析。
• 对模压加工中的受力情况进行优化分析。
• 设计模具及模板，并进行应力分析。
机械加工
• 以最佳的方式组合各种加工变量：
• 切削速度。
• 切削深度。
• 进给速率。
• 机床和刀具特性。
• 最大限度地提高机床的生产效率。
• 最大限度地降低零件成本。
• 对刀具磨损情况进行预分析。
• 设计检查/验证：该设计能否发挥作用？该设计是否符合设计思路？
• 优缺点：哪个设计方案最佳？如何淘汰较差的设计？
• 概念验证：测试全新的概念，但不制作样机。
• 耐久性和强度：成型工具和冲模的故障及寿命分析。
分析范围
COSMOS 分析软件与所有主流 CAD 系统紧密集成，并直接与作为 3D 设计行业标准的 SolidWorks® 建模系统集成。这样，工程人员就可以直接利用COSMOS 分析软件来分析 CAD 模型，而不必为了利用分析技术而重新建立设计模型。
与 3D CAD 紧密集成
以往在设计成型工具和冲模时，采用的是“知识沿用”的方式。迄今为止，仍未能解决这一工艺难题。具体而言，这并不是最佳的设计模式，不能实现用料最少、缺陷最少而寿命最长的设计目标。
“假设情况”研究
无论是锻造、冲压、挤压、浇铸加工，还是采用模具/成型工具/冲模的其他加工方式，通过分析软件，都可以迅速对材料、刀具几何尺寸、受力和温度反复进行多种不同的模拟。这种模拟方式在使用物理样机的情况下几乎做不到或行不通。
多种分析类型 — 静力、热力、非线性、颤振和扭曲
• 静力分析可让设计者了解内部应力信息，从而有助于预测设计方案中可能存在的问题。成型工具和冲模的制造商可以借助此类信息避免大量的设计失误，以及导致贵重的加工机械（如压力机和挤压机）无法运转的失误。静力分析还可让工程人员评估产品本身，以验证产品能否发挥预期作用。
• 热分析是这些行业必需的工具，原因在于众多的加工过程中工料都是被加热到不同程度后进行成型加工的。热分析可让工程人员确定材料在铸造、挤压或浇铸过程中的适当温度。COSMOS 分析软件可以对上述加工过程中使用的刀具进行稳态或瞬态热分析。生成设计网格之后，设计人员可以设置任何相关约束条件，然后设置与模型的几何特性相关的功率或热流条件。因为零部件材料的属性包括热导率、热膨胀系数和热容，这样设计人员就得出了额定载荷及加工条件下温度分布情况的准确预测。
• 非线性分析可让成型工具和冲模设计人员在 3D 模拟的复杂环境下评估产品性能，从而十分准确地确定引发设备故障的各种不同因素。非线性分析工具可以有效地分析静态和动态问题，如几何以及材料的非线性、超弹性、延展性、热塑性和粘弹性等。COSMOSM® 非线性分析软件还可以分析包含或不包含摩擦的模型表面相互作用所涉及的非线性接触问题。上述功能对于解决本加工设备操作过程中产生的接触问题很有价值。
• 振动分析可让成型工具和冲模设计人员研究因刀头振动或弯曲等原因引起的振动。要确保产品在动力环境下的可靠性，就必须了解零部件或装配体的固有振动频率以及可能受到的任何压或变形的影响。工程人员可以使用COSMOS 分析软件模拟零件或装配体的固有频率，并利用此信息修改设计方案或更换材料，以提高性能或者避免某些区域出现共振和变形。
3D 效果
• 在项目的设计过程中，设计人员可以通过 3D 可视化显示的分析结果事先查看产品的设计意图与加工方法的可行性及其美观实用性。
• 3D 可视化让设计人员在整个设计过程中从各个角度浏览设计方案。
• 3D 可视化可以更加有效地传递分析信息，使设计人员在设计初期就能发现问题，进而减少沟通和制作错误，并由此节省开发时间。设计人员不仅可以全方位地查看产品的分析结果，还可以通过隐藏其他零件的外壳来查看产品内部的情况。
• 3D 动画模拟可让您了解成型工具和冲模在实际的加工过程中是如何将工料加工成形的。
• 剖面图解使您可以查看零件内部，而不仅仅是表面的模拟结果。
• 协同设计正日益成为产品开发流程中的重要组成部分，它使设计人员可以与任何地方的任何人轻松分享设计。
• 产品设计人员可借助协作工具与开发小组的其他成员合作，提高工作效率。上至大型跨国企业中的工程师，下至独立顾问，所有的产品设计人员都可以通过 Internet 分享设计资源并从中受益。
• COSMOS 分析工具使设计人员能够以各种格式与他人共享分析结果，例如：
• HTML 格式的分析结果报告
• VRML 文件
• AVI 文件
• 使用户可以发布分析结果的 eDrawings 文件。
设计交流和协同工具
请访问 COSMOS 网站： http://www.cosmos.com。