基于有限元分析的复杂冲压模具设计＊

李坤 任丽

（安徽文达信息工程学院机械与汽车工程学院，安徽合肥 231201）

随着我国对数学理论研究的不断深入，对求解微积分方程中的近似值问题的技术水平也不断提高，并且在发展的过程中其理论要点逐渐在工程领域得到全面应用。有限元理论（FEA）主要是在数学研究中解决相应的函数与方程问题，在理论发展的过程中，其运用理念逐渐应用于器械零件、工艺产品制造等方面的生产中。

1.有限元分析理论阐述

克拉夫是最先对有限元理论进行论述的学者，其在“平面分析的有限元法”中最先引用了有限元的概念，并且对岩土工程的位移水平进行了分析[1]。而在当今数学领域的有限元理论分析中，主要通过多样化的变分方法，将每个计算模式中的板块都划定成不同的细小单元，从而探索近似值函数极限，而且在运用最小二乘法以及加权余数法的过程中都能获得相应的有限元方程。因其理论的计算精确程度高，执行效率快，有限元理论经验实现了工程器械生产的全面应用。

对于工程类中弹性力学、固体力学、工程力学等实际工作的操作与应用，有限元分析的执行方法主要分为3 个步骤[2]：首先是预处理工序，主要是一种数据空间的模型呈现。其次是需要将CAD 制图中的空间模型进行分析，将模型结构输入到有限元算法程序中，实现数据资料的综合性分析，从而构建完善的有限元方程系统。最后需要将其单元库实现整体的综合开发，在实际操作与应用中全面分析其优缺点，形成基础的工程零件模型依据。

2.基于有限元理论分析复杂冲压工艺

2.1 零件图的设计与图纸校对

在复杂冲压模具设计中，首先需对复杂零件图的工艺与技术进行全面设计，在设计的过程中，需要配备相应图纸封皮、说明以及目录，还需要对图纸的图幅与比例的细节进行设计，在有限元理论的数据测算基础上，将实际测算数据的比例进行全面分析与阐述，进而在实际操作中进行全面的对比分析，将设备安装图以及材料制作图等方面进行精细化的设计，保证图形设计的比例与数据的精密程度。同时采用分层作图的办法，根据图形的内容全面进行设计，在制图结束之后参照有限元理论中的数据分析完成基本零件图的校对工作，从而保障基本的零件图的设计与校对能够符合基本的数据参照标准，规范零件设计工艺的基础设计工作流程[3]。

2.2 零件工艺的基准选择与参考标准

对于零件工艺的基准选择，首先需注意零件上的粗基准线与粗基准面，特别是冲压的毛坯生产中，基于基本的粗基准参数来完成相应的数据操作，减少不必要的尺寸链以及工艺转折点的材料消耗。在热冲压的热力耦合实验中，需要对冲压过程中的导热系数、热膨胀系数以及物理的热力比热容相关参数指标进行合理选择，并且在不同的温度影响下，选用不同的参考基数，在其仿真模型工艺的实际操作中能够充分应用有限元方程分析理论，实现数据设计的全面优化，保证基本的数据基础，也可以在实际操作中减少废品现象的消耗，保证零件工艺的基本数据参数的准确性[4]。

2.3 合理的工序组合方案选择

在复杂冲压模具设计中，需要对冲压工艺的流程与组合工序实现精细化、流程化、规范化操作，特别是对于汽车较大覆盖件的冲压，因其结构设计难度相对较高，对复杂冲压模具的设计也提出了较高要求，需要选择合理的工序组合方案来优化模具的设计。也就是冲孔过程中严格按照精准的图纸进行冲压工作，以及在后期的落料、修边、剖切等工作中能够在理论参数的支撑下全面进行冲压操作[5]。在最终的翻边、材料扩张、磨平与整形工作中用有限元理论的近似值实现最大程度的复杂冲压模具设计，从而优化冲压模具工序组合。

2.4 计算模具压力中心，选定冲压设备

复杂冲压的模具压力中心是指冲压力合力的作用点，在其作用点实现科学测算以及正确施压，保证冲模的压力点与压力机滑块的中心位置相吻合，避免因为滑块的重力偏移而导致的模具承载力偏失，降低设备的使用寿命。从有限元理论分析的角度看，可以采用多样化的数据解析来实现模具压力中心的测算[6]。同时在冲压设备的使用中，需要选择合适的压力机来完成相应的冲压工作。

3.基于有限元分析的复杂冲压模具设计方式与策略研究

3.1 基于数据基础完善冲压模具的设计

在目前的冲压模具设计中，需要在有限元理论的指导下，能够全面运用基础数据的方程解析数据来实现基本的设计，在CAD 制图软件以及数据坐标系设计中新增相应的有限元理论模型，最大程度地实现有限元数据统计的分析与应用。在冲压模具的工艺设计流程中，能够充分运用理论知识与经验实现零件的设计，从而全面实现零件使用精度的提升。同时，还需要将冲压件模具的使用实现多层次的推广应用，在实际冲压过程中实现批量化的生产与应用，从而在基本的加工方法中实现多孔冲压、多样化冲压，并且用多样化的模具设计保证零件生产与应用的实际需要[7]。

3.2 将复杂冲压模具工艺流程精细化

在复杂冲压模具的设计过程中，需要一系列的工艺操作流程来保证整个零件器械的规模化生产，从而在精度高、结构复杂的工艺流程中保证基本的冲模材料的准确性。特别是在落料模、冲口模、切口模等工艺流程中参照相应的有限元理论，在各个模具的设计与制作中都能精准化操作，保证数据的精准性与模具制作设计中细节拐角的处理，减少材料的损耗。同时还需要在设计制作复杂冲压模型的过程中，对目前有限元理论的基础方程与理念进行更新与发展，在全新的有限元理论的指导下实现多样化的复杂器械操作，特别是对多孔道冲压、精密电子元件冲压等技术，需要提高我国复杂冲压的技术与水平，从而设计出更加精密的冲压模具。

3.3 全面推行机械驱动装置测验

冲压设备在基本的模具工艺生产工作过程中，为了提高工艺的有效性与运行效率，需要全面对冲压器械进行机械驱动装置测验，从而在基本的机械装置试验的过程中，能够全面实现器械设备操作的检修，保证基本的外观检查、驱动力测定等器械基本装置试验。在机械试验的过程中，更好地优化冲压模具的补充面形状以及复杂冲压模具结构的优化。同时，在有限元理论研究的基础上，改进有限元理论中的逆向算法原则，提高整个模具设计的精度，还需要充分应用CAD 平台以及相关的算法原则，实现有限元分析的基本拓展功能，从而避免产生模具起皱、破裂等问题的出现，影响器械的使用寿命。

4.结语

在我国多样化的产品生产过程中，随着对零件精密要求的不断提高，在复杂冲压模具设计的过程中，可以在零件图的设计、图纸校对、基准选择与参考标准、冲压设备的选定等方面都要有一定的理论依据，从而保证整个模具生产流程的精细化，进而在数据基础上实现复杂冲压模具的设计与完善，全面推进我国冲压模具的工艺设计进程。