数值模拟在锻压毕业设计教学环节中的应用
1 引言
为适应通才教育的需要,1998年全国近百所高校把焊接专业与铸造、锻压合并为材料成形及控制工程专业[1]。本科毕业设计是培养学生综合运用所学知识解决实际问题和进行知识创新的主要途径,是实现教学、科研和社会实践相结合的训练过程[2]。材料成形及控制工程专业锻压方向毕业设计课题与实际生产紧密结合,往往涉及到重型机械、先进金属材料,这些条件增加了本科生进行毕业设计的难度。通过运用Autoform等模拟软件对金属材料锻压成形进行模拟仿真,能够获得毕业设计预期效果,降低毕业设计对材料、实验器械的要求,同时也降低了毕业设计过程中的危险性。
2 锻压毕业设计教学环节的问题
2.1 实验器材受限
自高校扩招以来,本科生人数增加,高校实验器材相对匮乏,加之研究生人数与本科生人数相当,致使高校实验器材紧张。锻压方向毕业论文基本与现代企业生产息息相关,涉及设备昂贵,精度要求高。高校在锻压设备采购上,数量有限,设备通常用于演示教学,且最大加载力往往达不到实验要求,实验精度更是无法保证。受到经费预算影响,即使本科毕业设计需要某型号锻压设备,高校往往无法采购,影响本科毕业设计的质量。为了充分激发本科生毕业设计激情,毕业设计课题涉及多种材料、多种设备,高校预算即使能够材料需求,往往达不到锻压设备需求。
2.2 毕业设计时间较短
一方面毕业生择业在时间上正好与毕业设计重合,学生为了在有限的时间内找到好工作,天天参加招聘会和复试面试等工作,找到工作的毕业生,有些用人单位还要求学生提前上岗,致使这些学生无暇顾及毕业论文,有的即使提前找好工作,也不必参加岗位实习,但是认为自己将来所从事的工作与所选择的毕业设计题目没有关系,对毕业设计失去兴趣和动力。另一方面,近几年,考研人数比例不断上升,竞争日益激烈,考研学生不得不投入大量的精力,毕业设计开始时,正是出考研成绩的时候,考上的学生要进行复试的各种准备,没考上的学生还要抓紧仅有的机会找工作,只能将毕业设计放在一个次要位置[2]。
2.3 实验操作危险系数高
锻压相关实验往往涉及大型机械设备,材料成形及控制工程本科生在校学习期间,虽然安排金工实习、锻压设备实验课等实训课程,但基本排除了危险性较高的实验操作,或者由实验课老师演示完成实验,导致本科生缺乏对锻压实验设备的了解。在毕业设计环节中,锻压设备实验操作过程,如果由本科生独立完成,实验操作危险系数过高,如果由指导老师或研究生指导完成,实验操作危险系数会降低。考虑到本科生群体较多,毕业设计指导老师精力有限,无法实现指导每一次锻压实验操作,因此锻压毕业设计实验操作部分,危险系数依然较高。
3 数值模拟软件简介及应用优势
3.1 Autoform模拟软件简介
Autoform是由瑞士AUTOFORM工程公司开发的国际著名板料成形模拟分析软件,其一经推出便受到许多专业人士的广泛认可和高度赞许。其在产品设计初期对板料从未变形到冲压成形结束全过程进行仿真数值模拟,然后将模拟结果和缺陷理论分析手段相结合,对模具造型方案以及加工工艺参数进行优化,让产品的加工方案在进入实际生产线之前具有较高的可靠性。除此之外,Autoform在产品的开发阶段也扮演着重要的角色。在产品开发时可以将二维或者三维CAD造型软件与Autoform模拟软件相互结合起来,充分发挥其在各自应用领域的优势,在产品未定型之前,把一些问题先行解决,通过模拟分析使产品各项性能指标达到预期目地[3]。
Autoform软件有以下几大显著特点:
(1)支持的操作系统广泛,应用性强。它同时支持Unix和Windows操作系统,可以提供从产品的概念设计到最后模具设计的完整解决方案。
(2)具有功能强大的全自动网格剖分器,将网格处理时间从过去的1周甚至1月缩短到几分钟,避免了用户和网格直接打交道,并能够保证成形模拟所需的网格质量,且软件支持IGES,VDAFS,STL,Nastran等多个数据接口形式,实现了CAD和CAE的无缝连接。
(3)具有很高的计算速度,一般零件的成形过程仿真都可以在0.5~2h内完成,使“当天工程”的实现成为可能。
(4)Autoform软件具有操作容易,计算速度快等优势且结果可靠。Autoform软件在国内得到了广泛的应用,一汽、东风、上海大众等多家权威汽车企业都引用了此软件来进行模具设计和工艺方案的优化,广泛的应用也方便了工程师之间的技术交流与合作,给大家都带来了便捷。
文章来源:《锻压技术》 网址: http://www.dyjszzs.cn/qikandaodu/2020/1012/343.html