1 玻璃成形工藝的工業(yè)需求

    以汽車用玻璃為主的玻璃成形工藝包括落模成形、熱彎成形、模壓成形、輥壓成形及玻璃面板熱加等。這些工藝過(guò)程中，具有熱粘彈塑性特性的玻璃在高溫接近軟化狀態(tài)下進(jìn)行成形，重力作用也將對(duì)其成形結(jié)果產(chǎn)生影響。與其他工業(yè)產(chǎn)品成形類似，玻璃的成形在成形工藝及模具設(shè)計(jì)不合理的情況下仍然會(huì)產(chǎn)生成形缺陷，如貼膜不緊、形狀未完全成形、表面裂紋等。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)在面臨這些問(wèn)題時(shí)大多采用試錯(cuò)法，也就是完全憑工程師經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大量的實(shí)際試驗(yàn)，這種方法的弊端在于對(duì)工程師經(jīng)驗(yàn)依賴性大，經(jīng)驗(yàn)又難以快速進(jìn)行有效地積累和傳承，通過(guò)多次的實(shí)際試驗(yàn)使得產(chǎn)品的生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本增加，質(zhì)量不高。因此相關(guān)企業(yè)需要一種有效地工具來(lái)面臨挑戰(zhàn)，專業(yè)材料成形工藝數(shù)值模擬工具DEFORM便可以為這些難題提供相應(yīng)的解決方案。

2 材料成形工藝數(shù)值模擬工具DEFORM

    DEFORM源自塑性有限元程序ALPID（Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）。在1980年代初期，美國(guó)Battelle研究室在美國(guó)空軍基金的資助下開發(fā)了用于塑性加工過(guò)程模擬的有限元程序ALPID，后來(lái)開發(fā)人員對(duì)程序進(jìn)行了逐漸完善，并采用Motif界面設(shè)計(jì)工具，將程序發(fā)展成為了商品化的軟件DEFORM（Design Environment for Forming），經(jīng)過(guò)三十余年的發(fā)展DEFORM已經(jīng)成長(zhǎng)為材料成形領(lǐng)域著名的工藝數(shù)值模擬軟件。

    DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用來(lái)分析變形、傳熱、熱處理之間復(fù)雜的相互作用，常被用于分析金屬、玻璃及聚合物的成形現(xiàn)象。系統(tǒng)具有剛粘塑性及粘彈塑性算法，并同時(shí)耦合熱分析，其有限單元采用lagrangian算法并通過(guò)單元自適應(yīng)進(jìn)行大變形計(jì)算。如圖1所示，各種現(xiàn)象之間相互耦合。這些耦合效應(yīng)將包括：由于塑性變形功引起的升溫、加熱軟化、溫度控制、熱損耗、塑性、應(yīng)變應(yīng)力對(duì)材料的影響等，對(duì)于玻璃成形的熱固耦合及溫度場(chǎng)分析具有很強(qiáng)的計(jì)算能力。

圖1 DEFORM技術(shù)體系

3 DEFORM玻璃成形工藝方案的工業(yè)應(yīng)用

DEFORM玻璃成形的技術(shù)特點(diǎn)

    玻璃成形的基本理論涉及傳熱、流動(dòng)及變化的邊界條件，玻璃材料在成形過(guò)程將產(chǎn)生高的應(yīng)變率、溫度的不斷變化及高的材料非線性問(wèn)題。成形過(guò)程中，發(fā)生玻璃的自然散熱、與模具的熱傳導(dǎo)等現(xiàn)象。因此，非線性模擬程序必須包括玻璃材料在熱狀態(tài)下的材料流動(dòng)性能、溫度邊界的計(jì)算能力及熱應(yīng)力計(jì)算。

    DEFORM具有常用玻璃的成形流動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，該流動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)涉及不同溫度、不同應(yīng)變率條件下的多種應(yīng)力應(yīng)變曲線，常用的溫度范圍為20-1250°C，應(yīng)變率范圍為0.0001-100，因此可以分析復(fù)雜大變形的玻璃成形問(wèn)題如模壓成形、輥壓成形等。另外，如果有特殊的玻璃材料流動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)，也可通過(guò)自定義模式直接輸入到材料庫(kù)中進(jìn)行分析計(jì)算。

3.1玻璃落模成形分析

    玻璃落模成形分析一般在將玻璃加熱到500°C以上，玻璃材料呈現(xiàn)軟化狀態(tài)，在重力作用下產(chǎn)生彎曲并貼合模具表面形成一定形狀的產(chǎn)品。通過(guò)對(duì)玻璃落模成形過(guò)程數(shù)值模擬計(jì)算，預(yù)測(cè)不同溫度及模面設(shè)計(jì)條件下玻璃的成形結(jié)果，預(yù)測(cè)貼合間隙等缺陷，優(yōu)化工藝參數(shù)。

圖2 玻璃落模成形過(guò)程及應(yīng)變分布云圖

圖3 貼模成形不足的缺陷預(yù)測(cè)

3.2 玻璃模壓成形分析

    DEFORM玻璃成形數(shù)值模擬能夠用于獲得玻璃模壓成形過(guò)程中的物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)很難預(yù)測(cè)的。DEFORM玻璃模壓成形需要考慮的要點(diǎn)包括：

    1、金屬模內(nèi)的形狀尺寸變化。玻璃產(chǎn)品形狀尺寸與上下模的閉合間隙相關(guān)，而模具在冷熱狀態(tài)下的尺寸可能產(chǎn)生變化�？梢酝ㄟ^(guò)CAD建立模具冷溫下的形狀，通過(guò)考慮金屬熱膨脹的熱計(jì)算可以獲得模具的溫度分布及熱變形。

    2、模壓過(guò)程的玻璃材料流動(dòng)行為。在設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)下玻璃是否完全填充模具型腔是模壓成形的重要方面，成形過(guò)程中，有些地方可能因流動(dòng)特性而更快地填充，而其他地方有可能無(wú)法完全充型。

    3、材料充型過(guò)程和停留過(guò)程玻璃材料的溫度分布情況。玻璃需在一個(gè)可控的速率下進(jìn)行冷卻以便使其表面層冷卻避免玻璃產(chǎn)品因熱損耗而產(chǎn)生畸變。但非常快的冷卻速率也將產(chǎn)生不理想的熱應(yīng)力現(xiàn)象。

    4、模具的溫度分布。過(guò)冷的模具表面可能造成玻璃產(chǎn)品的局部應(yīng)力而產(chǎn)生擴(kuò)展性裂紋。另一方面，過(guò)熱的模具表面可能造成玻璃粘在模具表面上。

    5、玻璃應(yīng)力。與模具接觸位置的玻璃在成形和停留過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較為明顯的熱變化。在某些部位可能達(dá)到其流動(dòng)溫度點(diǎn)以下，因此粘性和結(jié)構(gòu)松弛現(xiàn)象成為玻璃應(yīng)力計(jì)算的重要影響因素。

    6、重力影響。因模壓前期重力作用造成的玻璃變形將考慮在計(jì)算中。

圖4 玻璃模壓成形材料流動(dòng)分析

圖5 成形溫度分布等值線

圖6 模壓成形等效應(yīng)力云圖

3.3玻璃輥壓成形分析

    DEFORM具有專業(yè)的輥壓成形分析模板，采用流程化操作方式，可以參數(shù)化建立玻璃輥壓模型，并采用全六面體單元進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)輥壓成形形狀及缺陷，優(yōu)化輥壓工藝參數(shù)。

圖7 玻璃輥壓成形分析

3.4玻璃加熱分析

    汽車玻璃的加熱，通過(guò)在玻璃表面刷電阻絲并通過(guò)電流進(jìn)行玻璃的升溫。其中電阻絲的尺寸及分布方式對(duì)玻璃的加熱溫度分布有很大影響。DEFORM可通過(guò)熱計(jì)算功能進(jìn)行玻璃在電阻絲加熱條件下的溫度場(chǎng)分布，優(yōu)化電阻絲參數(shù)及分布設(shè)計(jì)。

圖8 玻璃加熱分析溫度場(chǎng)云圖

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/

本文標(biāo)題：DEFORM玻璃成形工藝數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用

本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/solutions/14019318679.html