如何确保模拟仿真与现实中使用力的一致 性

AutoForm 的高级应用工程师 Matt Kruithoff 讨论了在制造、车间甚

至生产中应用与实际相同的力的重要性。他深入研究了工程设置，这

将有助于确保在调试中只使用所需的力，以及如何在现实中实现最佳

相关性。

他在调试中发现的一个最常见的错误是，在模拟中使用的力与实际在

压机中使用的力存在差异。因此，当模拟结果与调试之间有任何差异

时，就需要首先检查压边力。如果它们明显不同，那么拉伸的板件就

会出现开裂或起皱的现象，造成调试结果与模拟仿真结果不符。

这里的力并不是指压机的力，而是指成形力本身。

Matt Kruithoff 指出，实际上模拟仿真通常无法考虑到所有在压机中

起作用的力。成形过程中会产生许多力。不论是级进模、单工序模还

是多工位模，各个工序都会在压机中同时产生力，如修冲序、空工位、

侧修侧冲序等工序。模拟可能就没有包含这些力。模具或斜楔的定位

装置或其他组件（如举升垫板或拉杆）产生的力，在模拟中是不考虑

的。所以，有几种力通常是不被考虑的。尽管我们可以模拟更多类型

的力，但是大多数工程师选择不模拟。

我们可能经常会听到在工程中模拟的成形力很大。这可能对我们有利，

因为我们希望仿真中的力至少够拉延筋成形的力并能完成整个成形过

程。为了模拟这一点，AutoForm 会分别根据从上下模对板件施加的力来检查板料，并一起计算总力。凹模、压边圈和凸模都参与了金属

板料的成形，因此都计入总力。

图 1.FD：板料作用在凹模的力，FP：板料作用在凸模的力，FB：板

料作用在压边圈的力

在数字工程中运用力

AutoForm 对静止和运动的不同工具体提供了多种设置方法。运动的

凹模和静止的凸模都是刚体。对压边圈，作为运动工具体，用户可以

使用“间隙控制（gap control）”、“弹性控制（spring control）”或

“力控制（force control）”。压边圈设置首先需要足够的力来成形拉

延筋，然后再完成成形。

Matt Kruithoff 对压边圈支撑的设置提出了以下建议:

在初始模拟中使用间隙控制，如果需要增大间隙，可将间隙起始值按

照料厚增大 5%。例如，如果板料厚度是 1mm，那么把间隙设置在

大约 1.05mm。然后，在成形过程中，软件将保持这个间隙不变。这

样，就不用担心压边圈打开或者无法成形筋。使用间隙设置，软件将

会自动调整足够的力来成形拉延筋以及保证这个成形过程的力是足够

的。需要注意的是，压边圈的力过高或过低都会影响成形性和回弹结

果。

然后可以用初始间隙控制模拟获得的力来开始设置弹簧控制的力。在这里，还可以设置所需的预加载力和弹簧刚度值。许多模拟是使用

“初始压力”来设置的。然而，氮气弹簧并不能提供恒定的力，因为压

力通常是随着气缸的压缩而增加的。如果选择了弹性控制的设置，就

可以利用氮气弹簧计算器得到的数据。这些数据显示了氮气弹簧的类

型、行程以及成形过程中产生的力。我们可能不希望一开始就用满

2175 PSI(磅/平方英寸)的最大压力，以防以后无法增加更多的力。

因此，1750-1850 PSI 作为初始力比较合适，然后就可以添加氮气

弹簧来查看生成的力，然后计算出初始力(压边圈在顶部)和最终力(压

缩到底)。

使用力控制的压边圈可能会得到一个由于自动增大而超过所需要的力，

如果没有正确设置，可能会导致板料过度减薄或开裂。在 AutoForm

中，力控制的工具体会自动增加压边力以保证闭合状态。

图 3: 加了间隙的间隙控制和力控制在到底状态下的增厚情况对比

这主要是为了获得准确的压力。当调试结果与模拟不匹配时，要首先

确认压边圈或压料板的力是正确的。就像前面说的，如果在调试期间

去到车间，他们会说“我们在调试中没有得到与模拟相同的结果”，那

么就应该按照检查列表上的第一项“压边圈或压料板的力是否正确”来

进行确认。

成形/修冲压料板支撑类型的建议：

当仿真工程师查看压边圈或者压料板的力时，不应该看模具到底的力。

这些力往往会急剧增加。实际上，模具通过使用调压垫片控制到底间

隙。通常情况下，如果压料板或者压边圈在到底前约 0.25mm 到0.50mm 时回退或打开也是可以接受的。因此，当成形后的板料在局

部区域增厚 10%左右时，推荐使用间隙控制和弹簧控制。

力 控 制 或 弹 性 控 制 推 荐 用 于 成 形 或 修 冲 序 的 压 料 板 ， 但 应 选 择

“remove concave radii（移除凹圆角）”功能来减少对板料的不必要

变形的影响。您也可以选择移除现场的避空面。这也有助于减少压料

板的力，并去除任何不必要的或可能重复成形的部分。

在上图的例子中，零件已经完成成形了，不需要再次成形，只需要定

位后修边。如果不清除凹模圆角，那么模拟将产生 42 吨的力。如果清

除了凹模圆角，就会跟现场调试一样，只产生 27 吨的力，两者差别相

当大。

不能太少，也不能太多

施加正确的力有助于得到成形过程中的差异，也有助于得到准确的回

弹结果。首要目标是确保在模拟和现实中是高度匹配的。工程师需要

确保在模拟时有足够的力，而现场调试则需要严格按照模拟的参数来

作业。如果氮气弹簧的力设置得太高或太低，则可以快速检查力是否

匹配，并进行相应的调整。工程阶段还应该明确出不需要二次成形的

区域，并只使用所需的力。