deform玻璃成形工藝模擬技術(shù)

1、DEFORM 玻璃成形工藝數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用亞太晏建軍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)計不合理的情況下仍然會產(chǎn)生成形缺陷，如貼膜不緊、形狀未完全成形、表面裂紋等。目前國內(nèi)企業(yè)在這些問題時大多采用試錯法，也就是完全憑工程師經(jīng)驗進(jìn)行大量的實際試驗，這種方法的弊端在于對工程師經(jīng)驗依賴性大，經(jīng)驗又難以快速進(jìn)行有效地積累和，通過多次的實際試驗使得產(chǎn)品的生產(chǎn)周期長，成本增

2、加，質(zhì)量不高。因此相關(guān)企業(yè)需要一種有效地工具來，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 DEFORMDEFORM 源自塑性有限元程序 AL（ysis of Large Plastic IncrementalDeformation）。在 1980 年代初期，Batle 研究室在基金的資助下對程序進(jìn)行了開發(fā)了用于塑性加工過程模擬的有限元程序 AL，后來開發(fā)逐漸完善，并采用 Motif 界面設(shè)計工具，將程序發(fā)展成為了商品化的DEFORM（Design Environment for Forming），經(jīng)過三十余年的發(fā)展 DEFOR

3、M 已經(jīng)成長為材料成形領(lǐng)域著名的工藝數(shù)值模擬。DEFORM 是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用來分析變形、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，并同時耦合熱分析，其有限單元采用 lagrangian 算法并通過單元自適應(yīng)進(jìn)行大變形計算。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)力對材料的影響等，對于玻璃成形的熱固耦合及溫度場分析具有很強(qiáng)的計算能力。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

4、術(shù)特點(diǎn)玻璃成形的基本理論涉及傳熱、及變化的邊界條件，玻璃材料在成形過產(chǎn)生高的應(yīng)變率、溫度的不斷變化及高的材料非線性問題。成形過程中，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)下的材料性能、溫度邊界的計算能力及熱應(yīng)力計算。DEFORM 具有常用玻璃的成形應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，該應(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 20-1250C， 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題如模壓成形、輥壓成形等。另外，如果有特殊的玻璃材料直接輸入到材料庫中進(jìn)行分析計算。應(yīng)力數(shù)據(jù)，也可通過自定義模式3.1 玻

5、璃落模成形分析玻璃落模成形分析一般在將玻璃加熱到 500C 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。通過對玻璃落模成形過程數(shù)值模擬計算，不同溫度及模面設(shè)計條件下玻璃的成形結(jié)果，貼合間隙等缺陷，優(yōu)化工藝參數(shù)。玻璃落模成形過程及應(yīng)變分布云圖貼模成形的缺陷4.2 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程中的物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是實驗很難的。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^ CAD 建立模具冷溫下的形狀

6、，通過考慮金屬熱膨脹的熱計算可以獲得模具的溫度分布及熱變形。2、模壓過程的玻璃材料行為。在設(shè)計的工藝參數(shù)下玻璃是否完全填充模具型腔是模壓成形的重要方面，成形過程中，有些地方可能因地填充，而其他地方有可能無法完全充型。特性而更快3、材料充型過程和停留過程玻璃材料的溫度分布情況。玻璃需在一個可控的速率下進(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?？斓睦鋮s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程中會產(chǎn)生較為明顯的熱變化。在某些部位可能達(dá)到其溫度點(diǎn)以下，因此粘性和結(jié)構(gòu)松弛現(xiàn)象成為玻璃應(yīng)力計算的重要影響。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算中。玻璃模壓成形材料分析成形溫度分布等值線模壓成形等效應(yīng)力云圖4.3 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)行計算，優(yōu)化輥壓工藝參數(shù)。輥壓成形形狀及缺陷，玻璃輥壓成形分析4.4 玻璃加熱分析汽車玻璃的加熱，通過在玻璃表