应用冲压成形仿真软件Autoform所具有的模面设计功能，通过分析CAE计算结果快速调整工艺设计，实现了CAD/CAE无缝连接，使得定性思维方式可以通过量化手段快速实现，大大提高了工艺方案的可靠性，提高了设计工程师的工作效率

随着数字模拟技术的不断发展成熟， CAE在冲压成形领域得到了迅速发展并走向实用化，成为工艺分析的有力工具。在汽车模具行业，CAE技术用于汽车覆盖件模具设计，可使试模时间减少50%以上，经济效益非常可观。

汽车覆盖件尺寸较大，外板件表面质量要求较高，内板件形状特征较复杂，成形难度大，因此，传统的工艺方案定制都是依赖于工艺人员的经验来确定，借助于CAD系统来完成模面设计，而CAD系统提供的工艺分析手段有限，无法验证工艺方案的优劣，更无法验证工艺补充的合理性。

早期CAE技术应用于模具设计领域时，其作用仅仅是作为对工艺方案进行验证的一种手段。根据CAE仿真结果，工艺人员需在CAD系统中针对可能存在的缺陷修改工艺方案，更改模面设计，然后再提交到CAE系统中进行模拟，直到合格为止。此过程使得工作周期变长，有时会因为模面设计人员与分析人员之间的交流理解原因而导致出错，工作效率也大大降低，CAE技术的优势不能完全发挥出来。

现在，CAD/CAE系统的无缝集成实现了工艺补充的全参数化设计，也实现了工艺方案的快速验证和修改，是广大工艺人员一直追求的目标，也是一些相关的软件商近些年研究发展的方向。目前，已有一些成熟的商业CAE软件实现了这一功能，Autoform软件就是其中优秀的一款。应用Autoform可以快速实现工艺补充设计，其全参数化设计功能保证了修改的简便性，其生成的曲面质量高，能以多种格式输出到CAD系统，曲面性质完全支持CAM加工。这种无缝集成也使得CAD系统与CAE系统之间的界限日益模糊，工艺人员可以专注于完善工艺方案，而无需沉陷于在CAD系统繁琐的模面设计与修改工作中，“两小时工程”、“半天工程”也已成为现实。

Autoform软件是目前在国内外应用较广泛的一款板材成形CAE软件，其主要模块包括一步法、增量法、自动网格剖分、模面设计、优化设计、修边线展开优化等，其中模面设计模块实现了CAD/CAE系统的无缝集成。应用Autoform软件可以实现一个从工艺过程分析到工艺方案确定的完整过程（图1）。

模面设计主要包括压料面设计和工艺补充设计，其设计是否合理是决定拉延工序件能否顺利成形和获得最终合格产品的关键。成功的模面设计可保证坯料在成形过程中不起皱、不破裂，改善制件成形时的力学条件，使材料各处变形均匀一致，方便成形时的定位及后序的修边、翻边等工艺。压料面是指凹模圆角半径以外的曲面部分，大多数情况下，此曲面应为平面、柱面、锥面或曲率很小的双曲面等可展曲面，压料面的形状往往并不复杂，但其对成形结果的影响却很大。工艺补充是指介于制件与压料面之间的曲面部分，为了预防破裂和起皱，并使材料流动得均匀一致，往往都在工艺补充的型面形状上作些处理，因此，工艺补充的形状一般都较复杂。

压料面设计时主要考虑到材料的流动性，同时也需考虑到工艺补充的设计，压料面一般是光顺可展的。在Autoform中，对制件进行冲压方向确定及孔洞填充和边界光顺后，即可进行压料面设计。Autoform可以根据产品制件的形状来自动生成压料面，也提供了一些编辑手段来编辑调整压料面的形状。

Autoform自动生成压料面时主要取决于压料面距制件距离、压料面主方向控制和压料面形状控制等方面。

● 压料面距制件的距离是指预期的工艺补充高度。为了保证制件所有部分都在压料面的上方，Autoform会自动提供一个距制件距离的最小值。在压料面生成后，Autoform会提供一个理论上最先接触位置的拉延深度。

● 控制压料面的主方向可以确定压料面的空间摆放方向位置，可通过Autoform自动确定，也可选择0°、90°或输入一任意角度值来确定。

● 压料面的形状控制可以通过控制压料面边界坡度最大夹角及各部位坡度夹角最大差值来实现，还可以通过添加或编辑控制点来控制。如果是柔性控制，那是指通过控制生成压料面的样条曲线的数量来控制压料面的形状。

依靠Autoform自动生成的压料面，有时候并不能够达到设计人员的期望，此时，还需要通过添加及编辑特征控制线来调整压料面至期望形状。图2显示了通过调整几条特征控制线生成的一个压料面。

工艺补充的参数化控制生成曾是学界研究的一个热点问题，目前，此方法已趋成熟。Autoform中对工艺补充的参数化控制主要是通过对截面线的参数化控制来实现的，通过对在制件与压料面之间不同部位截面线参数的控制，可以生成一个完整的复杂工艺补充。图3是一个完整工艺补充截面线参数示意图，图4是应用参数化截面线定义生成的一个工艺补充实例。

在创建了压料面和工艺补充后，就可以进行CAE仿真计算了。利用所构造的模面，可以分别定义出模具的不同部分（凸模、凹模和压边圈等），设置好各种边界条件（如压边力、摩擦系数和料厚等），拉延筋可用Autoform提供的等效拉延筋模型。通过计算结果，工程师可以发现所设计的工艺方案的缺陷，也可以直接在Autoform中对压料面和工艺补充进行修改并再次进行模拟分析验证，直至得到合理的最优化方案。

Autoform中压料面和工艺补充部分的设计、更改都是在网格模型上进行的，但这种设计实际上是完全基于几何模型的设计，而不是基于网格模型的设计，其创建的曲面都可以完整地输出到CAD系统中，压料面的精度甚至能够达到A级曲面标准。

参数化的快速模面设计技术大大丰富了冲压工艺人员的设计手段。工艺人员在初始时对于模面设计一般只有一个大致的想法，参数化设计使得这种定性的思路可以通过量化的手段来实现。应用仿真验证后可能需要对压料面或工艺补充部分进行修改，参数化控制也使得这种修改变得非常容易和方便。在CAE分析基础上进行的模面设计使得工艺方案的成功性变得可控，可大大提高模具试模成功率，缩短模具制造周期。