如上所述,进行了许多研究工作以发展钣金形成操作的形成条件。 然而,在模具结构优化中有少量的研究工作,其中几个是冲压和拉伸成型模具的结构的优化。 这些内容如下:
Nilsson和Birath [38]在冲压过程中通过时间积分模拟了表面载荷的转换,其中考虑了提升和冲压的过程。然后应用结构优化以通过保持结构强度和刚度来减轻重量。以同样的方式,Xu和Tang [39]利用基于LS-Dyna平台和Hyperworks软件的结构优化方法开发了冲压模具的内部结构。使用有限元法,Sheu和Yang [1]尝试预测冲压模具的模面上的压力。然后,利用尺寸和形状优化方法,设计了内部结构。最佳结果与在通常设计中可以看到的肋的均匀分布完全不同。 Zhu et al [2]使用Abaqus软件模拟皮肤拉伸形成的过程。然后,进行结构优化以使边界条件和材料性质适当地限定的结构刚度最大化。最后,通常设计和数值结果的对比表明,结构设计可以有意义地提高拉伸成型模具的强度和刚度。 Xu和Chen [40]提出了一种基于SIMP的冲压模具的拓扑优化方法。在该研究中的拓扑优化结果表明,在模具结构性能和毛坯成形质量略有不同的情况下实现了28.1%的质量减少。冲压工具设计使用FE模拟和拓扑优化技术进行,以提高其刚度由Hamasaki [41]。在该过程的第一步中,使用刚性工具进行冲压模拟,并提取接触压力(节点力)。利用获得的节点力边界条件的拓扑优化成功地确定了在下一步中给定体积分数约束下的最硬结构。基于这样优化的模具结构,新的CAD模型被重新设计。 Azamirad和Arezoo开发了一种软件包,可以设计一个适当的冲压模具部件的主体结构拓扑结构,减轻重量。这是通过实施ESO算法完成的,结果表明,最佳的模具结构完全不同于肋的均匀分布,这可以在标准模具设计中看到[42]。
尽管文献中有这些研究,仍然没有一种有效和高效的方法,可以根据边界条件和规定的载荷自动优化冲压模具的结构。 在本文中,提出了基于结构优化的软件包。 该软件实现BESO算法以减少冲压模具的主要部件(包括模具,冲头和坯料保持器)的体积,同时保持在钣金形成操作中施加的力。 因此,本工作对该领域的主要贡献是冲压模具部件的结构设计的自动化,其中第一次使用最常见的拓扑优化(BESO)方法。 这在理论上可以是新颖的,并且关于制造约束和容纳模拟铸造方法的模具部件的重构也可以被分类为制造技术中的新颖性