NUMISHEET 2025 工业基准测试- Ansys Forming测试结果

前两篇把几何和材料备齐了，这一篇开始看算出来的东西。先交代工况，笔者取值的思路是能不动的地方就不动，理由后面再说。

材料用的是材料库里 SUS304 那一张卡片。日标的 SUS304 对应欧标的 1.4301，成分上就是同一类奥氏体不锈钢；卡片里的参数按第二篇整理的官方数据填，这一篇没有改动它，为的是让后面看结果时，材料这一环是确定的。

求解精度选了 VeryAccurate，也就是软件里的高精度选项。它会改变单元处理方式和时间步长，代价是算得慢一些，好处是不必去纠结默认设置够不够用。这一点对笔者来说很重要：默认设置往往是给通用问题准备的，用在这样一个几何简单、料厚中等的算例上，很难说清是刚好够还是刚好不够。

摩擦按常系数处理，界面里 Lubrication Coeff. 一栏选 Constant，填 0.05。没有用压力相关的摩擦模型，也没有沿板料分区给不同的摩擦系数。真实冲压里的摩擦是随接触压力变化的，润滑条件好的位置和差的位置也不一样，这里取常系数是刻意的简化，目的是让后面跟别的求解器对照时，少一个说不清的变量。

压边力给 1250 kN。这个数取自官方资料：工业基准的参考零件在德国埃平根 Dieffenbacher 公司的 DXU 320 B 液压机上成形，该机公称压力 3500 kN，最大压边力 1250 kN，笔者这一算取的是这个上限值。官方总结报告里另记有一组参考工艺参数，实际制造时用的压边力是 190 kN，对应压边压力 2.55 N/mm²。

回弹按自由回弹算。M-30 工序的约束方式选了 Free，不施加任何点约束，让零件自由释放。

其余参数一律保持默认。

Runner 面板给出的总时间是 7分34秒，三个工序全部跑完。拆开看是 D-10 拉延 7分10秒，T-20 切边 10秒，M-30 测量 14秒。时间几乎全部花在拉延上，切边和回弹测量加起来不到半分钟。

这个量级值得记一下。一套完整的拉延加切边加回弹，七分半钟跑完，时间成本是可控的，如果后面要做压边力扫描或者摩擦系数对比，不用担心算不过来。当然这个数和机器配置、并行核数都有关系，换一台机器就会变，这里只是记一个量级。

先看减薄。云图里的 total thinning 是当前厚度相对初始厚度的变化率，红色是减薄最多的位置，深蓝是增厚最多的位置，两者之间按色标分档。

这一算的最大减薄是 26.9471%，出现在节点 #53197；另一端是 -12.7197%，出现在节点 #53272，负号表示这里是增厚，厚度比原始板厚多出 12.72%。

同一次计算的厚度云图可以对上这两个数。最薄 1.0958mm，在节点 #53197；最厚 1.6908mm，在节点 #53272。原始板厚 1.5mm，1.5 乘 0.730529 等于 1.0958，1.5 乘 1.127197 等于 1.6908，两张云图说的是同一件事，一张用百分比表达，一张用绝对厚度表达，连极值所在的节点号都是一一对应的。笔者更习惯用厚度图来说话，因为 1.0958mm 这样一个数，可以直接拿去和材料要求的最小允许厚度比对，百分比还要在脑子里换算一次。

从分布上看，减薄大的位置集中在侧壁的圆角一带和凸台的根部，底面的颜色基本是均匀的绿色，对应个位数百分比的减薄。这个形态是盒形件拉延的常见样子，减薄主要由板料在圆角处的弯曲和反向弯曲带来，底面的材料基本没有被拉薄，因为没有发生明显的面内拉伸。

成形极限图用中层面（middle surface）的结果来画。图上没有出现红色，也就是没有位置落进 Cracks 区，主体是绿色的 Safe stretch，说明这一算的变形量没有超出这条料的成形极限。

需要留意的是另外两处。上边缘和两侧有几条紫色的带，对应 Wrinkling tendency，是有起皱倾向的位置；上边缘还有一小片蓝色，对应 Inadequate stretch，是拉伸不足。起皱倾向和拉伸不足常常出现在同一个区域附近，因为那里的材料既没有被充分拉伸，又没有受压边力的足够约束。

把这两件事放在一起看，这一算的处境是能说得清的：不开裂，但边缘有起皱倾向。压住起皱和把减薄控制住，这两件事本身是一对矛盾，压边力加大能压住起皱，同时会把减薄推上去。这一算只跑了 1250 kN 这一个输入，没有做压边力扫描，所以它反映的是这组数据在什么条件下得到，不涉及这块料的工艺窗口。

还有一点要说清楚。FLD 的判据依赖那条成形极限曲线，而这条曲线是有参考厚度的，参考厚度和实际料厚不是一回事。这一算用的是 1.5mm 的板料，曲线本身的标定厚度在界面里另填，两者不一致时判定会带偏差，这个坑在第二篇里已经提过一次，这里再记一笔。

回弹是用自由回弹的方式算的，结果里的位移包含零件的整体刚体运动，所以不能直接当成需要补偿的量。看的时候要先看位移的空间分布，再看数值范围。

合位移的范围是 0.0465mm 到 1.9803mm，最小值出现在节点 #37191，最大值出现在节点 #52913。z 方向位移的范围是 -0.1738mm 到 1.4645mm，最小值在节点 #53339，最大值在节点 #51488。

有个细节值得注意：两组数的极值并不落在同一批节点上。合位移最大的地方和 z 向位移最大的地方是两个位置，说明面内位移和面外位移的分布并不一致，零件不是一个简单地朝某个方向翘起来的形态，这也意味着如果要用解析式的补偿方法去处理，误差会比较大。

从云图上看，零件中部的位移大致在 1.0 到 1.2mm 之间，靠近边缘的深蓝色 区域位移反而小，位移最大的位置集中在零件下方的边缘区域。z 向位移的负值只出现在很小的局部，量级也不到 0.2mm，所以这一算的回弹主要是朝一个方向的。

把这一算的关键数值归到一张表里，方便对照。

一是这一算的输入尽量取定值，摩擦系数用官方给出的 0.05，压边力用官方设备的上限 1250 kN，求解精度取软件里的高精度档，不做参数扫描，目的是让输入简单、可复现。后面换成别的求解器时，差异也更容易归因，因为参数少的时候，某个差异到底是软件带来的还是设置带来的，比较容易说清。

二是减薄 26.9% 是这批结果里最值得关注的一项。这个量级要不要干预，取决于零件要求和材料的允许减薄率，从云图看它集中在一小片区域，不是大面积减薄，这类局部减薄通常可以通过圆角或压边力局部调整来缓解。

三是成形极限图上没有开裂区，有起皱倾向，这属于比较好处理的一种组合。真正麻烦的是既接近开裂又有起皱倾向，那种情况下工艺窗口很窄，压边力往哪个方向调都会踩到另一头。

四是自由回弹的结果读的时候要小心。位移里混着整体刚体运动，1.98mm 这个数不能直接当回弹补偿量用，要看的是位移的空间分布形态。要把这部分拆开，需要做刚体对齐或者直接用约束回弹，这是另一个话题。

这几个数先放在这里。同一套毛坯、同一条工艺链，换成别的求解器会算出什么，是笔者接下来要做的对照；到那时候，哪些差异来自材料卡的表达方式，哪些来自求解器本身的实现，才有可能分得清。