汽車鈑金加工--完整的處理鏈

在為汽車或航空航天領(lǐng)域設(shè)計(jì)白車身鈑金模具時(shí)，要確定沖壓后的回彈結(jié)果并作出補(bǔ)償。

    Class A曲面或結(jié)構(gòu)部件，從3D實(shí)體數(shù)模的原始形狀，經(jīng)過有限元分析的網(wǎng)格劃分到模具加工中的補(bǔ)償計(jì)算，還有昂貴的模具和長時(shí)間的手工操作，這是一個(gè)漫長的過程。

    數(shù)字處理鏈由于不兼容的數(shù)據(jù)格式走到了盡頭，慕尼黑的GmbH提供了thinkcompensator think3，填補(bǔ)了市場上CAD系統(tǒng)和模擬分析軟件之間的空白。

    在汽車工程或航空航天工業(yè)領(lǐng)域，很多復(fù)雜的部件由高硬度鋼或鋁合金構(gòu)成。

    對設(shè)計(jì)和曲面質(zhì)量需求的增加不僅限于可見的部件，這是一個(gè)總的趨勢。當(dāng)在3D系統(tǒng)中完成了形狀定義，生成完美的曲面后，OEM和鈑金模具供應(yīng)商以及產(chǎn)品主管不得不就按他們處理沖壓模具的方式在數(shù)字處理鏈中產(chǎn)生的大量的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。

    修補(bǔ)丟失的或不足的連接面需要長時(shí)間的逆向工程工作，在CAD模型上花費(fèi)大量的時(shí)間最后在工具鋼上產(chǎn)生了可怕的變化：在加工和腐蝕過程中產(chǎn)生了巨額的開銷，測試推遲了好幾個(gè)星期，而且?guī)缀醪豢赡茉僦匦麻_始。

圖1 thinkcompensator atlas：3D沖壓模，

by courtesy of Atlas Tool Inc., Michigan

回彈效果

    由于兩個(gè)絕對受歡迎的材料特性，硬度和彈性，鈑金不可能完全密合地貼在目標(biāo)曲面上：進(jìn)行沖壓時(shí)，鋼板按照模具成型，但當(dāng)模具移開時(shí)，鈑金材料會(huì)回彈并且有些時(shí)候和期望的形狀完全不一樣。

    根據(jù)使用鋁合金或高硬度鋼的不同，這種變形效果的程度也不一樣。因此每種模具在在3D CAD系統(tǒng)中開發(fā)時(shí)就必須做出回彈補(bǔ)償。

    現(xiàn)在，期望的回彈可以通過相應(yīng)的有限元分析軟件包進(jìn)行模擬。CAD曲面模型導(dǎo)入模擬環(huán)境中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后定義定義期望的載荷和狀態(tài)；求解器計(jì)算出其作用效果。到鈑金件滿足形狀需要時(shí)要進(jìn)行好幾輪這樣的重復(fù)工作。

圖2 在鈑金件成型過程中出現(xiàn)的問題：回彈

接口影響數(shù)據(jù)質(zhì)量

    這就是數(shù)字處理鏈斷開的地方：有限元網(wǎng)格轉(zhuǎn)成CAD模型時(shí)產(chǎn)生了數(shù)據(jù)損失。如果使用逆向工程軟件這個(gè)問題很快就會(huì)解決，但是原始數(shù)據(jù)的控制公差和拓?fù)潢P(guān)系已經(jīng)丟失，特別是可見的自由曲面----比如車輛內(nèi)飾件或白車身件----其基本的Class A質(zhì)量已經(jīng)丟失。

    在3D CAD系統(tǒng)中人工重新構(gòu)建這些曲面模型是可能的：然而人工重新構(gòu)建所有的按照目標(biāo)坐標(biāo)系從有限元系統(tǒng)中導(dǎo)入的曲面區(qū)域，其結(jié)果是相當(dāng)費(fèi)時(shí)的，并且取決于使用者的經(jīng)驗(yàn)。不論哪種方法都不可能使使用者把所有的數(shù)據(jù)以一定的質(zhì)量導(dǎo)入CAD系統(tǒng)中。

圖 3：設(shè)計(jì)和加工模具是昂貴的和費(fèi)時(shí)的

完整的處理鏈

    Thinkcompensator think3 已經(jīng)在CAD模型和最終的有限元結(jié)果之間創(chuàng)建了一個(gè)自動(dòng)的處理過程來獲得補(bǔ)償后的形狀。為達(dá)到這個(gè)目的，任何CAD系統(tǒng)創(chuàng)建的鈑金件的曲面模型都與有限元分析進(jìn)行交互連接。首先，進(jìn)行鈑金件期望回彈的計(jì)算，原始的CAD模型和有限元系統(tǒng)產(chǎn)生的初始及目標(biāo)網(wǎng)格是決定補(bǔ)償?shù)妮斎霔l件。

    然后thinkcompensator計(jì)算出第一個(gè)補(bǔ)償結(jié)果。根據(jù)點(diǎn)數(shù)，選擇的精度和計(jì)算性能，計(jì)算可能要花上幾分鐘。然后計(jì)算有限元系統(tǒng)根據(jù)補(bǔ)償算出回彈后的結(jié)果。這步操作可以反復(fù)進(jìn)行直到達(dá)到所要求的公差范圍，通常這種情況進(jìn)行兩到三輪自自動(dòng)計(jì)算即可完成。

    實(shí)際上其亮點(diǎn)產(chǎn)生了回彈補(bǔ)償?shù)某晒τ?jì)算：thinkcompensator 把計(jì)算出來的曲面幾何傳到原始的CAD模型中。由于think3開發(fā)的全局形狀建模技術(shù)（GSM），拓?fù)潢P(guān)系（曲面數(shù)量，邊界，與其它特征的連接）和數(shù)據(jù)的質(zhì)量被完整地保留了下來。通過GSM的修改，曲面的組合不會(huì)局限于原曲面連接質(zhì)量的約束被全局保留。這個(gè)轉(zhuǎn)變所用的時(shí)間取決于模型的大小及復(fù)雜程度可由數(shù)天數(shù)周減為幾分鐘。產(chǎn)生的新的3D曲面模型可以立即用于模具設(shè)計(jì)及加工。

圖4. thinkcompensator_Blech_GSM：由于采用了新的全局形狀建模技術(shù)（GSM），

thinkcompensator 軟件完成了數(shù)字處理鏈

實(shí)踐結(jié)果

    Thinkcompensator 軟件解決方案在有限元計(jì)算和完美模具CAD建模之間架起了橋梁。使用者不再在不同的數(shù)據(jù)之間的接口問題和質(zhì)量損失以及逆向工程或?qū)嶓w人工重新建模上花費(fèi)更多的時(shí)間，一家汽車廠商已經(jīng)就thinkcompensator的使用與常用的方法進(jìn)行了對比：兩輪計(jì)算后的結(jié)果與指定的貼合程度要遠(yuǎn)好于制作實(shí)驗(yàn)?zāi)＞卟⒃诠ぞ咪撋线M(jìn)行兩輪修改的結(jié)果。使用thinkcompensator 開發(fā)時(shí)間顯著減少，加速了模具的加工并且杜絕了真實(shí)原形或幾輪修改產(chǎn)生的費(fèi)用。同時(shí)避免了由于數(shù)據(jù)的不一致導(dǎo)致的錯(cuò)誤，節(jié)約了大筆的費(fèi)用！