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)計白車身鈑金模具時，要確定沖壓后的回彈結(jié)果并作出補償。

    Class A曲面或結(jié)構(gòu)部件，從3D實體數(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償計算，還有昂貴的模具和長時間的手工操作，這是一個漫長的過程。

    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)計和曲面質(zhì)量需求的增加不僅限于可見的部件，這是一個總的趨勢。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)生的大量的裂縫進行修補。

    修補丟失的或不足的連接面需要長時間的逆向工程工作，在CAD模型上花費大量的時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：進行沖壓時，鋼板按照模具成型，但當(dāng)模具移開時，鈑金材料會回彈并且有些時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)時就必須做出回彈補償。

    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行模擬。CAD曲面模型導(dǎo)入模擬環(huán)境中進行網(wǎng)格劃分，然后定義定義期望的載荷和狀態(tài)；求解器計算出其作用效果。到鈑金件滿足形狀需要時要進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模型時產(chǎn)生了數(shù)據(jù)損失。如果使用逆向工程軟件這個問題很快就會解決，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)費時的，并且取決于使用者的經(jīng)驗。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)計和加工模具是昂貴的和費時的

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)建了一個自動的處理過程來獲得補償后的形狀。為達(dá)到這個目的，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行交互連接。首先，進行鈑金件期望回彈的計算，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)格是決定補償?shù)妮斎霔l件。

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

    實際上其亮點產(chǎn)生了回彈補償?shù)某晒τ嬎悖簍hinkcompensator 把計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，曲面的組合不會局限于原曲面連接質(zhì)量的約束被全局保留。這個轉(zhuǎn)變所用的時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

實踐結(jié)果

    Thinkcompensator 軟件解決方案在有限元計算和完美模具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更多的時間，一家汽車廠商已經(jīng)就thinkcompensator的使用與常用的方法進行了對比：兩輪計算后的結(jié)果與指定的貼合程度要遠(yuǎn)好于制作實驗?zāi)＞卟⒃诠ぞ咪撋线M行兩輪修改的結(jié)果。使用thinkcompensator 開發(fā)時間顯著減少，加速了模具的加工并且杜絕了真實原形或幾輪修改產(chǎn)生的費用。同時避免了由于數(shù)據(jù)的不一致導(dǎo)致的錯誤，節(jié)約了大筆的費用！