Autoform仿真技術(shù)在車(chē)身開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

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在開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)車(chē)身部件的過(guò)程中,Volvo汽車(chē)公司的設(shè)計(jì)人員和工程師們利用現(xiàn)代化的模擬技術(shù)來(lái)提高其成功率和確保模具制造周期,不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝,而且還獲得了更高的產(chǎn)品精度。

Volvo汽車(chē)公司的Olofstr m車(chē)身制造廠每年大約能為5000萬(wàn)輛轎車(chē)提供車(chē)身部件。2005年,Olofstr m車(chē)身制造廠約消耗了40萬(wàn)t鋼板,生產(chǎn)的車(chē)身部件裝入集裝箱后分送給用戶。其中,大部分車(chē)身部件運(yùn)往位于哥德堡、Ghent和Uddevalla的Volvo汽車(chē)公司,少部分則運(yùn)給歐洲的福特公司以及PAG集團(tuán)。

為了增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,提高自身的沖壓操作能力, Volvo 汽車(chē)公司在其Olofstr m車(chē)身制造廠應(yīng)用了現(xiàn)代化的沖壓模擬技術(shù),采用靈活且環(huán)保的生產(chǎn)工藝,以提高工廠的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力。在降低生產(chǎn)成本的同時(shí),還縮短了產(chǎn)品的交貨周期。

Volvo車(chē)身制造廠使用的主要生產(chǎn)設(shè)備為機(jī)械式?jīng)_壓機(jī)。目前,廠內(nèi)共有20條沖壓生產(chǎn)線、2臺(tái)多工位壓力機(jī)、1臺(tái)電磁壓力機(jī)和5臺(tái)自動(dòng)送卷壓力機(jī)。1條正在建設(shè)之中的液壓式壓力機(jī)生產(chǎn)線,計(jì)劃于2007年開(kāi)始投產(chǎn)。該工廠目前生產(chǎn)10種車(chē)型,此外,每年還約有2個(gè)新車(chē)型項(xiàng)目。Volvo車(chē)身制造廠的CAE沖壓工程部經(jīng)理Anders Skogsg rdh先生說(shuō):“在同一沖壓車(chē)間,能夠同時(shí)生產(chǎn)不同產(chǎn)品,為如此多的車(chē)型提供車(chē)身部件,的確是件非比尋常的事情。為此,我們應(yīng)用了現(xiàn)代化的模擬技術(shù),以確保工廠的生產(chǎn)能力和交貨周期,降低生產(chǎn)成本。目前,我們每分鐘可以生產(chǎn)兩套白車(chē)身的儀表板及其組件。”

現(xiàn)代化的模擬技術(shù)

Volvo車(chē)身制造廠將AutoForm公司的CAE軟件應(yīng)用于開(kāi)發(fā)/優(yōu)化拉伸模、整緣加工和凸緣加工的設(shè)計(jì)、檢測(cè)表面缺陷、計(jì)算和補(bǔ)償彈性后效以及優(yōu)化材料的利用率等方面。其前期工作包括模具的開(kāi)發(fā)、成形模擬、分析和制造。為了支持所有生產(chǎn)中的車(chē)型,工作人員需要對(duì)大量的模具進(jìn)行分析研究。

“隨著工作量的成倍增加,我們手上的項(xiàng)目越來(lái)越多。于是,在2000年,我們決定采用AutoForm軟件進(jìn)行金屬板材的成形模擬設(shè)計(jì),”Anders Skogsg rdh先生說(shuō)。AutoForm軟件的Incremental、DieDesigner和Sigma模塊能夠分析更多的參數(shù),讓Volvo車(chē)身制造廠實(shí)現(xiàn)了更精確的設(shè)計(jì)。

“為了對(duì)模擬設(shè)計(jì)和最終驗(yàn)證加以區(qū)別,有些汽車(chē)廠喜歡采用兩種或三種軟件代碼,而我們只采用AutoForm一種軟件。”Volvo車(chē)身制造廠的模擬分析師Kristoffer Trana先生認(rèn)為,“我們發(fā)現(xiàn)采用多種代碼的方法并不十分理想,因?yàn)樵陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中,如果問(wèn)題很晚才被發(fā)現(xiàn),那么,就有可能要做一些不必要的后期改動(dòng)?！?

“為了對(duì)模擬設(shè)計(jì)和最終驗(yàn)證加以區(qū)別,有些汽車(chē)廠喜歡采用兩種或三種軟件代碼,而我們只采用AutoForm一種軟件。”Volvo車(chē)身制造廠的模擬分析師Kristoffer Trana先生認(rèn)為,“我們發(fā)現(xiàn)采用多種代碼的方法并不十分理想,因?yàn)樵陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中,如果問(wèn)題很晚才被發(fā)現(xiàn),那么,就有可能要做一些不必要的后期改動(dòng)?！?br />
AutoForm軟件提供的解決方案,可以模擬更多的工藝流程。為了實(shí)現(xiàn)很高的精度,Volvo車(chē)身制造廠的技術(shù)人員正在不斷試驗(yàn)和模擬各種不同的工藝流程,試圖從產(chǎn)品特性和可加工性能中找到最佳方案。他們發(fā)現(xiàn),應(yīng)用金屬板材成形模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)之后生產(chǎn)出的第一批車(chē)身的質(zhì)量跟5年前比提高了很多,表面光潔度也大為改善。隨著批量的增加,他們開(kāi)始關(guān)注材料的利用率以及模具的嵌套排樣。

模擬的設(shè)計(jì)是縮短模具交貨期和確保工廠生產(chǎn)能力充分發(fā)揮的關(guān)鍵?？煽康某尚喂に嚭湍＞哔|(zhì)量,確保了Olofstr m車(chē)身制造廠沖壓生產(chǎn)的順利進(jìn)行。Skogsg rdh先生認(rèn)為,從事金屬板材成形模擬設(shè)計(jì)的工程師應(yīng)該經(jīng)常深入試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng),這樣,可以讓他們從實(shí)踐生產(chǎn)中學(xué)到很多的知識(shí),獲取大量的信息反饋和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于今后開(kāi)展新的項(xiàng)目是非常保貴的。

簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝

采用模擬工藝,Volvo車(chē)身制造廠的產(chǎn)品精度有了很大的提高。自2000年來(lái),Volvo車(chē)身制造廠的產(chǎn)量大幅上升,包括S40/V50新車(chē)型在內(nèi)的車(chē)身生產(chǎn)都是在目前的這個(gè)沖壓車(chē)間進(jìn)行的,而S/V40老車(chē)型的車(chē)身則在另一家工廠生產(chǎn)。

在研發(fā)的初級(jí)階段,Volvo車(chē)身制造廠幾乎能模擬包括廠內(nèi)所有生產(chǎn)線使用的模具、連續(xù)沖模以及很多的順序沖模。模具的模擬設(shè)計(jì)在AutoForm的DieDesigner或Catia模塊上進(jìn)行。與此同時(shí),Volvo車(chē)身制造廠還規(guī)定其模具制造商也必須使用AutoForm軟件。

模具制造商將其模具的設(shè)計(jì)文件發(fā)送過(guò)來(lái),Olofstr m車(chē)身制造廠負(fù)責(zé)檢查和審批。在此之前,他們的技術(shù)人員會(huì)事先將自己的模擬模型和材料數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送給供貨商,供其參考。然后,共同探討模具的最佳生產(chǎn)方案。供貨商必須在規(guī)定的安全范圍內(nèi)生產(chǎn)模具。采用模擬設(shè)計(jì)的好處之一是,可以從第三方獲得更優(yōu)質(zhì)的模具。

材料問(wèn)題及所面臨的挑戰(zhàn)

Volvo汽車(chē)公司在應(yīng)用高強(qiáng)度鋼材和鋁材方面已有悠久的歷史。在大批量的汽車(chē)生產(chǎn)中,他們是最早采用雙相材料進(jìn)行批量生產(chǎn)的汽車(chē)廠之一。在過(guò)去的十幾年中,其用量一直在穩(wěn)定增長(zhǎng)。而且,Volvo汽車(chē)公司還使用了很多的“Tailored Blank材料”——將多枚不同厚度和強(qiáng)度的鋼板焊接到一起、結(jié)合車(chē)體按要求加工成形,在這些方面的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。

Anders Skogsgrdh先生表示,“我們沒(méi)有更多的時(shí)間可以讓我們浪費(fèi),采用模擬設(shè)計(jì)讓我們將更多的時(shí)間用在工藝流程的研究和程序設(shè)計(jì)上。從一個(gè)模型到下一個(gè)模型,我們的時(shí)間非常有限?！?br />
汽車(chē)的車(chē)身強(qiáng)度越來(lái)越高,重量越來(lái)越輕。采用模擬軟件還可以解決另一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題——材料的利用率問(wèn)題。在目前鋼鐵價(jià)格居高不下的大環(huán)境下,這也是制造商非常關(guān)心的。
Olofstr m車(chē)身制造廠的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn),某些高強(qiáng)度鋼材存在著彈性后效的問(wèn)題。在試驗(yàn)中,物理材料的結(jié)果可以是各不相同,這在現(xiàn)實(shí)世界中也是很難處理的。因而,彈性后效問(wèn)題是同時(shí)并存的,與工藝、強(qiáng)度和材料的特性有著密切的關(guān)系。新版本的AutoForm軟件采用一個(gè)模具補(bǔ)償來(lái)解決彈性后效問(wèn)題,其中還增加了一個(gè)在一年半之前推出的Sigma模塊。
與Olofstr m地區(qū)一家研究公司的合作,不僅讓Olofstr m車(chē)身制造廠確定了成形模擬所需的材料數(shù)據(jù),從而還掌控了模擬工藝中的材料數(shù)據(jù)。這意味著,Olofstrm車(chē)身制造廠的數(shù)據(jù)庫(kù)隨著新材料的出現(xiàn)不斷進(jìn)行著數(shù)據(jù)的更新升級(jí)。

Volvo汽車(chē)公司在其生產(chǎn)計(jì)劃中采用了一種最前沿的模擬工作方法。為了滿足未來(lái)對(duì)縮減交貨周期的要求,他們對(duì)這方面的需求還會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。