国际领先的回弹补偿解决方案

国际领先的回弹补偿解决方案CompensatorCompensator,方案,回弹,国际汽车行业国际竞争非常激烈，要求汽车厂商不断缩短产品上市周期，并不断推出新产品，同时，市场还要求汽车低消耗、更加轻便安全，这驱动了汽车制造厂商对于高强度钢、铝合金及复杂合成材料的使用。回弹现象是板料成形过程中常见的缺陷，按照零件的理论形状设计制造出的模具，所生产出的零件会由于回弹现象而不符合设计要求，严重影响了模具设计的正确性和准确性。因此，要想得到符合要求的形状，就必须改变模具型面的形状。用户面临的问题传统的模具设计补偿方法是在模具车间现场试模实施，通过人工手动修模实现的，修改模具型面的次数较多，增加了模具的试模次数，模具的设计与制造周期长；采用CAD软件来手工修改模具的型面，修改过程是一个费时的、落后的回弹补偿方法，并且修改后的模型曲面质量不好；工程师通过优化FEA步骤，获得尽可能准确的板料成型和回弹结果。但是FEA工作和CAD模具设计工作是独立的，需要客户花费大量的时间和精力把结果反馈到模具设计的型面修改设计中去。Compensator：解决回弹补偿问题通常，企业采用试模或CAE两种方法来预防回弹，这两种方法都存在一个耗时费力的问题，那就是如何快速的根据试模或CAE的数据来修改模具型面。Compensator是基于GSM技术开发的用于进行板料回弹补偿的CAD工具，它提供了上述两种问题的解决方法。CMD（compensatoradaptationbasedonmeasureddata）基于扫描点的回弹补偿修改。CMD是根据测量实物的点数据来修改3D模型，Compensator的处理步骤如下：通过坐标测量仪或白光测量仪获取实物上的点数据，根据ThinkDesign的对齐命令对齐点云和3D曲面；在ThinkDesign中将点云和3D曲面网格；应用Compensator对比点云和曲面的网格，自动获取变形数据；应用GSM复制命令完成产品的回弹修改。CFD（compensatoradaptationbasedonFEAdata）基于FEA-MESH的回弹补偿修改将Compensator技术和FEA数据配合使用能够提高模具设计效率，设计师再也不必花费大量时间来重建回弹补偿的曲面，其过程如下：根据FEA获取初始曲面网格和回弹补偿网格；在ThinkDesign中分别从初始曲面网格和回弹补偿网格中或取节点信息，要求两种网格的节点数量一致；运用Compensator技术自动获取回弹的变形数据以确定位移区域；采用GSM功能，根据回弹变形数据自动修改CAD模型。Ogihara（荻原模具）是日本知名的汽车模具设计和制造商。Ogihara在汽车模具方面的强大实力和丰富经验奠定了他们在业界的领先地位。但是近几年，CAD/CAE/CAM在汽车模具设计和加工制造方面的应用日渐扩大和深入。同时，汽车车身方面也有了很大的创新，比如说在汽车车身中使用高强度板和一些新材料，如铝合金。除了技术和材料方面的革新以外，缩短开发周期也成为一个严峻的挑战。开发初期就需要进行非常准确的设计且符合生产要求。企业面临挑战：•快速准确的预测设计开发周期•降低开发成本。解决方案：在Ogihara的Ota工厂，从2003年开始使用ThinkDesign软件来创建、修改数据模型，特别是使用GSM功能后，大大缩短了开发时间。在冲压模具质量得到提升的同时，试模校正的次数也大幅减少了。使用ThinkDesign软件以后：•创建补偿数模所需的时间降低了57%•模具校正次数从7次降低为2次•模具校正的成本显著降低•缩短了模具设计开发周期•缩短了模具生产周期具体实施过程：冲压模具从设计到生产的大概工作流程如下：创建模具型面的CAD数据；冲压模拟分析得出补偿过的形状；主要针对回弹和扭曲分析，对CAD数据进行修改；最后加工冲压模具。在上述工作流程里，精度调整是必需的。CAD数据不准确的话，就需要对模具进行物理校正，因为金属板材的精度经常是不正确的，即使在数模上花了很多的时间，最终还是需要在车间里对模具进行校正和修改。汽车车身数模通常都比较复杂，包含了大量的面，需要对相关的面进行逐一的修改和重建。在使用ThinkDesign之前，Ogihara需要花1-2周的时间来修改CAD数模。使用GSM功能以后，创建补偿数模的平均时间从20个小时降低到8.5小时，节省了58%的时间。GSM功能主要是同时控制两个或者更多的面，面上的点从原始位置移动到目标位置，生成一个新的面。基于产品原始数模、FEM软件进行回弹分析以后的数据位置，Compensator（回弹补偿）就可以自动创建经过补偿的数模，相邻面的连续性还得到了保留。不但缩短了创建补偿数模的时间，而且数模质量也得到了很大的提升。模具校正次数从7次降低到了2次，现在已能获得90%的正确率。目前Ogihara能够准确预测开发周期，模具生产和设计开发周期也都得到了缩短。通过对GSM功能的全面了解和熟练掌握，Ogihara目前的产品质量和开发速度达到了更高的标准。“我们不能总是根据偶尔的订单去花费50个以上的工时来创造一个补偿的模型，虽然从技术上来说这是可以实现的，但是投入的精力太大了。自从实施ThinkDesign后，我们可以实现降低成本和创造补偿模型，这在以前是做不到的。现在，如果我们不使用ThinkDesign，我们就别想去创造补偿模型了。”——设计部经理首先，我们并没有对设计评审会有太多的期待。我们知道如果要求设计人员在目前的CAF模型上进行太多的变形设计，我们无疑将承担更多的工作，设计周期也会变长。但是，自从我们使用了ThinkDesign，设计部门变的很愿意把他们的CAD模型和几何造型相结合，进行更多的变形设计。我们非常感谢设计部门使用了ThinkDesign”。——原型机事业部经理比亚迪模具：初探ThinkDesign的回弹补偿功能模具,初探,ThinkDesign,比亚迪,功能本文作者：北京比亚迪模具有限公司黄河由于对汽车轻量化设计的要求不断提高，高强度钢板材料占汽车车身的比重越来越大。高强度钢可以在汽车轻量化的前提下，满足碰撞强度要求，然而用一般冲压方法生产出的高强度钢零件回弹值会非常大，回弹后的零件形状往往不在误差允许范围控制内,不能适合实际所需的应用。这使车身零件回弹对车身品质的影响日益突出。板料成形中回弹是是金属材料本身特性所致，是不可避免的。生产实践中采取的对策之一是用回弹补偿的方法，在冲压模具上做出回弹的补偿量来补偿板料成形中产生的回弹。补偿量的大小主要根据实际零件成型后的检测数据；也可以参考数值模拟软件计算的回弹数值；或者由经验给出。零件成型后的检测数据可以由多种方法获得，通常可以用检具结合手工测量方法（图1），可用三坐标结合检具测量方法（图2），也可用检具结合白光测量即照相测量方法（图3）。（图1）部分三坐标检测点及其测量数值（图2）本文主要涉及的是根据上述实际零件成型后的检测数据，结合回弹补偿的实践经验，应用ThinkDesign软件的GSM（GlobalShapeModeling）功能来做模面回弹补偿的方法。ThinkDesign的GSM功能很多，用在回弹补偿方面我们感觉其中两个功能就足够了。一是“高级（M）”功能，该功能依据回弹变形前零件的原始曲面，以及描述回弹补偿值的一系列控制点线；还需要若干匹配的点线。在应用此命令操作时只需分别选中上述设计要素及相关的约束命令选项即可一次生成高质量的变形曲面。当然这一系列控制的点线及匹配的点线确定，需要有相关经验的工程师。举一个说明。某车A柱下加强板，零件冲压成形经拉延，切边冲孔，翻边整形三道工序成型，使用材料为高强板B340/590DP，料厚1.2mm。此零件前期未做回弹补偿，冲压成形后经检测尺寸偏差较大回弹翘曲严重,由以下白光照相测量图可见，其最大尺寸偏差达10mm详见下图。（图3）零件的回弹补偿方法是，根据测量数据在整形模上按一定比例做出与测量出的回弹数据逐一对应的相反的模面。ThinkDesign软件中GSM的“高级（M）”功能，恰好能应用这一系列点线的控制，一次性生成一个优质的回弹补偿模面，使我们能够比较容易达到上述目的，所要完成的工作。可以想象如果用传统CAD软件去做的话，是一项非常繁琐的工作。上图显示的是该零件应用“高级（M）”功能的一系列控制线以及曲面变形前后的截面线对比。以上两图是两次应用“高级（M）”回弹补偿的模面：第一次是全局补偿，第二次是局部补偿。在实际生产中该零件经过两次回弹补偿，合格率从20%左右升至接近90%。另一是“棱线扭转（S）”功能，该功能需要有一个回弹变形前的零件原始曲面，以及该零件上一条连续的扭转棱线。执行命令之后会在扭转棱线上自动产生一系列垂直截面，并且各个截面的角度都可自由定义。仅仅一条命令即可将所需变形曲面生成，效率非常高。这里可另外举一个说明利用该功能做回弹补偿的实例。本例根据经验要将图中零件绿色部分的形状延棱线形状向内做3°的回弹补偿角。有CAD造型常识的工程师可以很容易看出，通常的CAD软件用一次操作命令是不可能完成的，弄不好要花费一两天的时间。而应用“棱线扭转（S）”功能，一条命令可以搞定。通过以上两例我们可以看出，应用ThinkDesign的GSM功能做冲压件的回弹补偿对应于通常一般的CAD软件是一个很好的补充。可以说ThinkDesign的GSM功能不失为一种高效，准确，理想的做冲压件回弹补偿利器。