Autoform仿真技術(shù)在車身開發(fā)中的應(yīng)用

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

Volvo汽車公司的Olofstr m車身制造廠每年大約能為5000萬輛轎車提供車身部件。2005年,Olofstr m車身制造廠約消耗了40萬t鋼板,生產(chǎn)的車身部件裝入集裝箱后分送給用戶。其中,大部分車身部件運(yùn)往位于哥德堡、Ghent和Uddevalla的Volvo汽車公司,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)品的競爭力,提高自身的沖壓操作能力, Volvo 汽車公司在其Olofstr m車身制造廠應(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,還縮短了產(chǎn)品的交貨周期。

Volvo車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臺多工位壓力機(jī)、1臺電磁壓力機(jī)和5臺自動送卷壓力機(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年開始投產(chǎn)。該工廠目前生產(chǎn)10種車型,此外,每年還約有2個新車型項(xiàng)目。Volvo車身制造廠的CAE沖壓工程部經(jīng)理Anders Skogsg rdh先生說:“在同一沖壓車間,能夠同時生產(chǎn)不同產(chǎn)品,為如此多的車型提供車身部件,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)兩套白車身的儀表板及其組件?！?

現(xiàn)代化的模擬技術(shù)

Volvo車身制造廠將AutoForm公司的CAE軟件應(yīng)用于開發(fā)/優(yōu)化拉伸模、整緣加工和凸緣加工的設(shè)計(jì)、檢測表面缺陷、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發(fā)、成形模擬、分析和制造。為了支持所有生產(chǎn)中的車型,工作人員需要對大量的模具進(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。AutoForm軟件的Incremental、DieDesigner和Sigma模塊能夠分析更多的參數(shù),讓Volvo車身制造廠實(shí)現(xiàn)了更精確的設(shè)計(jì)。

“為了對模擬設(shè)計(jì)和最終驗(yàn)證加以區(qū)別,有些汽車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?！盫olvo車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_發(fā)過程中,如果問題很晚才被發(fā)現(xiàn),那么,就有可能要做一些不必要的后期改動?！?

“為了對模擬設(shè)計(jì)和最終驗(yàn)證加以區(qū)別,有些汽車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_發(fā)過程中,如果問題很晚才被發(fā)現(xiàn),那么,就有可能要做一些不必要的后期改動。”

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,這樣,可以讓他們從實(shí)踐生產(chǎn)中學(xué)到很多的知識,獲取大量的信息反饋和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于今后開展新的項(xiàng)目是非常保貴的。

簡化生產(chǎn)工藝

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

在研發(fā)的初級階段,Volvo車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,Volvo車身制造廠還規(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)送過來,Olofstr m車身制造廠負(fù)責(zé)檢查和審批。在此之前,他們的技術(shù)人員會事先將自己的模擬模型和材料數(shù)據(jù)庫發(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。

材料問題及所面臨的挑戰(zhàn)

Volvo汽車公司在應(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)的汽車廠之一。在過去的十幾年中,其用量一直在穩(wěn)定增長。而且,Volvo汽車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,“我們沒有更多的時間可以讓我們浪費(fèi),采用模擬設(shè)計(jì)讓我們將更多的時間用在工藝流程的研究和程序設(shè)計(jì)上。從一個模型到下一個模型,我們的時間非常有限?！?br />
汽車的車身強(qiáng)度越來越高,重量越來越輕。采用模擬軟件還可以解決另一個關(guān)鍵的問題——材料的利用率問題。在目前鋼鐵價格居高不下的大環(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,彈性后效問題是同時并存的,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軟件采用一個模具補(bǔ)償來解決彈性后效問題,其中還增加了一個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車身制造廠的數(shù)據(jù)庫隨著新材料的出現(xiàn)不斷進(jìn)行著數(shù)據(jù)的更新升級。

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