汽车车架的快速设计和模拟

牛人

模拟技术可以加快汽车新产品在样件设计、模具制造和钣金件变形加工的速度，使得现代化轿车车架的研制开发时间越来越短。

    伴随着计算机技术的发展和计算机辅助设计技术在汽车制造业中曰渐广泛的应用，变形加工中的模拟技术也越来越成为汽车车架零部件设计开发和加工制造的有力帮手。今天，人们将汽车车架的模拟技术分为两种基本类型：一次法和相对法。




    一次法
    在汽车的方案设计阶段和汽车车架设计阶段，最常采用的是一次法。在利用这种方法进行变形加工工件的模拟时，可以一次性地完成从冲裁毛坯铁板到冲压成形工件的模拟试验，从而在方案设计阶段和结构件设计阶段就保障了生产制造的可行性。作为模拟时的输入数据，除了要求输入密码外，只需要输入铁板毛坯的几何尺寸即可；具体车架铁板的结构、冲压时压板的影响将通过矫顽力来模拟，通过模拟可以得到零件板材厚度分布的数据和冷作硬化的数据，并可以此判断板材变形加工是否失效。这种模拟方法的最大优点在于其：非常短的模拟时间，一般在几秒钟到几分钟内就可完成。利用这种一次法模拟技术，工程师可以在车架零部件的设计过程中随时进行必要的、有说服力的制造可行性模拟。而变形模拟中的厚度变化分布和冷作硬化强度分布的数据则是汽车碰撞试验情况和其他有关性能的最佳参际?荨?lt;/br%26gt;

    相对法
    与一次性模拟不同，相对模拟法对所有的变形加工过程按照1：1的比例逐步进行。从平整的车架板材开始，一直模拟到合格的成形工件为止。相对法可以完成非线性变形过程的模拟，如板材在模具中的交替接触受力、变形加工过程中的摩擦和板材内部的压力变化。它可以准确地描述许多复杂的必须加工过程，例如模拟显示板材折边和板材弹簧回弹的状况。在进行相对法模拟试验时，CAD软件必须对所有变形模具的工作部位加以描述说明，另外，还必须考虑大量的变形加工工作参数，例如：润滑、板材压紧力的大小、压紧点的位置、重力、冲裁切口位置以及冲头的运动等因素。相对法主要应用于产品样件的试制和模具制造中，它可以保证钣金件各种变形加工和冲裁加工工序的可靠性。

    完工时间
    因加工技术而对零部件设计进行改动，对新产品的设计是否能按时完成以及新产品设计支出的成本费用有着决定性的影响。新产品设计改动出现的越早，由于设计改动而增加的设计费用就越少。因此，在新产品设计的早期对钣金件变形加工的可行性进行模拟试验分析有着重要的意义。利用一次法钣金变形加工模拟软件AutoForm-OneStep，设计师可以在短短几分钟时间内就能得到新产品开发第一阶段有关钣金件厚度分布、裂纹和褶皱的模拟试验数据（如图1所示）。除了进行钣金件的模拟分析外，该软件还允许在零部件材料失效区域内对设计进行改进，并在修改后马上再次进行变形加工可行性模拟分析，这样可大大缩短钣金件的可加工性分析时间，并且在变量计算之后即可输出加工所必需的几何参数。

    优化设计
    该计算机模拟软件的另一个优点是可以对所有需要修改的钣金件几何尺寸参数进行赋值。在AutoForm-Optinizer软件工具的帮助下，通过对参数的优化可以自动地使钣金件几何尺寸适合于钣金变形加工的技术要求，从而可以使那些没有深入掌握变形加工技术知识的设计师们通过一个非常实用的工具（不一定非要使用一次法模拟软件），就能对自己设计的钣金件进行优化设计，优化的结果自然是适合钣金件材料特性、可靠的钣金件变形加工可行性。与此同时，利用AutoForm-OneStep模拟软件还可以进行材料利用率计算，以确定所用材料的成本费用，必要时，还可以在这方面进行进一步优化。
    对于有较高要求的汽车外表钣金件，一次法模拟试验还远远不能满足钣金件的质量要求，因此，还必须进行相对法模拟检测。例如：利用AutoForm-DieDesigner软件，可以在短短的几分钟内依据钣金件的几何尺寸、形状完成变形加工模具型腔的设计，并可按照所设计的模具型腔进行相对法模拟试验。在执行模具型腔的设计时，要求汽车钣金件的设计者与计算机型腔设计师紧密地配合、相互合作，因为设计型腔时必须要有深厚的模具制造专业知识。
    在新产品的样件设计中，常常要求工程技术人员又快又省地制造出钣金变形加工模具，这时，专用软件AutoForm-DieDesigner提供了理想的解决方案——利用它可以在几分钟内获得钣金件变形加工模具的全部CAD数据，并获得一个完整的模具制造方案，然后可以直接对变形加工的过程进行模拟检验和优化。由于AutoForm-DieDesigner的模拟计算速度极快，因此，它可以在一天内完成几套变形模具加工方案的设计。经过对几种变形模具方案的比较，工程师可以从中选出一个最佳方案并确定模具制造的重要数据，例如板材压板的压紧力、润滑数据、拉延机构或者板材的形状，然后方便、快捷地对这些数据的有效性和可靠性进行检验。由于AutoForm-DieDesigner软件在模具设计过程中记录、保存了大量的设计参数，因此在对钣金件设计进行改动后，也可以迅速地对模具设计参数进行修改，而且模具设计的修改与钣金件设计的修改同样快捷和有效。钣金件几何尺寸、形状的变化会被模具设计软件自动换算到所设计的模具中，并在下一次模拟试验时采用。这些零部件修改所引起的几何尺寸、形状的转换以及模拟检验与样件制作一样，都是一种“实战演习”，因此速度快、成本低（如图2所示）。
    另外，该软件采用的智能化优化算法语言还可以大大减轻设计师的工作强度，使他们能更快地得到钣金件冲压过程参数的优化与确认的结果，得到最理想的变形加工结果。
    如果利用变形模拟找出了模具最佳的几何尺寸和形状、确定了最佳的变形加工过程后，可以将这些数据直接用于模具的制造中。模具的几何数据即可以直接通过标准的数据接口传送给模具加工机床，也可以传送给CAD系统，由CAD系统作进一步的处理。
    目前，在大批量的模具制造中，工程师们也使用了诸如AutoForm-DieDesigner这样的专业软件。当然，最好是先利用这些模拟的参数制造批量模具样件，以检验其是否满足大批量生产的要求，然后检验是否满足变形加工精度的要求。与钣金件样件模具模拟、制造的不同之处是：在大批量生产模具的模拟试验时，模拟过程的时间要长一些，但从板料输送开始到产品件的弹簧回弹为止的整个过程均进行了模拟检验和优化。在汽车车架钣金件的设计开发中，这种包含了钣金件功能、变形加工质量和可加工性的模拟检测是非常重要的，特别是在生产前期的准备过程中就完成了上述模拟检验的话，可以大大提高汽车设计的成功率。