Autoform仿真技术在车身开发中的应用

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在开发、设计和生产车身部件的过程中,Volvo汽车公司的设计人员和工程师们利用现代化的模拟技术来提高其成功率和确保模具制造周期,不仅简化了生产工艺,而且还获得了更高的产品精度。

Volvo汽车公司的Olofstr m车身制造厂每年大约能为5000万辆轿车提供车身部件。2005年,Olofstr m车身制造厂约消耗了40万t钢板,生产的车身部件装入集装箱后分送给用户。其中,大部分车身部件运往位于哥德堡、Ghent和Uddevalla的Volvo汽车公司,少部分则运给欧洲的福特公司以及PAG集团。

为了增强产品的竞争力,提高自身的冲压操作能力, Volvo 汽车公司在其Olofstr m车身制造厂应用了现代化的冲压模拟技术,采用灵活且环保的生产工艺,以提高工厂的设计和生产能力。在降低生产成本的同时,还缩短了产品的交货周期。

Volvo车身制造厂使用的主要生产设备为机械式冲压机。目前,厂内共有20条冲压生产线、2台多工位压力机、1台电磁压力机和5台自动送卷压力机。1条正在建设之中的液压式压力机生产线,计划于2007年开始投产。该工厂目前生产10种车型,此外,每年还约有2个新车型项目。Volvo车身制造厂的CAE冲压工程部经理Anders Skogsg rdh先生说:“在同一冲压车间,能够同时生产不同产品,为如此多的车型提供车身部件,的确是件非比寻常的事情。为此,我们应用了现代化的模拟技术,以确保工厂的生产能力和交货周期,降低生产成本。目前,我们每分钟可以生产两套白车身的仪表板及其组件。”

现代化的模拟技术

Volvo车身制造厂将AutoForm公司的CAE软件应用于开发/优化拉伸模、整缘加工和凸缘加工的设计、检测表面缺陷、计算和补偿弹性后效以及优化材料的利用率等方面。其前期工作包括模具的开发、成形模拟、分析和制造。为了支持所有生产中的车型,工作人员需要对大量的模具进行分析研究。

“随着工作量的成倍增加,我们手上的项目越来越多。于是,在2000年,我们决定采用AutoForm软件进行金属板材的成形模拟设计,”Anders Skogsg rdh先生说。AutoForm软件的Incremental、DieDesigner和Sigma模块能够分析更多的参数,让Volvo车身制造厂实现了更精确的设计。

“为了对模拟设计和最终验证加以区别,有些汽车厂喜欢采用两种或三种软件代码,而我们只采用AutoForm一种软件。”Volvo车身制造厂的模拟分析师Kristoffer Trana先生认为,“我们发现采用多种代码的方法并不十分理想,因为在开发过程中,如果问题很晚才被发现,那么,就有可能要做一些不必要的后期改动。”

“为了对模拟设计和最终验证加以区别,有些汽车厂喜欢采用两种或三种软件代码,而我们只采用AutoForm一种软件。”Volvo车身制造厂的模拟分析师Kristoffer Trana先生认为,“我们发现采用多种代码的方法并不十分理想,因为在开发过程中,如果问题很晚才被发现,那么,就有可能要做一些不必要的后期改动。”

AutoForm软件提供的解决方案,可以模拟更多的工艺流程。为了实现很高的精度,Volvo车身制造厂的技术人员正在不断试验和模拟各种不同的工艺流程,试图从产品特性和可加工性能中找到最佳方案。他们发现,应用金属板材成形模拟进行设计之后生产出的第一批车身的质量跟5年前比提高了很多,表面光洁度也大为改善。随着批量的增加,他们开始关注材料的利用率以及模具的嵌套排样。

模拟的设计是缩短模具交货期和确保工厂生产能力充分发挥的关键。可靠的成形工艺和模具质量,确保了Olofstr m车身制造厂冲压生产的顺利进行。Skogsg rdh先生认为,从事金属板材成形模拟设计的工程师应该经常深入试验现场,这样,可以让他们从实践生产中学到很多的知识,获取大量的信息反馈和准确数据。这些数据对于今后开展新的项目是非常保贵的。

简化生产工艺

采用模拟工艺,Volvo车身制造厂的产品精度有了很大的提高。自2000年来,Volvo车身制造厂的产量大幅上升,包括S40/V50新车型在内的车身生产都是在目前的这个冲压车间进行的,而S/V40老车型的车身则在另一家工厂生产。

在研发的初级阶段,Volvo车身制造厂几乎能模拟包括厂内所有生产线使用的模具、连续冲模以及很多的顺序冲模。模具的模拟设计在AutoForm的DieDesigner或Catia模块上进行。与此同时,Volvo车身制造厂还规定其模具制造商也必须使用AutoForm软件。

模具制造商将其模具的设计文件发送过来,Olofstr m车身制造厂负责检查和审批。在此之前,他们的技术人员会事先将自己的模拟模型和材料数据库发送给供货商,供其参考。然后,共同探讨模具的最佳生产方案。供货商必须在规定的安全范围内生产模具。采用模拟设计的好处之一是,可以从第三方获得更优质的模具。

材料问题及所面临的挑战

Volvo汽车公司在应用高强度钢材和铝材方面已有悠久的历史。在大批量的汽车生产中,他们是最早采用双相材料进行批量生产的汽车厂之一。在过去的十几年中,其用量一直在稳定增长。而且,Volvo汽车公司还使用了很多的“Tailored Blank材料”——将多枚不同厚度和强度的钢板焊接到一起、结合车体按要求加工成形,在这些方面的应用已经非常成熟。

Anders Skogsgrdh先生表示,“我们没有更多的时间可以让我们浪费,采用模拟设计让我们将更多的时间用在工艺流程的研究和程序设计上。从一个模型到下一个模型,我们的时间非常有限。”

汽车的车身强度越来越高,重量越来越轻。采用模拟软件还可以解决另一个关键的问题——材料的利用率问题。在目前钢铁价格居高不下的大环境下,这也是制造商非常关心的。
Olofstr m车身制造厂的技术人员发现,某些高强度钢材存在着弹性后效的问题。在试验中,物理材料的结果可以是各不相同,这在现实世界中也是很难处理的。因而,弹性后效问题是同时并存的,与工艺、强度和材料的特性有着密切的关系。新版本的AutoForm软件采用一个模具补偿来解决弹性后效问题,其中还增加了一个在一年半之前推出的Sigma模块。
与Olofstr m地区一家研究公司的合作,不仅让Olofstr m车身制造厂确定了成形模拟所需的材料数据,从而还掌控了模拟工艺中的材料数据。这意味着,Olofstrm车身制造厂的数据库随着新材料的出现不断进行着数据的更新升级。

Volvo汽车公司在其生产计划中采用了一种最前沿的模拟工作方法。为了满足未来对缩减交货周期的要求,他们对这方面的需求还会进一步加强。