虛擬制造技術(shù)在汽車沖壓生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

張城　孟微　孟慶澤

摘 要：伴隨著改革開放四十年，我國的經(jīng)濟(jì)總量不斷提高，人們的生活水平得到了翻天覆地的變化，汽車也從人們印象中的“只可遠(yuǎn)觀”到現(xiàn)在的走進(jìn)了千家萬戶，人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求使得汽車行業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，這也決定了未來汽車制造行業(yè)必將向著更加智能化、自動化的方向發(fā)展。本文從虛擬制造技術(shù)在汽車沖壓工藝上的應(yīng)用方面進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，

關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；汽車沖壓

1 虛擬制造技術(shù)的定義及特點

虛擬制造技術(shù)是以計算機(jī)的仿真技術(shù)為前提，通過對設(shè)計制造的整個流程進(jìn)行建模，將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動態(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上，提前預(yù)演正式投入生產(chǎn)時的真實運行狀況，以此來估算產(chǎn)品的開發(fā)成本以及性能的可靠程度，從而有針對性的進(jìn)行生產(chǎn)制造，避免了研發(fā)的誤區(qū)，提高了產(chǎn)品開發(fā)的精準(zhǔn)度，降低了生產(chǎn)成本。

相對于傳統(tǒng)制造而言，虛擬制造技術(shù)有著如下特點：

①節(jié)約制造成本。虛擬制造技術(shù)只需要根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)便能夠模擬出接近真實的產(chǎn)品三維立體模型，極大的節(jié)約了制造成本。

②提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的制造工藝只能夠通過實物來分析產(chǎn)品的特點，在調(diào)整參數(shù)的過程中會占用大量的時間成本以及人員物料成本。虛擬制造技術(shù)只需要在軟件中更新一下參數(shù)，便可以得到精確的計算數(shù)據(jù)，有效的提高了生產(chǎn)效率。

2 虛擬制造在沖壓工藝上的應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計沖壓零件占汽車總零件的比例達(dá)到了75%，是汽車上重要的組成部分，汽車沖壓件的合理化設(shè)計與汽車的可靠性有著密不可分的關(guān)系，然而合理的設(shè)計方案必然需要進(jìn)行更多次的實驗，這無形中增加了研發(fā)的成本，也使得生產(chǎn)出來的汽車變得更加昂貴。所以研究人員試圖去尋找一種更為合理的解決方案，在這種情況下，虛擬制造技術(shù)進(jìn)入了人們的視野，研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，把虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在汽車的沖壓工藝上，很好的解決了汽車生產(chǎn)制造中沖壓成本居高不下的難題，研究人員只需要走進(jìn)實驗室，戴上虛擬現(xiàn)實設(shè)備，便可以隨心所欲的進(jìn)行研究調(diào)試，通過這種技術(shù)得到的研究結(jié)果可以無比接近實驗的真實結(jié)果，卻幾乎不用花費任何的成本，這無疑是汽車制造成本能夠得到降低的關(guān)鍵因素。

把虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在沖壓工藝上，只需要根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的條件，通過選擇合理的加工方法、加工數(shù)據(jù)，在計算機(jī)上面設(shè)計出模型，并在模型中加入裝配過程的工藝性、配件的運動特征等參數(shù)進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)分析，盡可能把可能影響制造過程的所有因素都融入進(jìn)去，這樣才能夠得到最為接近實際生產(chǎn)狀況的模擬結(jié)果。

在沖壓工藝上應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，一般分為三個階段：

第一階段是模面的快速設(shè)計。在沖壓工藝設(shè)計的開始階段，用CAE軟件中的快速模面設(shè)計功能對拉延工藝補(bǔ)充面進(jìn)行設(shè)計和調(diào)整，通過得到的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)，設(shè)計人員能夠針對工藝補(bǔ)充面進(jìn)行有效的調(diào)整，以達(dá)到符合生產(chǎn)要求的目的。

第二階段是拉延型面的精細(xì)化仿真模擬。由于快速設(shè)計是簡單的針對曲面進(jìn)行粗略構(gòu)造，并不能夠直接用于模具的表面加工。因此要將第一階段分析構(gòu)造的曲面和Profile通過中性數(shù)據(jù)格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進(jìn)行曲面重構(gòu)，得到可以直接用于模具表面加工的數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行模擬分析。得到的模擬分析結(jié)果能夠直接反映出覆蓋件的成形過程及產(chǎn)生的缺陷。設(shè)計人員可以根據(jù)分析結(jié)果找到有效的解決方案。

第三階段是全工序沖壓模擬。這個階段主要是考證后序翻邊整形工序是否合理，以及判定回彈的量。如果翻邊時仍會產(chǎn)生開裂與起皺，則需要重新調(diào)整沖壓工藝，同時對回彈量進(jìn)行補(bǔ)償修正。

3 虛擬制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

通過在汽車沖壓中應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，可以顯示汽車的底盤、內(nèi)飾甚至是焊點，生產(chǎn)者可以通過這個模型確定各個部位的穩(wěn)定性以及可靠性，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，隨時可以加以改進(jìn)，避免在實際生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)問題后帶來的人力物力的損失。

就目前的發(fā)展趨勢來說，虛擬制造技術(shù)在汽車沖壓工藝上的應(yīng)用勢必會朝著更加智能化的方向發(fā)展。可以設(shè)想一下這么一個場景，工作人員進(jìn)入虛擬現(xiàn)實工作的工作室中，頭戴VR眼睛，穿戴壓力觸感手套，視野中便會出現(xiàn)一個與現(xiàn)實中汽車同樣大小的三維立體圖像，工作人員置身其中，可以真實的觸摸感受到汽車的存在，可以繞著汽車進(jìn)行全方位的觀察，也可以隨時拆卸其中的零部件進(jìn)行分析，通過對每一個零件進(jìn)行參數(shù)的調(diào)試，以達(dá)到零部件間的完美協(xié)作，以達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品的設(shè)計最優(yōu)化、生產(chǎn)效率得到顯著的提高。

4 結(jié)論

隨著科技水平的不斷提高，我國逐漸的在從制造業(yè)大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞓I(yè)強(qiáng)國，對于汽車制造業(yè)而言，我國雖然起步晚，但是發(fā)展速度卻非?？?，現(xiàn)在已經(jīng)躋身為為數(shù)不多的幾個汽車制造大國之一，在汽車行業(yè)競爭白熱化的今天，想要在汽車行業(yè)分一杯羹，對于成本的控制無疑是最為關(guān)鍵的因素。既然虛擬制造系統(tǒng)的建立可以直接有效地解決這一問題，那么對于這一新興的事物，我們一定要敞開胸懷積極去擁抱，使虛擬制造技術(shù)完美的應(yīng)用在汽車沖壓生產(chǎn)中，讓我國的汽車生產(chǎn)制造水平更上一個臺階。

參考文獻(xiàn)：

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