“汽車模具動態(tài)調(diào)試數(shù)字化仿真平臺”在模具設計中的應用

文/朱延龍，賀傳軍，段力軍·沈陽金杯汽車模具制造有限公司

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車模具設計與制造的要求越來越向著高質(zhì)量、快節(jié)奏發(fā)展，我公司基于UG軟件開發(fā)出“汽車模具動態(tài)調(diào)試數(shù)字化仿真平臺”可以對三維實體設計的模具結構進行數(shù)據(jù)分析，提早發(fā)現(xiàn)設計過程中的運動干涉和靜態(tài)干涉。

近年來隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，這使得汽車廠商對于汽車模具供應商的要求也越來越嚴格，模具設計制造周期越來越短，零件質(zhì)量要求越來越高。汽車模具如何適應汽車工業(yè)快速發(fā)展帶來的變化是一個擺在國內(nèi)汽車模具行業(yè)的重大課題。我公司開發(fā)的“汽車模具動態(tài)調(diào)試數(shù)字化仿真平臺”主要研究在計算機的虛擬世界中真實的模擬沖壓生產(chǎn)線模具調(diào)試、模具結構運動分析、模具維護、沖壓件壓制過程以及生產(chǎn)效率的評估等，也就是整個模具開發(fā)過程從設計到量產(chǎn)完全在計算機中模擬完成，是考察模具是否全面達到使用要求的專家系統(tǒng)。這些都通過對現(xiàn)有CAD軟件的更深層次的技術開發(fā)得以實現(xiàn)，并通過特有的外部設備身臨其境的展現(xiàn)在我們面前。

平臺主要功能

通過對UG進行二次開發(fā)的方式，在UG中建立一個模具動態(tài)調(diào)式仿真集成平臺，在該平臺中實現(xiàn)以下功能：

⑴典型模具參數(shù)化建模，建立一條沖壓生產(chǎn)線的參數(shù)化模型。

⑵通過集成AutoForm軟件，查看產(chǎn)品的成形過程及該過程中的應力、材料分布的相關數(shù)據(jù)。

⑶通過選定模具、液壓機組、傳輸機器人的方式，動態(tài)建立數(shù)字化沖壓生產(chǎn)線，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程仿真。

⑷建立模具機構運動調(diào)試仿真模型組件和模具靜態(tài)干涉分析模塊，提高模具動靜態(tài)調(diào)試效率。

實現(xiàn)在設計過程中，通過對模具動靜態(tài)仿真提早預見設計缺陷。

⑸創(chuàng)建全景3D沖壓生產(chǎn)線實景仿真。

該平臺具有以下優(yōu)點：

⑴缺陷的預見性。能夠真實預測沖壓效果，為生產(chǎn)效率的改善提供依據(jù)，同時對技術缺陷能夠提前預測并優(yōu)化，最終避免缺陷的發(fā)生。

⑵操作的方便性。在特有的三維空間生產(chǎn)線中輸入已設計好的三維模具和板料，并進行必要的設置，系統(tǒng)自動進行干涉校核、運動仿真和生產(chǎn)效率的推算。

⑶有效降低生產(chǎn)周期，大幅減少生產(chǎn)成本。

平臺功能在模具設計中的應用

產(chǎn)品介紹

以某汽車品牌中的一個沖壓零件為例，其沖壓工藝過程，如圖1所示。此產(chǎn)品從板材到最終產(chǎn)品，需要經(jīng)過4道工序分別是：OP10拉延、OP20修邊沖孔、OP30翻邊整形、OP40沖孔側沖孔。

圖1 沖壓工藝過程

本文以此零件為例，詳細介紹如何利用該平臺，在模具設計中進行快速而有效的模具運動仿真以及動靜態(tài)干涉檢測，從而幫助設計員快速發(fā)現(xiàn)設計缺陷，減少差錯率。

模具典型運動仿真

模具典型運動仿真包括：開模運動仿真、沖直孔運動仿真、修邊運動仿真。把設計好的模具三維圖紙（圖2）調(diào)入到平臺系統(tǒng)中。

圖2 模具三維圖紙

在進行典型運動仿真前，需要先進入UG的運動仿真模塊(在UG中點擊“開始→所有應用模塊→運動仿真”）。分別通過單擊“模具動態(tài)調(diào)試仿真→典型運動調(diào)試仿真→開模、沖直孔、修邊”，打開對應的運動分析對話框，該對話框上部分為初始化進度條及“初始化”按鈕，中間為圖層設置列表框，下部分為模具參數(shù)輸入文本框及操作按鈕。把模具圖層按照上模、下模、壓料器或壓邊圈分組，并在模具參數(shù)對話框中輸入模具對應參數(shù)。 輸入完成后系統(tǒng)將根據(jù)當前輸入信息自動設置模具運動的相關參數(shù)，如圖3所示。

圖3 開模運動分析

設置完畢后點擊“初始化”按鈕，系統(tǒng)獲取當前模型中包括幾何體的圖層及數(shù)據(jù)庫中當前模型的圖層信息，對可選圖層列表及各組件的圖層列表進行初始化。在初始化過程中，進度條顯示初始化進度。如果“顯示隱藏的幾何體”復選框處于選中狀態(tài)，系統(tǒng)將使屬于各組件圖層上的幾何體可見。

點擊“重置圖層”按鈕，系統(tǒng)將當前模型中包括幾何體的圖層放到可選圖層列表框中，清空各組件的圖層列表框。

點擊“方案求解”按鈕，系統(tǒng)檢驗用戶輸入數(shù)據(jù)的有效性。創(chuàng)建名稱為“DKS_XXX”（注：對應不同的運動仿真方案名稱不同）的運動仿真方案。根據(jù)對應的仿真方案，系統(tǒng)將上模組件、壓料器組件及下模組件、沖頭組件、修邊鑲塊組件等分別設置為對應連桿與滑動副，滑動副的方向為Z+，驅(qū)動方式為“間歇函數(shù)”或“恒定”。建立解算方案并求解。求解后，UG的運動導航器如圖4所示。

通過UG的菜單項“分析→運動→動畫”，在彈出的“動畫”對話框中，點擊播放按鈕，可查看“開模運動”等運動仿真動畫。

模具運動干涉分析

模具運動干涉分析包括：開模運動干涉分析、沖直孔運動干涉分析(圖5）、修邊運動干涉分析。分別通過單擊“模具動態(tài)調(diào)試仿真→典型運動干涉分析→開模、沖直孔、修邊”，打開對應的運動干涉分析對話框，該對話框上部分為初始化進度條及“初始化”按鈕；中間為圖層設置列表框；接著是模具運動干涉分析參數(shù)輸入文本框，下邊是干涉分析結果列表及操作按鈕。對話框載入時，系統(tǒng)將根據(jù)當前模型的CAD文件獲取對應的模具實例，并設置模具運動干涉分析的相關參數(shù)文本框內(nèi)容。

圖4 運動導航器

圖5 沖直孔運動干涉分析

點擊“初始化”按鈕后，系統(tǒng)獲取當前模型中包括幾何體的圖層及數(shù)據(jù)庫中當前模型的圖層信息，對可選圖層列表及各組件的圖層列表進行初始化。在初始化過程中，進度條顯示初始化進度。

點擊“重置圖層”按鈕，系統(tǒng)將當前模型中包括幾何體的圖層放到可選圖層列表框中，清空各組件的圖層列表框。

點擊“干涉分析”按鈕，系統(tǒng)檢驗用戶輸入數(shù)據(jù)的有效性。系統(tǒng)將按用戶輸入步長的參數(shù)向上（沿Z+）移動上模及壓料器（如果存在）組件，每移動一步，就要與下模組件進行干涉檢測，將產(chǎn)生的干涉信息添加到分析結果列表框中，如圖6所示，在分析結果列表中選中一條干涉記錄后，UG視圖中只顯示與選中結果相關的兩個幾何體，并以擬合窗口的方式重繪UG視圖區(qū)。

圖6 運動干涉分析結果列表框

模具設計質(zhì)量分析

模具設計質(zhì)量分析包括：靜態(tài)干涉分析（圖7）、運動到底間隙分析（含上模與壓邊圈、壓邊圈與下模等幾種類型），如圖8所示。通過單擊“模具動態(tài)調(diào)試仿真→模具靜態(tài)干涉分析、運動到底間隙分析”，系統(tǒng)彈出相應對話框。該對話框上部分為初始化進度條及“初始化”按鈕；中間為圖層設置列表框；接著是分析類型選擇下拉框，下邊是干涉分析結果列表及操作按鈕。

圖7 模具靜態(tài)干涉分析

圖8 運動到底間隙分析(上模與壓邊圈)

點擊“初始化”按鈕后，系統(tǒng)獲取當前模型中包括幾何體的圖層及數(shù)據(jù)庫中當前模型的圖層信息，對可選圖層列表及各組件的圖層列表進行初始化。在初始化過程中，進度條顯示初始化進度。

點擊“重置圖層”按鈕，系統(tǒng)將當前模型中包括幾何體的圖層放到可選圖層列表框中，清空各組件的圖層列表框。

在進行模具設計質(zhì)量分析時，系統(tǒng)會檢驗用戶輸入數(shù)據(jù)的有效性。根據(jù)用戶選定的分析類型（靜態(tài)干涉分析，運動到底間隙分析等），對模具的某個組件、組件之間或整個模型進行干涉檢測分析。并將檢測到的干涉情況顯示在分析結果列表框中，如圖9所示。在分析結果列表中選中一條記錄后，UG視圖中只顯示與選中結果相關的兩個幾何體，并以擬合窗口的方式重繪UG視圖區(qū)。

結束語

圖9 質(zhì)量分析結果列表框

此次通過UG進行二次開發(fā)的“汽車模具動態(tài)調(diào)試數(shù)字化仿真平臺”可以有效的提高整體設計效率降低設計差錯率。因此隨著平臺的深入使用會不斷完善平臺現(xiàn)有功能，而且還會繼續(xù)開發(fā)出功能和實用性更強大的模具設計輔助系統(tǒng)，伴隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車模具技術也會不斷向前。