模擬技術在車身開發中的應用

2016-11-14 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在開發、設計和生產車身部件的過程中,Volvo汽車公司的設計人員和工程師們利用現代化的模擬技術來提高其成功率和確保模具制造周期,不僅簡化了生產工藝,而且還獲得了更高的產品精度。

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,大部分車身部件運往位于哥德堡、Ghent和Uddevalla的Volvo汽車公司,少部分則運給歐洲的福特公司以及PAG集團。

為了增強產品的競爭力,提高自身的沖壓操作能力, Volvo 汽車公司在其Olofstr m車身制造廠應用了現代化的沖壓模擬技術,采用靈活且環保的生產工藝,以提高工廠的設計和生產能力。在降低生產成本的同時,還縮短了產品的交貨周期。

Volvo車身制造廠使用的主要生產設備為機械式沖壓機。目前,廠內共有20條沖壓生產線、2臺多工位壓力機、1臺電磁壓力機和5臺自動送卷壓力機。1條正在建設之中的液壓式壓力機生產線,計劃于2007年開始投產。該工廠目前生產10種車型,此外,每年還約有2個新車型項目。Volvo車身制造廠的CAE沖壓工程部經理Anders Skogsg rdh先生說:“在同一沖壓車間,能夠同時生產不同產品,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,我們應用了現代化的模擬技術,以確保工廠的生產能力和交貨周期,降低生產成本。目前,我們每分鐘可以生產兩套白車身的儀表板及其組件。”

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現代化的模擬技術

Volvo車身制造廠將AutoForm公司的CAE軟件應用于開發/優化拉伸模、整緣加工和凸緣加工的設計、檢測表面缺陷、計算和補償彈性后效以及優化材料的利用率等方面。其前期工作包括模具的開發、成形模擬、分析和制造。為了支持所有生產中的車型,工作人員需要對大量的模具進行分析研究。

“隨著工作量的成倍增加,我們手上的項目越來越多。于是,在2000年,我們決定采用AutoForm軟件進行金屬板材的成形模擬設計,”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,讓Volvo車身制造廠實現了更精確的設計。

“為了對模擬設計和最終驗證加以區別,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先生認為,“我們發現采用多種代碼的方法并不十分理想,因為在開發過程中,如果問題很晚才被發現,那么,就有可能要做一些不必要的后期改動。”

模擬技術在車身開發中的應用autoform培訓的效果圖片2

“為了對模擬設計和最終驗證加以區別,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先生認為,“我們發現采用多種代碼的方法并不十分理想,因為在開發過程中,如果問題很晚才被發現,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。為了實現很高的精度,Volvo車身制造廠的技術人員正在不斷試驗和模擬各種不同的工藝流程,試圖從產品特性和可加工性能中找到最佳方案。他們發現,應用金屬板材成形模擬進行設計之后生產出的第一批車身的質量跟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,他們開始關注材料的利用率以及模具的嵌套排樣。

模擬的設計是縮短模具交貨期和確保工廠生產能力充分發揮的關鍵。可靠的成形工藝和模具質量,確保了Olofstr m車身制造廠沖壓生產的順利進行。Skogsg rdh先生認為,從事金屬板材成形模擬設計的工程師應該經常深入試驗現場,這樣,可以讓他們從實踐生產中學到很多的知識,獲取大量的信息反饋和準確數據。這些數據對于今后開展新的項目是非常保貴的。

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簡化生產工藝

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

在研發的初級階段,Volvo車身制造廠幾乎能模擬包括廠內所有生產線使用的模具、連續沖模以及很多的順序沖模。模具的模擬設計在AutoForm的DieDesigner或Catia模塊上進行。與此同時,Volvo車身制造廠還規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計文件發送過來,Olofstr m車身制造廠負責檢查和審批。在此之前,他們的技術人員會事先將自己的模擬模型和材料數據庫發送給供貨商,供其參考。然后,共同探討模具的最佳生產方案。供貨商必須在規定的安全范圍內生產模具。采用模擬設計的好處之一是,可以從第三方獲得更優質的模具。

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材料問題及所面臨的挑戰

Volvo汽車公司在應用高強度鋼材和鋁材方面已有悠久的歷史。在大批量的汽車生產中,他們是最早采用雙相材料進行批量生產的汽車廠之一。在過去的十幾年中,其用量一直在穩定增長。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度的鋼板焊接到一起、結合車體按要求加工成形,在這些方面的應用已經非常成熟。

Anders Skogsgrdh先生表示,“我們沒有更多的時間可以讓我們浪費,采用模擬設計讓我們將更多的時間用在工藝流程的研究和程序設計上。從一個模型到下一個模型,我們的時間非常有限。”

汽車的車身強度越來越高,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境下,這也是制造商非常關心的。
Olofstr m車身制造廠的技術人員發現,某些高強度鋼材存在著彈性后效的問題。在試驗中,物理材料的結果可以是各不相同,這在現實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、強度和材料的特性有著密切的關系。新版本的AutoForm軟件采用一個模具補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據,從而還掌控了模擬工藝中的材料數據。這意味著,Olofstrm車身制造廠的數據庫隨著新材料的出現不斷進行著數據的更新升級。

Volvo汽車公司在其生產計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一步加強。