汽车车身零件设计与模具设计的工艺分析技术..doc

汽车车身零件设计与模具设计的工艺分析技术 ??? KMAS商品化软件系统是我国优秀的博士生导师、吉林大学车身与模具工程研究所所长、中国汽车工程学会车身技术委员会委员胡平所领导开发的。胡教授在汽车车身零件设计及模具设计方面浸淫多年，具有丰富的理论和实践知识。而这款KMAS商品化软件系统也获得了美国汽车设计同行的一致好评。由于篇幅所限，本文只是极为概括地阐述了基于自主开发的KMAS商品化软件系统及其相关技术在车身部件快速仿真设计与数字化模具技术中的典型应用。KMAS技术跟踪国际汽车工业的发展而开展的深入研究和商品化软件开发，将在今后的杂志中与观众见面。 ??? 在日新月异的社会需求和激烈的市场竞争之下，每一个企业都需要在成本和效益之间谋求发展，工业生成更是发展到了目前的大规模生成模式。高效的产品开发、高质量的产品制造对企业在日益激烈的商业竞争中的发展产生了决定性的影响。 ??? 随着我国加入WTO，我国的工业面临着巨大的挑战，技术领域的竞争已经成为企业生存和发展的一个重要砝码，特别是汽车工业。以有限元法为代表的数值模拟系统已经与CAD/CAM系统相结合，形成模具设计、分析与加工一体化的CAD/CAE/CAM集成系统，其目的在于减少模具的设计与调试周期、降低模具加工成本，并提高产品质量与市场竞争力。将有限元仿真技术引入车身部件的设计过程，使得“上游”车身零部件设计与“下游”的工艺设计和模具制造紧密结合，将工艺设计和制造中可能出现的诸多问题尽可能地在部件早期设计阶段得到初步解决，这一称之为“可制造性设计（Design for Manufacture，DFM）”的数字化技术，近年来在国际上引起了广大设计制造厂商的关注。 ??? 制造的灵魂是设计，设计的灵魂是创新。对于现代设计理论及方法的研究是汽车制造业自主发展中最紧迫的课题，却又是“Know How”众多受到外国人垄断和控制的工作最薄弱的环节。这与一个13亿人口和正在进行现代化建设的大国的地位不相称。作为具有汽车车身制造业创新设计特征的“基于计算机仿真的车身部件快速工艺设计与数字化模具制造技术”，正是解决上述若干“Know How”问题的重要途径。 ??? 吉林大学车身与模具工程研究所自主开发的汽车覆盖件冲压成形工艺分析CAE商品化软件KMAS/increment和用于车身部件快速仿真设计分析的商品化软件KMAS/One-step，为实现“汽车车身零件设计与模具设计的工艺分析技术”提供了强有力的数字化分析工具。该软件系统已经通过二次开发技术，成功地与国际著名的设计软件NX相互集成。本文以具体的车身部件为例，从两个方面介绍利用KMAS系统进行汽车车身零件设计的工业应用。 一、基于KMAS/One-step和UG软件集成的轿车车门数字化快速仿真设计 ??? 用KMAS/One-step和UG软件集成设计轿车车门的快速仿真设计参数化优化设计过程与一般方法不甚相同，其中包括在UG平台下的参数化快速建模（该设计过程比传统设计方法提高效率80%），选取和优化冲压方向，自动生成有限元网格，输入材料参数和约束条件，使用KMAS/One-step进行求解计算、成形性观测与优化方案修订及自动返回参数化修改等步骤。这些步骤的具体操作与其他案例无甚不同之处，由于篇幅所限这里不再赘述。 ??? UG与KMAS/One-step软件集成进行快速参数化可制造性设计的流程图，如图1所示；快速仿真设计参数化优化设计过程如图2至图7所示。 图1 UG与KMAS/One-step集成进行快速参数化可制造性设计的流程图 图2 UG平台下的参数化快速建模 图3 选取和优化冲压方向 图4 自动生成有限元网格 图6 使用KMAS/One-step进行求解计算 图7 成形性观测与优化方案修订及自动返回参数化修改 ?? 车身部件的设计过程是一个反复迭代修改和调整的过程。按照本文的技术实现，工程师根据一次的仿真结果，就可以初步了解部件的可制造性。若设计方案不达标，设计人员可以直接返回到UG NX界面修正不合理的设计环节，并继续进行仿真模拟优化，直到获得满意的设计方案。 ??? 这项车身部件快速仿真设计技术得到的初步优化方案对“下游”的工艺设计与加工具有可继承性。为更精细的模具设计与制造提供了有价值的信息。 ??? 下面是在早期部件设计过程中发现并解决汽车车身部件的破裂问题的实例。图8与图9为车身侧围在设计阶段采用KMAS/One-step进行快速仿真设计解决实际问题的例子。图8为设计阶段的部件角部通过KMAS/One-step计算分析后，发现的成形破裂部位；图9为依据仿真而改进设计后的合理的厚度分布状况。 图8 发现成形破裂部位 图9 合理的厚度分布状况 二、基于KMAS/Increment的车身