汽車鈑金加工--完整的處理鏈

在為汽車或航空航天領域設計白車身鈑金模具時，要確定沖壓后的回彈結果并作出補償。

    Class A曲面或結構部件，從3D實體數模的原始形狀，經過有限元分析的網格劃分到模具加工中的補償計算，還有昂貴的模具和長時間的手工操作，這是一個漫長的過程。

    數字處理鏈由于不兼容的數據格式走到了盡頭，慕尼黑的GmbH提供了thinkcompensator think3，填補了市場上CAD系統和模擬分析軟件之間的空白。

    在汽車工程或航空航天工業領域，很多復雜的部件由高硬度鋼或鋁合金構成。

    對設計和曲面質量需求的增加不僅限于可見的部件，這是一個總的趨勢。當在3D系統中完成了形狀定義，生成完美的曲面后，OEM和鈑金模具供應商以及產品主管不得不就按他們處理沖壓模具的方式在數字處理鏈中產生的大量的裂縫進行修補。

    修補丟失的或不足的連接面需要長時間的逆向工程工作，在CAD模型上花費大量的時間最后在工具鋼上產生了可怕的變化：在加工和腐蝕過程中產生了巨額的開銷，測試推遲了好幾個星期，而且幾乎不可能再重新開始。

圖1 thinkcompensator atlas：3D沖壓模，

by courtesy of Atlas Tool Inc., Michigan

回彈效果

    由于兩個絕對受歡迎的材料特性，硬度和彈性，鈑金不可能完全密合地貼在目標曲面上：進行沖壓時，鋼板按照模具成型，但當模具移開時，鈑金材料會回彈并且有些時候和期望的形狀完全不一樣。

    根據使用鋁合金或高硬度鋼的不同，這種變形效果的程度也不一樣。因此每種模具在在3D CAD系統中開發時就必須做出回彈補償。

    現在，期望的回彈可以通過相應的有限元分析軟件包進行模擬。CAD曲面模型導入模擬環境中進行網格劃分，然后定義定義期望的載荷和狀態；求解器計算出其作用效果。到鈑金件滿足形狀需要時要進行好幾輪這樣的重復工作。

圖2 在鈑金件成型過程中出現的問題：回彈

接口影響數據質量

    這就是數字處理鏈斷開的地方：有限元網格轉成CAD模型時產生了數據損失。如果使用逆向工程軟件這個問題很快就會解決，但是原始數據的控制公差和拓撲關系已經丟失，特別是可見的自由曲面----比如車輛內飾件或白車身件----其基本的Class A質量已經丟失。

    在3D CAD系統中人工重新構建這些曲面模型是可能的：然而人工重新構建所有的按照目標坐標系從有限元系統中導入的曲面區域，其結果是相當費時的，并且取決于使用者的經驗。不論哪種方法都不可能使使用者把所有的數據以一定的質量導入CAD系統中。

圖 3：設計和加工模具是昂貴的和費時的

完整的處理鏈

    Thinkcompensator think3 已經在CAD模型和最終的有限元結果之間創建了一個自動的處理過程來獲得補償后的形狀。為達到這個目的，任何CAD系統創建的鈑金件的曲面模型都與有限元分析進行交互連接。首先，進行鈑金件期望回彈的計算，原始的CAD模型和有限元系統產生的初始及目標網格是決定補償的輸入條件。

    然后thinkcompensator計算出第一個補償結果。根據點數，選擇的精度和計算性能，計算可能要花上幾分鐘。然后計算有限元系統根據補償算出回彈后的結果。這步操作可以反復進行直到達到所要求的公差范圍，通常這種情況進行兩到三輪自自動計算即可完成。

    實際上其亮點產生了回彈補償的成功計算：thinkcompensator 把計算出來的曲面幾何傳到原始的CAD模型中。由于think3開發的全局形狀建模技術（GSM），拓撲關系（曲面數量，邊界，與其它特征的連接）和數據的質量被完整地保留了下來。通過GSM的修改，曲面的組合不會局限于原曲面連接質量的約束被全局保留。這個轉變所用的時間取決于模型的大小及復雜程度可由數天數周減為幾分鐘。產生的新的3D曲面模型可以立即用于模具設計及加工。

圖4. thinkcompensator_Blech_GSM：由于采用了新的全局形狀建模技術（GSM），

thinkcompensator 軟件完成了數字處理鏈

實踐結果

    Thinkcompensator 軟件解決方案在有限元計算和完美模具CAD建模之間架起了橋梁。使用者不再在不同的數據之間的接口問題和質量損失以及逆向工程或實體人工重新建模上花費更多的時間，一家汽車廠商已經就thinkcompensator的使用與常用的方法進行了對比：兩輪計算后的結果與指定的貼合程度要遠好于制作實驗模具并在工具鋼上進行兩輪修改的結果。使用thinkcompensator 開發時間顯著減少，加速了模具的加工并且杜絕了真實原形或幾輪修改產生的費用。同時避免了由于數據的不一致導致的錯誤，節約了大筆的費用！