后背門外板回彈補償及A面調整解決方案

唐俊杰

Tebis中國（上海 201203）

1 引言

在沖壓模具整個設計制造過程中廣泛存在板件回彈補償及表面成形質量需求，尤其是在車身外板模具制造過程中顯得尤為重要。隨著CAE 分析技術的不斷更新和提高，制件成形工藝得到很大提升的背景下，新材料的成形應用也對整個模具制造業提出了新的挑戰。如何根據CAE分析結果及模具制造經驗，制造符合驗收要求的模具顯得尤為重要。因此，對Tebis 軟件的回彈補償及A 面調整模塊的應用研究有著非常重要的價值。

2 Tebis曲面變形流程

用戶利用Tebis BRep 功能組中的“變形”功能，通過四個步驟即可實現變形結果：①設置輸入參數；②創建變形規則；③定義變形規則；④設置輸出參數。

2.1 設置輸入參數

在變形過程中的第一步，用戶選擇需要進行變形的數據，在模式中選擇“自動”項，按下一步便可將數據自動轉換，如圖1所示。

保證回彈變形質量的前提是用戶工藝數據本身的質量，這個質量參考包含曲面設計公差值、曲面UV參數值、曲面邊界連接屬性值（GO/G1/G2）等。因此在回彈補償前，就必須確認好相關參考值是否符合變形需要。Tebis的“變形”功能提供了很好的自動優化功能，幫助用戶在操作過程中自動檢測和修復數據潛在問題，這一過程通過文件夾的形式將問題點進行統計，方便用戶確認，如圖2所示。

圖1 設置輸入參數

圖2 Tebis的“變形”功能

2.2 創建變形規則

Tebis BRep 功能組提供廣泛的曲面變形選項。用戶可以根據經驗，依據FEM仿真結果、參考曲面、測量點、移動、掃描、旋轉等6種方式實現回彈補償。同時考慮到制件可能存在的多次補償，Tebis 也提供Multiple（組合）方式靈活組合多種補償規則來實現最終的回彈補償結果，具體如圖3所示。

圖3 創建變形規則

2.3 定義變形規則

用戶根據需要在變形界面左側定義變形規則，在界面的右側（根據所選的變形規則）選擇相應的變形元素。并根據需要選擇正向補償或反向補償其中一種類型。由于考慮到回彈補償理論值與實際成形情況存在差異的情況，因此功能中也提供了“系數”這一選項，用戶可根據以往制件成形經驗輸入合適的系數值，回彈變形以百分比的形式進行計算補償，具體如圖4所示。

圖4 定義變形規則

2.4 設置輸出參數

在變形過程中，板件的回彈補償分為三大區域。需要變形的區域、無需變形的區域以及變形過渡區域用戶可對每個區域的變形公差進行單獨的設定。以內板變形為例，變形區域公差可設定為0.05～0.1mm以內，過渡區域公差可設定為0.15mm，固定區域保持0mm。考慮到工藝數據在設計過程中的公差，最大間隙建議與建模時的公差保持一致，如設定為0.01mm。必要的參數設定好以后，便可直接點擊“開始”進行計算，具體如圖5所示。

圖5 設置輸出參數

其中，“增加元素”項也是一個非常實用的功能，一般用戶在拉延序進行回彈補償，后續修邊線等一系列曲線數據也需要同時更新。考慮到這層因素，可以在此項中選擇需要一起變形的數據進行最終的計算，這樣就大大節省了工程師后續反復計算驗證時間，具體如圖6所示。

圖6 “增加元素”項

3 TebisA面調整和優化流程

特別是汽車外覆蓋件，當回彈補償完成后，考慮到最終的數據質量，需要對A 面區域進行質量確認，進行局部的曲率調整和優化，以確保數據各項指標符合最終交付要求。用戶利用Tebis BRep 模塊中的功能組，通過4個步驟即可實現優化結果：

（1）高斯曲率檢查。通過Tebis BRep模塊質量功能檢測曲面高斯曲率，通過顏色區別曲率反向狀態。在模具制造過程中，曲面曲率特別影響后續曲面加工品質，因此在設計或制造初期確認曲率狀態的同時及時與設計部門溝通結果是否正確[1]。

（2）斑馬紋檢查。利用斑馬紋分析，確認回彈補償前后的斑馬紋反饋情況，對關鍵曲面區域確認斑馬紋走向是否滿足要求。

（3）曲率梳檢查。利用曲率梳分析，查看回彈前后的工藝數據，對比關鍵曲面曲率梳的變化趨勢是否滿足驗收要求。

（4）曲面階數/段數調整。利用“優化”功能，調整需要重構的曲面，修改曲面的階數、段數以及局部控制點，以達到曲率梳變化趨勢與原制件基本一致。

4 應用實例

以某車型后背門外板為例，采用Tebis的BRep模塊的“變形”及“優化”功能進行回彈補償和A 面優化。在回彈補償前，確認拉延序工藝數據是否為拓撲面，縫合公差根據工藝數據設計標準設置，制件面縫合公差一般保持0.001～0.005mm，工藝補充面縫合公差一般保持0.005～0.02mm。

（1）輸入參數。

首先，利用“變形”功能將后背門外板工藝數據轉化成BRep 數據，在轉換的同時，Tebis 會自動檢查并修復數據質量，轉換結果如圖7所示。

圖7 輸入參數

（2）創建FEM變形規則。

目前CAE分析技術大大提升，各大模具供應商都有專業的工程師進行精算，得到的分析數據基本能符合實際成形結果。因此，在做外板回彈補償時，建議使用FEM補償模式，具體設置如圖8所示。

圖8 創建FEM變形規則

（3）定義FEM變形規則。

利用Autoform 分析并將其回彈補償后的分析結果導出成“.af”格式數據。此數據包含兩種：①補償前拉延序網格數據；②補償后拉延序網格數據。

利用回彈前后的網格數據，通過對比，先確認回彈補償的區域以及具體補償數值范圍，如圖9所示。

圖9 定義FEM變形規則

Tebis 可以直接導入“.af”結果文件，起始元素選擇補償前拉延序網格數據，目標元素選擇補償后拉延序網格數據。補償形式設置為正向補償，具體設定如圖10所示。

圖10 補償形式設定

（4）設置輸出參數。

使用FEM補償模式后，變形區域選擇整體拉延序工藝數據。變形公差建議設置0.02～0.1mm以內，過渡和固定區域變形公差按系統默認設定即可，具體設定如圖11所示。

圖11 設置輸出參數

根據以上設定，點擊“開始”便可進行回彈變形計算，計算結果與原始CAD數據對比如圖12所示。

圖12 計算結果數據對比

利用Tebis 回彈補償流程方案，可以輕松解決后背門外板復雜的回彈補償數值及區域問題。此項目的后背門上部最大補償量4.3mm，下部最大補償量9.5mm，整體補償范圍和數值符合CAE分析結果。

下一步，便可以利用Tebis 曲面優化和調整方案解決制件區域潛在的A面曲率問題。

（5）曲面質量檢查。

高斯曲率分析，檢測原始數據與回彈補償后數據的高斯曲率差異，按照一般驗收原則，回彈補償后數據的制件區域高斯曲率原則上需和原制件保持一致，具體如圖13所示。

圖13 曲面質量檢查

A和B為原始數據缺陷區域，高斯曲率顏色突變，表示曲面邊界處存在曲率反向問題，因此需要進行曲面優化和調整。

通過回彈前后工藝數據的高斯曲率對比，回彈補償后，關鍵的外板區域高斯曲率保持一致，這也是Tebis變形補償功能的優勢之一。

斑馬紋檢查，通過Tebis BRep模塊反射分析功能檢查數據光照反射狀態，檢查曲面斑馬紋走向及曲面連接處是否光順平滑過渡，具體如圖14所示。

圖14 斑馬紋檢查

斑馬紋的走向也會反映回彈補償后數據變形的凹凸趨勢，在補償數值正確的前提下，結合斑馬紋走向趨勢，再判斷補償的趨勢和形狀是否需要再次更改和優化，以滿足斑馬紋走向要求。根據此數據要求判斷，回彈后的斑馬紋走向趨勢滿足驗收要求。

曲率梳檢查，曲率梳分析是判斷回彈補償后制件質量的重要因素。

換言之，模具生產商更希望得到一個既能滿足回彈補償數值和范圍又能滿足曲面一九能滿足A 面要求的數據。這是一個理想狀態，因此需要根據CAE分析、驗收標準、調試環境等多因素綜合考慮進行取舍平衡。為保證曲率的光順性，需放棄一部分補償量，通常補償量的誤差一般不超過±0.3mm。

S 和T 方向的曲率梳在進行回彈補償后發生變化，如圖15所示，曲率梳呈波浪起伏狀，因此有必要調整和優化關鍵曲面的曲率。在整個模具制造過程中，曲率優化是一個難題，對曲面造型設計需要專業的知識和經驗，這對使用者提出了更高的要求。Tebis 提供專業化的曲面優化模塊，功能集成度非常高，這也降低了使用者對專業的要求。

圖15 曲率梳檢查

曲面階數/段數調整，可以利用“優化”功能，如圖16所示，后背門下部A面區域，修改曲面的S/T方向的段數，此處數值建議修改為1，S/T 向段數數值以原始制件屬性為參考，數值設置不超過8。此處實際設置值為5，當設定好后，觀察偏差值是否超差，一般不超出0.1mm即可。

圖16 曲面階數/段數調整

通過一系列優化操作，確認后背門外板A面區域的曲率梳趨勢，通過調整曲面S/T 向段數和階數以及修改曲面的節點，便可優化曲率和調整局部形狀以完成最終的結果，如圖17所示。

圖17 優化曲率

5 結束語

通過上述理論和實際案例的綜合驗證，Tebis BRep模塊的相應功能為汽車車身設計及模具制造質量保證提供了極其豐富回彈補償和A 面優化調整手段，它已越來越廣泛地應用于世界各大汽車公司及模具制造商制件設計及生產制造上。