“汽車模具動態調試數字化仿真平臺”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

隨著汽車工業的飛速發展，汽車模具設計與制造的要求越來越向著高質量、快節奏發展，我公司基于UG軟件開發出“汽車模具動態調試數字化仿真平臺”可以對三維實體設計的模具結構進行數據分析，提早發現設計過程中的運動干涉和靜態干涉。

近年來隨著汽車工業的快速發展，汽車產品更新換代越來越快，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，零件質量要求越來越高。汽車模具如何適應汽車工業快速發展帶來的變化是一個擺在國內汽車模具行業的重大課題。我公司開發的“汽車模具動態調試數字化仿真平臺”主要研究在計算機的虛擬世界中真實的模擬沖壓生產線模具調試、模具結構運動分析、模具維護、沖壓件壓制過程以及生產效率的評估等，也就是整個模具開發過程從設計到量產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。這些都通過對現有CAD軟件的更深層次的技術開發得以實現，并通過特有的外部設備身臨其境的展現在我們面前。

平臺主要功能

通過對UG進行二次開發的方式，在UG中建立一個模具動態調式仿真集成平臺，在該平臺中實現以下功能：

⑴典型模具參數化建模，建立一條沖壓生產線的參數化模型。

⑵通過集成AutoForm軟件，查看產品的成形過程及該過程中的應力、材料分布的相關數據。

⑶通過選定模具、液壓機組、傳輸機器人的方式，動態建立數字化沖壓生產線，實現產品生產過程仿真。

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

實現在設計過程中，通過對模具動靜態仿真提早預見設計缺陷。

⑸創建全景3D沖壓生產線實景仿真。

該平臺具有以下優點：

⑴缺陷的預見性。能夠真實預測沖壓效果，為生產效率的改善提供依據，同時對技術缺陷能夠提前預測并優化，最終避免缺陷的發生。

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

⑶有效降低生產周期，大幅減少生產成本。

平臺功能在模具設計中的應用

產品介紹

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。此產品從板材到最終產品，需要經過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干涉檢測，從而幫助設計員快速發現設計缺陷，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）調入到平臺系統中。

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“模具動態調試仿真→典型運動調試仿真→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，并在模具參數對話框中輸入模具對應參數。 輸入完成后系統將根據當前輸入信息自動設置模具運動的相關參數，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，系統獲取當前模型中包括幾何體的圖層及數據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，系統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，系統檢驗用戶輸入數據的有效性。創建名稱為“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。根據對應的仿真方案，系統將上模組件、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+，驅動方式為“間歇函數”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“模具動態調試仿真→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，系統將根據當前模型的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文本框內容。

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，系統獲取當前模型中包括幾何體的圖層及數據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，系統檢驗用戶輸入數據的有效性。系統將按用戶輸入步長的參數向上（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。

圖6 運動干涉分析結果列表框

模具設計質量分析

模具設計質量分析包括：靜態干涉分析（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“模具動態調試仿真→模具靜態干涉分析、運動到底間隙分析”，系統彈出相應對話框。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，系統獲取當前模型中包括幾何體的圖層及數據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。

在進行模具設計質量分析時，系統會檢驗用戶輸入數據的有效性。根據用戶選定的分析類型（靜態干涉分析，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。

結束語

圖9 質量分析結果列表框

此次通過UG進行二次開發的“汽車模具動態調試數字化仿真平臺”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有功能，而且還會繼續開發出功能和實用性更強大的模具設計輔助系統，伴隨著汽車工業的飛速發展，汽車模具技術也會不斷向前。