基于ThinkDesign回弹补偿功能的模具设计

杜纬 · 发表于 2014-7-22 22:47

基于ThinkDesign回弹补偿功能的模具设计
一、前言
汽车行业国际竞争非常激烈，要求汽车厂商不断缩短产品上市周期，并不断推出新产品，同时，市场还要求汽车低消耗、更加轻便安全，这驱动了汽车制造厂商对于高强度钢、铝合金及复杂合成材料的使用。随着新材料的应用，回弹现象是板料成形过程中常见的缺陷，严重影响了模具设计的正确性和准确性，回弹使按照零件的理论形状设计制造出的模具生产出的零件不符合零件设计的要求，因此，要想得到符合零件设计要求的形状，就必须改变模具型面的形状，而模具型面的修改有如下的一些问题：
  传统的模具设计补偿方法是在模具车间现场试模实施，通过人工手动修模实现的，修改模具型面的次数较多，增加了模具的试模次数，模具的设计与制造周期长。
  采用CAD软件来手工修改模具的型面，修改过程是一个费时的、落后的回弹补偿方法，并且修改后的模型曲面质量不好。
  工程师通过优化FEA步骤，获得尽可能准确的板料成型和回弹结果。但是FEA工作和CAD模具设计工作是独立的，需要客户花费大量的时间和精力把结果反馈到模具设计的型面修改设计中去。
ThinkDesign早在1979年就在欧洲诞生了，历经近三十年的发展，它已经帮助全球上万家企业解决了设计生产中存在的问题，提高了工作效率。本文以ThinkDesign软件的GSM功能和专业的回弹补偿模块Compensator为基础，来说明如何轻松解决模具型面的修改问题。
二、使用GSM功能修改模具型面
全局形状建模技术（Global Shape Modeling，简称GSM）。GSM为工程师提供了一种简单易用、极具创新的高级建模方式！它是目前唯一的快速创建和修改的工具，用户在设计的任何阶段都可以迅速准确的进行设计修改，而不必重新建模。

图1 GSM工具栏
图1为GSM的工具栏，其功能强大，由于篇幅有限，下面仅用两个具体的实例来介绍如何应用GSM的功能来修改模具的型面。
2.1采用GSM功能做回弹补偿案例一
对于一些产品的回弹补偿，我们可以根据实际测量或者经验知道需要回弹的补偿量，通过给定的补偿量来修改曲面的形状，其过程只需简单的两个步骤：
a) 根据已知的回弹补偿值绘制相应的目标点或目标线。
b) 采用图1中的高级GSM功能来修改曲面的形状。

图2 绘制对应的原始截面线和目标截面线
在图2中，可以应用ThinkDesign的截面线工具快速的绘制出需要的截面线，然后使用图1中的高级GSM功能就可以轻松完成模具型面的修改。其结果见图3所示，修改后的曲面保持原有曲面的质量、数量和曲面拓补关系。

图3 高级GSM功能修改模具型面
2.2采用GSM功能做回弹补偿案例二
如图4所示的产品，在成型中存在回弹，需要对其模型进行修改来消除回弹对成型的影响。我们需要在保持扭转棱线位置不变的情况下，需要从垂直扭转棱线的多个截面上去调整角度来改变模型。
采用GSM的棱线扭转功能可以很方便的完成上述修改，其优点如下：
a) 只需做出扭转棱线，垂直扭转棱线的截面会自动产生。
b) 垂直扭转棱线的截面可以增加或删除，各个截面的角度可以自定义。

图4 GSM棱线扭转功能修改模具型面
三、使用Compensator 自动回弹补偿
Compensator是基于GSM技术开发的用于进行板料回弹补偿的CAD工具。Compensator在FEA和优化模具设计之间搭建了沟通的桥梁，其具有如下优点：
 它能够实现回弹补偿过程自动化，大大节省修改模具型面的时间。
 修改后的型面保持和原先型面相同的曲面结构和曲面质量。

图5 Compensator回弹补偿过程
将Compensator技术和FEA数据配合使用能够提高模具设计效率，设计师再也不必花费大量时间来重建回弹补偿的曲面，其工作过程为图5所示的3个步骤：
a) 根据FEA获取成型MESH和回弹MESH。
b) 运用Compensator技术自动获取回弹的变形数据以确定位移区域。
c) 采用GSM功能，根据回弹变形数据自动修改CAD模型。
下面用汽车内板件为例来说明上述的3个过程。
第一步：采用FEA软件获取回弹数据

图6 FEA获取回弹数据
第二步：Compensator获取FEA的回弹变形数据来确定位移区域
 分别从initial mesh和springback mesh中或取节点信息，要求两种mesh的节点数量一致，且或取的节点一一对应。
 计算分析，得出3D变形数据，变形结果保存到新的参考曲面中。

图7获取回弹变形位移区域
第三步：采用GSM功能，根据回弹变形数据自动修改CAD模型
 模具型面的加工是一个减料的过程，在图8中的【比率】选项中可以调整回弹补偿量。

图8 GSM功能自动完成曲面修改
五、结束语
当今的制造企业面对日益激烈的竞争压力，包括降低模具成本、处理具有挑战性的新材料(如高强度板)，实现回弹补偿过程的自动化，Compensator能够在保持原有曲面的质量上对模具型面进行修改，从而大大减少模具设计工程师修改模型的时间，减少模具试模的次数，极大的提高了模具设计能力，降低了模具设计与制造的成本，帮助客户保持领先地位。

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