应用覆盖件虚拟工艺制造汽车模具

来源:用户上传      作者: 王明志

　　摘要：虚拟制连技术是一种软件技术，它能在计算机上实现模具从设计到制造到检验的全过程，根据虚拟模型的仿真过程，可以在计算机上根据。实际的加工情况来修改模具的设计，避免了在模具制造过程中可能出现的问题，从而达到缩短模具的开发周期、降低开发成本，提高生产效率的目的。因而是汽车模具开发最有潜力最实用最有效的技术之一。本文针对虚拟制造在汽车模具制造的应用进行简要的探讨。
　　关键词：覆盖件；虚拟工艺；汽车模具；机械制造
　　
　　虚拟制造(VirtualM anufacturmg)又叫拟实制造，是80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人，物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，使得产品一次制造成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期，增强企业竞争力的目的。在虚拟制造中，产品从初始外形设计、生产过程的建模，仿真加工、模型装配到检验控个的生产周期都是在计算机上进行模拟和仿真的，不需要实际生产出产品来检验模具设计的合理性，因而可以减少前期设计给后期加工制造带来的麻烦，更可以避免模具报废的情况出现，从而达到提高产品开发的一次成品率，缩短产品开发周期，降低企业的制造成本的目的。
　　
　　1、产品的虚拟设计技术(VDT)
　　产品的虚拟设计技术是面向数字化产品模型的原理、结构和能在计算机上对产品进行设计，仿真多种制造方案，分析产品的结构性能和可装配性，以获得产品的设计评估和性能预测结果，从而优化产品设计和工艺设计，减少制造过程中可能出现的问题，以到达降低成本、缩短生产周期的目的。
　　
　　2.2　产品的虚拟制造技术(VMT)
　　产品的虚拟制造技术(VirtualManufacturingTechnology)是利用计算机仿真技术，根据企业现有的资源、环境、生产能力等对零件的加工方法，工序顺序、工装及工艺参数进行选用，在计算机上建立虚拟模型，进行加工工艺性，装配工艺性、配合件之间的配合性、连接件之间的连接性，运动构件之间的运动性等的仿真分析。
　　
　　3.虚拟制造系统(VMS)
　　虚拟制造系统(VirtualM anufacturingSystem)是将仿真技术引入到数控模型中，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，即将机器控制模型用于仿真，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。
　　
　　一、虚拟棚造在汽车覆盖件模具中的应用
　　
　　汽车覆盖件模具的开发要受到可靠、美观、经济、可制造及可维护等多方面的制约。在传统的汽车覆盖件模具开发过程中，当模具设计及制造完成后，需要经过反复的调试修改，才能得到满意的汽车零件。在调试过程中，一些成形缺陷，如破裂、起皱、回弹、翘角等问题，主要是凭借模具钳工师的经验，通过试模、修模，再试模、再修模的循环过程才能解决。这种方法不但降低了生产效率，而且生产出的模具精度往往达不到预期的要求，还会加长模具的开发周期。而虚拟制造技术可以大大缩短这一周期。因为在虚拟现实环境下，设计和制造汽车不需要建造实体模型，工程师可以利用虚拟的“自然”环境的可视化优势，把汽车模具的结构分析、虚拟设计、部件装配和能优化等融合在计算机虚拟制造系统中进行，在综合考虑汽车车身件的外观总体布局及零部件之间的相互衔接相互作用等因数基础上，对模具几何尺寸、技术能、生产和制造等方面进行交互式的快速建模和仿真分析，从而避免了反复修模，保证了模具的精度要求；而且因为生成的仿真模型可披直接操纵与修改，数据可以反复利用，因而大大缩短了模具开发的周期cs―i21虚拟制造技术与快速成形技术、反向设计、逆向工程、基于知识的工程设计等技术相比具有非常好的优势。因为虚拟制造技术具有独特的虚拟设计制造环境，可以让模具整个开发过程完全在虚拟的“实际”环境中进行，在达到预期的能质量等方面的要求后才开始进行实物制造，从而使制造出的模具一次的满足用户需求，大大降低了模具的废品率，减少企业的开发成本。
　　
　　二、汽车覆盖件模具虚拟制造的开发流程
　　
　　首先从产品需求分析开始，然后进行概念设计，再从优化设计到系统集成，通过使用相关开发软件，在虚拟环境中，构造产品的虚拟模型。这是一个循环渐进的过程，基于产品的开发需求，采用相应的仿真分析工具对虚拟模型的功能和能进行仿真分析，对虚拟模型的行为进行模拟分析，并基于仿真分析的结果，通过反复建模“仿真分析’模型的改进，直到虚拟制造出的模具满足预期设计的目标，才开始进行实物制造。汽车覆盖件模具在投入生产前就已经通过了虚拟的“实际环境”的检验，把实际制造中可能遇到的困难和设计上的不合理全部检验出来，再让设计工作人员进行修改或者重新设计，直到整个制造过程能够完全合理、顺利的完成。这样不但能缩短产品的研发周期，降低企业的研发成本，还可以提高产品的质量。
　　
　　三、汽车覆盖件模具虚拟制造中的关键技术
　　
　　1.数学模型的建立
　　建立一个简单而又能反映动态制造过程的数学模型是虚拟制造技术在汽车覆盖件模具中应用的关键。数学模型建立的不合理，那么虚拟环境下仿真出来的制造过程就会与实际制造过程不一样，起不到优化模具设计的作用，从而达不到缩短开发周期和减少开发费用的目的。因此，在使用虚拟制造技术来开发汽车覆盖件模具的时候，必须建立一套合理的数学模型。在建立数学模型的时候，要认真分析汽车覆盖件模具的特征，根据模具功能和制造需求，找出其中主要的影响因数，提出合理的假设。建立的模型必须能反映模具全部的功能和制造关系，包括工作时模具型面受力的变化关系和冲压件受力形状的变化关系等，这样才能仿真出实际的生产关系，才能预测生产中可能产生的问题，达到优化设计和制造的目的。
　　
　　2.系统
　　集成与方案评估是汽车模具虚拟制造中前期工作的基础。系统集成就是一个最优化的综合统筹设计，需要诸多的技术支持，包括计算机软件、硬件、操作系统技术、数据库技术、网络信息等，需要从全局出发考虑各子系统之间的关系，研究各子系统之间的接口关系。系统集成所要达到的目标一整体能最优，即所有部件和成分合在一起后不但能工作，而且全系统是低成本的、高效率的、
　　能匀称的、可扩充和可维护的系统。但是对于一般企业来说，购置齐全仿真分析的软件系统是一个高成本的投人，而且，没有专业的人员是无法让这些软件发挥淋漓尽致的作用的。
　　3.并行工程实质就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量，成本、进度计划和用户的要求等。并行工程强调的是所有工作人员的所有工作同时进行，强调的是团队工作精神，因而工作链上的每一个人都有权利对设计的产品进行审查，力求让设计的产品更便于加工、便于装配、便于维修，制造成本更低，制造周期更短。汽车模具的虚拟制造工程在进行初期也必须从汽车模具的总体结构和功能出发，考虑构成虚拟模型各部分之间的相互连接关系和相互作用关系，将他们看作一个有机的整体，实现内部数据和资源的共享，才能使生产出的模具达到预期的效果。
　　4.仿真分析与数据处理是汽车模具虚拟制造中一个难点，也是阻碍虚拟制造技术在企业中大规模使用的一个重要因素。仿真分析需要多方面的技术支持，数据处理需要庞大的数据库和有专业知识的人才，需要从全局出发考虑各个子系统之间的关系，研究各个子系统之间的接口问题。这一技术需要多领域的专业仿真软件协同工作，需要专业人员共同研究探讨，然而多数的企业难以配置齐全所需的仿真分析软件及具备所需的专业人员。
　　虚拟制造技术是一个具有生命力的技术。国外对虚拟技术的研究已经达到了能将其很好的用于实际生产的水平，而我国暂时还没有开发出支持虚拟制造技术的软件产品，对引进的国外的商业软件也没有完全的理解和吸收，不能很好的将之用到实际生产中。与国外研究相比，我国的研究多数停留在系统框架和总体技术上，实质的面向应用的关键技术还有待进一步提高。

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