KMAS CAE技术在汽车制造领域的应用

作者：吉林大学 胡平 卫教善

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 一个已掌握CAD、CAM技术的厂家，更加关心的则是冲压件能否成形，产品质量能否合格。由于冲压件几何形状的复杂性，对冲压成形过程中板材成形性难以估计，致使模具设计正确性往往不能预知。当问题在模具加工以后暴露出来，将给模具调试造成极大困难，甚至整个设计报废。 为了解决这个问题，吉林大学以胡平教授领导的车身与模具工程研究所（前身为汽车覆盖件成形技术研究所），自1985年以来，在冲压件成形性分析计算机仿真以及模具设计和制造方面进行了长期的、深入细致的基础理论研究工作。组织了来自汽车车身工程、工程力学、金属压力加工、材料科学、机械制造、计算数学和计算机等七个学科专业的三十多名专家教授进行联合攻关。经过近九年的艰苦努力，完全依靠自己的力量，独立开发出了覆盖件弹塑性大变形有限元仿真CAE商品化软件系统KMAS（包括模具曲面几何造型设计与CAD-CAE-CAM专用接口软件、网格自动生成器、基于标准化材料参数实验的材料数据库、前处理器、显式和半显式时间积分弹塑性大变形、大应变板材成形有限元求解器和后处理器）。 KMAS CAE技术就是在制造模具之前，在计算机上模拟出冲压件在模具中成形的真实过程，向用户告知模具结构设计、工艺条件状况是否合理，并最终为用户提供出最佳的模具设计工艺方案，可靠性达到80%以上。从而缩短模具设计与制造周期2/5（对于复杂模具而言），并提高模具质量和产品合格率，进而可大幅度降低制造成本，增强产品的市场竞争力。 在板材冲压成形性分析方面，KMAS系统与市场上通用的CAD和CAM软件相互集成，实现了从模具设计、曲面造型、成形性分析直至模具NC加工轨迹形成的一体化。 KMAS软件系统具有以下特点： 模拟板料冲压的全过程 KMAS软件系统可以实现复杂冲压件从坯料夹持、压料面约束、拉延筋设置、冲压加载、卸载回弹及切边回弹的全过程模拟，而且精度很高。 预示成形缺陷 通过独特的数学模型和算法对金属薄板的弹性及塑性变形过程进行定量分析，准确预示出破裂、其皱、鼓动、回弹等成形缺陷。 分析压机速度影响 KMAS软件系统包含了成形速度效应，可以反映不同冲压速度的机械或液压压力机在冲压成形过程中，其速度对冲压件成形性的影响，使模拟过程更贴近于真实的成形过程。 优化坯料形状根据金属板料在模具中流动和变形的情况自动推算出最佳的展开料形状和尺寸。 各向异性和回弹量 模拟板材在轧制过程中产生的各向异性对冲压成形的影响，计算拉延后的回弹量和切边后的回弹量。 目前，该系统可以模拟任何复杂程度的冲压件成形过程以及卸载回弹和切边回弹。商品化软件KMAS（中、英文版）已经在国内包括一汽在内的十多家汽车及模具制造企业得到成功的应用。并正在以性价比好、操作简便和模拟精度高等方面的优势向国内其他企业和海外市场拓展。 KMAS —“汽车覆盖件成形模拟与模具设计CAD/CAE/CAM一体化系统”作为吉林大学车身与模具研究所与吉林金网格模具工程研究中心完成的国家“九五”重点科技攻关项目，可以很好的解决我国汽车工业车身的自主开发与模具制造的“瓶颈”问题，现在已经拓展到航空、通讯等其它与冷冲压有关的行业。 以下是Kmas软件的几个应用实例： 1、CA488发动机油底壳深拉延破裂与皱曲模拟预示 中国第一汽车集团公司的“小红旗”轿车发动机“488”油底壳冲压件的变形特点是深拉延并容易产生局部的起皱和破裂。一汽先后花费了约一年半的时间，研制出了需两次才能拉延出来但在局部仍有皱纹的产品件，成品率约90%。研究所采用KMAS软件，综合其它高科技手段实现了一次拉延油底壳的拉延模模面（凸、凹模面）的设计、分析和加工制造任务(CAD/CAE/CAM一体化）。为降低厂家成本再经过大量的反复模拟计算和分析预测，在旧模具上加以改进，最后只用了十张毛坯便一次拉延成功。 2、卫星通讯天线反射面冲压模具 卫星发射天线反射镜面冲压变形是典型的浅拉延回弹、切边回弹及其控制问题。由于反射镜面尺寸大、回弹规律复杂，具有相当大的技术难度。我公司根据企业提供的产品图建立数学模型，由研究所通过计算机对此反射镜面进行两次回弹模拟仿真。最终实现从模具设计造型、成形性和回弹量分析直到生成模具曲面乃至整套模具设备加工刀具轨迹的CAD/CAE/CAM一体化。并且利用互联网直接进行数控加工数据的网络传输，用户按照我公司提供的模具加工刀具轨迹曲线生产，将原计划约二年多才能完成的制模及试模周期缩短了一半以上，大大降低了生产周期和模具加工成本，为企业节省了大量资金。 3、吉普车(挑战者)侧边框冲压过程模拟 北京吉普汽车有限公司欲推出自主开发的新一代越野车型BJ2（挑战者），完成车身总体和零部件设计和试制验证后，准备开始进行车身钣金件拉延模具结构设计等生产准备工作。为缩短模具调试周期，减少制模成本，需对BJ2主要的成形难度大的冲压件预先进行冲压成形性CAE工艺分析和产品设计验证，以避免凭经验无法预料的各种问题。对侧车门框本体、前地板和中柱加强板三个复杂件进行冲压成形性分析及工艺造型设计工作，采用定量校核方法达到工艺模具造型设计最优化。 4、轿车前悬架下摇臂成形模拟 该零件由上下两片分别冲压后，经机械手自动焊合而成。制件经落料、成形冲孔等五道工序制成。其冲压工序实质上是一种自由弯曲变形，其外凸部分为收缩翻边，内凹部分为拉伸翻边过程，弯曲成形后制件立壁回弹过大，致使上下两片组合后，由于贴合不好而缝隙过大，焊接不牢固而影响可靠性。通过采用KMAS软件系统进行计算对比，筛选出回弹量最小的成形方案及工艺措施，从而提高零件的焊接质量。 5、轿车后悬架弹簧支座冲压过程 该弹簧支座为左右对称件，制件原冲压工序共15道。首先经5道工序形成中心内径27mm、高26mm凸台，然后经过单动拉深成形总体轮廓形状。采用KMAS进行成型性分析后，使生产工序由原来的15道序减少到10道以下，提高了生产效率同时解决了制件后端工艺切口附近拉延破裂的问题。 6、吉普车(挑战者)地板冲压过程 采用KMAS软件系统对地板冲压件拉延成形过程进行数值模拟，将超设计范围变形、前端破裂、顶面皱曲等缺陷提前预示，对现有产品造型的工艺性进行校核、对其中工艺性不好的结构和尺寸提出定量的修改意见，同时改进拉延工艺结构和参数、给出最优工艺方案。将产品设计和工艺设计协调起来，从而缩短开发周期、提高产品质量。 7、地铁客车牵引架冲压过程 牵引架是行走系统中重要的受力部件，用8毫米厚的钢板翻边而成。原工艺方案成形的制件在两圆弧拐角处存在严重的积料和裂纹，使制件的强度大打折扣，成为安全隐患。采用KMAS进行分析计算，很快得出最佳的坯料尺寸和工艺参数，在不改动模具的情况下消除了制件的积料和裂纹，产品质量和可靠性都大幅提高。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/8/2004)