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Thinkdesign在汽车模具设计上的应用 |
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newmaker |
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一、前言
随着竞争的激烈，汽车产品更新换代速度加快，相应地要求模具行业缩短模具开发周期，今天，随着高强度钢、铝合金及复杂合成材料等新材料的应用，回弹现象是板料成形过程中常见的缺陷，严重影响了模具的开发周期。
艾克斯特多年来一直为制造业提供整体解决方案及服务的专业化公司，2008年收购了意大利think3公司的技术，针对汽车模具行业推出了全球领先的回弹解决方案—ThinkDesign。
ThinkDesign实现回弹补偿过程的自动化,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。
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，在中国的汽车模具行业也拥有大量的用户。本文结合用户的实际案例，来说明ThinkDesign在汽车模具设计上的应用。
二、交互式建模（ISM）技术在快速填补曲面孔洞上的应用
ISM提供了一种灵活的、革命性的建模手段，允许用户直接修改ThinkDesign构建的有参模型或是导入的无参模型，使用过程中用户不用考虑模型的创建顺序及特征参数。
在汽车模具型面设计中，我们首先需要将产品曲面上的孔洞填补起来。ISM提供了一种快速填补孔洞的方式，见图2-1所示，该命令有如下特色：
★ 自动侦测需要填充的孔洞。
★ 孔的边界可以位于多张曲面上。
★ 填充孔面与边界曲面保持同一连接关系。
★ 可以选择多个填充孔为一个建立特征。
图2-1 ISM 快速填充孔洞
三、GSM（全局形状建模）技术在模具型面修改上的应用
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！它是唯一可以在设计的任何阶段对模型进行精确而快速的创建与修改的工具，我们可以在局部或者全局范围应用该技术。下面通过两个具体的实例来说明GSM功能在模具型面设计与修改上的应用。
3.1采用GSM功能修改破面
TD不但提供了IGS、STEP、STL等通用格式的读写支持，而且对于CATIA、UG、Proe等软件，还提供了直接读写接口。当然，在设计过程中，我们避免不了烂面的问题。
图3-1 自动检测开放边
图3-1是ThinkDesign自动检测开放边的工具，我们可以采用GSM功能快速的对其修改，其命令设置步骤如下（命令见图3-2）：
1） 选择需要修改的对象，修改对象可以是点、线、面、实体、网格。
2） 选取需要保留的边界，定义其与相邻曲面的连接关系（G0、G1、G2）。
3） 选取成组对应的匹配对象，匹配对象可以是点、线或者交互式模式。
图3-2 GSM功能快速的修改破面
3.2采用GSM功能修改回弹
图3-3是某车型的顶盖,顶部大面为A面，材料为ST14，料厚0.7mm。在试模过程中发现存在回弹，需要对产品模型做图3-3所示的修改，采用其他软件需要删除曲面后重新构建，其过程费时费力，下面采用ThinkDesign来完成需要修改的两个任务。
图3-3 汽车顶盖
任务一：顶部曲面的修改
其修改命令见图3-4所示，在保持与边界连续性的情况下，交互式的拉动顶面中心点向上移动2mm。修改结果见图3-5，在保证原始A面的情况下对曲面做相应的弹性变形。
图3-4 任务一的修改过程
图3-5任务一的修改结果
任务二：左侧曲面的修改
在模面设计时经常需要根据模拟或试制结果对模具的某一棱边进行一定角度的补偿，这在以往是非常困难的一件事，甚至于有时不得不重新进行模具型面的构建，然而使用GSM棱线扭转命令则可以轻松的扭转模具型面的某一棱边。其修改命令见图3-6所示，该命令有如下特色：
★ 保持曲面的连接关系。
★ 根据棱线自动产生扭转截面，扭转截面可以增减。
★ 可定义各个扭转截面的扭转角度。
图3-6任务二的修改过程
图3-7任务二的修改结果
四、自动回弹补偿（Compensator）在回弹处理上的应用
通常，企业采用试模或CAE两种方法来预防回弹，这两种方法都存在一个耗时费力的问题，那就是如何快速的根据试模或CAE的数据来修改模具型面。
Compensator是基于GSM技术开发的用于进行板料回弹补偿的CAD工具，它提供了上述两种问题的解决方法，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拓补结构和曲面质量。
★ 不需要逆向过程
下面通过实例将Compensator的两种解决方法做个说明。
4.1采用实物验证法修改回弹
实物验证法是根据测量实物的点数据来修改3D模型，Compensator的处理步骤如下：
1） 通过三坐标测量仪或白光测量仪获取实物上的点数据，根据ThinkDesign的对齐命令对齐点云和3D 曲面。 
图4-1 点云与曲面对齐
2）在ThinkDesign中将点云和3D曲面Mesh。 
图4-2 点云mesh
图4-3 曲面mesh
3）通过对比点云和曲面的Mesh自动获取变形数据
图4-4自动获取变形数据
4）应用GSM命令完成产品的回弹修改
图4-5 GSM命令完成产品的回弹修改的结果
4.2采用FEA-MESH修改回弹
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，其过程如下：
1） 根据FEA获取initial mesh和springback mesh。
2） 在TD中分别从initial mesh和springback mesh中或取节点信息，要求两种mesh的节点数量一致。
3） 运用Compensator技术自动获取回弹的变形数据以确定位移区域见图4-6所示。
图4-6 自动获取回弹的变形数据
4） 采用GSM功能，根据回弹变形数据自动修改CAD模型。
- 变形参考体为步骤3自动获取的回弹变形数据
- 可以设置回弹比率0-1（当然也可以设置比率>1）。
图4-7根据回弹变形数据自动修改CAD模型
五、结束语
由于篇幅有限，上面只是将ThinkDesign在汽车模具企业的一部分应用做了个简单介绍，在模具设计时，通过ThinkDesign软件的应用，可以加快自由修改的能力，节省修改时间，降低成本。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(6/4/2009) |
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| think3 广州思茂信息科技有限公司联系方式：
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| 网址： |
http://www.think3.com.cn/
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电话：86-020-38921052 |
| 地址： |
中国·广东·广州市天河北路663号广东省机械研究所8栋9层 邮编100086 |
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