10 - 2000

Проектирование штампов для корпусных деталей автомобилей в Unigraphics

Олег Чиж

В современном автомобилестроении решающую роль играет внешний вид автомобиля. Настоящей проблемой при технологической подготовке производства являются проектирование и изготовление штамповой оснастки (рис. 1). Наряду с этим существует ряд технологических проблем: определение технологических переходов для получения детали в полном соответствии с технической документацией, проектирование вытяжных отрезных и гибочных штампов и т.д. Для успешного решения перечисленных задач фирмой Unigraphics Solutions в тесном сотрудничестве с корпорацией General Motors в Unigraphics (версия 16) был разработан модуль Die Engineering. На рис. 2 показана инструментальная панель модуля Die Engineering.

Как и все новые модули Unigraphics, Die Engineering построен по принципу мастер-процесса (рис. 3), который предоставляет пользователю интуитивный, понятный интерфейс и проводит пользователя сквозь процесс проектирования. При этом последний получает от системы все необходимые подсказки и запросы. Благодаря такому подходу существенно уменьшается количество допускаемых ошибок и значительно сокращается процесс обучения.

Проектирование начинается с задания параметров материала (таких как модуль Юнга, коэффициент Пуассона, коэффициент пластичности и т.д.), необходимых для расчетов. Для задания параметров материала используется стандартная функция Unigraphics, которая позволяет пользователю применять для выбора параметров материала библиотеку материалов. Меню задания параметров материала показано на рис. 4.

Далее с помощью функции Die Lineup (Компоновка штампа) пользователь должен создать компоновку штампа (рис. 5, 6).

Следующий шаг — это создание необходимых для получения детали операций с помощью функции Die Operation (Операции штамповки). Типовые операции, которые можно создавать, делятся на три категории: Draw Die (Операции вытяжки или формовки), Trim Die (Операции обрезки) и Flange Die (Операции гибки фланцев). В этой функции пользователь также задает размеры рабочего пространства пресса для каждой операции штамповки.

Операция Die Tip (Ориентация детали) позволяет сориентировать деталь в штампе. Это один из самых сложных и ответственных шагов при проектировании штампа, поэтому дополнительная функция Tipping Sequence (Последовательность ориентаций) дает пользователю возможность создавать несколько различных ориентаций и быстро переходить от одной ориентации к другой.

В реальных деталях кузова (рис. 7) часто присутствуют отверстия различной формы, которые необходимо закрыть, так как на этапе вытяжки эти отверстия в детали отсутствуют (примером таких отверстий может служить окно в двери автомобиля). Для этого предназначена функция Die Area Fill (Закрытие отверстий), позволяющая в автоматическом режиме закрывать отверстия произвольной формы.

Для создания операций штамповки служат специальные функции Die Form Task (Операция вытяжки), Die Trim Task (Операция обрезки) и Die Flange Task (Операция гибки фланцев). С помощью этих функций пользователь назначает для соответствующих операций необходимые параметры и геометрию. Например, для сложных деталей вытяжка часто производится в два этапа, при этом соответственно имеется две операции вытяжки.

Функция Die Carryover (Перенос геометрии штампа) позволяет перенести геометрию из одной операции в последующие, например геометрию штампа после вытяжки в штамп для гибки фланцев.

Процесс проектирования вытяжного штампа для корпусных деталей современного автомобиля включает в себя следующие задачи: определение положения детали в штампе, проектирование прижимной поверхности, выбор формы сечения переходной поверхности и построение переходной поверхности, от формы которой в значительной степени зависит качество формовки детали (рис. 8). Переходной поверхностью (Addendum surface) называется поверхность, которая располагается между деталью и прижимной поверхностью и является касательной по отношению к этим поверхностям.

Функция Die Addendum (Построение переходной поверхности) обеспечивает пользователя инструментом, с помощью которого он создает переходную поверхность с заданными параметрами. Основным критерием построения переходной поверхности являются глубина формовки и кривизна поверхности. Все это рассчитывается автоматически.

Еще один важный элемент штампа — прижимная поверхность. Для ее проектирования в Die Engineering имеется специальная функция Binder Surface (Прижимная поверхность). На рис. 9 показана переходная поверхность для штампа внутренней панели капота, представленной на рис. 6.

Для отрезных штампов важное значение имеет анализ углов обрезки и поиск линии обрезки (рис. 10). В Die Engineering имеется специальная функция, позволяющая производить анализ углов обрезки и подсвечивать места, в которых угол обрезки превышает максимальное или минимальное заданное значение. Помимо этого имеется возможность создать в этих местах точки. Эта функция может использоваться для анализа углов обрезки любых поверхностей; если переходная поверхность строится в Die Engineering, система автоматически ведет контроль углов обрезки и не позволяет пользователю создавать сечения, в которых углы обрезки выходят за заданные пределы. При построении переходной поверхности можно указать системе вывести линию обрезки, которая будет использована в дальнейшем при построении отрезного штампа.

В Die Engineering предусмотрена уникальная возможность симуляции движения штампа (рис. 11). Эта функция дает возможность рассчитать глубину вытяжки, проверить в плоских сечениях движение материала и распространение пятна контакта. Данная функция Die Engineering предназначена для предварительной оценки возможных дефектов и значительно сокращает время анализа конструкции штампа.

Не имеющий аналогов модуль Die Engineering обеспечивает конструкторов штампов мощным инструментом, который в значительной степени помогает исключить ошибки при проектировании этой сложной оснастки. Die Engineering получил высокие оценки специалистов фирм Toyota, Hundai, Fiat, Opel и АО «АвтоВАЗ». В течение двух лет было проведено множество натурных испытаний, которые позволили произвести большое количество статистических расчетов, положенных в основу алгоритмов Die Engineering. Кроме того, в систему заложен огромный опыт проектирования штампов на заводах корпорации General Motors во всем мире. Объединив все это с мощностью геометрического моделирования, концепцией мастер-модели и технологией WAVE Unigraphics, мы получили модуль проектирования штампов, позволяющий значительно (до 10  раз) сократить время проектирования и изготовления штампов для кузовных деталей автомобиля, что в условиях жесткой конкуренции дает дополнительные преимущества пользователям Unigraphics.

В заключение несколько слов о новых функциях, которые согласно планам фирмы появятся в модуле Die Engineering в Unigraphics версии 17 осенью этого года. Это автоматическое построение переходной и прижимной поверхностей, автоматическое создание структуры сборки штампа со всеми стандартными деталями (заготовки для матрицы, пуансона, прижима, плиты крепления, колонки, втулки, крепеж и т.д.) по аналогии с модулем MoldWizard для проектирования пресс-форм, автоматическое определение положения детали в штампе по различным критериям. Еще одна имеющая важное значение для конструкторов штампов функция будет учитывать эффект пружинения металла в штампе, что позволит исключить так называемые лицевые дефекты на корпусных деталях автомобиля.

«САПР и графика» 10'2000