如果我們只是期望制造出好的產(chǎn)品，那么一切將會變得更容易。然而，汽車市場的化發(fā)展所帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，卻讓更多的汽車制造企業(yè)不得不在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和持續(xù)創(chuàng)新上努力工作。隨著汽車開發(fā)速度的不斷加快，汽車模具行業(yè)同樣面臨著挑戰(zhàn)。

    1.縮短模具制造周期

    過去的5年中，隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)的普遍應(yīng)用，模具制造周期在很大程度上已經(jīng)得到了縮短。因此，如果要進(jìn)一步縮短制造周期，只有通過對工作流程進(jìn)行持續(xù)不斷地改進(jìn)，消除瓶頸才能夠有效縮短模具開發(fā)時間。

 
    典型的汽車沖壓模具設(shè)計和制造工作可以分為四個部分：模具計劃、模具可行性分析、模具設(shè)計和校驗以及模具制造。

    2.解決模具開發(fā)瓶頸問題

    圖1所示是一個典型的沖壓模具開發(fā)流程，通過分析可以知道，當(dāng)前開發(fā)流程中存在著以下瓶頸問題：
 

圖1  沖壓模具開發(fā)流程與瓶頸分析

    （1）不同階段的數(shù)據(jù)共享。
     產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝布局、模具面設(shè)計、可成形性CAE分析、回彈補(bǔ)償分析以及NC編程，模具開發(fā)的每個階段所采用的數(shù)據(jù)格式都不一致，例如在設(shè)計階段，由于需要不斷地反復(fù)更改數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)也在不同的應(yīng)用間進(jìn)行重復(fù)地轉(zhuǎn)換，從而浪費了大量的時間。

    （2）不同階段中，需要有大量的設(shè)計校驗。 
     模具設(shè)計過程中存在著大量驗證工作，如產(chǎn)品開發(fā)階段的工藝可行性論證、模具面設(shè)計時可成形性分析、回彈補(bǔ)償和沖壓線仿真等分析。因此，模具的設(shè)計過程實際上就是不斷試錯、進(jìn)行優(yōu)化和驗證的過程，直至zui終滿足產(chǎn)品要求。

    （3）回彈補(bǔ)償面設(shè)計。
    目前，在回彈補(bǔ)償面設(shè)計方面還沒有有效的設(shè)計工具可以實現(xiàn)的回彈補(bǔ)償計算。因此，國外很多用戶通過采用試錯法，在設(shè)計軟件與CAE分析軟件之間進(jìn)行反復(fù)驗證，從而確定回彈量。而國內(nèi)企業(yè)則是根據(jù)經(jīng)驗重新生成新的曲面，但是由于這種新生成的曲面與原產(chǎn)品模型不相關(guān)，因此每一輪的設(shè)計更改周期相對較長。另外，還有些企業(yè)在早期設(shè)計的過程中干脆就不添加回彈補(bǔ)償，后期通過試沖的結(jié)果根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行修模。

    （4）CAM和設(shè)計平臺不相關(guān)。
由于在加工制造時的軟件平臺和設(shè)計平臺不一致，導(dǎo)致模具設(shè)計和制造數(shù)據(jù)不同步，每次設(shè)計變更后NC代碼都需要重新生成。
NX沖壓模具解決方案

    1.全面的解決方案

Siemens PLM軟件公司的NX沖壓模具解決方案，是在NX平臺下，利用強(qiáng)大的CAD/CAE/CAM功能，以Teamcenter數(shù)據(jù)管理平臺為依托，對模具產(chǎn)品開發(fā)周期的數(shù)據(jù)和流程進(jìn)行管理，提供了模具工藝規(guī)劃、可成形性分析、模具設(shè)計和校驗以及模具制造全面的數(shù)字化解決方案，在很多大型的汽車制造企業(yè)和模具公司得到了成功的應(yīng)用。

 
    如圖2所示，NX平臺下一體化的沖壓模具解決方案，可以有效地解決沖壓模具開發(fā)過程中存在的瓶頸問題：
 

圖2  NX平臺下集成的沖壓模具解決方案

    （1）在同一平臺下完成全部設(shè)計、驗證和制造工作，所有的設(shè)計和制造人員采用同一數(shù)據(jù)源，從而解決了數(shù)據(jù)共享的問題。

 
    （2）通過不同設(shè)計階段設(shè)計檢驗工具的應(yīng)用，如拔模分析、截面可成形性分析、DFM專家向?qū)А⒁徊匠尚畏治龊湍＞咝ｒ灥?，實現(xiàn)了面向制造和面向裝配的設(shè)計。

 
    （3）利用NX強(qiáng)大建模功能，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)律自動生成回彈補(bǔ)償面，再通過自帶的可成形性分析工具或者與專業(yè)分析軟件接口，不需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就可以對模具回彈補(bǔ)償進(jìn)行分析計算。

    （4）直接利用NX CAM對模具進(jìn)行NC編程，實現(xiàn)CAM數(shù)據(jù)和產(chǎn)品設(shè)計全面關(guān)聯(lián)。

    2.專家級的流程

    NX的沖模工程和沖模設(shè)計集成了行業(yè)內(nèi)的模具設(shè)計和制造專家經(jīng)驗和流程，通過應(yīng)用專家級的流程可以實現(xiàn)縮短周期、減少錯誤、捕捉和促進(jìn)*實踐的應(yīng)用以及提高模具設(shè)計人員生產(chǎn)效率等目標(biāo)。

 
    （1）沖模工程。
    沖模工程用于定義和創(chuàng)建沖壓模型，通過提供工具（沖壓零件定位、孔或裁剪區(qū)域等空白區(qū)域填充、成形、修邊和翻邊工藝規(guī)劃工具）幫助制造工程師對沖壓過程中每個沖壓工序進(jìn)行定義，模具沖壓線（DOL）助手用于自動對沖壓工藝線路進(jìn)行規(guī)劃，如圖3所示。每個工位的zui終模型以三維形式表示，并且可直接輸出模具面和模具線用于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖3  自動生成的模具沖壓線（DOL）

    （2）沖模設(shè)計。
    沖模設(shè)計提供了沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計功能，用于創(chuàng)建和編輯拉延、修邊和翻邊模結(jié)構(gòu)模型，集成了業(yè)界專業(yè)的模具設(shè)計知識，向?qū)浇缑婵梢灾笇?dǎo)設(shè)計人員一步步的完成模具設(shè)計。3D模型更加易于生成鑄造模型，如圖4所示。新模具也可以通過編輯先前的模具來生成，有效減少了導(dǎo)入時間和生產(chǎn)成本，有利于捕捉和應(yīng)用企業(yè)*實踐。

圖4  利用NX沖模設(shè)計工具生成的模具3D模型

    3.全面的設(shè)計校驗
    為了保證模具設(shè)計制造質(zhì)量，技術(shù)人員需要進(jìn)行大量設(shè)計驗證工作，以往這些工作都是由專門分析軟件進(jìn)行。NX軟件充分利用其作為 CAD/CAE/CAM一體化軟件的優(yōu)勢，為模具設(shè)計和制造提供了全面的設(shè)計驗證工具，提高了模具設(shè)計水平與質(zhì)量，減少返工，縮短了開發(fā)時間。

    （1）面向制造的設(shè)計（DFM）專家顧問。
    DFM專家顧問在設(shè)計階段就可以對產(chǎn)品可制造性進(jìn)行分析，提供了對拉延、修邊、沖孔和翻邊工藝規(guī)范，可以根據(jù)客戶的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定制，檢測結(jié)果和問題回饋都可以存儲在部件文件中供下游用戶進(jìn)行查看，大大降低了下游用戶的重復(fù)工作。

 
    （2）一步成形分析。
    一步成形分析工具，集成在NX沖模工程中，無需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，分析結(jié)果和產(chǎn)品模型相關(guān)，可以在產(chǎn)品開發(fā)和模具設(shè)計階段，根據(jù)給定的材料計算板金的變薄、應(yīng)力和應(yīng)變情況，可以預(yù)測回彈，并可以生成展開模型用于毛坯設(shè)計，同時還可以生成HTML格式的分析報告。

    （3）模具校驗。
    模具校驗功能提供了NX環(huán)境下沖壓線仿真的功能（圖5），通過對模具裝配的仿真可以檢查整個沖壓線干涉情況。仿真包括了沖壓、模具、工裝和部件的運動，同時還支持橫臂、三軸取料機(jī)構(gòu)的運動，系統(tǒng)可以生成軌跡曲線，且整個仿真分析和模具設(shè)計*相關(guān)。

圖5  集成在NX環(huán)境下的沖壓線仿真

    4.一體化的解決方案

    在汽車沖壓模具的開發(fā)過程中，通常企業(yè)要在模具設(shè)計過程中使用包括模具布局、模具面分析、模具面設(shè)計、回彈補(bǔ)償、沖壓線仿真以及CAM等多種應(yīng)用軟件。往往這些應(yīng)用軟件在各自專業(yè)領(lǐng)域都非常出色，但要提高整個產(chǎn)品的開發(fā)效率就要去縮短這些系統(tǒng)間協(xié)調(diào)的時間，而其中zui大的問題往往是企業(yè)需要花費大量的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并解決兼容性問題。

    另一個重要的問題就是設(shè)計變更對下游應(yīng)用的影響，沖壓模具設(shè)計是一個反復(fù)的過程，需要進(jìn)行大量試錯和可行性的研究，因此我們期望當(dāng)一個針對產(chǎn)品的設(shè)計變更發(fā)生時，下游用戶的數(shù)據(jù)可以自動地更新，例如模具布局等。

    （1）案例一：模具面設(shè)計是由一系列工具組成的，用于幫助用戶自動生成后期模具設(shè)計所需輔助幾何模型（圖6），如工藝補(bǔ)充面、壓料面、壓料筋和模具線輸出等。

圖6  一步生成復(fù)雜的模具面

    壓料面：用于創(chuàng)建代表壓邊圈閉合后板金片體的形狀。
    工藝補(bǔ)充截面：創(chuàng)建一個或多個截面定義工藝補(bǔ)充面，提供一系列可獨立編輯的參數(shù)，用所有的截面線來約束補(bǔ)充面的形狀。
    工藝補(bǔ)充面：基于一個或多個截面線創(chuàng)建工藝補(bǔ)充面。
    模具線輸出：基于補(bǔ)充截面和截面線創(chuàng)建修邊線，節(jié)省用戶大量手工操作。

    （2）案例二：NX中的Global Shaping模塊提供了多種曲面變形功能來修改曲面添加回彈補(bǔ)償，如加冠、過彎和壁變形等（圖7）。

圖7   為多種曲面變形設(shè)計添加回彈補(bǔ)償

    加冠：在邊界曲線定義的區(qū)域內(nèi)建立變形、支持點、封閉或開放的曲線來定義規(guī)律，變形方向可以是自定義或正交于原曲面。
    壁變形：將側(cè)壁根據(jù)的距離變形來補(bǔ)償回彈，可以通過定義變形規(guī)律。
過彎：翻邊旋轉(zhuǎn)，將曲面繞著基礎(chǔ)曲線旋轉(zhuǎn)的角度來生成回彈補(bǔ)償，可以用于建立新的曲面或修改已有曲面。

    （3）案例三：Siemens PLM軟件公司已經(jīng)與可成形性分析領(lǐng)域的兩個重要軟件供應(yīng)商建立了合作關(guān)系——ETA和AutoForm。其中，ETA公司的Dynaform軟件是一個獨立調(diào)用Ls-Dyna解算器的產(chǎn)品，該包允許NX部件直接在其中打開，并且NX中的BSE（Blank Shape Engineering）提供了直接在NX中進(jìn)一步成形分析的功能；AutoForm公司提供的UG產(chǎn)品中的Autoform，也被*集成在NX平臺下，交互界面允許用戶打開一個獨立的窗口運行Autofrom的一步成形或增量分析功能，且系統(tǒng)可以自動完成在NX和Autoform之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

    采用一體化的解決方案的好處是，更方便評估設(shè)計；不需要增加額外工作；不需要浪費時間在不同軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
通過前面的分析可以看到NX沖壓模具解決方案，在同一平臺下提供了產(chǎn)品設(shè)計、工藝布局、設(shè)計校驗、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、沖壓線仿真、CAM的完整功能，任一設(shè)計變更都可以被自動傳遞到下游，極大地提高了產(chǎn)品開發(fā)效率。

    5.單一的知識源
    圖8所示為模具產(chǎn)品的開發(fā)流程，從中可以看出，各個領(lǐng)域設(shè)計人員的工作縱橫交錯，彼此之間缺乏合作，數(shù)據(jù)冗余，沒有有效的應(yīng)用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實踐，每個人都創(chuàng)建自己獨立的數(shù)據(jù)。
 

圖8   現(xiàn)實企業(yè)中模具開發(fā)工作流程

    因此，要提高模具開發(fā)效率，就必須建立一個集中的信息和工藝流程管理系統(tǒng)，在所有這些設(shè)計人員、制造人員、質(zhì)量控制人員、管理人員之間建立一個平臺，讓大家從單一的知識源去獲取數(shù)據(jù)，如圖9所示。這樣可以產(chǎn)生以下幾點優(yōu)勢：減少了設(shè)計和制造階段的錯誤；可以快速的訪問產(chǎn)品和工藝數(shù)據(jù)；供應(yīng)商和合作伙伴訪問同樣的數(shù)據(jù)。
 

圖9   集中的信息和工藝流程管理系統(tǒng)

    Siemens PLM的Teamcenter產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)管理軟件，通過和NX沖壓模具解決方案的結(jié)合，為企業(yè)提供了這樣一個平臺，幫助企業(yè)對模具產(chǎn)品周期中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，確保所有信息的完整、準(zhǔn)確與同步。
    
    結(jié)束語

    汽車工業(yè)的發(fā)展帶動了汽車模具產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。汽車模具工業(yè)正在面臨著質(zhì)量和周期的兩大挑戰(zhàn)。隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)的普遍應(yīng)用，縮短模具制造周期必須優(yōu)化現(xiàn)有的模具制造流程，消除各環(huán)節(jié)中所隱含的瓶頸問題。Siemens PLM公司的NX解決方案無疑是解決這一問題的有效途徑。