基于CATIA的修邊線展開與翻邊成形性模擬系統(tǒng)
基于CATIA平臺，開發(fā)了汽車覆蓋件修邊線展開與翻邊成形性模擬系統(tǒng)TUW (Trimming-Unfolding-Wizard)。TUW 充分利用CATIA特征屬性定制功能，將中間數(shù)據(jù)以屬性的形式存儲在特定的特征節(jié)點上，以方便分析過程中對中間數(shù)據(jù)的讀寫及參數(shù)化更新。同時，在定義翻邊區(qū)域和展開區(qū)域時，采用關(guān)聯(lián)復(fù)制拷貝技術(shù)，實現(xiàn)分析數(shù)模與產(chǎn)品數(shù)模的同步更新，極大的提高了系統(tǒng)分析效率。TUW 實現(xiàn)了CAD建模平臺與CAE分析平臺的無縫集成，避免了傳統(tǒng)CAE分析過程中數(shù)據(jù)丟失和精度損失。通過具體的實例分析，驗證了系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。
修邊和翻邊成形通常是汽車覆蓋件沖壓成形中的兩個重要工序，也是保證零件空間形狀尺寸的重要工序。翻邊成形可能變形量較大，同時翻邊成形形狀和修邊線輪廓線與材料參數(shù)、壓料面形狀密切相關(guān)。實際生產(chǎn)過程中一般采用反復(fù)試模的方法調(diào)整修改邊線誤差，不僅延長了模具產(chǎn)品的設(shè)計周期，降低了產(chǎn)品設(shè)計效率，而且產(chǎn)品質(zhì)量也得不到保證。
針對以上問題，有限元數(shù)值模擬方法應(yīng)運而生，如DYNAFORM、AUTOFORM、PAM-STAMP等軟件采用全工序成形模擬方法反復(fù)計算得到修邊線。但是這類方法采用的仍然是傳統(tǒng)的增量有限元法，需要花大量時間進行全工序工藝建模，并進行多次反復(fù)的全工序沖壓成形過程模擬，實際應(yīng)用受到很大限制。因此，能夠輔助技術(shù)人員快速確定修邊線尺寸，同時也能進行翻邊成形性分析問題已成為當前有限元數(shù)值模擬研究的熱點。
有限元逆算法相對于有限元增量法最突出的一個優(yōu)點在于，能在模擬翻邊成形性的同時，可以快速展開修邊線尺寸，而且無需建立完整的工藝補充面，計算數(shù)據(jù)準備工作很少，可以顯著減少模擬次數(shù)和修邊線展開計算時間。同時，該方法還可以模擬翻邊成形過程中產(chǎn)生的起皺和破裂等缺陷，以及可以計算翻邊后板料的厚度變化等。
CAE與CAD的無縫集成是最新發(fā)展趨勢，其避免了傳統(tǒng)CAE分析過程中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的精度損失。AUTOFORM 和PAM-STAMP 2G已經(jīng)將一些簡單的成形模擬模塊直接集成到CATIA平臺中，設(shè)計人員可以快速對產(chǎn)品模型進行工藝優(yōu)化，提高了產(chǎn)品設(shè)計效率。在國內(nèi)，華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室也做了沖壓成形CAE與CAD的集成開發(fā)工作，在UG NX平臺上集成了板料成形全工序仿真系統(tǒng)，在SoildWorks平臺上開發(fā)修邊線展開與翻邊成形系統(tǒng)，在PROE平臺也做了一些集成開發(fā)工作，實現(xiàn)了CAE分析環(huán)境與CAD的無縫集成，充分利用CAD模型的參數(shù)化功能同步更新CAE模型。
CATIA憑借個性化的界面、智能型的功能操作，以及強大的曲面造型功能，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、船舶以及電子工業(yè)。為更好地應(yīng)用沖壓成形CAE軟件，本文在CATIA V5平臺，采用CAA二次開發(fā)了汽車覆蓋件修邊線展開與翻邊成形性分析系統(tǒng)Trimline Unfolding Wizard(TUW)。TUW 無縫集成于CATIA 平臺，設(shè)計者可直接在CATIA平臺上快速計算修邊線尺寸，分析翻邊成形過程中可能會出現(xiàn)的起皺、破裂等缺陷，優(yōu)化翻邊高度和工藝補充面形狀。同時，TUW 系統(tǒng)充分利用CATIA參數(shù)化設(shè)計思想，實現(xiàn)CAD產(chǎn)品模型和分析模型的同步更新，方便設(shè)計人員快速修改模具設(shè)計方案，極大提高了模具設(shè)計的效率。
結(jié) 論
1)基于CATIA平臺開發(fā)的修邊線展開和翻邊成形性模擬系統(tǒng)(CATIA-TUW)，能夠獨立地在CATIA平臺上完成修邊線展開和翻邊成形的仿真過程，實現(xiàn)了真正意義上CATIA平臺與CAE平臺的無縫集成。系統(tǒng)充分利用了CAITA自身屬性定制，以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等功能，實現(xiàn)CATIA 產(chǎn)品數(shù)模與分析模型的同步更新，大大提高了系統(tǒng)分析效率。
2)通過該系統(tǒng)，模具設(shè)計人員在CATIA平臺上完成產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計后，可快速得出修邊線位置和翻邊成形的成形性。根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計人員可回到CATIA產(chǎn)品設(shè)計功能模塊對產(chǎn)品數(shù)模進行優(yōu)化改進，最終得到合理的產(chǎn)品數(shù)模。整個過程均在CATIA平臺上完成，無需任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，極大提高了模具設(shè)計效率。
