Moldex3D模流分析之汽车车顶机匣零件翘曲问题

客户简介

•客户：NetShape / Shape Corp

• 国家：印度

• 产业：汽车

• 解决方案：Moldex3D Professional、Designer BLM、Fiber

Shape Corp不但是碰撞能量管理系统以及先进的辊轧成型技术领域的全球领袖，且是北美洲地区最知名的汽车保险杆制造商。Shape 也为办公家具、农业及医疗保健行业提供产品和服务。作为全球唯一提供从设计、测试到生产以及其他服务的一条龙式保险杆系统供货商， Shape 为全球不断变化的市场提供创新、轻量、高质量及高成本效益的解决方案。(来源)

大纲

为了因应现代科技对减重的需求，汽车制造业将大多数的钢制零件替换成塑料制零件。但塑料件制造的一大问题是因尺寸及厚度而引发的翘曲。因此Shape Corp.采用以反变形技巧为基础的制程及方法重新设计零件，以求减少翘曲。Moldex3D 解决方案能从软件将逆模型导出，以预测并解决翘曲，并可让模具制造者补偿模具中不可避免的变形情况。Shape的产品如图一所示。

图一 车顶机匣零件

 挑战

• 减少间隙内的翘曲及零件组装的填隙公差

• 几何特征的翘曲超过容许范围

解决方案

因产品有修改限制，能减少翘曲的范围非常有限。因此Shape选择将零件预先反翘曲一个比例，以减少整体翘曲。

效益

• 降低机台吨数

• 避免装配时发生问题

• 减少翘曲

• 改进整体产能

案例研究

本案例主要目的是解决车顶机匣零件的翘曲问题，此产品对成品尺寸精度有特定要求，有多个位置需和其他零件进行组装，如图二组装图所示。

图二 成品组装图

首先，在原始设计的组别中，Z方向位移处的翘曲结果，显示正向翘曲约 8 毫米，负向翘曲约 14 毫米。总位移处的翘曲则约2.52到15.20毫米，如图三所示。透过输出仿真翘曲模型在Rhino中进行交叉验证，比较原始 CAD 模型与仿真后产品翘曲模型距离约14.35毫米，如图四所示。

图三 原始设计总位移

图四 原始 CAD 模型与仿真之翘曲模型迭图比较

接下来，根据Moldex3D的翘曲分析结果，以反转翘曲方式进行模具补偿，来进行几何的设计变更，修正翘曲问题。流程如下：将Moldex3D变形后模型导出，并于Inceptra软件中将STL档案转换为STEP档案，接着在Inceptra反转翘曲方向并导出模型，如图五所示。最后再于Moldex3D以相同成型条件进行分析。

图五 绿色部分为Moldex3D导出之翘曲模型；蓝色部分为反变形模型

反变形模型的分析结果如图六所示，总位移处的翘曲约2.19至12.85毫米，与原模型之翘曲趋势及量值相似。

图六 反变形设计总位移(放大两倍)

最后，藉由模型输出，将原始与反变形模型之翘曲前后进行迭图。如图七所示，黄色为原始零件模型，绿色为仿真之翘曲模型，蓝色为利用仿真之反翘曲模型，洋红色为反翘曲模型仿真后的结果。实际制程亦成功利用了反变形技术解决产品的翘曲问题，将18毫米的翘曲量减少至3毫米，如图八所示。

此外，图九为仿真与实际产品的验证比对，可见实际产品的包封、流动波前等皆与模拟结果有高度相近。

图七 原始模型与反变形模型之翘曲前后迭图

图八 原始设计与反变形技术之翘曲比较

图九 比对仿真与实际产品的(a)流动波前、(b)包封

结果

Shape利用Moldex3D模拟结果来检测并减少零件的整体翘曲，以满足设计标准。透过验证研究，让Shape在第一次试验(T0)即可生产合格的零件，并减少因模具和工具返工而产生的大量时间和成本。