Shape成功优化汽车车顶机匣零件翘曲问题

ACMT协会 2023年9月4日浏览：1332

■科盛科技技术支持处 / 贺资闵工程师

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。

功能介绍

当选择含有纤维的材料时，可以在软件中设置三种纤维配向：「空间随机配向」、「平面随机配向」和「单方向配向」。空间随机配向表示纤维在预填料中没有方向可循，纤维配向不会显示在模型树中；平面随机配向则是纤维在预填料中随机排列在指定的参考平面上，纤维配向可以在模型树中显示，纤维方向将以双十字图标显示；单方向配向是纤维在预填料中，并且可以在指定的参考平面上设置纤维配向，纤维配向可以在模型树中显示，且会以已指定方向显示。

使用限制

成型类型须选择压缩成型；
仅支持实体网格设置纤维方向；
材料应含有纤维。

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1所示。

Shape成功优化汽车车顶机匣零件翘曲问题的图2

图1：车顶机匣零件

面临的挑战与应对

本次案例面临的主要挑战分别为「减少间隙内的翘曲及零件组装的填隙公差」及「几何特征的翘曲超过容许范围」。

对于上述提到的挑战，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。带来的效益如下：

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2组装图所示。

Shape成功优化汽车车顶机匣零件翘曲问题的图3

图2：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3所示。

Shape成功优化汽车车顶机匣零件翘曲问题的图4

图3：原始设计总位移

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4所示。

Shape成功优化汽车车顶机匣零件翘曲问题的图5

图4：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5所示。最后再于Moldex3D以相同成型条件进行分析。