軟件專家Tebis優(yōu)化模具制造過程

Tebis公司供稿

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，各品牌汽車的競爭日趨激烈。國內(nèi)外車企紛紛加快轉(zhuǎn)型升級步伐，不斷推出更多適合市場的汽車產(chǎn)品，爭取掌握市場主動權(quán)。為了滿足不同潛在客戶群體的需求，各廠家在汽車外型和內(nèi)室設(shè)計上不斷進行創(chuàng)新，并試圖縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，新車型投入市場的遲早往往是成敗的關(guān)鍵。這就對汽車模具的生產(chǎn)和制造提出了更高的要求。一方面，隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，模具的需求猛增，模具企業(yè)為汽車模具服務的數(shù)量急劇增多。另一方面，隨著汽車設(shè)計的不斷創(chuàng)新，對于模具的制造技術(shù)提出了更高的要求。Tebis作為CAD/CAM軟件專家，在汽車原形逆向和縮短模具制造周期方面提供集成化的解決方案。本文以三個應用實例介紹Tebis在汽車行業(yè)加速產(chǎn)品制造進程的具體應用。

快速逆向汽車原型

逆向工程是汽車原型設(shè)計和制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)。通常是對新車型的油泥模型進行掃描，然后依據(jù)掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建CAD數(shù)據(jù)。根據(jù)逆向精度要求的不同，合理的選擇掃描設(shè)備和逆向軟件是非常重要的。利用Tebis的線框模型逆向曲面尤其適合外覆蓋件，由此可以確保A級曲面的原始曲率不被更改。

MS-Design公司是奧地利一家著名的設(shè)計公司，其業(yè)務之一是為量產(chǎn)車型生產(chǎn)定制化個性化的附加件。MS-Design設(shè)計師對菲亞特500量產(chǎn)車的車身進行了改造，在其原本的意大利風格基礎(chǔ)上更加突顯富有年輕時尚和運動活力的造型。

車身改裝的所有樣件需要安裝在原始車身上。因此首先需要用FaroArm測量臂掃描車身的相關(guān)區(qū)域。FaroArm測量臂具有很高的空間移動性和自由度，可在極短時間內(nèi)完

從量產(chǎn)車型到改造車型-菲亞特 500 Cup成對復雜對象的完整逆向。車身的一半被掃描，另外一半車身可稍后通過Tebis網(wǎng)格鏡像技術(shù)創(chuàng)建，這項工作只需半天時間即可完成。然后依據(jù)設(shè)計圖紙，直接在相應的車身部位構(gòu)造油泥模型。隨后，對制作的油泥模型部分進行三維掃描，逆向到虛擬世界。

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)首先在Tebis中被篩選和編輯。隨后便可利用Tebis的Brep技術(shù)進行依據(jù)網(wǎng)格的曲面逆向。在逆向過程中，Tebis支持用戶根據(jù)自己對造型的理解分布線框，軟件在后臺根據(jù)工程師設(shè)置的準許偏差自動生成擬合網(wǎng)格的曲面。同時，Tebis可快速進入常規(guī)CAD設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)混合建模。MSDesign公司模具制造部負責人Christoph Schneeberger對 Tebis混合建模的強大功能和靈活性給予高度評價：“使用Tebis我們可非常便捷地在掃描數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行智能的擴展設(shè)計。Tebis一大亮點是，網(wǎng)格與曲面元素彼此結(jié)合，使逆向工程方便快捷，使用CAM模塊可以連續(xù)完成銑削加工，使整個過程連貫高效?！?/p>

掃描結(jié)果在Tebis中以網(wǎng)格形式顯示：藍色是原始Fiat 500汽車的表面，而紅色代表油泥建模的車身改裝件

掃描工作完成后一周，用于制造樣車安裝件的第一批模具就被加工出來。通過一體化的逆向工程與加工解決方案，MS-Design公司在Fiat 500 Cup項目中的速度被提高60%至70%。

優(yōu)化的模面工程

在保證質(zhì)量、控制成本的前提下縮短模具開發(fā)周期具有重大意義。模具開發(fā)周期包括模具設(shè)計、制造、裝配與試模等階段。盡管許多分析軟件可以提前計算預測板料的回彈，但實際應用中仍需要將軟件分析結(jié)果結(jié)合試錯的方法或是經(jīng)驗值對模面進行調(diào)整。此外，沖壓模具制造中的最大挑戰(zhàn)之一是模具需要大量的手工修整。從銑削加工完到首次上壓機，通常要經(jīng)過幾個星期乃至幾個月的時間，還有無法預算的修整研磨處理時間。

用于流程優(yōu)化項目的切邊沖孔和整形模具

德國阿蓋爾機械制造有限公（ALLGAIER WERKE GmbH）是一家著名的研發(fā)和生產(chǎn)汽車沖壓模具的專業(yè)廠家，為德國奔馳、寶馬和奧迪等名車廠家提供沖壓制件和模具。該公司通過和Tebis以及Autoform的合作，對整個模具設(shè)計和制造流程進行了優(yōu)化，大副降低了模具的開發(fā)周期。

使用Autoform進行回彈分析，利用Tebis進行刀塊設(shè)計和模面變形，模面處理

阿蓋爾從客戶那里得到制件的CATIA數(shù)據(jù)，然后利用Autoform進行沖壓工藝和可行性分析，將拉延和整形工序的分析結(jié)果導入Tebis，利用Tebis的RSC（快速構(gòu)造曲面）技術(shù)進行工藝輔助面的設(shè)計。之后依據(jù)此模面數(shù)據(jù)開始模具3D設(shè)計。與此同時，使用Autoform對板料成型穩(wěn)定性和回彈進行分析，將帶有回彈補償?shù)哪Ｃ婢W(wǎng)格數(shù)據(jù)導入Tebis，利用Tebis獨特的基于Brep技術(shù)的模面變形功能對原有的CAD數(shù)據(jù)進行“一鍵式”調(diào)整，并保持A級曲面的質(zhì)量。為了節(jié)省鉗工修模的工作量，阿蓋爾在處理模面強壓區(qū)和避空區(qū)之間的連接時，利用Tebis自動生成光順的曲面，而不是采用常規(guī)的虛擬壁厚偏置的方法。最后，采用Tebis自動化的編程方法，快速高質(zhì)量的生成加工刀路。整個流程連貫高效。

模具工程部門領(lǐng)導Ralf Schmidt表示，在Tebis和Autoform專家的幫助下，通過對整個流程的優(yōu)化，模具研發(fā)周期時間減少了30%，平均減少3個修模循環(huán)。Ralf Schmidt說：“我們使用Tebis快速地將回彈補償添加到模面上，并在設(shè)計階段就考慮到修模階段的具體問題，利用Tebis自動化的準備模面數(shù)據(jù)，這大大提高了整個流程的速度?！?/p>

自動化智能加工汽車模具

降低模具生產(chǎn)周期的同時提高模具質(zhì)量，并滿足最前沿的設(shè)計要求是當前對汽車模具提出的新挑戰(zhàn)?？v觀模具的整個設(shè)計制造過程，工藝、軟件（CAE，CAD，CAM）、刀具和機床等每個技術(shù)環(huán)節(jié)都對最終的結(jié)果產(chǎn)生影響，并且各個技術(shù)環(huán)節(jié)并不是孤立存在，而是還會相互作用。

意大利著名汽車供應商馬瑞利（Magneti Marelli）集團的P.C.M.A.公司專門研發(fā)和制造汽車注塑磨具。該公司致力于研發(fā)高附加值的大型汽車注塑模具，比如汽車儀表板的模具。隨著人體工程學的不斷應用，汽車內(nèi)室的設(shè)計越來越合理，但內(nèi)室件設(shè)計的提升意味著對其模具數(shù)量和質(zhì)量的要求也急劇增加。注塑模具相比于其他類型模具具有深腔多，深孔多，加工量大的特點。

吉普Renegade的儀表板模具由P.C.M.A.公司制造

車間主任Vincenzo De Riccardis說：“大型的模具長度可以達到2.5 m，平均冷卻水道的長度有250m，這些冷卻水道需要用專門的深孔加工設(shè)備和刀具來進行加工，加工參數(shù)也非常復雜?！币虼?，P.C.M.A.公司采用了Tebis2.5D自動編程解決方案：在Tebis中為孔槽等幾何建立特征庫，在刀具庫中針對加工狀況輸入加工參數(shù)，便于編程時一鍵調(diào)用。將所有加工進行分類，并標準化流程，根據(jù)具體加工建立編程模板。優(yōu)化編程流程的同時P.C.M.A.還不斷升級設(shè)備，新引進的立式五軸立式銑床，帶有200個自動換刀位，為無人化加工奠定了基礎(chǔ)。

Tebis為深孔加工開發(fā)的特殊功能

在加工方法上，P.C.M.A.公司也不斷采用先進技術(shù)。針對具有陡峭型腔的注塑模具，P.C.M.A.公司采用自適應開粗的加工方式，這是Tebis專門針對此類應用研發(fā)的加工方式，自適應開粗使用高性能刀具（HPC），以更大的切削深度和更小的橫向進給量實現(xiàn)高效加工，刀軌布局在不帶滿刀切削的情況下自動匹配工件幾何形狀。這種加工方法不僅可以減少開粗的加工時間，而且由于是自動避免滿刀切削，所以刀具磨損減少，刀具壽命增加。

Vincenzo De Riccardis總結(jié)說，有一套貫穿整個流程的解決方案對汽車模具制造企業(yè)至關(guān)重要。連貫的流程需要軟件來支撐，通過軟件將各環(huán)節(jié)工作協(xié)調(diào)優(yōu)化，并利用軟件把設(shè)備的最高性能發(fā)揮出來，這樣企業(yè)才能在競爭中取得領(lǐng)先地位。□

Tebis自適應開粗充分利用HPC刀具的大切削深度