虛擬制造技術在汽車沖壓生產中的應用探討

張城　孟微　孟慶澤

摘 要：伴隨著改革開放四十年，我國的經濟總量不斷提高，人們的生活水平得到了翻天覆地的變化，汽車也從人們印象中的“只可遠觀”到現在的走進了千家萬戶，人們日益增長的物質需求使得汽車行業面臨著巨大的挑戰和機遇，這也決定了未來汽車制造行業必將向著更加智能化、自動化的方向發展。本文從虛擬制造技術在汽車沖壓工藝上的應用方面進行了系統的闡述，

關鍵詞：虛擬制造技術；汽車沖壓

1 虛擬制造技術的定義及特點

虛擬制造技術是以計算機的仿真技術為前提，通過對設計制造的整個流程進行建模，將與產品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態的仿真真實過程的實體數字模型之上，提前預演正式投入生產時的真實運行狀況，以此來估算產品的開發成本以及性能的可靠程度，從而有針對性的進行生產制造，避免了研發的誤區，提高了產品開發的精準度，降低了生產成本。

相對于傳統制造而言，虛擬制造技術有著如下特點：

①節約制造成本。虛擬制造技術只需要根據相關的數據參數便能夠模擬出接近真實的產品三維立體模型，極大的節約了制造成本。

②提高生產效率。傳統的制造工藝只能夠通過實物來分析產品的特點，在調整參數的過程中會占用大量的時間成本以及人員物料成本。虛擬制造技術只需要在軟件中更新一下參數，便可以得到精確的計算數據，有效的提高了生產效率。

2 虛擬制造在沖壓工藝上的應用

據統計沖壓零件占汽車總零件的比例達到了75%，是汽車上重要的組成部分，汽車沖壓件的合理化設計與汽車的可靠性有著密不可分的關系，然而合理的設計方案必然需要進行更多次的實驗，這無形中增加了研發的成本，也使得生產出來的汽車變得更加昂貴。所以研究人員試圖去尋找一種更為合理的解決方案，在這種情況下，虛擬制造技術進入了人們的視野，研究人員通過研究發現，把虛擬制造技術應用在汽車的沖壓工藝上，很好的解決了汽車生產制造中沖壓成本居高不下的難題，研究人員只需要走進實驗室，戴上虛擬現實設備，便可以隨心所欲的進行研究調試，通過這種技術得到的研究結果可以無比接近實驗的真實結果，卻幾乎不用花費任何的成本，這無疑是汽車制造成本能夠得到降低的關鍵因素。

把虛擬制造技術應用在沖壓工藝上，只需要根據企業現有的條件，通過選擇合理的加工方法、加工數據，在計算機上面設計出模型，并在模型中加入裝配過程的工藝性、配件的運動特征等參數進行仿真數據分析，盡可能把可能影響制造過程的所有因素都融入進去，這樣才能夠得到最為接近實際生產狀況的模擬結果。

在沖壓工藝上應用虛擬制造技術，一般分為三個階段：

第一階段是模面的快速設計。在沖壓工藝設計的開始階段，用CAE軟件中的快速模面設計功能對拉延工藝補充面進行設計和調整，通過得到的模擬結果數據，設計人員能夠針對工藝補充面進行有效的調整，以達到符合生產要求的目的。

第二階段是拉延型面的精細化仿真模擬。由于快速設計是簡單的針對曲面進行粗略構造，并不能夠直接用于模具的表面加工。因此要將第一階段分析構造的曲面和Profile通過中性數據格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進行曲面重構，得到可以直接用于模具表面加工的數據模型并進行模擬分析。得到的模擬分析結果能夠直接反映出覆蓋件的成形過程及產生的缺陷。設計人員可以根據分析結果找到有效的解決方案。

第三階段是全工序沖壓模擬。這個階段主要是考證后序翻邊整形工序是否合理，以及判定回彈的量。如果翻邊時仍會產生開裂與起皺，則需要重新調整沖壓工藝，同時對回彈量進行補償修正。

3 虛擬制造技術的發展趨勢

通過在汽車沖壓中應用虛擬制造技術，可以顯示汽車的底盤、內飾甚至是焊點，生產者可以通過這個模型確定各個部位的穩定性以及可靠性，并根據得到的數據進行分析，隨時可以加以改進，避免在實際生產時發現問題后帶來的人力物力的損失。

就目前的發展趨勢來說，虛擬制造技術在汽車沖壓工藝上的應用勢必會朝著更加智能化的方向發展?？梢栽O想一下這么一個場景，工作人員進入虛擬現實工作的工作室中，頭戴VR眼睛，穿戴壓力觸感手套，視野中便會出現一個與現實中汽車同樣大小的三維立體圖像，工作人員置身其中，可以真實的觸摸感受到汽車的存在，可以繞著汽車進行全方位的觀察，也可以隨時拆卸其中的零部件進行分析，通過對每一個零件進行參數的調試，以達到零部件間的完美協作，以達到產品的開發周期和成本最小化、產品的設計最優化、生產效率得到顯著的提高。

4 結論

隨著科技水平的不斷提高，我國逐漸的在從制造業大國轉變為制造業強國，對于汽車制造業而言，我國雖然起步晚，但是發展速度卻非常快，現在已經躋身為為數不多的幾個汽車制造大國之一，在汽車行業競爭白熱化的今天，想要在汽車行業分一杯羹，對于成本的控制無疑是最為關鍵的因素。既然虛擬制造系統的建立可以直接有效地解決這一問題，那么對于這一新興的事物，我們一定要敞開胸懷積極去擁抱，使虛擬制造技術完美的應用在汽車沖壓生產中，讓我國的汽車生產制造水平更上一個臺階。

參考文獻：

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