美国VITEC公司使用Geomagic产品使储油箱开发省时超过40%

点击数:528 发布时间:2017-12-06
一种设计油箱的新的建模流程既可以提供更大的设计精度,同时又能够节约汽车供应商高达40%的产品开发时间。
美国VITEC公司使用Geomagic产品使储油箱开发省时超过40%

一种设计油箱的新的建模流程既可以提供更大的设计精度,同时又能够节约汽车供应商高达40%的产品开发时间。

VITEC公司为汽车制造商生产塑胶的燃油储存和输送系统,客户包括通用汽车公司、戴姆勒克莱斯勒公司和哈利-戴维森公司。像大多数供应商一样, VITEC公司使用容积和基准线(volume and grade-line)研究,在生产之前来评估有关设计的可制造性以及相关设计的功能性表现。

三维对比分析是利用Geomagic Qualify软件完成的,主要是计算出发生在的吹塑过程中的油箱壁的正向和逆向形变。

本研究需要知道发生形变后的厚度的信息,而这一信息在零件没有被制作完成之前,是无法获得的。在过去, VITEC假设油箱的各处厚度都是均一的,然后取平均厚度进行模拟。但这种估算存在着产生错误的可能,进而增加生产时间或者重新加工的成本。

模拟吹塑

VITEC的新工艺通过将那些从CAD数据获得的模拟效果与通过扫描实物零件所获得的模型进行比较,从而确保准确的厚度测量。这一流程从模拟用来生产油箱的吹塑成型工艺开始。

吹塑模塑通过加热一个塑料管(称为坯)来实现,加热到熔化状态以后通过一个模具将其压制成型。模具型腔的同步移动将决定着型坯的厚度值。

VITEC的产品开发经理,卡里姆阿梅拉尔(Karim Amellal)博士说,“型坯的膨胀压迫塑料使其在模具的空腔壁内(压缩成型)就形成了最终的形状。 ” 一旦冷却,制造出的产品的厚度(可变的),就可以在不同点进行测量。

把二进制STL文件输入到blowview软件,他们被转换成与PATRAN文件,让后可以被BlowSim分析求解仪利用。如上所述, blowsim模拟两个燃料箱产品的吹塑成型的过程。

VITEC的新方法模拟了整个吹塑成型过程,自动计算出厚度,并将CAD模型与实际制造的零件进行协调匹配。

阿梅拉尔说,“由于引入了吹塑模拟技术,其中一项功能是在制造之前,能够预见到加工和设计的任何问题,并能预测油箱壁厚度的变化幅度。”

在更短的时间内实现更准确的设计

VITEC的流程首先要求客户提供燃料箱在车内所在位置的外围分界线。这一分界线将确定油箱的形状。 VITEC将相关的分边界的数据录入到Unigraphics或者关于油箱外壳的CATIA CAD文件中。

部分文件从CAD系统中作为立体成型stereolithography(STL)文件被输出。一部份文件被输入到MSC.Software的PATRAN软件,该软件会生成一个关于燃料箱外表面的有限元网格。其他的文件被输入到BlowView仿真软件,在那里相关的文件被转化为PATRAN文件,并且被BlowSim分析求解仪利用来计算膨胀型坯的厚度值。然后将该型坯厚度结果映射(绘制)到网格化的燃料箱外表面。

通过BlowSi可以得到所设计的油箱的挤压吹塑的预测结果,然后由PATRAN加工处理。其内部固体(纯色)将通过PATRAN在扣除外表面厚度值影响后产生。

阿梅拉尔说,“吹塑成型模拟分析提供了最佳的工艺条件,从而实现均一的箱体厚度分布,结果是通过在产品开发的初始阶段对整个工艺和设计问题的评估,来节省加工和材料成本,并且最大限度地减少迭代次数。”

把PATRAN的关于内表面以及外表面的STL文件输入到Geomagic Studio(现名Wrap)软件,这可以使得制造商大规模的生产定制的设备,实现面向订单的生产,并能够自动实现零部件和模具的再创造。

连接实体和数字的桥梁

VITEC使用了一套光学扫描系统,在生产车间对燃料箱外壳外部表面进行扫描,并将相关的信息数字化。并将从扫描仪所获得的点云数据输入到Geomagic Studio(现名Wrap)软件,进行表面加工和建模处理。Geomagic Studio软件将会自动进行表面修复和孔隙填充,并最后生成一个闭合的多边形。

对生产车间内外油箱外壳样品的外表面进行扫描,并将由此产生的模型输入到Geomagic Studio(现名Wrap)软件做表面加工和建模处理。

然后将外壳样品切去一半,并对其内侧表面进行扫描。对于外壳二等分部分的外表面也进行扫描,以获得基准面的参考。经过扫描,把两个半块油箱壳体(一分为二的两半)的点云状(point-cloud)的数据输入到Geomagic Studio(现名Wrap)软件中。该软件会使用最佳的校准工具把两个半块油箱自动整合到一起。

Geomagic Studio(现名Wrap)软件,使得VITEC可以把由BlowSim软件生成的Patran模型和通过扫描油箱实物而获得的模型做一个三维对比。这使得VITEC可以验证通过BlowSim预测的理论壁厚是否准确。

翘曲的影响也可以通过Geomagic Studio(现名Wrap)软件进行建模。当剪切油箱壳体的时候,由于在吹塑过程中的冷却阶段残余应力的凝结,塑胶壁会发生翘曲。 Geomagic Studio(现名Wrap)软件能进行三维比对,从而计算出由于翘曲而引起的壁厚的正向和负向形变。

通过的图形比较进行审定

Geomagic Studio(现名Wrap)软件除了可以直观的比较厚度和有关的翘曲影响以外, VITEC可以把实物测量的结果与模拟模型进行比较。这项工作是由VITEC的质量保证小组使用Geomagic Qualify(现名Control)电脑辅助检测软件来完成的。 Geomagic Qualify软件会自动把通过实物测量而获得的横截面数据和BlowSim模型进行排列并且比对。

Geomagic Qualify软件,是用来获取实际和理论模型的测量值的。同时该软件会给出预测的厚度和实际厚度之间的精确偏差。

阿梅拉尔说,“这一验证过程主要是为了核实模拟的准确性,从而使我们对未来的预测虚拟部件更有信心。”

电脑辅助检查取代了利用超声技术测量壁厚变化幅度的过程。该技术需要一个网格布置在被测油箱的表面,让后通过网格的测量单元来测量对应的厚度值。同时也要使用坐标测量机(CMM)来测量并且核实燃料箱的尺寸的统一性。

阿梅拉尔说,扫描设备和Geomagic Qualify(现名Control)软件的结合,对比超声技术而言,提供了更快的速度和更高的准确性,,同时它还有可能取代CMM机。

阿梅拉尔还说,“我们认为我们可以利用光学扫描和Geomagic Qualify(现名Control)软件从而可以节省用于潜在的质量检测的时间至少达到20至30%。”

找出问题,然后生产

在确认质量没有问题以后,该模型将被送回到VITEC的产品研发团队,在这里他们使用Geomagic Qualify(现名Control)软件对实物扫描的数据和BlowSim模型作最后的三维对比。如设计需要修改的话,Geomagic Studio(现名Wrap)软件输出的STEP文件会返回到CAD系统。该流程不仅为VITEC提供了有关厚度变化的信息,以进行精确的容积和基准线(volume and grade-line)研究,而且提供了汽车碰撞模拟系统的现实模型。

为了使环路闭合,兼顾CAD系统与客户, 把PATRAN和Geomagic Studio/Qualify软件包与BlowSim模拟软件包配合使用,以提供一个可用的实体用于处理数量和基准线(volume and grade-line)研究,并进行碰撞模拟分析。

阿梅拉尔说,“客户不必再等待通过实物测试来评估分析某一个燃料箱是否适合某一汽车的环境。这是VITEC为什么会使用这些计算机模拟技术的最主要的原因。我们可以在投入实际生产之前,预测有关制造、结构或加油的问题。节省了成本,而且客户可以从中受益。”

为了确认油箱模拟的精确度,VITEC进行了两项研究。第一,容积比较,把通过模拟程序而得出的理论容积,与两个不同的燃气油箱的实际容积进行比较。结果表明,对于小型车的燃气油箱,模拟的精度水平达到99.5% ,而对于卡车的燃气油箱其精度达到97.7%。

同样地,研究在油箱加油过程中的加油高度与加油体积的比较,表明了理论填充曲线与在实验室得到的测试曲线是非常吻合的。

阿梅拉尔说,“这表明VITEC所使用的电脑辅助分析手段可以减少成本同时节约由于实物测量而消耗的大量的时间,初步估计表明,不仅能节约节省大量成本,还能节省产品开发时间达到40%。”

自动化工具与标准设置

最终, VITEC希望开发出一套自动模拟工具,可以解决客户提出的所有关于燃料箱的可制造性,结构的完整性和加油时的性能方面的各种需求。依靠商用软件包- BlowView, Patran, Geomagic Studio 和Geomagic Qualify –因为内部模拟能力只是解决有关问题的第一步。

阿梅拉尔说:“VITEC计划开发一种方法能够自动把数据从一个软件包传送到另一个软件包,并建立了一个能够连接所有的内部模拟功能的接口,这样做的结果将是一个完全自动化的模拟工具(FAST),使用这个工具, CAD设计工程师们可以只需在产品开发阶段花费短短几天的时间。这VITEC的未来理想。”