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[其他] 基于CATIA的轿车后背门开发

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发表于 2016-1-12 00:37:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
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基于CATIA的轿车后背门开发

基于CATIA的轿车后背门开发

        图1  背门在铰链位置的主断面

        CATIA、Hypermesh等工程设计分析软件的广泛应用,让汽车的设计过程变得直观、简便,效率得到提升,极大地降低了开发成本。现如今,这些软件已成为汽车开发过程中必不可少的工具。
        我公司自2004年正式引入CATIA V5软件,并作为车身设计的主要工具软件。在此,我们将向大家介绍在汽车开发过程中,通过数字化设计、虚拟分析的方法完成从造型到零件定型投产的过程。由于汽车开发是一项涉及到成百上千零部件的大工程,本文仅就使用CATIA车体开发中的背门内板设计进行简要论述。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图2  背门人机方案

        前期分析阶段
        在前期分析阶段,需要完成背门与周围相关部件的间隙确定,包括背门和顶盖、后侧围、后保险杠、尾灯间隙和面差的确定。间隙的均匀和面差的大小直接影响到外观的视觉效果。需要注意的是,背门与其他相关部件之间的间隙要与整车各零部件之间的间隙协调统一,以保证整车外观的一致性。
        此阶段需要对机能部件进行初步选型,如:铰链、锁、刮水器、支撑杆和扰流板等;明确设计内容:全新设计、变更设计或继承。目的是为了清晰设计任务,有效把握设计的过程,以满足新车型的开发。为降低开发成本,应尽量考虑通用化设计或尽可能减少变更零部件。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图3  背门与扰流板之间的关系

        零部件的设计
        1. 主断面的构造
        通过CATIA的SKETCH功能,绘制结构断面(见图1),分析各部件搭接关系。目的是表现设计的想法,验证设计的可行性。背门是运动部件,其结构形式必须满足间隙尺寸和运动关系。所以使用CATIA进行主断面设计时,能够动态模拟背门的运动过程,体现运动过程中各个状态的间隙和位置关系(见图2、图3),并不断优化零部件尺寸与位置尺寸。在方案设计中,一般可以多考虑几种方案,与负责相关部件的设计人员一同讨论方案的可行性。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图4  使用CATIA对背门进行参数化设计

        2. 零件设计中应注意的问题
        (1) 在保证性能要求的前提下,钣金件之间的主要搭接方式是焊接与包边,所以需要确定零部件之间的搭接关系;
        (2) 非金属件一般作为外观件使用,所以主要考虑与周边部件的间隙、面差和角度等影响视觉效果的参数;
        (3) 金属件与非金属件之间一般都是用卡子、卡扣和螺钉等连接,所以钣金件与非金属件之间的搭接主要考虑几个安装面在同一平面上,便于生产线上的操作。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图5  加强筋及小凸台

        3. 零件详细设计过程
        背门附件的布置在整个背门设计过程中是一个重点,主要因为背门上附件(如铰链、门锁和支撑杆)在概念设计过程中必须进行各个部件间的运动分析、间隙校核等复杂的工作,所以车门各附件的布置是一个不断尝试,逐步优化的过程。
        详细设计过程大体可分为几个阶段:基本面设计、加强结构及功能结构设计、工艺性能检查和搭接关系确定等。在设计中使用CATIA进行参数化设计可以有效提升检查、校正设计的效率。以背门附件为例,如图4所示,首先在满足各附件基本功能要求的情况下给出附件各自粗略的初始定位;然后在保证不出现安装干涉和运动干涉的情况下,对它们的位置进行逐步的调整和细化。在CATIA的参数化设计中,各附件可以作为分总成出现在装配文件中,通过给出某一部位的定位参数,实现对整个附件总成的定位。并且这种方法与实际布置设计过程相类似,具有其合理性和可行性。在分析各附件的定位方式,确定合理定位点的情况下,对各定位点进行参数化,通过改变定位参数数值的方式,可以方便地实现对各附件位置的调整。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图6  背门拔模角度分析:绿色线为假想拔模角度,涂红及深蓝部分为可能有问题的面

        (1)在主断面基础上延伸出基本的使用面,如内饰板等的安装面,用过渡面将主断面生成的面连接在一起,形成零件的基本尖角结构;然后在安装面上确定安装孔,原则上要求操作方便。过渡面的设计应注意不能超出前期给出的边界设定,避免与其他零件产生干涉。
        为了设计方便,在设计开始时可以建立一个Product文件,然后依次建立主断面分总成、基础型面分总成、过程分总成、参考数据分总成、尖角数据分总成、最终数据分总成以及工程分析分总成等。首先在工程分析分总成导入前期对背门及附件的对标分析及运动计算等,作为基本约束条件;然后以主断面为基础,在总成中双击基础型面分总成,切换到Part模式,进行基础型面设计,确定零部件的基本功能形状。结构细化过程中,可以使用Powercopy建立参数化数据库(或者引用CATIA自带数据库),可以简化凸台等有明显通用特征结构的设计。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图7  搭接检查

        在设计过程中,可以随时调用参考数据分总成的前期对标数据等进行对比、分析和修正。
        (2)设置加强筋 加强筋的设置主要功能是强化零件的结构,满足日益严格的碰撞安全法规。根据零件的不同位置和功能,通过加强筋来加强零件在某个方向上的强度。设置加强筋应注意不能影响零件的成形性或者增加模具的工序。背门内板形状较大,主要通过在大连续面上做高度较小的台来实现结构的强化(见图5)。通常情况下门板周围要做出包边结构,一是为了强化结构,二是为了防止搬运过程中对工人造成伤害。
        (3)工艺性能检查 根据背门形状确定初步拔模角度,最简单的方法是在CATIA中旋转零件,寻找一个能够看到所有面的角度,然后以这个方面为基准拔模方向,检查各面在这个方向的成形可能性,如图6所示。背门内板等结构复杂的零件可能会需要多道工序才能成形,这需要在后期与模具厂人员共同协商确定。对于可能出现积料或者减薄的部分(变形较大的长翻边)需要做相应的处理(在翻边上做缺口)。初步确定成形性后,进行倒角。倒角时,要注意保证圆角在冲压成形时不会开裂或者减薄,影响零件整体的强度性能,所以一般都会尽量放大倒角。倒角时建议在part模块下先生成实体再进行倒角,可以顺利得到较复杂结构的光顺倒角。
        另外,要在装配中对零部件的装配关系进行检查,防止出现干涉等设计错误。
        (4)确定与周边零件的搭接,确定背门内外板件之间的焊点形式、数量及焊接边。
        焊点的数量和位置要保证零件的搭接位置不会影响到整体的刚度、强度等要求。如果焊点数量太少,可能会造成在复杂路况时零件的脱落或焊接开裂。但是焊点也不宜过密,增加生产成本,具体应与CAE分析、生产部等共同协商确定。
        焊接边的选择要保证有足够的搭接宽度来布置焊点,焊边的位置要便于焊接操作(见图7)。考虑到对零件的精度以及装配精度的影响,焊边不宜设置过长,否则难以保证搭接零件在整条焊边上都能配合严密符合焊接要求。若有较长的焊边时可以在没有焊点的位置布置凸台,减少零件间的总配合长度,从而降低对精度的要求,提高生产的可行性。从成形工艺考虑,凸台一般布置在结构较简单,形状较小的零件上。
        在焊点布置时还要注意避免出现3个以上的搭接边使用同1个焊点,否则会增加装焊难度,降低焊点的可靠性。背门内外板的焊点如图8所示。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图8  背门内外板的焊点

        DMU检查分析
        在零件设计过程中及完成时都要设置DMU检查。将所有零件装配在一起进行检查,主要检查内容有:零件之间的运动检查、零件的空间位置、零件间的相对关系、预期性能指标的实现情况、整车的密封性以及一些在焊接中形成密闭空间的排水情况(是否设置了排水孔或者在搭接边合理的位置做出排水凸台,防止可能形成的积水)等内容;然后根据检查结果对零件进行修改,并在下一次检查时体现修改内容。DMU的检查在设计过程中作为主要的设计质量评估工具,可以判断出真实零部件的状态,更加方便及时地做出修正。
        工艺、性能模拟分析与优化
        在完成上述工作后,背门内板的设计已经基本完成(见图9)。然后与模具厂进行沟通,根据分析结果对零件进行调整,最终完成可以进行正式模具生产的数据并发布。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图9  基本完成的背门内板

        在零件设计时,CAE工程人员要对零件及整车的NVH、碰撞等性能指标进行模拟分析(见图10),并向CAD设计人员反馈分析结果,修正零件的设计。这样可以减少在后期实车试验时可能出现的设计问题,有效地缩短整个研发周期。
       

基于CATIA的轿车后背门开发

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        图10  对零件进行模拟分析

        结语
        数字化设计技术打破了传统的汽车设计概念。借助大量软件工具的数字化手段,让汽车设计的过程可信度更高,设计过程真实性更强,优化变得更加有效,从而达到减少设计误差、降低开发成本并缩短开发周期的目的。
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