DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計

從1886年四輪汽車誕生標志人類汽車工業拉開了序幕,我國雖然汽車工業發展較晚,但隨著近幾十年經濟蓬勃發展,如今擁有汽車已經不再是新鮮事,汽車本身也不再是單純的代步工具,汽車改裝也逐步盛行起來,越來越多人希望自己的座駕擁有個性化特點。


我國對于汽車改裝相關規定還是比較嚴格的,不過2020年實施新規中,除了一些加裝功能外設外,外觀方面車體顏色可以備案更改,同時廢止了此前輪轂樣式不能更改的規定,只要求輪轂尺寸大小、規格與登記證書保持一致。輪轂可謂汽車的“鞋子”,“鞋子”好看整臺車看上去才足夠精神,輪轂改裝成為我們為愛車增加個性亮點的不二之選。今天我們來結合創成式設計方法,幫你完成輪轂個性化定制設計。


目前常用車型的輪轂多為鋁合金材質,鋁合金輪轂從生產工藝上大致可分為鑄造和鍛造兩種。鑄造工藝技術相對簡單,成本比較低廉,造型相對常規,是量產輪轂的首選生產工藝。而鍛造輪轂,耐疲勞性、拉伸強度、重量等性能指標好于鑄造輪轂,其制造工藝是通過鍛造完成基礎胚體生產再進行機加工、切削等后續處理完成成品。個性造型自由度較高,國內一些大型輪轂生產企業也接受鍛造輪轂的定制服務。雖然我們聚焦定制輪轂設計,但通過創成式設計方法歸納輪轂基本特征數據,生成形態樣式數字模型可以輕松涵蓋常見規格,同樣能簡化量產輪轂設計過程,為后續生產提供便利。


首先我們從常規轎車鋁合金輪轂入手,常規輪轂一般分為輪輞、輪輻和與車軸鏈接安裝盤三個主要部分。

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輪轂各部分構成

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輪轂的主要參數


其中輪輞部分主要與輪胎固定,規格參數與輪胎緊密對應。我們將輪胎尺寸,輪緣寬度代號等基本信息作為參數輸入,構建參數化輪輞模型即可得到相應輪輞選型數據模型隨時調用。


后續將輪轂安裝的偏距ET值作為參數輸入建立輪輻面。用戶可以根據自身車型實際偏距選擇適合輪轂胚體。

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基礎輪輻面構建


DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計的圖4此步驟創成式設計輪輞+輪幅面輪轂胚體模型,就可以作為鍛造生產輪轂胚體數據,用戶輸入相應規格,生成廠家鍛造生產所需胚體模型,簡化鍛造定制設計難度和用戶定制技術門檻。


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鍛造輪轂胚體


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胚體鍛造過程


下一步就可以在安裝面增加螺栓孔節圓直徑PCD、安裝盤直徑,中心孔直徑、螺栓規格等選項完善安裝盤選型部分創成式程序設計

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安裝規格信息輸入


接下來就是輪輻部分設計,圍繞輪輻輻條大小、形狀、個數加入控制元素可以更改基本輻條造型,添加單支輻條不同特征就能得到一些相對常規輪輻樣式。


DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計的圖8DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計的圖9

輪輻輻條的變化

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輪輻添加變化元素衍生出的可加工樣式


通過創成式設計生成的常規輻條樣式輪轂模型,可以運用常規鑄造、鍛造的形式完成定制輪轂的落地生產。但是實際產品化常規輪轂設計中是有固定數據包約束,包含工藝要求,倒角、間隙、厚度、強度、法規等諸多限制條件來保證輪轂產品安全可靠性能,加上常規生產工藝限制。其實普通定制輪轂能夠落地樣式并不多。但是通過創成式設計更改參數得到輪輻造型相對千變萬化,想要完成一款獨一無二定制輪轂產品落地,我們就需要進行更多的嘗試。


DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計的圖12 DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計的圖13
創成式設計產生千變萬化輪輻樣式不同輪輻樣式的整體輪轂造型


在創成式設計產生的萬千變化中,我們挑選適合造型完善模型。用仿真驗證,模擬實際使用中不同工況進行仿真驗證。


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部分工況條件設置

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部分仿真驗證結果展示


通過不同工況下仿真驗證的結果,對創成式設計產出的不同造型方案進行篩選。在保證不同工況條件下,強度滿足要求的前提下,進一步對創成式生成輪轂造型進行拓撲優化,進行零件減重,減少用料,降低生產成本,提高輪轂相關性能,得到完整輪轂設計方案。


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拓撲優化后定制輪轂方案


通過創成式設計、仿真驗證篩選、拓撲優化的定制化輪轂方案 保證了外觀的多樣新穎,滿足不同工況下性能要求,還具備比常規方案更為輕量化優點。但是無論傳統鑄造亦或是鍛造就很難實現生產了,我們需要借助增材制造技術,完成定制化輪轂打印生產步驟。


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通過3d金屬打印完成定制定制輪轂實物
實用新型專利號:ZL202920214026.4


通過我們利用創成式設計與增材制造進行輪轂定制所做的一些嘗試中,前期可以為定制服務商歸納常規數據特征,建立基本輪轂模型,生成編碼規則,合作建立定制服務平臺,用戶通過定制平臺通過調整參數完成方案定制,隨后交付生產商,如果方案具備鑄造量產潛力可以通過選定參數生成數據模型,完成量產輪轂設計方案快速3D打印鑄造模具生產試模工作,縮短產品設計開發周期。


常規鍛造定制輪轂客戶可以借助這套規則選定型號生成鍛造胚體,添加輻條樣式,快速完成個人定制方案,簡化定制流程。與此同時還能有效降低用戶與定制服務企業過程中溝通門檻,提高效率,減少定制服務企業所需人力。在通過創成式設計方法賦能常規輪轂定制模式之外,我們還可以通過創成式造型設計結合增材制造的新的生產方式將許多以往難以實現的個性化方案優化,完成落地成為實際產品,滿足客戶更為豐富的定制化需求。


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定制輪轂平臺服務流程與制作環節 DfAM專欄 | 定制輪轂中的創成式設計的圖19


讓定制化過程實現用戶參與設計,只為你量身打造。一直是我們努力的方向,力無論是傳統生產制造商,還是服務商,或者定制用戶,我們希望從設計方法到制造工藝探索中尋求更好的方案為其賦能,也歡迎大家多多聯系我們提供你更新奇的想法,我們來一起運用創成式設計與增材制造技術與之碰撞出新奇的火花!

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