Shape成功優化汽車車頂機匣零件翹曲問題

ACMT協會

2023年9月4日 09:42

■科盛科技技術支持處 / 賀資閔工程師

客戶簡介

客戶：NetShape / Shape Corp
國家：印度
產業：汽車
解決方案：Moldex3D Professional、Designer BLM、Fiber

Shape Corp不但是碰撞能量管理系統以及先進的輥軋成型技術領域的全球領袖，且是北美洲地區最知名的汽車保險桿制造商。Shape也為辦公家具、農業及醫療保健行業提供產品和服務。作為全球唯一提供從設計、測試到生產以及其他服務的一條龍式保險桿系統供貨商，Shape為全球不斷變化的市場提供創新、輕量、高質量及高成本效益的解決方案。

功能介紹

當選擇含有纖維的材料時，可以在軟件中設置三種纖維配向：「空間隨機配向」、「平面隨機配向」和「單方向配向」。空間隨機配向表示纖維在預填料中沒有方向可循，纖維配向不會顯示在模型樹中；平面隨機配向則是纖維在預填料中隨機排列在指定的參考平面上，纖維配向可以在模型樹中顯示，纖維方向將以雙十字圖標顯示；單方向配向是纖維在預填料中，并且可以在指定的參考平面上設置纖維配向，纖維配向可以在模型樹中顯示，且會以已指定方向顯示。

使用限制

成型類型須選擇壓縮成型；
僅支持實體網格設置纖維方向；
材料應含有纖維。

大綱

為了因應現代科技對減重的需求，汽車制造業將大多數的鋼制零件替換成塑料制零件。但塑料件制造的一大問題是因尺寸及厚度而引發的翹曲。因此Shape Corp采用以反變形技巧為基礎的制程及方法重新設計零件，以求減少翹曲。Moldex3D解決方案能從軟件將逆模型導出，以預測并解決翹曲，并可讓模具制造者補償模具中不可避免的變形情況。Shape的產品如圖1所示。

Shape成功優化汽車車頂機匣零件翹曲問題的圖2

圖1：車頂機匣零件

面臨的挑戰與應對

本次案例面臨的主要挑戰分別為「減少間隙內的翹曲及零件組裝的填隙公差」及「幾何特征的翹曲超過容許范圍」。

對于上述提到的挑戰，因產品有修改限制，能減少翹曲的范圍非常有限。因此Shape選擇將零件預先反翹曲一個比例，以減少整體翹曲。帶來的效益如下：

降低機臺噸數；
避免裝配時發生問題；
減少翹曲；
改進整體產能。

案例研究

本案例主要目的是解決車頂機匣零件的翹曲問題，此產品對成品尺寸精度有特定要求，有多個位置需和其他零件進行組裝，如圖2組裝圖所示。

Shape成功優化汽車車頂機匣零件翹曲問題的圖3

圖2：成品組裝圖

首先，在原始設計的組別中，Z方向位移處的翹曲結果，顯示正向翹曲約8毫米，負向翹曲約14毫米。總位移處的翹曲則約2.52到15.20毫米，如圖3所示。

Shape成功優化汽車車頂機匣零件翹曲問題的圖4

圖3：原始設計總位移

透過輸出仿真翹曲模型在Rhino中進行交叉驗證，比較原始CAD模型與仿真后產品翹曲模型距離約14.35毫米，如圖4所示。

Shape成功優化汽車車頂機匣零件翹曲問題的圖5

圖4：原始CAD模型與仿真之翹曲模型迭圖比較

接下來，根據Moldex3D的翹曲分析結果，以反轉翹曲方式進行模具補償，來進行幾何的設計變更，修正翹曲問題。流程如下：將Moldex3D變形后模型導出，并于Inceptra軟件中將STL檔案轉換為STEP檔案，接著在Inceptra反轉翹曲方向并導出模型，如圖5所示。最后再于Moldex3D以相同成型條件進行分析。