如今的汽車行業(yè)普遍面臨著產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短、資源效率和盈利能力較低的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。與此同時，即使到了開發(fā)過程的晚期，汽車制造商仍可能會對產(chǎn)品或零部件進行必要的更改，以維持一定的靈活性。
在豐田汽車公司，在他們針對各種高度復(fù)雜的零部件采用的鋁壓鑄件批量生產(chǎn)工藝中，這一點體現(xiàn)得尤為明顯。某些更改將會導(dǎo)致需要修改各種生產(chǎn)工具和工藝布置，而這種修改不僅耗時，而且成本高昂。
來自豐田的鋁壓鑄件樣圖
為了解決這種矛盾，豐田汽車公司的工程師通過努力，將原來按順序進行的產(chǎn)品、工藝設(shè)計和生產(chǎn)計劃開發(fā)流程改為了同步開發(fā)周期。這樣做的目的就是希望在盡量早期階段滿足部分相悖的要求，從而最大程度地減少成本高昂的后期更改和原型設(shè)計工作。
從按順序執(zhí)行的傳統(tǒng)開發(fā)流程轉(zhuǎn)向高效的同步開發(fā)周期
在開發(fā)和設(shè)計過程的最開始以及整個過程中，諸如鑄造工藝模擬這類虛擬方法的應(yīng)用，對于評估可行性及潛在的制造限制發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。
這個項目的最終目的：要實現(xiàn)一個強大穩(wěn)健且極具成本效益的鑄造工藝，確保能夠同時整合對產(chǎn)品設(shè)計、工程設(shè)計和制造工藝的不同需求。為此，豐田工程師成功將MAGMASOFT®自主設(shè)計集成到了自己的設(shè)計過程中。他們相信，只有通過高科技的工藝分析和系統(tǒng)的測試規(guī)劃，才能有效識別出影響鑄件質(zhì)量和盈利能力的重要變量。
為了評估合適的工作流并估算出潛在效益，豐田汽車公司的工程師針對典型的外殼鑄件應(yīng)用了 MAGMASOFT®自主設(shè)計。這個項目需要在設(shè)計部門所期望的“壁厚最薄的零部件”和工藝工程部門所期望的鑄造工藝的“穩(wěn)健性和早期階段經(jīng)濟效率”之間找到平衡點。豐田汽車公司的工程師希望能夠?qū)崿F(xiàn)上述兩個目標(biāo)，并確保首批試樣就能穩(wěn)健生產(chǎn)出薄壁外殼。
同步優(yōu)化壁厚和內(nèi)澆口設(shè)計，確保同時滿足設(shè)計和工藝工程要求
在 MAGMASOFT®中進行的虛擬試驗設(shè)計 (DoE)中，將壁厚不同的兩個鑄件幾何以及不同參數(shù)的內(nèi)澆口截面和位置作為變量，進行模擬分析。
目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計變量
在第二步，他們在 MAGMASOFT®中定義了優(yōu)化過程的評估目標(biāo)和關(guān)鍵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在豐田汽車公司的這個案例中，從產(chǎn)品質(zhì)量方面來說，最重要的目標(biāo)就是要避免出現(xiàn)澆不足并減少鑄造卷氣現(xiàn)象。為了縮短準(zhǔn)備時間和計算時間，他們根據(jù)邁格碼六步法簡化了模擬模型。
通過使用 MAGMASOFT®散點圖對虛擬試驗進行系統(tǒng)評估和比較之后，我們可以清楚地看出能夠?qū)崿F(xiàn)定義的壁厚和內(nèi)澆口設(shè)計的合適解決方案。通過使用統(tǒng)計方法對所有變量進行定量比較，可以得出不受主觀影響的可靠結(jié)果。
借助合并散點圖找到已定義澆口設(shè)計和壁厚的最佳結(jié)果
通過這種方式，可以在前期就完全避免出現(xiàn)澆不足問題，而且通過優(yōu)化結(jié)果評估，能夠輕松的找到更好的充型方案以及更好的質(zhì)量方案。
與傳統(tǒng)模擬過程相比，通過應(yīng)用 MAGMASOFT®自主設(shè)計，像 3D 幾何建模和網(wǎng)格化等大量的手工任務(wù)都可以完全避免掉，因此可以節(jié)省非常多的時間。
通過優(yōu)化節(jié)省極其寶貴的工作時間
通過這個案例，豐田的工程師們證實，除了識別穩(wěn)健設(shè)計和制造解決方案以外，設(shè)計期間所需的工作時間投入可減少 50%。這顯著縮短了整個開發(fā)過程中的前置期。
對于豐田而言，MAGMASOFT®自主設(shè)計現(xiàn)在不僅能夠幫助他們更全面地了解工藝，而且在產(chǎn)品和工藝開發(fā)早期階段就能提供大量有用的信息以幫助他們做出安全可靠的決策。
本文由豐田汽車公司供稿：
豐田汽車公司的 TAKASAKA-san 先生在漢堡2018 年度 MAGMA 國際用戶大會上發(fā)表。
