| 公司介绍 |
| 名称 |
Barczycki |
| 地址 |
Entenmühlstraße 48
66424 Homburg
Germany
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| 电话 |
06841 / 12577 |
| 行业 |
工模具制造 |
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选择最简便的方法为复杂钣金件设计拉深工模具 |
“对于我们来讲，车体的板料就像纸张一样。” Barczycki & Bernardi GmbH的CEO Stanislaw Barczycki说。 德国工模具制造及工程公司生产用于抗热变形不锈钢板料设计的综合的拉深和连续模复合模的设计, 其中包括排气系统的排气管和消音器。模具的设计是使用Missler Software公司的TopSolid软件, 这样一个集成化的3D CAD软件,在很大程度上简化并缩短了设计的过程。
我们有现成的技术用于生产板料成型的拉伸模。工模具制造者知道该如何去做，并且在这方面计算机是无法取代他们的经验的–无论它们的功能是多么强大而且能够如何地简化工作。有时候一个模具能否像预料中的那样工作，要依赖于一些细节，正如Barzczycki公司的一则轶事中所写: “有的工模具用户可以很好的使用，而在我们这里却会出现问题。最终，我们发现我们的拉深乳液老化了。–混合乳液的润滑特性有所改变了。”
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在成型过程中， Barczycki & Bernardi测试了材料的强度和弹性极限，当然这是因为上面的一些表面上来看并不相关的因素确实对产品有影响。位于法国边境的汉堡/萨尔河的公司专门致力于用于大量生产复合内体板和用于排气系统的钣金件的模具的开发，它们的成型都是很困难的。即使套用严格的有限元模拟的数学公式也无法成型一些特定的钣金件，工模具制造厂商就经常可以找到恰当的解决方案。
此外，在连续模复合模方面,公司开发并制造出的连续模重量达到7吨。这些模具可以执行用于传递压力的钣金件的整个成型过程，并且主要应用于汽车制造业和他们的一级供应商。例如，系统供应商如： ThyssenKrupp汽车或排气系统制造商如：Boysen 和 Eberspächer。“在奥迪 A8 新增了后座安全气袋之时，我们已经推出了–由奥迪进行严格管理的 –用于创建新的车体内部铝件的全系列模具的设计。”Stanislaw Barczycki说。 |
| 起步
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| 事业开始的规模是很小的：在1990年, Barczycki创办了自己的公司。这是一个很冒险的决定，因为即使在当时，制作基础模具的机械的最小投资也要几百万马克, 而且主要因为 Barczycki从他原先的老板那里作为高级设计员得到的经验有限。在开始的几年里，公司设法以主要维修和改进国外生产的模具来维持生计。为了节省成本，德国汽车工业决定于90年代早期，在西班牙、葡萄牙、意大利和东欧等地生产模具。这个决定随着许多德国工模具制造企业的倒闭被证明是很幼稚的错误，正如Barczycki所言, 这个决定对于制造商本身来说成本是很昂贵的。
“通常情况下，由于零件质量比较差，模具需要进行改良。总而言之，假如汽车制造商能够首先在德国本地生产模具，就可以付出更低廉的成本 。这是由于模具需要做大量的维修工作，从而导致了高维修费。不言而喻的，当一个模具破损时，制造商就会想尽一切办法尽快把它修好，以免停工。然而不幸的是， 停工要依赖于另外的成本中心，因此，实际的原因并不像我们想象的那样明显。”
在90年代中期，汽车厂商提高了他们的模具质量标准–Barczycki & Bernardi也不例外。拥有25名雇员，公司的年度周转资金已经超过了500万马克，并且公司是满负荷地运作。依据Barczycki所言, 希望每一个人做额外的工作量, 这是公司能够在高成本压力下实时运作的先决条件, 特别是工业生产面临着日益增加的时间压力：十年前，一套模具的开发和制造可能要12个月，然而现在3到4个月就必须要交货。 |
每一个包含多个零件的模具的加工与装配都是由经验丰富的模具制造者来完成。（图：Wendenburg）
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与此同时，钣金件的复杂程度也在不断的提高，如设计员Wolfgang Doerr所说。“以排气系统为例，汽车的引擎更加强力，对喷射气流的调节控制和声音吸收的要求越来越严格。同时，在底板上可以利用的有效空间随着车型的更新也越来越少。因此，钣金件有些时候就要做成特殊的形状来适应要求。客户的目标就是使用尽可能少的工序来完成这些零件的成型，因为每一步额外的工序都要增加加工人员、加工和维护的费用。”
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模具设计 |
| 要保证对所有客户的需求做出快速灵活的响应，使用功能强大的 3D CAD软件进行模具设计就变得势在必行了。早在90年代初期, Barczycki & Bernardi 就用基于曲面的CAD/CAM系统取代了传统的图板用自由曲面作为辅助来促进成型模的设计和磨削。这就是企业与West system house在靠近汉堡/萨尔河的Sulzbach进行的初次接触。在90年代中期, West提供的产品中增加了Missler Software公司的全关联3D软件 TopSolid 并且很快就成功地指出了实体建模对于Barczycki & Bernardi的好处。
TopSolid'Pro软件包含了实体关联设计模块和2D绘图设计工具。当前版本6.4还包含了用于展开钣金模块的TopFold模块。Barczycki & Bernardi公司的所有的4个CAD工作站都安装了MISSLER公司的软件。在一台计算机上仍然安装着以前的版本。这样，当旧的模具需要修理时，工作人员就可以快速地调用曲面模型并通过少量的磨削修正有缺陷的成型部分。“模具用于生产小批量的零件，即使是汽车的模型也不会用几十年。”Doerr如是说。
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制作者直到进行测试冲压成型才能确定所选择的策略是否正确。（图片： Wendenburg）
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| 所用的计算机都是高性能的计算机,1024M的内存和SCSI总线技术允许我们在合理的时间内完成对大的模具模型的大量数据的处理。“1GB的内存对我们来说太小了。”Doerr说。所有的工作站通过一个NT主服务器互联，在这个主服务器上存储了所有的三维实体模型和二维绘图文档，每个用户都可以直接访问。网络环境有利于设计者经常进行模具仿真(例如，一个用于成型，而另一个创建模具的绘图)。 |
| 综合2D和3D技术 |
在Barczycki & Bernardi,用三维设计来创建外形，而整个模具结构是由二维来完成的。除了用三维设计的部分。复杂的装置全部采用三维的设计来避免碰撞。根据 Doerr所说, 模具结构使用二维来创建更加方便快捷。
“你必须承认我们的每个模具都是独一无二的，例如，这些模具只针对每一个对要使用的标准件有特殊需求的用户制造一次。 从而,对于我们来说要使用一个统一的模具结构标准是很困难的。要做到这一点，我们必须为所有的标准件供应商所提供的产品集成一个三维的标准件库。– 这样就需要一个专门的数据库服务器 – 或者是我们需要创建一个参数库，这样就会增加成本并且浪费大量的时间。”
使用要成型的零件的三维几何外形进行建模。通常, 这些都是CATIA模型。CATIA是可以直接通过一个与CATIA的交互接口被 TopSolid 读入的。 Doerr很满意这个CATIA接口, 尽管它只支持数据的读入。数据的写出通过新版本所提供的双向STEP接口也是可行的。此外, TopSolid 6.4或更新的版本支持用ACIS格式的文件读入或写出 CAD数据。
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读入要制造的零件模型的数据作为创建模具外形的三维设计的基础。（图片：Wendenburg） |
以Doerr的观点来看, TopSolid 当前的版本做了令人吃惊的改进并且在数据的读入方面功能更加强大。软件可以进行几何分析并自动把B样条曲线转换为圆弧从而释放内存。读入之后的曲面是光滑的, 这样大大减少了数据处理量。
然而，系统最显著的特征就是可以撤销读入的数据的圆角和倒角，并且通过分别裁剪曲面来保存尖锐边。 “这项功能令人惊奇地大大加快了读入几何的过程，”
Doerr说， “你可以去掉圆角并快速地插入草图。随后，你可以使用相同的半径对要修改的几何进行圆角操作。” |
| 工作在实体环境中 |
模具设计员通常根据安装在汽车零件的位置来得到这个零件几何的位置。这样，零件几何就必须要重新定位以免被模具擦伤。要加快成型的进程,基础数据就要转换为三维实体数据。“我们经常要使用圆角，它在三维实体模型中的创建只需要轻松点击鼠标。而在曲面模型中，需要为每一个独立的曲面定义边界和交叉点，这个操作就相当地复杂。”Doerr说。
一旦定义了基础几何，设计者和模具制造者就可以共同来决定拉深的工作流程。成型的步骤数量或拉深操作依赖于零件的外形－带有陡峭边或尖角的零件不能通过一步拉伸操作完成，因为这样钣金会断裂。在执行第一步拉伸操作之前,原始外形的尺寸可能要略有增加，以便在边角的加工过程中有足够的材料。在创建顶部时，Doerr也使用网格曲面功能,允许他在几条辅助曲线上创建一个曲面，或者在零件几何上创建一个小的实体并通过使用外形的余量进行圆角操作。TopSolid的当前版本将圆角功能的多功能性和操作的灵活性融为一体。
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由于实体外形的每一部分都可以分开单独铣削，从而加速了铣削进程。（图片： Wendenburg） |
模具制造者直到使用制造出来的模具冲压出第一个外形并进行受力测试之后才能确定他们所选择的策略是否正确,因为只有装配用于计算高要求的受力分析的价格昂贵的FEA软件才可以进行拉深过程的仿真，并得出相对精确的结果。与此相比，一些小的模具厂，汽车制造商可以为他们提供这些程序。这就是为什么第一个成形要使用质量稍次的钢进行铣削。这些成型经常要用于创建50或者100个零件原形进行制造,然后把它们用于进行载荷测试。
根据测试的结果,厂商需要修改零件设计,结果就是模具制作者就需要因此而做出与之适应的模具。“我们除了设计允许有一定的柔性的模具结构之外别无选择。”Doerr说，“如果修改了一个零件的尺寸，我们的柔性就会明显受到限制。因为模具的几道工序要因为修改尺寸而有所变动。” |
| 柔性化参数的使用 |
由于TopSolid的参数化和关联性的设计环境，可以随时进行外形的修改和更新。当设计者工作于关联模式下时，程序按顺序记录了所有的设计步骤并在历史树中显示出来。要改变圆角的半径或者倒角的角度， 设计者只需要移动到历史树中相应的节点并改变初始的参数值。
在创建模型的结构时，用户必须记住执行的操作的顺序。“假如修改一个参数，由于关联性可能导致整个零件的改变。”Doerr说。尽管这些关联的顺序并不是决定性的。TopSolid当前版本新加的一个关键功能可以让用户对历史树进行编辑。例如圆角，可以通过鼠标拖动到历史树中的其它位置。
另外,用户可以通过切换为非关联模式永久的清除历史树。个体的模型版本可以保存为非关联模型，用户可以使用关联设计的特征和非关联的几何模型来工作。删除参数信息还有另外一个好处就是：模型的数据量大幅度减少。由于系统也能够检测到非关联设计元素的特征，比如圆角或倒角, 使得关联设计和非关联设计的结合为设计提供了最大程度的柔性。 |
| 更早的开始铣削加工 |
三维实体造型的应用在很大程度上加速了拉深操作所需要的外形的创建。“如果基础外形的特定部分需要特定的拉深位，你可以通过一些鼠标的点击来切削和铣削这一部分。曲面模型就无法用相同的方法进行处理，由于它们不能独立于零件环境而单独存在。在三维环境下， CAD 模型与零件外形完全匹配。”Doerr说。
由于只产生外形特定面的铣削程序，大大缩短了车间中机床的运行时间。我们很难统计究竟我们实际上因此而节约多少时间，因为这要看零件或外形各自的复杂程度。“零件的复杂程度越高，我们可以节省的时间也就越多。”Stanislaw Barczycki说，“有一些零件，我们节省了90%以上的时间。”
使用比相似的曲面模型数据量更少的不带有参数信息的三维实体模型也更有利于与客户之间的数据交换。Doerr说得没错 – 它很好区分了通过ISDN连接传输 200 MB数据还是2 MB 数据。“我们通常为我们的客户存储模具的CAD数据文件。假如发生崩刀，客户就必须快速取得这个数据以铣削损坏的部分。现在，我们除了提供给我们的客户模具之外，还提供一个STEP模型。”
文： Michael Wendenburg, Sevilla
图： BG Concept Marketing Communication |
