案例分析 | 汽车行业的成型仿真技术打造高性价比的优质产品

最优的加工工艺对于汽车零部件的制造，尤其是高性价比的优质零部件的制造至关重要。这也是在量产之前使用仿真工具的主要原因。借助仿真技术，可以实现工艺流程和工艺参数的详细设计，从而节约材料成本的投入或延长机器的正常运行时间。

简介

Neumayer Tekfor Holding GmbH 位于德国科隆的工厂为汽车行业开发、生产零部件和总成。生产线分为变速箱、发动机、传动系、紧固件及底盘。Neumayer Tekfor 开发及生产的产品采用不同的成型方法，主要包括热成型/冷成型以及环形轧制/楔形轧制。工程部门负责规划并开发零部件的整个开发及生产工艺，从成本计算和投标方案、制造方法的决策、模具结构、供应商和原材料的选择、仿真和工艺设计，直到开始生产。

虚拟工艺设计

为满足这些要求，Neumayer Tekfor 采用最新的仿真技术对成型工艺进行虚拟设计和优化。该公司与位于德国汉堡的 Simufact Engineering GmbH 强强联合，专注于环形轧制及楔形轧制的仿真。除工程服务外，软件供应商和开发合作伙伴还为Neumayer Tekfor提供了仿真工具 Simufact.forming 进行成型工艺方案的初步分析、评估及优化。使用Simufact.forming帮助Neumayer Tekfor避免在真实设备上进行测试时产生的高昂成本及偏差。

工艺研发——从询问到产品

“正常”的工艺研发、设计通常始于客户的询问和待加工零部件的相应详图。基于此，一张毛坯件的图纸将被绘制。并指定测量值、边界条件及材料。在这一阶段完成首次概念评审，从而明确能否根据要求将零部件成型。在完成毛坯件图纸之后开始计算成本。其中包括计算所需的材料、选用的设备并计算相应的机器（运转）小时率。对于标准问题，企业通常拥有充足的经验，无需或者只需极少的仿真即可进行估算。但对于存在实际制造难题的情况而言，会有所不同。在此情况下，将使用仿真来获得关于轧制力等的详细信息，并评估所选定的成型工艺是否可行。工艺仿真用于相关计算的初期，甚至是在锻造第一个样件之前。由此可以显著提高对工艺的了解，甚至无需启动设备或者使用材料。

“如果无法在开始生产前深入了解成型工艺，会相当危险，因此成型仿真对我们至关重要。只有合作伙伴理解客户的需求、并愿意且有能力在最短时间内帮助改进设计方案，对我们的复杂工艺进行分析、优化才成为可能。而 Simufact 就是我们要寻找的这样一个合作伙伴，它以客户为关注点。能让用户感到满意的产品就是好产品。”

 Jürgen Schüler，Neumayer Tekfor Holding GmbH 工程总管

楔横轧制模具概念模型 CAD

虚拟与实际测试的对比

如果将采用和未采用工艺仿真的工艺设计成本进行对比，可发现其比率为 1:10。通过实际物理测试来确定最优工艺时，需要多名工作人员参与、花费高昂的机器运转时间，还可能需要进行多次测试，直至可以确定完美的工艺方案。此外，在测试期间，机器不能用于生产。而将仿真工作站的初始成本与运行成本进行比较后显示，在大多数情况下，仅仅在一个项目之后，对虚拟工具的投资成本就可以收回。仿真还会影响 Neumayer Tekfor 的产品质量。多年来，该公司一直为汽车行业开发并提供高端零部件。借助于仿真，该公司能够设计并生产比以往更加复杂的零部件。五、六年前，很多问题由于接近设计制造能力极限而无法做到，如今有了仿真就能以最低的风险进行系统化设计并将其实现。

新款 6 级齿轮变速箱输出轴仿真模型

感应加热至 1240 度之后，在楔横轧制上将零部件成型

技术层面 — Tekfor 与 Simufact 之间的开发合作关系

如果问题零部件出现任何难以解决的问题，特别是在进行量产时，Neumayer Tekfor 还可以向 Simufact工程师寻求技术上的帮助。这一服务包括完整的计算外包。利用所获取的知识可排除量产中的问题，并避免在未来的项目中再次出现。这种技术合作关系已开展多年，双方均在相关知识上收获颇丰。

展望

在未来， Neumayer Tekfor 将会增加其环形轧制及楔形轧制仿真工作。由于项目通常极其复杂，而这些应用能够最大程度地降低公司的成本投入。将各个成型阶段联系在一起尤为困难，工艺链仿真有助于以更好的工艺、更高的成本效益完成这些项目。此外，还可以对 Neumayer Tekfor 的所有其他成型工艺在设计初期就进行改进。这体现为新方法既简化了工艺编排，又提高了工艺的经济性及可预测性。

结束语

总之可以说，如果没有成型仿真技术，要想完成此类工程项目是难以想象的。借助 Simufact，无需真实样件试制就可以进行可行性研究，不仅如此，还能降低生产成本。通过与软件合作伙伴及技术合作伙伴 Simufact Engineering GmbH 合作，Neumayer Tekfor 不仅提高了仿真技术水平，而且为实际应用做好了准备。