专栏 l 个性化轮毂的创成式设计及怎样实现落地生产

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目前常用车型的轮毂多为铝合金材质,铝合金轮毂从生产工艺上大致可分为铸造和锻造两种。铸造工艺技术相对简单,成本比较低廉,造型相对常规,是量产轮毂的首选生产工艺。而锻造轮毂,耐疲劳性、拉伸强度、重量等性能指标好于铸造轮毂,其制造工艺是通过锻造完成基础胚体生产再进行机加工、切削等后续处理完成成品。

除了常规轮毂产品之外,国内一些大型轮毂生产企业也接受锻造轮毂的个性化定制服务。同时,3D打印个性化汽车轮毂也是目前汽车领域中一项颇为引人注目的应用。

本期的谷.专栏文章,将通过安世亚太的汽车轮毂创成式设计案例,来解析创成式设计怎样实现个性化轮毂的设计,以及创成式设计怎样与锻造、铸造、增材制造-3D打印技术相结合,完成个性化轮毂的落地生产。

block 常规轮毂的设计

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首先,从常规轿车铝合金轮毂入手。常规轮毂一般分为轮辋、轮辐和与车轴链接安装盘三个主要部分。

pera_Wheel_1轮毂各部分构成

pera_Wheel_2轮毂的主要参数

其中轮辋部分主要与轮胎固定,规格参数与轮胎紧密对应。在该案例中,设计师将轮胎尺寸,轮缘宽度代号等基本信息作为参数输入,构建参数化轮辋模型即可得到相应轮辋选型数据模型随时调用。

后续将轮毂安装的偏距ET值作为参数输入建立轮辐面。用户可以根据自身车型实际偏距选择适合轮毂胚体

pera_Wheel_3基础轮辐面构建

此步骤创成式设计轮辋+轮幅面轮毂胚体模型,就可以作为锻造生产轮毂胚体数据,用户输入相应规格,生成厂家锻造生产所需胚体模型,简化锻造定制设计难度和用户定制技术门槛。

pera_Wheel_4锻造轮毂胚体

pera_Wheel_5胚体锻造过程

下一步就可以在安装面增加螺栓孔节圆直径PCD、安装盘直径,中心孔直径、螺栓规格等选项完善安装盘选型部分创成式程序设计。

pera_Wheel_6安装规格信息输入

接下来就是轮辐部分设计,围绕轮辐辐条大小、形状、个数加入控制元素可以更改基本辐条造型,添加单支辐条不同特征就能得到一些相对常规轮辐样式。

pera_Wheel_7轮辐辐条的变化

pera_Wheel_8轮辐添加变化元素衍生出的可加工样式

通过创成式设计生成的常规辐条样式轮毂模型,可以运用铸造、锻造的形式完成定制轮毂的落地生产。通过创成式设计方法归纳轮毂基本特征数据,生成形态样式数字模型可以涵盖常见规格,能够简化量产轮毂设计过程,为后续生产提供便利。

block 个性化轮毂创成式设计及落地生产方式

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在实际产品化的常规轮毂设计中是有固定数据包约束,包含工艺要求,倒角、间隙、厚度、强度、法规等诸多限制条件来保证轮毂产品安全可靠性能,加上常规生产工艺限制。其实普通定制轮毂能够落地的样式并不多。

通过创成式设计更改参数得到的轮辐造型相对千变万化,想要完成一款独一无二定制轮毂产品落地,就需要进行更多的尝试。

pera_Wheel_9创成式设计产生不同轮辐样式的整体轮毂造型

在创成式设计产生的万千变化中,可以挑选适合造型完善模型。用仿真验证,模拟实际使用中不同工况进行仿真验证。

pera_Wheel_10部分工况条件设置

pera_Wheel_11部分仿真验证结果展示

通过不同工况下仿真验证的结果,对创成式设计产出的不同造型方案进行筛选

在保证不同工况条件下,强度满足要求的前提下,进一步对创成式生成轮毂造型进行拓扑优化,进行零件减重,减少用料,降低生产成本,提高轮毂相关性能,得到完整轮毂设计方案。

pera_Wheel_12拓扑优化后定制轮毂方案

通过创成式设计、仿真验证筛选、拓扑优化的定制化轮毂方案保证了外观的多样新颖,满足不同工况下性能要求,还具备比常规方案更为轻量化优点。

但是这类设计无论通过铸造亦或是锻造工艺就很难实现生产了。如果希望充分利用以上先进设方式在产品设计优化上的潜能,将设计结果落地成为实际产品,从而满足最终用户更为丰富的定制化需求,那么可以考虑借助增材制造技术,完成定制化轮毂的生产步骤。

pera_Wheel_13通过3d金属打印完成定制定制轮毂实物
实用新型专利号:ZL202920214026.4

pera_Wheel_14定制轮毂平台服务流程与制作环节图片

如果设计方案具备铸造量产的潜力,则可以通过选定参数生成数据模型,完成量产轮毂设计方案快速3D打印铸造模具生产试模工作,缩短产品设计开发周期。

锻造定制轮毂用户可以借助这套规则选定型号生成锻造胚体,添加辐条样式,快速完成个人定制方案,简化定制流程。与此同时还能有效降低用户与定制服务企业过程中沟通门槛,提高效率,减少定制服务企业所需人力。

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