基于UG空调器底盘成型仿真研究

摘要：本文利用UG软件对空调器底盘的结构和刚度进行了成型仿真设计，并且根据最后的仿真结果对底盘的初始设计进行了改进和优化设计。我们对优化后的底盘进行实验发现：改进和优化后的空调器底盘刚度比最初设计的底盘刚度提高了50%左右，而且在冲压成型过程中起皱和拉裂的现象明显减少。因此，利用UG的仿真功能可以改善空调器底盘的结构设计，提高了成型质量。

关键词：UG软件；空调器底盘；成型仿真

中图分类号： TP311.5文献标识码：A 文章编号：

前言

空调器的底盘是其室外机主要承载部件，因此底盘结构的合理与否、刚度大小直接关系到整个空调系统运行的安全性和可靠性。如果空调器底盘的结构不合理，将会使其安装等带来不便。如果空调器底盘的刚度太小，则会导致空调在工作过程中的应力过大和配管振动，与此同时又会引起不必要的噪音。通过UG软件的有限元分析功能，对空调器底盘成型结构进行改进和优化，并且使得优化后的底盘刚度有了显著提高。因此，采用UG软件对空调器底盘进行成型仿真研究具有一定的必要性。

UG软件介绍

UG软件是一个集成化的CAD/CAE/CAM系统软件，它为工程设计人员提供了十分强大的应用工具，这些工具可以对产品进行设计（包括零件设计、装配设计）、工程分析（包括有限元分析、运动机构分析）、绘制工程图、编制数控加工程序等。因此，利用UG软件对空调器底盘进行成型仿真具有可靠性、简单性等特点。

底盘的仿真分析

2.1原始底盘的刚度分析

空调器的底盘是其室外机的主要受力部件，它受到的力主要来自冷凝器、压缩机、壳体等。因为冷凝器的固定还有横梁支撑，所以我们主要考虑考虑压缩机的重量对空调器底盘的压力。有的空调器底盘上还安装有比较沉的气液分离器，因此也要把分离器的重量加上。假设底盘初始结构是这样：上面安装有1台压缩机和一件气液分离器，两根横梁支撑在底盘的支撑部位，对底盘施加固定约束，在每个压缩机底脚部位施加重力载荷。假设压缩机重80kg，平均分配到四个底脚，则每个底脚在竖直向下的方向上的力为200N。对底盘中面进行抽壳处理，利用UG有限元仿真对壳体进行划分，其厚度为1.2mm，添加约束和边界条件建立有限元模型。此时底盘边缘蓝色区域是施加固定约束的，红色部位在中间4个底脚部位，表示重力载荷。

2.2基于刚度分析的结构优化设计

利用UG有限元仿真功能，对上述所建立的有限元模型进行静力分析求解，根据分析结果我们知道底盘在重力作用下产生形变。很明显在右边的压缩机固定处，底盘产生了0.791mm的最大变形。因为该变形量较大，所以说明初设计的刚度较低，需要对其进行结构优化。

根据模拟结果，对底盘结构进行分析，我们可以知道该设计方案的底盘中间处有两个特点：一是底盘往下方向进行拉伸，其拉伸的高度为15mm，另外一个是往上方向进行拉伸，其拉伸值为10mm，由于中间处没有一条加强筋将空调器的底盘前后两侧连接起来，所以造成刚度下降。为了提高空调器的底盘刚度，我们可以在底盘的前后两侧用一条加强筋将二者连接起来，同时将往上拉伸的加强筋横向切断，使承载压缩机的两个部分保持相互独立，这样就可以增强底盘的刚度。

2.3优化后的底盘刚度仿真分析

虽然我们对原始底盘进行了优化设计，但是在建立底盘有限元模型时，保持原始的约束、边界条件、加载方式不变，利用UG有限元分析功能对优化后的底盘进行静力学求解。从求解结果我们能看出：变形最大的部位仍然是空调器底盘右边压缩机的固定位置，此时变形量为0.419mm。对比原始方案，在相同受力情况下，底盘的变形量减小了将近47%，刚度几乎提高了一倍，说明优化以后的结构比较合理。

3.进行优化后的冲压成型仿真

为了能分析优化以后的底盘方案冲压成型的相关性能，我们采用UG软件的仿真工具对其冲压成型过程进行必要的仿真，分析其在冲压过程中是否由于空调器的底盘结构局部设计的不合理而产生严重的拉裂或者严重的起皱现象。这样我们就可以模拟加工过程，避免了许多设计弯路，减少不必要的材料浪费，使设计更加合理。

3.1冲压成形仿真

首先我们去除空调器底盘的所有小孔特征，对底盘的中面进行抽壳，输出空调器底盘的CAD模型为IGS的文件格式。然后将保存的IGS格式文件导入UG软件成型分析模块，根据空调器底盘中面的文件，分别生成板料、凹模、凸模和压料板，还要定义板料的材料属性。最后确定凸模与压料板的运动曲线，进行分析求解。如果有需要，我们还可定义几何性质的拉延筋来改善压板料的成型质量。所选材料牌号为DX51，板料的厚度初定为1.2mm。建立有限元模型，进行建模求解得到分析结果图谱：这是通过UG仿真模块生成的空调器底盘成型工具特征，从上到下依次为凸模、压料板、板料和凹模。

3.2冲压成形仿真结果分析

从底盘分析的成型极限图可以看出：空调器底盘的加强筋部位没有出现最初的拉裂和起皱现象，而且空调器底盘的拉伸成型区域大多数部位为绿色，表明此时的板料处于安全工作状态。空调器底盘边缘部分为淡灰色，表明该区域拉伸量不足，空调器底盘没有出现像先前的红色区域。另外得到的图谱中出现起皱的区域主要在板料拐角处集中，但是此部分为废料区域，我们可以在冲裁工序将其去除掉，而且不影响底盘的工作质量。由UG仿真成型结果可知，空调器的底盘成型的厚度不均匀。加强筋的圆角地方其厚度最薄，其厚度大约为0.89mm，而空调器底盘的其他部分厚度大约在1.0~1.16mm范围内。再根据空调器底盘板料减薄率的分布情况可以得知，25.7％为板料的最大减薄率。材料的拉伸程度有一定的限制性，其减薄率小于30%，在这个范围内不会产生起皱和断裂的情况，并且空调器底盘的零部件成型情况非常好。

4.验证优化方案

根据以上优化的方案，可以用一个实验来进行验证结果。首先，实验人员根据以上优化条件设计一个空调器底盘手板，然后进行不同程度的重量实验。大量的实验结果表明，经过以上优化后的空调器底盘可以承受更大的重量，将三个成人的重量施加于优化后的空调器底盘上，底盘并未发生凹陷的情况。与此不同的是，未经优化的空调器底盘所能承受的重量明显很小，将一个成人的重量施加于原始空调器底盘上，空调器底盘呈现较大程度的凹陷和变形现象。由实验结果可知，按照以上条件优化后的空调器底盘，其刚度与未经优化的空调器底盘相比有很大程度的改善：空调器底盘进行优化以后，其冲压成型质量得到很大的改善，未出现起皱和断裂的情况。

5.结语

实验者对某空调器底盘进行了CAE仿真分析，从设计和结构的角度出发，成功分析了空调器底盘的结构刚度和成型工艺，并且根据UG仿真结果，实验者对空调器底盘进行了结构改进和方案优化。实验结果表明，空调器底盘在承受相同的重量条件下，经过优化和改进后的空调器底盘出现较轻的凹陷和断裂情况，增加了接近50%的刚度。而原始的未经优化和改进的空调器底盘，其刚度远远不及改进和优化后的底盘。利用UG的仿真功能对优化和改进后的空调器底盘进行冲压成型分析，结果表明优化和改进后的空调器底盘其冲压成型效果优良，没有出现起皱和断裂的情况，且板料的减薄率得到一定程度的控制。基于UG的仿真成型分析功能，能够有效的反映设计方案的可行性，并且能够对设计方案进行优化和改进，对实际生产具有非常重要的意义。

参考文献：

[1]杜亭，柳玉起，章志兵，等．基于UGS NX的板料成形快速仿真系统［J］．锻压技术，2008，33（4）：145-149.

[2]章泳健，潘毅．板料冲压成形仿真技术的应用［J］．常熟理工学院学报，2009，23（4）：87-91.