【正文】 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 1 第一章 概述 汽車 覆蓋件 模具的現(xiàn)狀 汽車覆蓋件包括覆蓋汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、構(gòu)成駕駛室及車身的所有厚度 3mm以下的薄鋼板沖壓而成的表面和內(nèi)部零件，其重量占到汽車用鋼材總量的 50%以上。汽車覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜、多為復(fù)雜的空間曲面、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量高等特點(diǎn)。 覆蓋件模具作為汽車車身生產(chǎn)的重要工藝裝備 ,直接制約著汽車的質(zhì)量和新車型的開(kāi)發(fā) ,它具有精度高、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、配合協(xié)調(diào)性要求高等特點(diǎn) ,傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)效率低 ,質(zhì)量不易保證。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì) ,近年來(lái)我國(guó)引進(jìn)的轎車生產(chǎn)線主要靠進(jìn)口模具進(jìn)行生產(chǎn) ,其中汽車覆蓋件模具每年約花費(fèi) 2 億美元。 汽車覆蓋件成形加工生產(chǎn)目前主要依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)制定沖壓工藝、開(kāi)發(fā)相關(guān)模具，具有相當(dāng)大的隨意性和不確定性 。 目前我國(guó)已有許多企業(yè)采用模具 CAD技術(shù)，并在計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程技術(shù)上取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技巧，使模具精度和生產(chǎn)率大為提高。 汽車覆蓋件包括覆蓋汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、構(gòu)成駕駛室及車身的所有厚度 3mm以下的薄鋼板沖壓而成的表面和內(nèi)部零件，其重量占到汽車用鋼材總量的 50%以上。汽車覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜、多為復(fù)雜的空間曲面、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量高等特點(diǎn)。 覆蓋件模具作為汽車車 身生產(chǎn)的重要工藝裝備 ,直接制約著汽車的質(zhì)量和新車型的開(kāi)發(fā) ,它具有精度高、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、配合協(xié)調(diào)性要求高等特點(diǎn) ,傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)效率低 ,質(zhì)量不易保證。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì) ,近年來(lái)我國(guó)引進(jìn)的轎車生產(chǎn)線主要靠進(jìn)口模具進(jìn)行生產(chǎn) ,其中汽車覆蓋件模具每年約花費(fèi) 2 億美元。 汽車覆蓋件成形加工生產(chǎn)目前主要依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)制定沖壓工藝、開(kāi)發(fā)相關(guān)模具，具有相當(dāng)大的隨意性和不確定性 。 目前我國(guó)已有許多企業(yè)采用模具 CAD技術(shù)，并在計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程技術(shù)上取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技巧，使模具精度和生產(chǎn)率大為提高。以從美國(guó) Autodesk公司引進(jìn) 的 AutoCAD為代表的一批繪圖軟件正在模具行業(yè)中逐漸普及，計(jì)算機(jī)繪圖正在逐步取代手工繪圖。國(guó)內(nèi)的一批大、中型企業(yè)（以汽車和家電行業(yè)為主），陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的 CAD系統(tǒng)，并配置了一些設(shè)計(jì)、分析的專用軟件，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于多方面的原因，現(xiàn)在仍有許多企業(yè)還停留在手工設(shè)計(jì)模具的階段，盡管有些單位已經(jīng)甩掉了圖板，實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，其模具 CAD工作的相當(dāng)部分也只是用計(jì)算機(jī)畫(huà)圖（ Computer Aided Draft）和進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，只有極個(gè)別企業(yè)的汽車模具設(shè)計(jì)和制造能力接近國(guó)際先進(jìn)水平。 1989年，成都成飛汽車模具中心采用國(guó)外的 CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控加工與數(shù)控測(cè)量技術(shù)，以數(shù)字傳遞為主，成功地設(shè)計(jì)制造了依維柯汽車車身全套外主模型。 此外，盡管國(guó)內(nèi)一些擁有自主版權(quán)的軟件，如上海交大國(guó)家模具 CAD工程研究中心開(kāi)發(fā)的冷沖模 CAD系統(tǒng)、武漢華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的塑料注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng) CAD/CAM系統(tǒng) CAXA等，解決了生產(chǎn)中的一些問(wèn)題，但還沒(méi)有得到很好的推廣和使用。 目前歐美推出一種新車型需要 48個(gè)月，日本則只需 30個(gè)月。我國(guó)在對(duì)汽車新車型，尤其是轎車車型的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)方面比較落后，其中一個(gè)重要的原因就是覆蓋件模具的設(shè)計(jì)效率低。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已適應(yīng)不了汽車工業(yè)的發(fā)展需要，而引進(jìn)國(guó)外的覆蓋件模具產(chǎn)品不僅要花費(fèi)大量的外匯，而且會(huì)嚴(yán)重阻礙汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代。要解決上述問(wèn)題，就必 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 2 須研究開(kāi)發(fā)我國(guó)自己的模具 CAD技術(shù)。同時(shí)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的通用造型軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)無(wú)疑是一種必要而又有效的手段。 汽車覆蓋件模具的 發(fā)展趨勢(shì) 模具技術(shù)是 制造業(yè) 中發(fā)展最快的技術(shù)之一，其特點(diǎn)是數(shù)量很大，批量極小，換代非?？?。從理論上說(shuō)，它是 CAD 技術(shù)最能發(fā)揮優(yōu)越性的領(lǐng)域。目前在模具 CAD 技術(shù)的發(fā)展方面存在著以下幾種趨勢(shì)： 模具 CAD 的參數(shù)化 參數(shù)化造型方法是 CAD 技術(shù)中較先進(jìn)的造型方法，也是提高CAD 工作效率的有效手段。它是針對(duì)各種沖壓模具總體結(jié)構(gòu)一般均具有較規(guī)范形式的特點(diǎn)，為各個(gè)零件的基本尺寸建立相應(yīng)的參變量，在實(shí)際的幾何和拓?fù)涞幕A(chǔ)上建立各零件要素之間的相互關(guān)系。當(dāng)由于 模具結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致模具零件尺寸發(fā)生變化時(shí)，改變參數(shù)文件中有關(guān)變量的取值，則與之相關(guān)的零件模型中的相應(yīng)尺寸標(biāo)注值亦發(fā)生變化，通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)模塊處理后即可生成大小符合實(shí)際尺寸標(biāo)注的零件。 模具 CAD 的智能化 沖壓件模具設(shè)計(jì)的難度主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)理論的不完備性以及只能意會(huì)而難以言傳的專家經(jīng)驗(yàn)表達(dá)和利用上。同手工設(shè)計(jì)一樣，在利用通用 CAD 軟件 (包括新型集成化 CAD 軟件 )進(jìn)行覆蓋件模具設(shè)計(jì)時(shí)，在很大程度上必須依賴于模具專家的干預(yù)。為了實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，減少對(duì)模具專家的依賴性，必須開(kāi)發(fā)專用的汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)智能化軟件，把總結(jié)出來(lái)的以往設(shè)計(jì)、制造中的成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)中去，形成計(jì)算機(jī)里的知識(shí)庫(kù)和智能庫(kù)，生成專家系統(tǒng)，從而使 CAD 系統(tǒng)能夠勝任模具設(shè)計(jì)專家的工作，設(shè)計(jì)出符合要求的汽車覆蓋件模具，這也就是所謂的模具 CAD 的智能化。 智能CAD 以人類思維的認(rèn)識(shí)理論為基礎(chǔ)，將設(shè)計(jì)人員擅長(zhǎng)的邏輯判斷、綜合推理、形象思維能力與計(jì)算機(jī)的高速、精確計(jì)算能力相結(jié)合，從而使 CAD 系統(tǒng)能夠勝任模具設(shè)計(jì)專家的工作，設(shè)計(jì)出符合要求的沖壓件模具。 模具 CAD 的一體化 模具 CAD 的一體化就是從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式向 CAD/CAE/CAM一體化方向發(fā)展。模具設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)信息處理、交換流通和管理的過(guò)程，采用彈塑性大變形有限元模擬技術(shù)可以分析材料的塑性成形過(guò)程，提高工藝分析和模具 CAD/CAM 系統(tǒng)的功能，有利于創(chuàng)造更高級(jí)的 CAD/CAM 系統(tǒng)，因而， CAD/CAE /CAM 一體化能夠?qū)υO(shè)計(jì)和制造過(guò)程中信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、流通管理進(jìn)行分析和控制，將它們有機(jī)地 “集成 ”在一起，這樣有利于取得最佳效益。 模具 CAD 的專業(yè)化 未來(lái)的模具 CAD 將走向更加專業(yè)化的道路。一些通用的軟件由于其功能繁多，專業(yè)性較差，已不能滿足大型模具 CAD 的需要。更 好的方法是軟件公司與專業(yè)模具廠密切合作，開(kāi)發(fā)專用性很強(qiáng)的模具 CAD 軟件，如美國(guó) PTC 軟件公司與日本TOYOTA汽車公司在 PRO/E 軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的模具型面設(shè)計(jì)模塊 PRO/DIEFACE 等，這也是模具 CAD的一個(gè)發(fā)展方向。對(duì)于國(guó)內(nèi)的模具廠家來(lái)說(shuō)，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn) CAD軟件 (如 UG、Pro/E 等 )的基礎(chǔ)上，利用二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，針對(duì)本部門產(chǎn)品的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)專用的模具 CAD 系統(tǒng)是一 條可行和經(jīng)濟(jì)之路。 從現(xiàn)在來(lái)看，以后的模具加工會(huì)往自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化發(fā)展，由計(jì)算機(jī)輔助制圖，再運(yùn)用數(shù)控加工的一個(gè)過(guò)程已成為必然。哪個(gè)國(guó)家或企業(yè)能掌握最為先進(jìn)的 CAD 技術(shù)，那 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 3 它就能成為模具行業(yè)的領(lǐng)頭人。 我國(guó)目前模具 CAD 的成果并不十分顯著，尤其是在汽車覆蓋件模具 CAD 技術(shù)應(yīng)用方面，這項(xiàng)技術(shù)的巨大潛 力還未充分發(fā)揮出來(lái)，解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵就是要提高模具的設(shè)計(jì)效率 ，這需要我們努力去改善它。 翻邊模具類型 根據(jù) 翻邊凸模或翻邊凹模的運(yùn)動(dòng)方向及其特點(diǎn)，翻邊模主要有以下幾類： １） 垂直翻邊模。 凸?；虬寄?作 垂直方向運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 ２） 凹模單面向內(nèi)作水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的斜楔翻邊模。翻邊后制件能夠取出，因此凸模是整體的。 ３） 凹模對(duì)稱的兩面向外作水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的斜楔翻邊模。翻邊后制件能夠取出。 ４） 凹模對(duì)稱的兩面向內(nèi)作水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的斜楔模。翻遍后制件包在凸模上，無(wú)法取出，必須將凸模做成 活動(dòng)可分的，翻邊時(shí)將凸模擴(kuò)張成翻邊翻邊形狀。這類沖模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 ５） 凹模三面或封閉向內(nèi)作水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的翻邊模。翻邊之后制件包在凸模上，無(wú)法取出，必須將凸模做成活動(dòng)可分的，翻邊時(shí)將凸模擴(kuò)張成翻邊形狀 。這類沖模的結(jié)構(gòu)就更復(fù)雜。 ６） 覆蓋件窗口封閉向外翻邊的斜楔翻邊模。翻邊后制件包在凸模上，無(wú)法取出。必須將凸模做成活動(dòng)可分的，翻邊時(shí)縮小成翻邊 形狀，而翻邊凹模是擴(kuò)張向外翻邊的。這類翻邊模是最復(fù)雜的。 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 4 第二章 翻邊工藝分析 對(duì)工件的數(shù)學(xué)建模 圖 21 車模的點(diǎn)云圖 對(duì)汽車泥模用三坐標(biāo)掃描儀進(jìn)行掃描 ，得到車模的點(diǎn)云文件，運(yùn)用 CATIA 軟件的數(shù)字外形編輯器模塊對(duì)點(diǎn)云文件進(jìn)行過(guò)濾 ，減少鋪面時(shí)的計(jì)算量。 圖 22 對(duì)點(diǎn)云文件的過(guò)濾 對(duì)所得的過(guò)濾點(diǎn)云文件進(jìn)行鋪面，得到實(shí)體車 模。 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 5 圖 23 鋪面 運(yùn)用 所截取的平面，繪制虛線，并設(shè)定曲率，以保證得到的模型的圓滑度。 圖 24 截取平面 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 6 圖 25 繪制虛線 將虛線轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)線，運(yùn)用多截面曲面創(chuàng)建實(shí)際曲面。 圖 26 轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)線 將 得到的工件 修整，得到工件造型， 與實(shí)際工件的比列為 1： 10 汽車外覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)罩翻邊模具 CAD/CAM/CAE 7 圖 27 工件圖 2. 2 翻邊工藝分析 圖 28 翻邊