【導讀】本文以富康牌小轎車左后門作為研究對象，進行了車門的曲。面逆向重構(gòu)及車門覆蓋件模具設(shè)計。文章對車門外板利用三維激光掃描儀進行三維坐標測量得到點云數(shù)據(jù)，對所得點云數(shù)據(jù)使用逆向工程軟件CATIA進行預處理。包括點云的抽稀、修。SolidWorks軟件中的Simulation對拉伸模具進行有限元分析。

　　

【正文】 沖F = 994488 = ≈ 103 KN （ 2）切刃側(cè)壓力 13FF?側(cè) 因此 側(cè)F = 103 KN （ 3）卸料力 F KF?卸 其中， K—— 卸料力系數(shù)，查表 取 ； 因此 F卸 = 103 = 103KN 拉伸模具工藝計算及主要參數(shù)確定 32 （ 4）推件力 F nKF?推 其中 n=h/t, n—— 同時卡在凹模內(nèi)的零件或廢料數(shù)； h—— 圓柱形凹模的腔 口高度（ mm） ； t—— 料厚 (mm)； K—— 卸料力系數(shù)，查表 ,K=。 由設(shè)計知 ， h=6mm,則 n=8, 因此 F推 =8 103 = 103KN （ 5）頂件力 F KF?頂 修 邊 其中， K—— 頂件力系數(shù)， 查表 ， K 取 ； F修 邊 —— 修邊的沖裁力 (N)； 因此 F頂 = 103 = 103KN （ 6） 沖裁總的沖壓力 頂推卸側(cè)沖 FFFFFF ????? =（ + + + + ） 103KN = 103KN ≈ 103KN 表 51卸料力、推件力及頂件力系數(shù) [20] 料厚（ mm） 推K 頂K 卸K 0． 5～ ～ 拉伸模具工藝計算及主要參數(shù)確定 33 按照 總的 拉伸 力 F= 103 KN， 實際生產(chǎn)中，可按下式估算壓力機的公稱壓力 F0， 淺 拉伸 ： F)~(F ?總 總F = 103 = 103KN 經(jīng)過計算壓力機的公稱壓力要大于 378 噸。 車門外板拉伸模具的 CAE分析 34 第 六 章 車門外板拉伸模具的 CAE 分析 1. 車門外板拉伸模具 CAE分析的意義 模具運行時，將坯料置 于凸模上面，壓力機作用于凹模，凹模向下運動，帶動壓料圈向下運動，與凸模一起完成沖壓成形。在整個過程中，凹模、凸模、壓料圈與坯料接觸的表面受力很大。因此，需要對其進行受力仿真分析。 有限元分析是利用數(shù)學近似的方法，對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。利用簡單而又相互作用的元素，即單元，用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。 2. 軟件對 拉伸 模具的有限元分析 對于拉伸模具的有限元分析，選用 SolidWorks 這一軟件來完成。SolidWorks 功能強大，組件繁多。功能強大、易學易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD解決方案。 它 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學易用。 SolidWorks Simulation 是 SolidWorks 軟件的 CAE 分析系統(tǒng)。它 提供了單一屏幕解決方案來進行應力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。 而且 憑借著快速解算器的強有力支持，使得 操作者 能夠使用個人計算機快速解決大型問題。 由于簡單易 操作， SolidWorks Simulation 為用戶提供了一個容易使用的初步應力分析工具。 在 SolidWorks Simulation中， 將模型進行簡化處理去掉不必要的結(jié)構(gòu)。定義好約束，受力方向、大小，利用 第五章第四節(jié) 中計算出的力 F0 = 103KN，使之均布。 受力方向垂直于模型底面向下。由于模具材料選用 為， 為 硬質(zhì) 合金鋼， 適于生產(chǎn)在較大應力下沖壓模具用板材。 因此， 在車門外板拉伸模具的 CAE分析 35 SolidWorks Simulation 中，選擇 材料為 合金鋼 ，確定參數(shù)、 生成網(wǎng)格后則可以開始計算。 凹模 的有限 元分析 對凹模進行分析，所得 屈服 應力圖 61 和位移圖 62。 圖 61 凹模受力分析 屈服 應力圖 車門外板拉伸模具的 CAE分析 36 圖 62 凹模受力分析位移圖 從圖 61中可以看出，凹模受力時，模具的最大 屈服應力大部分為藍色，最大值為 ][380 ss M p a ?? ?? ，小于 許 用應力。并且沖壓時，凹模的筋板部分起到了緩沖作用，可以更加減少應力。因此，材料的強度 符 合要求。 從圖 62中可以看出，凹模受力時，模具大部分為藍色，從位移顯示可以得出，最大位移為 ，符合模具的工作要求。 因此，用 作為凹模的材料 ，符合模具工作要求。 凸模的有限元分析 對凸模進行分析，所得屈服應力圖 63 和位移圖 64。 車門外板拉伸模具的 CAE分析 37 圖 63 凸模的受力分析 屈服 應力圖 圖 64 凸模的受力分析位移圖 從圖 63中可以看出， 凸模受力時，模具的應力大部分為藍色，最大值為 ][504 ss M p a ?? ?? ，小于 許 用應力。因此，材料的強度符 合要求。 車門外板拉伸模具的 CAE分析 38 從圖 64中可以看出，凸模受力時，模具大部分為藍色，從位移顯示可以得出，最大位移為 ，符合模具的工作要求。 因此，用 作為 凸模 的材料，符合模具工作要求。 綜上 所述，選用 作為沖壓模具的材料，符合模具工作要求。 結(jié)論 39 第七章 結(jié) 論 汽車覆蓋件的曲面 逆向重構(gòu)和拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，在現(xiàn)代汽車工業(yè)中占有重要地位。本文 對富康轎車車門外板的數(shù)字化建模， 包括車門的逆向重構(gòu)和 拉伸 模具的設(shè)計 ，即逆向工程、拉伸模具和有限元分析等多方面的綜合應用。同時， 對模具進行了 力學分析。 在整個設(shè)計的過程中主要完成了以下幾個方面的工作： （ 1）逆向工程的應用。通過 三維激光掃描儀 對車門外板的三維坐標掃描，用 CATIA 軟件對點云數(shù)據(jù)進行點云處理，之后曲面重構(gòu)，完成逆向工程的組成部分。 （ 2） 拉 伸 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。曲面重構(gòu)出之后，需要對車門曲面建立 拉伸 模具。使用 SolidWorks 軟件建模，做出模具的凹模、凸模、壓料圈等組成部分。 （ 3） 拉伸 模具的有限元分析。計算模具的各個拉壓應力，用 SolidWorks Simulation 對 拉伸 模具進行有限元分析，從而驗證受力是否合理。 由于時間的問題 ， 局部做得不夠完善，有些問題需要后續(xù)解決。 這就需要 在今后的學習過程中不斷 ，積累經(jīng)驗，更加豐富對課題的設(shè)計知識。 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 40 致 謝 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 41 參考文獻 [1] ,et al. Form engineering drawings to 3D models: are we ready now?[J].ComputerAided Design， 1995. 27(4)： 243253. [2] Takashi Maekawa. An overview of offset curves and surfaces[J]. ComputerAided Design， ： 165. [3] Janos Vida, et al. A survey of blending methods that use parametric surfaces[J]. ComputerAided Design， (5)： 341365. [4] , et al. Data Reduction Methods for Reverse Engineering[J]. The International Journal Advanced Manufacturing Technology ，： 735743. [5] P225。l Benko, et al. Algorithms for reverse engineering boundary representation models[J]. ComputerAided Design， 2021. 33： 839851. [6] 李延錄等 .汽車覆蓋件沖壓生成新工藝分析 [M].汽車技術(shù) ， ：3539. [7] , et al. Numerical simulations in optimization of product and forming process[J]. Journal of Materials Processing Technology.， ： 122126. [8] 鄔晴暉等 .國內(nèi)外車身設(shè)計技術(shù)的差距 [M].汽車技術(shù) ， 1994. [9] 呂興壽 .從工程圖紙到三維 CAD 模型的研究與進展 [J].計算機應用研究 ， 1997. ： 14. [10] 胡軼敏等 .矢量化在車身 CAD 技術(shù)中的應用研究 [J].計算機輔助設(shè)計與制造 ， 1998. ： 5660. [11] 邢淵等 .集成反向工程系統(tǒng)研究 [J].機械工程學報 ， (3)：3436. 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 42 [12] 高立志，林志航，方勇 .基 于視覺 CAD和 CAM的自由曲面的逆向工程 [D].西安交大學報 ， (7):6871. [13] 簡斌、天竺友 .逆向工程中 NURBS曲面重構(gòu)的數(shù)據(jù)篩選研究 [J].機械設(shè)計與研究 ， (3):5153. [14] 李劍 .基于激光測量的自由曲面制造基礎(chǔ)技術(shù)研究 [D]．浙江：浙江大學機械與能源工程學院 ， 2021. [15] 許智欽，閆明，張寶峰等．逆向工程技術(shù)三維激光掃描測量 [J]．天津大學報 ， (3):404407. [16] 楊耀權(quán)、施仁等．激光掃描三角法大型曲面測量中影響 參數(shù)分析 [J]．西安交通大學學報 ， (7):1518. [17]崔令江 .汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社， . [18] 徐政坤、范建蓓 .沖壓模具設(shè)計與制造 [M].北京 :化學工業(yè)出版社 ，2021. [19]張華 .沖壓工藝與模具設(shè)計 [M].清華大學出版社， . [20]張華 .沖壓工藝與模具設(shè)計 [M].清華大學出版社， . 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 43 附錄