富康車(chē)門(mén)外板模具設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、 富康車(chē)門(mén)外板模具設(shè)計(jì) 摘 要 本文所研究的汽車(chē)覆蓋件的數(shù)字化建模，在現(xiàn)代汽車(chē)制造業(yè)中起到了非常重要的作用。本文以富康牌小轎車(chē)左后門(mén)作為研究對(duì)象，進(jìn)行了車(chē)門(mén)的曲面逆向重構(gòu)及車(chē)門(mén)覆蓋件模具設(shè)計(jì)。 文章對(duì)車(chē)門(mén)外板利用三維激光掃描儀進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)使用逆向工程軟件CATIA進(jìn)行預(yù)處理。包括點(diǎn)云的抽稀、修剪、補(bǔ)洞、形成三角網(wǎng)格等；用CATIA軟件對(duì)其進(jìn)行逆向工程加工，即進(jìn)行曲面重構(gòu)，得到重構(gòu)出的車(chē)門(mén)曲面；以重構(gòu)出的曲面為基礎(chǔ)，對(duì)車(chē)門(mén)外板的拉伸模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在SolidWorks軟件中做出凸模、凹模和壓料圈等結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，計(jì)算拉伸模具的沖壓過(guò)程中模具的受力情

2、況，利用SolidWorks軟件中的Simulation對(duì)拉伸模具進(jìn)行有限元分析。 關(guān)鍵詞：汽車(chē)覆蓋件；逆向工程；拉伸模具；有限元分析 ABSTRACT This task is about the Digitized Modeling of the automobile panels, which plays an important role in the Automobile Manufacture in modern times. In this article, we select the left back door to carry on a series of inv

3、estigation including surface reconstruction and drawing dies. In this thesis, we use the Three-dimensional to scan the car door panels, and we achieve the point cloud. Then we choose CATIA, which is a high-class software of Inverse Engineering, to process the data. Next ，it’s the processing of the

4、 point cloud and surface reconstruction. As the surface finished, the drawing dies need to be modeled. To meet the challenge, we construct them by the software of SolidWorks. There are three parts in the drawing dies, which are punch, die and blank-holder. On the basic of the drawing dies, we need t

5、o analyze the load-carrying capability of the drawing dies. As a result, there is some CAE Analysis by SolidWorks Simulation. Keywords: Automobile Panels, Inverse Engineering, Drawing Dies, CAE Analysis 目錄 第一章 概論 1 1. 課題內(nèi)容及意義 1 2. 汽車(chē)覆蓋件國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀與分析 2 2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與分析 2 3. 逆向工程的發(fā)

6、展?fàn)顩r 3 4. 現(xiàn)代汽車(chē)模具工業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 3 5. 課題研究技術(shù)路線 4 第二章 車(chē)門(mén)外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理 5 1. 車(chē)門(mén)外板點(diǎn)云的采集 5 1.1 三維激光掃描儀介紹 5 1.2 點(diǎn)云的獲取 6 2. 點(diǎn)云的抽稀 6 3. 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的修剪 7 4.三角網(wǎng)格的建立 7 5. 修補(bǔ)曲面 8 第三章 車(chē)門(mén)外板的曲面重構(gòu) 10 1. 曲面重構(gòu)的方法 10 2. 車(chē)門(mén)板面的重構(gòu) 10 3. 車(chē)門(mén)窗框的重構(gòu) 13 4. 車(chē)門(mén)連接的重構(gòu) 15 5. 車(chē)門(mén)把手的重構(gòu) 16 第四章 車(chē)門(mén)外板的拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 1. 拉伸模具介紹 19 2. 拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7、 20 3. 凸模和凹模的設(shè)計(jì) 22 3.1 凸模和凹模介紹 22 3.2 凸模和凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 3.3 凸模和凹模的圓角設(shè)計(jì) 25 3.4 凸模和凹模的間隙設(shè)計(jì) 25 4. 壓料圈的設(shè)計(jì) 26 5. 輔助裝置的設(shè)計(jì) 27 5.1 導(dǎo)向裝置 27 5.2 卸料裝置 28 第五章 拉伸模具工藝計(jì)算及主要參數(shù)確定 29 1. 毛坯尺寸的確定 29 2. 模具相關(guān)重要尺寸的確定 29 3. 計(jì)算拉伸工序的力 29 4. 修邊力、卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算 30 第六章 車(chē)門(mén)外板拉伸模具的CAE分析 34 1. 車(chē)門(mén)外板拉伸模具CAE分析的意義 34 2.

8、 軟件對(duì)拉伸模具的有限元分析 34 2.1 凹模的有限元分析 35 2.2 凸模的有限元分析 36 第七章 結(jié)論 39 致 謝 40 參考文獻(xiàn) 41 附錄 43 概論 第一章 概論 1. 課題內(nèi)容及意義 我國(guó)的汽車(chē)制造工業(yè)雖然正以前所未有的速度發(fā)展，但是目前產(chǎn)品的自主研發(fā)與創(chuàng)新能力明顯不足，大多還是靠技術(shù)引進(jìn)，而關(guān)鍵零部件和核心技術(shù)仍依賴國(guó)外公司。其中，汽車(chē)覆蓋件的制造是汽車(chē)車(chē)身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及模具設(shè)計(jì)與制造更是受制于其他國(guó)家。 運(yùn)用逆向工程，對(duì)汽車(chē)覆蓋件的數(shù)字化建模不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在的技術(shù)缺陷，使產(chǎn)品的外觀或局部性能更好地滿足不同

9、用戶的需求，而且縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)逆向工程與快速成型技術(shù)的結(jié)合，即CAD/CAE/CAM以及RPM(快速成型制造)的綜合運(yùn)用將使我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)產(chǎn)生前所未有的本質(zhì)變化。 為此，本課題以富康牌汽車(chē)的左后門(mén)外板為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行三維測(cè)量并且進(jìn)行逆向的曲面重構(gòu)，并創(chuàng)建拉伸模具，對(duì)其進(jìn)行分析，完成CAD/CAE的綜合應(yīng)用。此次汽車(chē)覆蓋件的數(shù)字化建模設(shè)計(jì)有助于我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究有關(guān)逆向工程以及模具制造等方面的技術(shù)，培養(yǎng)我們的實(shí)踐和自學(xué)能力。通過(guò)對(duì)該模型的曲面重構(gòu)和拉伸模具設(shè)計(jì)，綜合的運(yùn)用了CAD/CAE知識(shí)和方法，培養(yǎng)善于運(yùn)用計(jì)算機(jī)技能、工程圖紙以及書(shū)面和口頭表達(dá)工程技術(shù)的能力

10、,同時(shí)也訓(xùn)練我們查閱應(yīng)用中外科技文獻(xiàn)，提高我們的綜合能力，為研究生階段打下一定的基礎(chǔ)。 2. 汽車(chē)覆蓋件國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車(chē)覆蓋件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，主要?dú)w結(jié)為汽車(chē)車(chē)身的開(kāi)發(fā)。車(chē)身設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)是汽車(chē)（尤其是轎車(chē)）自主開(kāi)發(fā)能力的重要組成部分，我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還是有很大的差距。 2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀與分析 目前，國(guó)外已經(jīng)形成一套成熟的從概念設(shè)計(jì)到造型風(fēng)格的理論與方法，并采用基于正向設(shè)計(jì)思路開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，然后根據(jù)市場(chǎng)的需求變化，再進(jìn)行車(chē)身改型或改裝來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品。 由于國(guó)外CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用較早，軟硬件系統(tǒng)功能強(qiáng)大，各大汽車(chē)公司已普遍建立了完善的虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，已積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和

11、品牌風(fēng)格。因此，對(duì)汽車(chē)覆蓋件的三維重構(gòu)，國(guó)外更多的是著眼于研究二維圖向三維模型轉(zhuǎn)換的智能識(shí)別與自動(dòng)重構(gòu)系統(tǒng)[1][2][3]和對(duì)實(shí)物逆向的曲面重構(gòu)技術(shù)[4][5]，并提出了許多有效的理論和方法。對(duì)汽車(chē)覆蓋件的工藝分析與成形仿真，國(guó)外各汽車(chē)公司非常重視在產(chǎn)品批量生產(chǎn)之前對(duì)產(chǎn)品的工藝分析和可成形性與沖壓工藝的研究與優(yōu)化。當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝發(fā)生矛盾時(shí)，通常采用修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方法來(lái)達(dá)到既滿足整車(chē)結(jié)構(gòu)又滿足制造工藝要求[6]。同時(shí)，國(guó)外從概念設(shè)計(jì)開(kāi)始就大量采用有限元模擬技術(shù)[7]，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)分析、虛擬裝配等的有效分析和預(yù)防，大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。 2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與

12、分析 與國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀相比，我國(guó)從嚴(yán)格意義上對(duì)車(chē)身開(kāi)發(fā)還沒(méi)有形成從概念設(shè)計(jì)到造型風(fēng)格的系統(tǒng)工程[8],新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力很弱，更多的是通過(guò)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)或委托國(guó)外公司進(jìn)行對(duì)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)。 國(guó)內(nèi)對(duì)由二維工程圖紙重構(gòu)出三維CAD模型的研究也比較廣泛、深入，發(fā)表了大量的論文[9][10]，但對(duì)汽車(chē)覆蓋件等特別復(fù)雜的零部件研究相對(duì)較少，尤其是沒(méi)有形成成熟的系統(tǒng)理論和行之有效的方法。對(duì)于逆向工程技術(shù)，我國(guó)在跟蹤國(guó)外的研究理論、算法和方法進(jìn)展的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較多的應(yīng)用研究，并取得了較大的理論成果，已成功應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身的開(kāi)發(fā)實(shí)踐。對(duì)于汽車(chē)覆蓋件的工藝分析與成形仿真，在國(guó)內(nèi)，對(duì)整車(chē)性能及效果、沖壓件的工藝性及經(jīng)濟(jì)

13、性的重視還不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品制造成本高、質(zhì)量差。同時(shí)，我國(guó)在有限元分析方面，大大落后于國(guó)外的發(fā)展應(yīng)用水平，計(jì)算機(jī)輔助與虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)薄弱。在實(shí)際的汽車(chē)覆蓋件工藝分析中，大部分依靠專家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析。 隨著我國(guó)加入WTO，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，各大公司正逐漸建立起自己的信息系統(tǒng)平臺(tái)，各種主流軟件正逐漸被應(yīng)用于汽車(chē)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中。我國(guó)在先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬數(shù)字化技術(shù)等方面的研究與應(yīng)用水平正逐步向國(guó)外看齊。 3. 逆向工程的發(fā)展?fàn)顩r 逆向工程技術(shù)(Reverse Engineering，簡(jiǎn)稱RE)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和進(jìn)步，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)(CAD/CAM)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。它是一

14、個(gè)多學(xué)科綜合性的術(shù)語(yǔ)，是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)造思維，對(duì)已有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是已有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)[11][12]。 在制造業(yè)，逆向技術(shù)是根據(jù)實(shí)物模型和樣件測(cè)量數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，得到其設(shè)計(jì)思想，從而進(jìn)一步修改原有設(shè)計(jì)，然后將這些模型和表征用于產(chǎn)品分析、制造和加工生產(chǎn)的技術(shù)。隨著數(shù)控測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)己被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、輕工、航空、航天、造船、汽車(chē)和模具等現(xiàn)代制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域[13]。 4. 現(xiàn)代汽車(chē)模具工業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，新車(chē)型更新?lián)Q代的速度不但加快，傳統(tǒng)的覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造方法已不

15、能適應(yīng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的要求。汽車(chē)覆蓋件模具作為汽車(chē)車(chē)身生產(chǎn)的重要工藝裝備，直接制約著汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量和新車(chē)型的開(kāi)發(fā)。覆蓋件模具因其設(shè)計(jì)制造難度大、周期長(zhǎng)而常常成為制約汽車(chē)生產(chǎn)的主要因素。通用的二維CAD系統(tǒng)無(wú)法滿足模具設(shè)計(jì)的一些特殊要求。為了提高模具設(shè)計(jì)的技術(shù)水平、縮短模具設(shè)計(jì)周期，應(yīng)用針對(duì)汽車(chē)覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)是十分必要的。 5. 課題研究技術(shù)路線 汽車(chē)覆蓋件的數(shù)字化建模，包括了覆蓋件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、曲面重構(gòu)、建立拉伸模具、CAE分析等方面，需要分步驟完成。本課題的研究步驟如下： （1）根據(jù)課題任務(wù)要求，閱讀查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，了解逆向工程的相關(guān)知識(shí)，并學(xué)習(xí)CAT

16、IA軟件。 （2）用三維激光掃描儀對(duì)富康車(chē)左后門(mén)外板進(jìn)行掃描，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且用CATIA軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 （3）用CATIA軟件將處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)。 （4）以重構(gòu)的曲面為基礎(chǔ)，用SolidWorks軟件的模具設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行拉伸模具設(shè)計(jì)。 （5）用軟件對(duì)拉伸模具進(jìn)行CAE分析。 41 車(chē)門(mén)外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理 第二章 車(chē)門(mén)外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理 1. 車(chē)門(mén)外板點(diǎn)云的采集 1.1 三維激光掃描儀介紹 近年來(lái)，隨著傳感技術(shù)、控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的樣件表面數(shù)字化方法。數(shù)據(jù)的采集方式主要有兩種[14][15][16]：一是傳統(tǒng)的接觸式

17、測(cè)量法，如三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、三維激光掃描儀等；二是非接觸式測(cè)量法，如激光三角法、圖像法、距離法等。 三維激光掃描儀是指在三維可測(cè)的空間范圍內(nèi)，能夠根據(jù)測(cè)頭系統(tǒng)返回的點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)三坐標(biāo)的軟件系統(tǒng)計(jì)算各類幾何形狀、尺寸等測(cè)量能力的儀器。其工作原理是將被測(cè)零件放入它允許的測(cè)量空間，精確地測(cè)量出被測(cè)零表面的點(diǎn)在空間三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值。本次數(shù)據(jù)測(cè)量采用STINGER柔性臂三維激光掃描儀，輕便易操作，它具有測(cè)頭自動(dòng)識(shí)別和補(bǔ)償功能，并且主軸可以無(wú)限旋轉(zhuǎn)，能夠檢測(cè)到不容易達(dá)到的位置，并且避免臂身在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中突然停止帶來(lái)的傷害。三維激光掃描儀見(jiàn)圖2-1。 圖2-1 三維激光掃描儀 1.2 點(diǎn)云的獲取 測(cè)量時(shí)

18、，首先選擇適當(dāng)?shù)奈恢梅胖萌S激光掃描儀，保證車(chē)門(mén)外板在測(cè)量范圍之內(nèi)。然后旋轉(zhuǎn)測(cè)頭，將車(chē)門(mén)外板均勻掃描。在掃描過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意以下方面：三維激光掃描儀和車(chē)門(mén)相對(duì)位置不可移動(dòng)，測(cè)頭與車(chē)門(mén)之間的距離要適當(dāng)，以減少或避免出現(xiàn)不必要的噪聲。 2. 點(diǎn)云的抽稀 三維激光掃描儀對(duì)車(chē)門(mén)外板進(jìn)行掃描，由于人為的操作，往往會(huì)獲得很大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而其中包括大量冗余數(shù)據(jù)，這樣會(huì)對(duì)后面的曲面重構(gòu)帶來(lái)困難。因此，對(duì)掃描出的文件，需要在逆向工程軟件中按照一定的要求去除重復(fù)數(shù)據(jù)；同時(shí)一些對(duì)重構(gòu)結(jié)果影響不大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，也要相應(yīng)地去除。 選用CATIA這一軟件完成點(diǎn)云處理以及后續(xù)的曲面重構(gòu)。CATIA軟件是逆向工程的軟件之一

19、，其各個(gè)模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，因此CATIA的各個(gè)模塊存在著真正的全相關(guān)性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維、有限元分析、模具和數(shù)控加工的程序中。同時(shí)，它還有強(qiáng)大的曲面、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能。現(xiàn)在，CATIA軟件比較廣泛地用于汽車(chē)、航空航天、輪船、軍工、儀器儀表、建筑工程、電氣管道、通信等方面。因此在汽車(chē)制造行業(yè)，許多國(guó)內(nèi)外知名公司都采用了CATIA這一成熟的軟件。 在CATIA軟件的Digitized Shape Editor（DSE）模塊中，首先Import（導(dǎo)入）點(diǎn)云文件，選擇Filter選項(xiàng)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行稀釋，稀釋后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖2-2。過(guò)濾多少必須適當(dāng)，過(guò)濾過(guò)多的點(diǎn)云數(shù)據(jù)將使點(diǎn)云數(shù)據(jù)過(guò)

20、少，無(wú)法表現(xiàn)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的外形，如果過(guò)濾太少將使點(diǎn)云數(shù)據(jù)過(guò)多，浪費(fèi)計(jì)算機(jī)資源。 圖2-2 抽稀后的點(diǎn)云數(shù)據(jù) 3. 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的修剪 稀釋后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于在掃描中的各種原因，有一些多余的不必要的點(diǎn)云，與所需點(diǎn)云數(shù)據(jù)不在同一曲面上，如圖2-3。這時(shí)需要進(jìn)行修剪，將不需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)刪除，才可以進(jìn)行后續(xù)的曲面重構(gòu)任務(wù)。因此，使用QSR模塊中的Remove（刪除點(diǎn)）功能對(duì)其進(jìn)行處理。 圖2-3 多余的點(diǎn)數(shù)據(jù) 4.三角網(wǎng)格的建立 修剪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于點(diǎn)云的曲面可能不夠平滑或者有孔洞，需要用Mesh Creation（建立網(wǎng)格）功能，建立適當(dāng)?shù)娜蔷W(wǎng)格。完成后，將點(diǎn)云隱藏。形成的三角網(wǎng)

21、格如圖2-4。 圖2-4 三角網(wǎng)格 5. 修補(bǔ)曲面 在掃描過(guò)程中有時(shí)會(huì)遇到一些無(wú)法掃描到的部分，或者點(diǎn)云抽稀時(shí)，抽稀過(guò)度，局部點(diǎn)云被刪除，形成了孔洞。此時(shí)就必須利用Fill Holes（孔填充）功能將殘缺的地方填補(bǔ)起來(lái)，以便進(jìn)行后續(xù)的曲面重構(gòu)?？滋畛鋾r(shí)，首先設(shè)定補(bǔ)洞的間距規(guī)格，然后選擇孔洞的邊緣，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)綠色邊線，點(diǎn)擊確定，形成了邊線范圍內(nèi)的多個(gè)連續(xù)的三角面片。完成孔洞的填充。如圖2-5,2-6,2-7。 圖2-5 孔洞 圖2-6 孔填充編輯 圖2-7 曲面修補(bǔ)完成 車(chē)門(mén)外板的曲面重構(gòu) 第三章 車(chē)門(mén)外板的曲面重構(gòu) 車(chē)門(mén)外板在進(jìn)行了三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，就

22、可以利用CATIA軟件中的Quick Surface Reconstruction（QSR）模塊以及創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行曲面重構(gòu)。根據(jù)車(chē)門(mén)外板的結(jié)構(gòu)不同，可將其劃分為四個(gè)區(qū)域：車(chē)門(mén)板面、車(chē)門(mén)窗框、車(chē)門(mén)連接、車(chē)門(mén)把手。 1. 曲面重構(gòu)的方法 曲面重構(gòu)有多種方法。當(dāng)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)完整或者要重構(gòu)的曲面在所掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)是，可以利用輪廓線的曲面擬合重構(gòu)。當(dāng)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不完整時(shí)，可以利用約束曲面的功能進(jìn)行曲面的重構(gòu)。 由于掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)邊線不夠完整，并且車(chē)門(mén)形狀與白車(chē)的車(chē)門(mén)形狀不同，因此采用利用約束曲面的方法進(jìn)行曲面重構(gòu)：首先作車(chē)門(mén)曲面上的平行輪廓線，利用輪廓線進(jìn)行掃掠，得到一系列相交

23、的曲面；其次，在特定的平面上作車(chē)門(mén)外輪廓線，以此為基礎(chǔ)作拉伸曲面，即約束曲面，與掃掠曲面相交；再次，完成其余部分的曲面掃掠，以輪廓線為邊線進(jìn)行曲面的分割；最后，將曲面連接處進(jìn)行倒圓角處理。將不必要的部分曲面隱藏，得到最終曲面。 2. 車(chē)門(mén)板面的重構(gòu) 車(chē)門(mén)外板面積較大，是車(chē)門(mén)的重要組成部分，而局部曲面曲率變化大，因此作為最先處理的部分。 首先沿車(chē)門(mén)外板面用3D Curve(3D曲線)選項(xiàng)，做出多條輪廓線，如圖3-1。注意取點(diǎn)時(shí)選擇3-4個(gè)點(diǎn)即可，過(guò)多對(duì)后面接合倒角不利。由于取點(diǎn)時(shí)只能取曲面內(nèi)的較平滑的點(diǎn)，因而連得曲線長(zhǎng)度不夠。需要使用外插延伸功能進(jìn)行雙向延伸，同時(shí)能保證曲率變化較平緩，得輪

24、廓線如圖3-2。 圖3-1 輪廓線 圖3-2 外插延伸后的輪廓線 由于后續(xù)需要建立車(chē)門(mén)的拉伸模具，而掃描的車(chē)門(mén)與白車(chē)的車(chē)門(mén)有局部的不同，因此逆向重構(gòu)時(shí)需要在掃描所得的數(shù)據(jù)上做相應(yīng)的改動(dòng)。 選取一條輪廓線，在此基礎(chǔ)上作一垂直平面。此時(shí)使用Planar Sections選項(xiàng)做一垂直平面1，在此垂直曲面1上作凹陷的3D曲線。由于上下相鄰的曲面之間需要有相交曲線，因此，所作的3D曲線的兩個(gè)端點(diǎn)需要在凹陷的曲面的兩條邊線的外緣，比凹陷部分略長(zhǎng)。如圖3-3。 圖3-3 凹陷的3D曲線 現(xiàn)在即可對(duì)車(chē)門(mén)板面進(jìn)行掃掠。使用創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)中的掃掠選項(xiàng)，將上述車(chē)門(mén)板面輪廓線進(jìn)行掃掠，成形曲面如圖3-

25、4。 圖3-4 車(chē)門(mén)外板面掃掠 車(chē)門(mén)板面掃掠之后，需要作出車(chē)門(mén)板面的外輪廓的限制曲面。首先使用Planar Sections選項(xiàng)，以上面所作的平面為基準(zhǔn)，再做一垂直平面2。在此平面基礎(chǔ)上，作出車(chē)門(mén)板面的外輪廓曲線，利用曲面拉伸選項(xiàng)將曲線向兩個(gè)方向各拉伸100mm，如圖3-5所示。 圖3-5 拉伸曲面 3. 車(chē)門(mén)窗框的重構(gòu) 車(chē)門(mén)窗框的重構(gòu)與車(chē)門(mén)板面的重構(gòu)類似。首先沿縱向做多條輪廓線，對(duì)輪廓線進(jìn)行外插延伸，并對(duì)其進(jìn)行掃掠。由于掃掠出的曲面較小，因此需要對(duì)掃掠的曲面進(jìn)行外插延伸。得到總的車(chē)門(mén)窗框的曲面。在此曲面上取一點(diǎn)為基準(zhǔn)，利用上面所作的垂直平面1，作一平面3與其垂直。在平面3上，作出車(chē)

26、門(mén)窗框的外輪廓線草圖。利用投影選項(xiàng)，將外輪廓線投影到掃掠曲面上，如圖3-6。 圖3-6 車(chē)門(mén)窗框的輪廓投影 同理，作出車(chē)門(mén)窗框內(nèi)部的輪廓線，投影到掃掠曲面上。在車(chē)門(mén)窗框下邊緣作多條橫向輪廓線使曲面特征更明顯。選擇其中一條輪廓線，進(jìn)行外插延伸，與外輪廓線相交。此時(shí)內(nèi)輪廓線、外輪廓線與橫向輪廓線組成一個(gè)閉合曲面。利用此閉合曲面的輪廓，選擇分割選項(xiàng)，將掃掠得到的曲面分割，如圖3-7所示。 圖3-7 分割掃掠曲面 4. 車(chē)門(mén)連接的重構(gòu) 車(chē)門(mén)外板各個(gè)曲面重構(gòu)出之后，它們之間需要連接。而且車(chē)門(mén)板面和車(chē)門(mén)窗框曲面之間需要有連接曲面。 首先車(chē)門(mén)外板的曲面之間作連接。相鄰的兩個(gè)曲面都有一條相交線

27、，而這條相交線與上下的兩個(gè)曲面曲率銜接變化很大，因此需要倒圓角處理，使曲面銜接曲率更加平滑。選擇圓角選項(xiàng)，在各個(gè)曲面之間進(jìn)行倒圓角，設(shè)置圓角半徑25mm。如圖3-8。 圖3-8 圓角處理 在車(chē)門(mén)窗框分割的輪廓線下端的與車(chē)門(mén)板面外輪廓的上端點(diǎn)之間，作出連接部分的3D曲線，選擇填充選項(xiàng)，對(duì)其進(jìn)行填充，得總體曲面。以車(chē)門(mén)板面外輪廓和填充的外輪廓為邊線，將總體曲面進(jìn)行分割，得分割曲面，如圖3-9。 圖3-9 整體曲面分割 5. 車(chē)門(mén)把手的重構(gòu) 由于掃描的門(mén)把手與沖壓出的原件不同，因此門(mén)把手處需要進(jìn)行調(diào)整處理，統(tǒng)一重構(gòu)出凹陷的曲面。 利用掃描所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)門(mén)把手下半部分的曲率特征，首先在門(mén)把手

28、的邊緣處作兩條相交的3D直線，選取Planar Sections選項(xiàng)，利用兩條相交直線，建立一個(gè)平面1。在此平面的基礎(chǔ)上，繪制草圖1。由于車(chē)門(mén)把手處的凹陷是規(guī)律的，因此，用曲面平移選項(xiàng)，將平面1沿法向向下平移10mm，得平面2。在平面2上繪制草圖2。使用填充選項(xiàng)，將草圖2填充，如圖3-10所示。 圖3-10 輪廓的填充 沿著草圖1和草圖2進(jìn)行掃掠命令，得掃掠出的曲面，如圖3-11。 圖3-11 車(chē)門(mén)把手的掃掠 將門(mén)把手處進(jìn)行圓角命令，將分割后的不必要部分隱藏，得最終重構(gòu)的曲面，如圖3-12。 圖3-12 最終重構(gòu)所得曲面 車(chē)門(mén)外板的拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第四章 車(chē)門(mén)外板的拉

29、伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車(chē)門(mén)外板數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)曲面重構(gòu)之后，得到三維曲面。要生成制造，需要進(jìn)行拉伸模具設(shè)計(jì)。 1. 拉伸模具介紹 汽車(chē)覆蓋件的形狀復(fù)雜、尺寸大，因此一般不可能在一道沖壓工序中直接獲得。覆蓋件沖壓的基本工序有：落料、拉伸、整形（也稱校形）、修邊、翻邊和沖孔等。其中，拉伸工序是覆蓋件沖壓的關(guān)鍵工序，覆蓋件的形狀大部分是在拉伸工序形成的。 在進(jìn)行覆蓋件的拉伸工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下的設(shè)計(jì)原則[17]： （1）一次拉伸成形 對(duì)汽車(chē)覆蓋件成形來(lái)說(shuō)，由于形狀復(fù)雜，二次拉伸的變形幾乎是無(wú)法控制的，即使能用二次拉伸，覆蓋件表面質(zhì)量也得不到保證。因此，應(yīng)盡可能用一道拉伸工序成形出覆蓋件形狀。 （

30、2）布置拉伸筋（檻） 對(duì)大多數(shù)覆蓋件的拉伸成形都需要設(shè)置拉伸筋。特別是表面較為平坦的覆蓋件拉伸成形時(shí)，其主要變形方式為脹形變形，必須設(shè)置適當(dāng)?shù)睦旖?、拉伸檻，以調(diào)整各部位的材料變形流動(dòng)狀況 （3）拉伸件局部形狀的修改 在覆蓋件主要結(jié)構(gòu)面上，往往有急劇的凹凸折曲和較深的鼓包等局部形狀。為滿足合理拉伸成形條件的要求，在制定拉伸工藝時(shí)，可以對(duì)拉伸件的形狀進(jìn)行局部的修改，通過(guò)加大過(guò)渡區(qū)域和過(guò)渡圓角，改善材料的流動(dòng)和補(bǔ)充條件。 （4）工藝孔與工藝切口的設(shè)置 對(duì)一些拉伸深度較深或脹形變形較大、容易產(chǎn)生破裂的部位，弱若正好存在內(nèi)工藝補(bǔ)充部分，則應(yīng)在拉伸工序中考慮增加工藝孔或工藝切口來(lái)改變毛坯的變形

31、程度，消除破裂因素。 （5）拉伸工序中的沖孔 覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件拉伸成形后沖出，以預(yù)防預(yù)先沖制的孔在拉伸過(guò)程中發(fā)生變形。但對(duì)于零件上不變形或變形極小的部位的孔，也可以在拉伸工序沖出。 （6）毛坯狀態(tài) 當(dāng)壓料面形狀起伏很大時(shí)，平板毛坯在壓料階段就會(huì)發(fā)生皺折、翹曲等，而且在以后的成形過(guò)程中不能完全消除，因此，要將毛坯進(jìn)行一定程度的彎曲，接近壓料面形狀，使毛坯定位較穩(wěn)定可靠，保證壓料面材料變形流動(dòng)順利。 （7）有利于后工序加工 覆蓋件在拉伸工序后一般為修邊、翻邊等工序。在進(jìn)行拉伸形狀設(shè)計(jì)和拉伸工藝設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)先要很好地考慮到前后各工序間的相互協(xié)調(diào)，為修邊、翻邊等工序提供良好的條件，包

32、括變形條件、模具結(jié)構(gòu)、零件定位、送料、取件等。并保證使各工序的成形條件達(dá)到良好狀態(tài)。 2. 拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 拉伸模結(jié)構(gòu)可分為[18]：按使用的壓力機(jī)不同，可分為單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉伸模與雙動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉伸模；按工序的組合程度不同，可分為單工序拉伸模、復(fù)合工序拉伸模與級(jí)進(jìn)工序拉伸模；按結(jié)構(gòu)形式與使用要求的不同，可分為首次拉伸模與以后各次拉伸模、有壓料裝置拉伸模與無(wú)壓料裝置拉伸模、順裝式拉伸模與倒裝式拉伸模、下出件拉伸模與上出件拉伸模。 形狀簡(jiǎn)單、深度淺的覆蓋件一般采用單動(dòng)壓力機(jī)來(lái)成型；形狀復(fù)雜、深度深的覆蓋件必須采用雙動(dòng)壓力機(jī)成型。這是因?yàn)閱蝿?dòng)壓力機(jī)的壓料力是靠機(jī)床下面的油缸的壓力和

33、行程都比雙動(dòng)壓力機(jī)小得多，其不能提供較大壓料力和復(fù)雜深拉延件所需的成形力。其次，單動(dòng)壓力機(jī)所用拉延模的壓邊圈比較薄，剛性相對(duì)弱，亦不能適應(yīng)復(fù)雜深拉延件的成型。 分析車(chē)門(mén)外板結(jié)構(gòu)，可知該拉延件屬于淺拉延，拉延件形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，因此確定該拉延模采用單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉延模。單動(dòng)拉延模結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要由三大件（凸模、凹模和壓料圈）組成。這種拉延模呈倒裝形式，凸模與壓料圈、凹模與凸模之間分別裝有倒向裝置，模具外輪廓尺寸和閉合高度必須嚴(yán)格適應(yīng)壓力機(jī)參數(shù)要求。 根據(jù)所采用的模具形式，此拉延模的凸模、凹模、壓料圈都采用實(shí)型鑄造而成，為方便安裝，節(jié)約材料在不影響剛度和強(qiáng)度的條件下對(duì)非重要部分進(jìn)行挖空。并且

34、在影響強(qiáng)度和剛度的部位設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。 設(shè)計(jì)模具壁厚時(shí)，模具鑄件的壁厚與模具的尺寸大小、零件生產(chǎn)批量、以及受力情況都有很大的關(guān)系，該制件是批量生產(chǎn)，該模具是中型模具。參照表4.1設(shè)計(jì)選用壁厚。 表4-1大批量生產(chǎn)時(shí)拉延模鑄件壁厚[19]（單位：mm）3 2 模具大小 A B C D E F G 中小型 40～50 35～45 35～45 35～45 35～45 45～55 30 大型 70～95 60～80 50～65 45～65 50～65 40～50 30～40 參照汽車(chē)覆蓋件沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)凸模、凹模的結(jié)構(gòu)尺寸。其它小零件盡量選用

35、標(biāo)準(zhǔn)件。確定凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損和拉延件的彈復(fù)。依據(jù)拉延件三維數(shù)模尺寸來(lái)確定凸模和凹模工作部分尺寸。 綜上所述，拉延模設(shè)計(jì)如圖4-1。 圖4-1 拉延模的結(jié)構(gòu)示意圖 1.凹模 2.壓邊圈 3.凸模 3. 凸模和凹模的設(shè)計(jì) 3.1 凸模和凹模介紹 凸模、凹模定義： 凸模是沖壓模具中起直接成形工件作用的凸形工作零件，即以外形為工作表面的零件。 凹模是沖壓模具中起直接成形工件作用的凹形工作零件，即以內(nèi)形為工件表面的零件。凹模的作用是形成凹模壓料面和凹模拉延圓角。 沖壓時(shí)，壓力機(jī)向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)凹模向下運(yùn)動(dòng)。凹模與壓料圈接觸，帶動(dòng)

36、壓料圈一起向下，與凹模外形結(jié)合，完成沖壓過(guò)程。 3.2 凸模和凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在SolidWorks軟件中，以逆向出的車(chē)門(mén)曲面為基礎(chǔ)，進(jìn)行加厚處理，厚度0.8mm，分別創(chuàng)建凸模和凹模的3D結(jié)構(gòu)，如圖4-2,4-3,4-4,4-5。 圖4-2 凸模3D結(jié)構(gòu)圖1 圖4-3 凸模3D結(jié)構(gòu)圖2 圖4-4 凹模3D結(jié)構(gòu)圖1 圖4-5 凹模3D結(jié)構(gòu)圖2 3.3 凸模和凹模的圓角設(shè)計(jì) 凸、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得是否合理，直接影響拉延時(shí)坯料金屬流動(dòng)性。凹模圓角半徑R凹越大，材料越易進(jìn)入凹模；但R凹過(guò)大，材料易起皺。因此，在材料不起皺的前提下， 式中 t——板料厚度（mm）； 但當(dāng)凹模

37、圓角處于工藝補(bǔ)充部分上，根據(jù)常用板料厚度，取中間值（6～8）t。當(dāng)壓料面是制件本身凸緣的一部分時(shí)，則凹模圓角半徑就是拉延件要求的圓角半徑。如果拉延件要求圓角半徑過(guò)小，影響拉延變形時(shí)，則適當(dāng)加大到合適數(shù)值，用后續(xù)的工序整形圓角也能達(dá)到要求數(shù)值。根據(jù)板料厚度0.8mm，取 =5mm。 凸模圓角半徑過(guò)小，會(huì)使坯料在此受到過(guò)大的彎曲變形，導(dǎo)致危險(xiǎn)斷面材料嚴(yán)重變薄甚至拉裂；過(guò)大，會(huì)使坯料懸空部分增大，容易產(chǎn)生“內(nèi)起皺”現(xiàn)象。一般＜，取，但根據(jù)所給數(shù)模，=4mm。 拉延凸模的圓角半徑即拉延件的內(nèi)輪廓圓角半徑，尺寸和拉延件圓角半徑要求的尺寸相同。 3.4 凸模和凹模的間隙設(shè)計(jì) 拉延凸、凹模間隙的大小

38、，對(duì)拉延力、制件質(zhì)量和模具壽命都有影響。間隙過(guò)大，容易起皺；過(guò)小，則拉延件壁變薄加重，甚至拉斷。 在此拉延過(guò)程中，凸模與凹模之間的間隙，直邊部分取z=t=0.8mm，在圓角部分由于材料復(fù)原，故其間隙應(yīng)比直邊部分間隙大0.1t，即，取0.9mm（t為零件厚度）。凸模和凹模工作部分尺寸應(yīng)該根據(jù)拉延件的尺寸來(lái)確定，在確定凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損和拉延件的彈復(fù)。 4. 壓料圈的設(shè)計(jì) 圖4-6 壓料圈3D結(jié)構(gòu)圖1 圖4-7 壓料圈3D結(jié)構(gòu)圖2 壓料圈，又稱壓邊圈，是模具結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，它是沖壓模具中用于壓住沖壓材料或工序件以控制材料流動(dòng)的零件。它的作用為防止拉伸

39、件的邊緣起皺。 壓料圈的質(zhì)量決定拉延過(guò)程中的壓料效果，它既要有一定的壓料力，還要使壓料區(qū)的材料在不起皺的情況下，順利的流入凹模口內(nèi)。本次設(shè)計(jì)的壓料面上有8個(gè)上導(dǎo)擋料板定位毛坯方便送料，按照設(shè)計(jì)要求，上導(dǎo)擋料板尺寸為110×90mm。8個(gè)小凸臺(tái)安裝平衡塊其作用是調(diào)整進(jìn)料阻力，通過(guò)調(diào)整壓料圈與凹模之間的間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)。平衡塊選用標(biāo)準(zhǔn)件，該模具是中型模具，選用直徑為60mm，高度為20mm的平衡塊。 壓邊圈的滑動(dòng)面在凸模輪廓線5～10mm的外側(cè)，與凸模相對(duì)的滑板應(yīng)該重疊50mm以上。原則上滑動(dòng)面與模具中心平行設(shè)定。壓邊圈固定胚料后在凸模開(kāi)始成形時(shí)，設(shè)定滑動(dòng)面時(shí)壓邊圈的滑動(dòng)面接觸（重疊）量和模具引導(dǎo)的

40、接觸量應(yīng)該重疊100mm以上。根據(jù)壓料圈周邊的尺寸，選擇6個(gè)滑板面。滑動(dòng)面為凸模輪廓長(zhǎng)度的20％左右，參照表4-2選擇滑動(dòng)面尺寸。 表4-2 滑動(dòng)面選擇標(biāo)準(zhǔn)（單位：mm） 輪廓長(zhǎng)度 必要的滑動(dòng)寬度 寬度 數(shù)量 301～1000 100以上 75 2個(gè) 1001~1500 200以上 100 2個(gè) 1501~2000 300以上 150 2個(gè) 2001~300 400以上 200（150） 2個(gè)（3個(gè)） 3001 600以上 200 3個(gè) 5. 輔助裝置的設(shè)計(jì) 5.1 導(dǎo)向裝置 根據(jù)工藝方法的不同，模具對(duì)導(dǎo)向精度和導(dǎo)向剛度的要求也不同，模具

41、的導(dǎo)向形式也不同。常用的導(dǎo)向方式有導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向、導(dǎo)板導(dǎo)向、導(dǎo)塊導(dǎo)向及背靠塊導(dǎo)向等四種基本形式。 由于此件屬于中型件的拉延采用導(dǎo)滑板導(dǎo)向，此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、造價(jià)低。需要導(dǎo)向的有上模板（凹模）和下模板（凸模）的導(dǎo)向及壓料圈的導(dǎo)向。以上模板上的導(dǎo)滑平臺(tái)為基準(zhǔn)，在下模板和壓料圈上安裝導(dǎo)滑板。根據(jù)模具的實(shí)際結(jié)構(gòu)和拉延深度，查標(biāo)準(zhǔn)QM1301-2002，上模板和下模板選用C100×100的導(dǎo)板8個(gè)，下模板與壓邊圈選用C120×120的導(dǎo)板8個(gè)。 5.2 卸料裝置 由相對(duì)拉延毛坯外形均勻分布的根托桿在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下推動(dòng)壓料圈，使壓料圈向上運(yùn)動(dòng)，完成凸模的卸料，在凹模座內(nèi)，相對(duì)拉延毛坯內(nèi)形均勻分布6個(gè)卸料

42、頂銷(xiāo)，完成凹模的卸料。這樣就可以提高自動(dòng)化生產(chǎn)程度，模具運(yùn)行也較穩(wěn)定從而延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命，保證了工件質(zhì)量也有利于減小噪音。 拉伸模具工藝計(jì)算及主要參數(shù)確定 第五章 拉伸模具工藝計(jì)算及主要參數(shù)確定 1. 毛坯尺寸的確定 依據(jù)工藝數(shù)模得該件最大拉伸距離為176.5mm。毛坯尺寸可以根據(jù)制件展平后的輪廓尺寸和壓料尺寸來(lái)確定。其毛坯尺寸確定計(jì)算為： 第一部分：工件輪廓尺寸：最大長(zhǎng)度1078mm，最大寬度1024mm； 第二部分：壓料尺寸：壓料面沿周邊80mm，拉延筋沿周邊12mm； 第三部分：工藝補(bǔ)充部分：深拉伸處各工藝補(bǔ)充60mm，淺拉伸處30mm； 總面積為： （1078+

43、80+60）×（1024+80+60）=1218×1164=1417752mm2 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了便于取料，將毛坯尺寸確定為 1250×1200=1500000 mm2 材料的利用率： =1103872mm2/1500000mm2=73.6% 2. 模具相關(guān)重要尺寸的確定 由于凸模和凹模的上下部分都是實(shí)體，而對(duì)沖壓影響不大，因此，為了節(jié)省材料，達(dá)到材料的合理優(yōu)化，對(duì)其進(jìn)行U-CLAMP設(shè)計(jì)。對(duì)車(chē)門(mén)主輪廓做厚度為40mm的主筋，模具周邊厚度為40mm,內(nèi)部的輔助筋板厚度30mm，相鄰兩條筋板之間的距離為200~300mm。 模具與壓力機(jī)及底座等的聯(lián)接處，需要進(jìn)行U槽設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)要

44、求為距離模具中心150mm的倍數(shù)。根據(jù)模具長(zhǎng)寬，選取間距為450mm。 3. 計(jì)算拉伸工序的力 壓邊力必須適當(dāng)，如果壓邊力過(guò)大，會(huì)增加拉入凹模的拉力，使危險(xiǎn)斷面拉裂；如果壓邊力不足，則不能防止凸緣起皺。 壓邊力為壓邊面積乘單位壓邊力，即 式中 ——壓邊力 ,N； A——在壓邊圈下毛坯的投影面積，mm； p——單位壓邊力，MPa 。 車(chē)門(mén)外板選材料為冷軋鋁鎮(zhèn)靜鋼板，它具有較好的強(qiáng)度，較高的塑性變形能力，且由于鋼中的鋁對(duì)氮有固定作用，故沖壓成形后零件表面不產(chǎn)生滑移線，是一種非時(shí)效鋼板。選取單位壓邊力3.0，在壓邊圈下的投影面積為

45、A=506531mm2 ，故壓邊力得 =506531×3.0=1519593N 對(duì)于橫截面為矩形的拉伸件拉伸力 式中— 拉伸力，N ； L——危險(xiǎn)斷面周長(zhǎng)，mm;利用軟件分析L=2860mm； t——工件坯料厚度，mm ；t=0.8mm； p——危險(xiǎn)斷面上的單位拉伸力，MPa ；冷軋鋁鎮(zhèn)靜鋼板的抗拉強(qiáng)度為255~420Mpa,取350Mpa 因此 =2860×0.8×350 =800800N 總的拉伸力P為拉伸所需要的力和壓料所需要的力， 即

46、 =800800+1519593 =2320393N ≈2.3×103 KN 4. 修邊力、卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力的目的是為了合理選用壓力設(shè)備和模具設(shè)計(jì)，壓力機(jī)的噸位必須大于沖裁力，才適應(yīng)沖裁要求。 （1）沖裁力 式中 — 沖裁力（N）； L — 沖裁件的周長(zhǎng)（mm） ； t — 材料的厚度(mm) ； τ — 材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)。 ，取0.8，因此冷軋鋁鎮(zhèn)靜鋼板的抗剪強(qiáng)度為204～336 MPa，取330 MPa。 但考慮到凸凹模刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料的力學(xué)性能的變化和材料厚度偏

47、差等因素，實(shí)際需要的沖裁力還需增加30%，即 因此 =3767×0.8×330 =994488N =1.3×994488 =1292834.4 ≈1.29×103 KN （2）切刃側(cè)壓力 因此 =0.43× 103 KN （3）卸料力 其中，K——卸料力系數(shù)，查表5.1取0.05； 因此 =0.05×1.29×103 =0.0645×103KN （4）推件力 其中 n=h/t, n——同時(shí)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

48、——卸料力系數(shù)，查表5.1,K=0.055。 由設(shè)計(jì)知，h=6mm,則n=8, 因此 =8×0.055×1.29×103 =0.57×103KN （5）頂件力 其中，K——頂件力系數(shù)，查表5.1，K取0.06； ——修邊的沖裁力(N)； 因此 =0.06×0.994×103 =0.05964×103KN （6）沖裁總的沖壓力 =（1.29 + 0.43 + 0.0645 + 0.57 + 0.05964）×103KN =2.356×103KN ≈2.36×103KN

49、料厚（mm） 0．5～2.5 0.055 0.06 0.04～0.05 表5-1卸料力、推件力及頂件力系數(shù)[20] 按照總的拉伸力F=2.36×103 KN，實(shí)際生產(chǎn)中，可按下式估算壓力機(jī)的公稱壓力F0， 淺拉伸 ： =2.36×103×1.6=3.78×103KN 經(jīng)過(guò)計(jì)算壓力機(jī)的公稱壓力要大于378噸。 車(chē)門(mén)外板拉伸模具的CAE分析 第六章 車(chē)門(mén)外板拉伸模具的CAE分析 1. 車(chē)門(mén)外板拉伸模具CAE分析的意義 模具運(yùn)行時(shí)，將坯料置于凸模上面，壓力機(jī)作用于凹模，凹模向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)壓料圈向下運(yùn)動(dòng)，與凸模一起完成沖壓成形。在整個(gè)過(guò)程中，凹模、凸

50、模、壓料圈與坯料接觸的表面受力很大。因此，需要對(duì)其進(jìn)行受力仿真分析。 有限元分析是利用數(shù)學(xué)近似的方法，對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。利用簡(jiǎn)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(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。 2. 軟件對(duì)拉伸模具的有限元分析 對(duì)于拉伸模具的有限元分析，選用SolidWorks這一軟件來(lái)完成。SolidWorks功能強(qiáng)大，組件繁多。功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)，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(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)

51、大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)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(lái)進(jìn)行應(yīng)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(qiáng)有力支持，使得操作者能夠使用個(gè)人計(jì)算機(jī)快速解決大型問(wèn)題。由于簡(jiǎn)單易操作，SolidWorks Simulation為用戶提供了一個(gè)容易使用的初步應(yīng)力分析工具。 在SolidWorks Simulation中，將模型進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)算出的力F0 =3.78×103KN，使之均布。受

52、力方向垂直于模型底面向下。由于模具材料選用為YL80.3，為硬質(zhì)合金鋼，適于生產(chǎn)在較大應(yīng)力下沖壓模具用板材。因此，在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(kāi)始計(jì)算。 2.1 凹模的有限元分析 對(duì)凹模進(jìn)行分析，所得屈服應(yīng)力圖6-1和位移圖6-2。 圖6-1 凹模受力分析屈服應(yīng)力圖 圖6-2 凹模受力分析位移圖 從圖6-1中可以看出，凹模受力時(shí)，模具的最大屈服應(yīng)力大部分為藍(lán)色，最大值為，小于許用應(yīng)力。并且沖壓時(shí)，凹模的筋板部分起到了緩沖作用，可以更加減少應(yīng)力。因此，材料的強(qiáng)度符合要求。 從圖6-2中可以看出，凹模受力時(shí)，模具大部分

53、為藍(lán)色，從位移顯示可以得出，最大位移為0.0212mm，符合模具的工作要求。 因此，用YL80.3作為凹模的材料，符合模具工作要求。 2.2 凸模的有限元分析 對(duì)凸模進(jìn)行分析，所得屈服應(yīng)力圖6-3和位移圖6-4。 圖6-3 凸模的受力分析屈服應(yīng)力圖 圖6-4 凸模的受力分析位移圖 從圖6-3中可以看出，凸模受力時(shí)，模具的應(yīng)力大部分為藍(lán)色，最大值為，小于許用應(yīng)力。因此，材料的強(qiáng)度符合要求。 從圖6-4中可以看出，凸模受力時(shí)，模具大部分為藍(lán)色，從位移顯示可以得出，最大位移為0.0334mm，符合模具的工作要求。 因此，用YL80.3作為凸模的材料，符合模具工作要求。 綜上所述，選

54、用YL80.3作為沖壓模具的材料，符合模具工作要求。 結(jié)論 第七章 結(jié)論 汽車(chē)覆蓋件的曲面逆向重構(gòu)和拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中占有重要地位。本文對(duì)富康轎車(chē)車(chē)門(mén)外板的數(shù)字化建模，包括車(chē)門(mén)的逆向重構(gòu)和拉伸模具的設(shè)計(jì)，即逆向工程、拉伸模具和有限元分析等多方面的綜合應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)模具進(jìn)行了力學(xué)分析。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： （1）逆向工程的應(yīng)用。通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)車(chē)門(mén)外板的三維坐標(biāo)掃描，用CATIA軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)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(jì)。曲面重構(gòu)出之后，需要對(duì)車(chē)門(mén)曲面建立拉伸模具。使用SolidWo

55、rks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(jì)算模具的各個(gè)拉壓應(yīng)力，用SolidWorks Simulation對(duì)拉伸模具進(jìn)行有限元分析，從而驗(yàn)證受力是否合理。 由于時(shí)間的問(wèn)題，局部做得不夠完善，有些問(wèn)題需要后續(xù)解決。這就需要在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷，積累經(jīng)驗(yàn)，更加豐富對(duì)課題的設(shè)計(jì)知識(shí)。 參考文獻(xiàn) [1] Dori.D,et al. Form engineering drawings to 3D models: are we ready now?[J].Computer-Aided Design，1995. 27(4)：243-253.

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