1、*畢業設計菲亞特汽車發動機罩外板曲面逆向重構及拉延模設計學生姓名：*學 號：07047126專業班級：車輛工程07-1班指導教師：*2011年6月23日摘 要汽車覆蓋件模具設計和逆向工程是現代汽車行業中比較熱門的研究領域。本文以南京菲亞特派朗汽車發動機罩外板作為研究對象，進行了汽車發動機罩外板逆向曲面重構及汽車發動機罩外板拉延模具設計。本文對汽車發動機罩外板利用三維激光掃描儀進行三維坐標測量得到點云數據，對所得點云數據使用逆向工程軟件CATIA 進行預處理。包括點云的過濾、修剪、補洞、形成三角網格等；用CATIA 軟件對其進行逆向曲面重構，得到重構出的發動機罩外板曲面；以重構出的曲面為基礎，設

2、計出汽車發動機罩外板的拉延模具結構外形，在CA TIA 軟件中做出凸模、凹模和壓料圈等結構；并對拉延模具進行有關的工藝計算和參數確定。最終，做出汽車發動機罩外板的加工動畫。關鍵詞：汽車覆蓋件；逆向工程；曲面重構；拉延模具ABSTRACTAutomotive panel die design and the reverse engineering are the modern automobile industry in the hot research field. In this paper, we as the car engine hood outer panel of Nanjing

3、Fiat Perla to study, carried out the car engine hood outer panel surface reverse remodeling and car hood cover mold design.In this thesis, we use the Three-dimensional to scan the car engine hood outer panel, and we achieve the point cloud. Then we choose CA TIA, which is a high-class software of In

4、verse Engineering, to process the data. Next, its the processing of the point cloud and su rface reconstruction. As the surface finished, the drawing dies need to be modeled; To meet the challenge, we construct them by the software of CATIA. There are three parts in the drawing dies, which are punch

5、, die and blank-holder, and drawing die for the calculation. Finally, make a car hood outer panel machining simulation.Keywords: Automobile Panels, Inverse Engineering, Surface Reconstruction, Drawing Dies目 錄第一章 緒 論 . . 11. 課題研究的內容及意義 . 12. 逆向工程及其發展狀況 . 13. 汽車覆蓋件的含義及特點 . 24. 汽車覆蓋件國內外研究現狀 . 34.1 國外研究

6、現狀與分析 . . 34.2 國內研究現狀與分析 . . 35. 現代模具工業發展趨勢 . 46. 課題研究技術路線 . 4第二章 發動機罩外板點云數據采集及預處理 . . 51. 發動機罩外板點云數據的采集 . 51.1 三維激光掃描儀介紹 . . 51.2 點云數據的獲取 . . 52. 數據點云的編輯處理 . 62.1 點云導入 . . 62.2 點云過濾 . . 62.3 點云修剪 . . 62.4 建立三角網格 . . 72.5 補洞 . . 7第三章 汽車發動機罩外板的曲面重構 . . 101. CATIA的逆向曲面重構 . . 101.1 由曲線構造曲面 . . 101.2 由曲

7、面派生曲面 . . 112. 外板的曲面重構 . 11第四章 汽車發動機罩外板拉延模設計 . . 151. 拉延模具概述 . 152. 拉延模結構設計 . 153. 工藝補充面設計 . 164. 凸模和凹模的圓角設計 . 175. 凸模和凹模的間隙設計 . 186. 凸模、凹模、壓邊圈的設計 . 187. 拉延模具主要零部件設置 . 187.1模具的標準化 . 187.2 導向裝置 . . 187.3 卸料裝置 . . 19第五章 拉延模實體建模 . . 20第六章 拉延模具的工藝計算及主要參數確定 . . 261. 毛坯尺寸的確定 . 262. 計算拉深工序的力 . 263. 壓力機噸位的選

8、擇及拉深功計算 . 273.1 壓力機噸位計算與壓力機的選擇 . . 273.2 拉深功的計算 . . 28第七章 結 論 . . 30致 謝 . . 31參考文獻 . . 32第一章 緒 論1. 課題研究的內容及意義汽車工業的迅速發展，車型的快速更新換代，要求汽車制造商能夠在很短的時問內研究、開發并制造出高質量的汽車。近年來，國內外各大汽車制造企業都將車身外形的設計和制造能力作為衡量汽車，特別是轎車車型開發水平的重要標志，而覆蓋件模具正是車身生產的主要工藝裝備。為此，世界各國均投入了大量的人力和財力開展汽車覆蓋件模具設計及其制造技術的研究與開發，解決模具設計及制造過程中的“TQCS ”問題(

9、 T-Tirne -較短的交貨期，Q-Quaity -較高的質量，C-Cost -較低的成本，S-Service -較好的用戶服務 。工藝設計是聯接產品設計與制造的橋梁和紐帶，合理的成形工藝設計是模具設計與制造的基礎，也是決定覆蓋件能否順利成形的關鍵，它將直接關系到產品的質量、成本、生產效率以及模具的使用壽命等方面1。覆蓋件工藝設計及其關鍵技術已成為人們研究的熱點。運用逆向工程，對汽車覆蓋件的逆向造型不僅可以彌補傳統設計上存在的技術缺陷，使產品的外觀或局部性能更好地滿足不同用戶的需求，而且縮短了產品設計周期，降低了生產成本，同時逆向工程與快速成型技術的結合，即CAD/CAE/CAM以及RPM

10、(快速成型制造 的綜合運用將使我國汽車制造業產生前所未有的本質變化。本課題我們以汽車發動機罩外板為研究對象，首先利用CATIA 軟件逆向出外板的曲面，并創建拉延模具。此次汽車覆蓋件外形設計不僅有助于我們進一步學習和研究有關逆向工程以及模具制造等方面的技術，而且培養我們的實踐和自學能力。通過逆向曲面重構和拉延模具設計，綜合的運用了逆向工程知識和汽車覆蓋件沖壓模具知識，培養了我們運用計算機技能、工程圖紙以及書面和口頭表達工程技術的能力, 同時也訓練我們查閱應用中外科技文獻，提高我們的綜合能力，為以后學習和工作打下一定的基礎。2. 逆向工程及其發展狀況隨著工業技術的進步以及經濟的發展，在消費者對產品

11、高質量的要求下，功能上的需求已不再是贏得市場的惟一條件。產品不僅要具有先進的功能，還要有流暢、造型富有個性的產品外觀，以吸引消費者的注意。流暢、造型富有個性的產品外觀要求必然會涉及到復雜的自面造型。逆向工程為制造業提供了一個全新的、高效的產品開發方案，它能實現從己有復雜外觀造型的樣件或實物模型三維測量數據三維產品數模產品的一體化開發。逆向工程技術現已廣泛地用于產品的復制、仿制、改進及創新設計。利用逆向工程技術，可以直接在國內外已有的先進產品的基礎上進行結構性能分析、設計模型的重構、再設計優化與制造，吸收并改進國內外先進的產品和技術，可以縮短產品開發周期，重要的是可以快速趕上世界先進生產技術水平

12、，有效地占領市場，領導技術前沿2。 隨著計算機技術，特別是數字化測量技術的迅猛發展，逆向工程技術除了在航空航天、汽車工業、模具行業、消費性電子產品、電動工具、玩具等傳統領域得到廣泛應用外，也開始應用于人體工程、服裝、數字化博物館、藝術品仿制與破壞修復等領域。另外在醫學領域，如骨科顱骨修補、義耳義肢制作、假牙設計、醫療均壓鞋墊等方面都有其應用價值。逆向工程技術是隨著計算機技術的普及和進步，以及計算機輔助設計與制造技術(CAD/CAM的迅猛發展而發展起來的。它是一個多學科綜合性的術語，是以設計方法學為指導，以現代設計理論、方法、技術為基礎，運用各種專業人員的工程設計經驗、知識和創造思維，對已有新產

13、品進行解剖、深化和再創造，是已有設計的設計。逆向工程在汽車行業的發展十分的有前景。在制造業，逆向技術是根據實物模型和樣件測量數據，建立數學模型，得到其設計思想，從而進一步修改原有設計，然后將這些模型和表征用于產品分析、制造和加工生產的技術。隨著數控測量技術的發展，這種技術己被廣泛應用于機械、輕工、航空、航天、造船、汽車和模具等現代制造業的各個領域34。在產品開發過程中，運用逆向工程可以達到吸取精華去其糟粕目的。3. 汽車覆蓋件的含義及特點覆蓋件主要指覆蓋汽車發動機和底盤、構成駕駛室及構成車身的一些零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門外板、發動機蓋、水箱蓋、行李箱蓋、骨架等。 覆蓋件組裝后構成了車身

14、或駕駛室的全部外部和內部形狀，它既是外觀裝飾性零件，又是封閉薄殼的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關鍵環節。 覆蓋件表面一般都具有裝飾性，除考慮好用、好修、好造外，要求美觀大方。覆蓋件與一般沖壓件的區別：材料薄、形狀復雜（多為立體曲面），結構尺寸大，尺寸精度高，因此沖壓工藝編制、沖模設計、沖模制造工藝都有一些特殊的要求，沖壓設計中常把他作為一種特殊類型研究。覆蓋件應滿足的條件： 良好的表面質量、符合要求的幾何尺寸和曲面形狀、要有足夠的剛性、良好的工藝性。4. 汽車覆蓋件國內外研究現狀汽車工業的迅速發展，車型的快速更新換代，要求汽車制造商能夠在很短的時問內研究、開發并制造出高質量的汽車。而

15、國內目前車身覆蓋件的制造卻直接制約著新車型的開發。其原因就是覆蓋件模具設計水平較低，周期很長，對于一些較復雜的零件甚至設計不出合格的模具。這顯然不能適應汽車工業快速發展的需要，因此近年來有關覆蓋件的研究成了熱點，并目取得了許多可喜的成績，但仍存在許多問題1。4.1 國外研究現狀與分析目前，國外已經形成一套成熟的從概念設計到造型風格的理論與方法，并采用基于正向設計思路開發新產品，然后根據市場的需求變化，再進行車身改型或改裝來改進產品。由于國外CAD/CAE/CAM技術應用較早，軟硬件系統功能強大，各大汽車公司已普遍建立了完善的虛擬產品開發系統，已積累了大量的經驗和品牌風格。因此，對汽車覆蓋件的三

16、維重構，國外更多的是著眼于研究二維圖向三維模型轉換的智能識別與自動重構系統和對實物逆向的曲面重構技術，并提出了許多有效的理論和方法56。對汽車覆蓋件的工藝分析與成形仿真，國外各汽車公司非常重視在產品批量生產之前對產品的工藝分析和可成形性與沖壓工藝的研究與優化。當產品結構設計與制造工藝發生矛盾時，通常采用修改產品結構的方法來達到既滿足整車結構又滿足制造工藝要求。同時，國外從概念設計開始就大量采用有限元模擬技術，實現對產品的動力學分析、虛擬裝配等的有效分析和預防，大大節省了開發成本，縮短了產品開發周期784.2 國內研究現狀與分析與國外的發展現狀相比，我國從嚴格意義上對車身開發還沒有形成從概念設計

17、到造型風格的系統工程, 新產品的開發能力仍然很弱，更多的是通過引進國外技術或委托國外公司進行對汽車覆蓋件產品的開發9。國內對由二維工程圖紙重構出三維CAD 模型的研究也比較廣泛、深入，發表了大量的論文，但對汽車覆蓋件等特別復雜的零部件研究相對較少，尤其是沒有形成成熟的系統理論和行之有效的方法。對于逆向工程技術，我國在跟蹤國外的研究理論、算法和方法進展的基礎上進行了較多的應用研究，并取得了較大的理論成果，已成功應用于汽車車身的開發實踐1011。對于汽車覆蓋件的工藝分析與成形仿真，在國內，對整車性能及效果、沖壓件的工藝性及經濟性的重視還不夠，導致產品制造成本高、質量差。同時，我國在有限元分析方面，

18、大大落后于國外的發展應用水平，計算機輔助與虛擬產品開發基礎薄弱。在實際的汽車覆蓋件工藝分析中，大部分依靠專家的經驗來分析。隨著我國加入WTO ，市場競爭的不斷加劇，各大公司正逐漸建立起自己的信息系統平臺，各種主流軟件正逐漸被應用于汽車產品的開發中。我國在先進計算機技術、虛擬數字化技術等方面的研究與應用水平正逐步向國外看齊。5. 現代模具工業發展趨勢隨著汽車工業的迅速發展，新車型不斷更新換代，傳統的覆蓋件模具設計制造方法已不能跟上新產品的開發步伐。汽車覆蓋件模具作為汽車車身生產的重要工藝裝備，直接制約著汽車產品的質量和新車型的開發。覆蓋件模具因其設計制造難度大、周期長而常常成為制約汽車生產的主要

19、因素。通用的二維CAD 系統無法滿足模具設計的一些特殊要求。為了提高模具設計的技術水平、縮短模具設計周期，應用針對汽車覆蓋件模具結構設計的CAD 系統進行設計是十分必要的。因此汽車模具工業越來越受到人們的重視。6. 課題研究技術路線汽車覆蓋件的數字化建模，包括了覆蓋件的點云數據采集、點云數據編輯處理、曲面重構、建立拉延模具3D 造型等方面，需要分步驟完成。本課題的研究步驟如下：第一步：根據課題任務要求，閱讀查閱國內外相關資料，了解逆向工程、汽車覆蓋件和汽車沖壓模具的有關知識，并學習CA TIA 軟件。第二步：獲取點云數據，并且用CA TIA 軟件對獲得的數據進行編輯處理。第三步：用CA TIA

20、 軟件將處理的點云數據進行曲面重構。第四步：以重構的曲面為基礎，用CTIA 軟件進行拉延模具的3D 造型設計，并作出沖壓加工動畫。第二章 發動機罩外板點云數據采集及預處理1. 發動機罩外板點云數據的采集1.1 三維激光掃描儀介紹近年來，隨著傳感技術、控制技術等相關技術的發展，出現了各種各樣的樣件表面數字化方法。數據的采集方式主要有兩種：一是傳統的接觸式測量法，如三坐標測量儀、三維激光掃描儀等；二是非接觸式測量法，如激光三角法、圖像法、距離法等1213。三維激光掃描儀是指在三維可測的空間范圍內，能夠根據測頭系統返回的點數據，通過三坐標的軟件系統計算各類幾何形狀、尺寸等測量能力的儀器。其工作原理是

21、將被測零件放入它允許的測量空間，精確地測量出被測零表面的點在空間三個坐標位置的數值。本次數據測量采用STINGER 柔性臂三維激光掃描儀，輕便易操作，它具有測頭自動識別和補償功能，并且主軸可以無限旋轉，能夠檢測到不容易達到的位置，并且避免臂身在旋轉過程中突然停止帶來的傷害。三維激光掃描儀見圖2-1。圖2-1 三維激光掃描儀1.2 點云數據的獲取測量時，首先選擇適當的位置放置三維激光掃描儀，并安裝好三維掃描儀，保證發動機罩外板在測量范圍之內。將掃描儀連接電腦，并啟動程序，然后旋轉測頭，將外板均勻掃描。在掃描儀掃描外板的過程中，應當注意以下幾個方面：三維激光掃描儀和外板表面相對位置不可移動，測頭與

22、外板之間的距離要適當，以減少或避免出現不必要的噪聲【14】。 發動機罩外板點云數據采集及預處理2. 數據點云的編輯處理在取得發動機罩外板點云數據后，第一步工作是進行點云數據的編輯。此項任務需要在CA TIA 數字曲面編輯器Digitized Shape Editor模塊當中進行。 數字曲面編輯器模塊擁有強大的點數據預處理功能. 通過對點數據進行剪切、合并，過浦、三角網格化等處理，以不丟失特征的前提將龐大的點云轉換為部分點數據，點云經過三角悶格化處理后，工件的特征更容易觀察，可以建立特征線提供給CATIA 其他模塊進行建模，也可直接進行NC 加工。本次課題的發動機罩外板點云數據編輯按以下步驟進行

23、：點云導入、點云過濾、點云修剪、建立三角網格、補洞等。2.1 點云導入在CA TIA （DSE ）數字曲面編輯器中利用Cloud Import 工具將三維掃描儀掃描得到的點云數據導入到CATIA 軟件之中。此工具可以處理的點數據文件格式有CGO 、ASCI 、Atos 、Iges 及St1等。2.2 點云過濾三維激光掃描儀對發動機罩外板進行掃描，由于人為的操作，往往會獲得很大的點云數據，而其中包括大量冗余數據，這些數據對后面的曲面重構會帶來困難。因此，對掃描出的文件，需要在逆向工程軟件中進一步按照一定的要求去除冗余的數據；同時一些對重構結果影響不大的數據點，也要相應地去除。目前激光掃描技術在數

24、據采集方面有了廣泛的應用，但激光掃描側里的點的數目是非常龐大的，如果直接對點云進行造型處理. 將會造成文件過大，處理速度慢，既費時而且整個過程也變得難以控制，實際上并不是所有點的數據對模型重建都有用，因此，有必要在保證一定精度的前提下減少數據量，即在曲面變化緩慢的地方. 點密度較稀疏，在曲率變化較大部分需要密集的取點，如此用來表現此曲面的點數量就會變少。CA TIA 的過濾功能( Filter 可以達到這個目的14。在CA TIA 軟件的Digitized Shape Editor（DSE ）模塊中，首先Import （導入）點云文件，選擇Filter 選項，對點云數據進行稀釋。過濾多少必須適

25、當，過濾過多的點云數據將使點云數據過少，不利于后面的逆向曲面重構，如果過濾太少將使點云數據過多，浪費計算機資源。2.3 點云修剪稀釋后的點云數據，由于在掃描中的各種原因，有一些多余的不必要的點云，與所需點云數據不在同一曲面上，如圖2-2。這時需要進行修剪，將不需要的點云數據刪除，才可以進行后續的曲面重構任務。因此，使用QSR 模塊中的Remove （刪除點）能對其進行處理。最終處理完成的點云，如圖2-3。 功圖2-2 多余的數據點圖2-3過濾和修剪完成的點云 2.4 建立三角網格將多余的發動機罩外板點云數據修剪完成后，需要用Mesh Creation （建立網格）工具，建立適當的三角網格，為以

26、后完成曲面逆向重構打下基礎。建立三角網格完成后，將點云數據隱藏，形成三角網格。2.5 補洞點云在進行鋪面操作之后，可能會發現網格面上有破洞存在，如圖2-4所示。對于局部的一些小洞，增加Neighborhood 數值效果不佳，而且會影響整個網格面的精度。此時就必須利用Fill Holes （孔填充）功能將殘缺的地方填補起來，以便進行后續的曲面重構。孔填充時，首先設定補洞的間距規格，然后選擇孔洞的邊緣，此時將會出現綠色邊線（圖2-5所示），點擊確定，形成了邊線范圍內的多個連續的三角面片，如圖2-6所示。最后完成孔洞的填充，得到編輯完整的網格，如圖2-7所示。圖2-4 建立三角網格后出現的孔洞圖2-

27、5 孔洞編輯過程圖2-6 孔洞修補完成 圖2-7 外板點云建立的三角網格 第三章 汽車發動機罩外板的曲面重構點云經過數字曲面編輯模塊處理之后，可以在快速曲面重構(Quick SurfaceReconstruction, QSR 模塊中進行快速而有效地構面，進一步縮短了產品開發的流程。快速曲面重構模塊擁有強大的曲面重構功能，包括建立自由邊界，提取特征曲線，由雙邊邊界重建自由曲面，辨識及重建幾何曲面(平面、圓柱、圓球、圓錐等 。CA TIA V5創成式曲面外形設計Generative Shape DesignGSD 模塊包括線框構造和曲面造型功能，它為用戶提供了一系列應用廣泛、功能強大、使用方便的

28、工具集，以建立和修改用于復雜外形設計所需的各種曲面口同時，創成式曲面造型模塊造型方法采用了基于特征的設計方法和全相關技術，在設計過程中能有效地捕捉設計念圖，因此極大地提高了設計者的設計質量和效率，并為后續設計更改提供了強有力的技術支持。通過創成式曲面造型模塊與逆向工程設計的其他模塊相結合，可以生成質量好的外形，也可以根據產品的結構特點及點云特征，運用此模塊的強大的造型功能逐步建構出產品原型，并可以進行實時分析。本次汽車發動機罩外板曲面逆向重構利用CATIA 軟件中的Quick SurfaceReconstruction （QSR ）模塊以及Generative Shape Design (GS

29、D模塊進行曲面重構, 在逆向的過程中，（DSE ）、（QSR ）、（GSD ）三個模塊結合著運用，最終構造出理想的外板曲面。1. CATIA的逆向曲面重構一般而言，產品外形的CAD 模型是由多張不同幾何形狀的曲面經過延伸、過渡、裁剪等處理混合而成，而每一種曲面都有其特性和生成方式。因此，在應用逆向工程技術重構出產品的原CAU 模型的過程中，單純的使用某種曲面生成方法是無法完成晃個核型的重構，應該根據此產品外形的幾何特性，選擇適當的處理方法，方可較好地得到原產品的幾何形狀，以滿足產品外形的幾何特性。可見，在曲面重建的過程中，了解一些曲面生成的方法及其數學原理. 可以加快曲面重構的進程。曲面造型分

30、兩種方法，一是由曲線構造曲面；二是由曲面派生曲面。1.1 由曲線構造曲面由曲面構造曲面共有七種方法：旋轉曲面，一輪廓曲線繞某一軸線旋轉某角度而生成的曲面；線性拉伸面，一曲線沿某一矢量方向拉伸一段距離而得到的曲面；直紋面，多條線沿某個方向(U 或V 構成曲面；掃描面，截面發生曲線沿一條、一條或二條方向控制曲線運動、變化而生成的曲面；網格曲面，由一系列曲線構成的曲面；邊界曲面，由四條曲線做邊界創建一個封閉的曲面；填充曲而，在N 條邊界包圍的區域填充形成的曲面。1.2 由曲面派生曲面由曲面派生曲面共有八種方法：等半徑倒圓曲面，一定半徑的圓弧段與兩原始曲面相切，并沿著它們的交線方向運動而生成的圓弧形過

31、渡面；變半徑倒圓曲面，半徑值按一定的規律變化的圓弧段與兩原始曲面相切，并沿它們的交線方向運動而生成的圓弧形過渡面；等厚度偏移曲面，與原始曲面偏移一均勻厚度位的曲面；變厚度偏移曲面，在原始曲面的角點處，沿該點曲面法矢量方向偏移給定值而得到的曲面；混合曲面(橋接曲面 ，在兩個或多個 分離曲面的指定邊界線處，生成一個以指定邊界為生成曲面的邊界線，與所選周圍原始曲面圓滑連接的中間曲面；延伸曲面，在曲面的指定邊界線處，按曲面的原有趨勢(或某一給定的矢量方向 進行給定條件的曲面擴展而生成的曲面；修剪曲面，把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面；拓撲連接曲面，把具有公共邊界線的兩個曲面進行拓撲相加后的曲面。2

32、. 外板的曲面重構重構是逆向設計的關鍵環節，它不僅要再現原有產品的設計思想，修復(或解決 山泥模型上存在的缺陷，而且要對車身外表面和內飾表面進行光順處理。曲面重構前應對模型分析，將曲面劃分為幾個特征區，以確定曲面重構方法并選用相關工具。外板應該結合運用以上兩種曲面重構方法。汽車發動機罩外板具有對稱結構，因此只需要逆出外板的一般曲面即可，再利用鏡像功能做出另一半。由于汽車發動機罩外板曲面面積較大，因此可以利用CA TIA （QSR ）逆向曲面重建模塊中的啟動選項（圖3-1所示）。 把外板分成若干塊進行逆向，例如外板的前角端圖3-1 啟動外板的一部分點云沿著外板的邊緣用3D Curve(3D曲線

33、工具畫出外板的輪廓，圖3-2 所示。圖3-2 外板輪廓運用 CATIA 逆向點云編輯（DSE ）模塊中的面線，得到斷面線，圖3-3所示。 Planar Sections將外板三角網格砍斷圖3-3 砍斷面線然后利用逆向曲面重構（QSR ）模塊中的3D 曲線功能沿著斷面線繪制出3D 曲線。在創成試外形設計（GSD ）模塊中的掃掠一半曲面，圖3-4所示。 、填充、橋接等命令做出外板的圖 3-4逆向出外板的一半曲面接著用創成式外形設計（GSD ）模塊中的對稱模塊中的結合命令做出另一半曲面，最后用本命令將合成一整個曲面，最終完成了曲面的逆向，如圖3-5所示。 圖3-5 外板曲面 第四章 汽車發動機罩外板

34、拉延模設計汽車發動機點云數據在經過CATIA 曲面重構以后，得到三維曲面。要生產制造，需要進行模具設計。本文主要針對汽車覆蓋件拉深進行研究。1. 拉延模具概述汽車覆蓋件的形狀復雜、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、拉延、整形（也稱校形）、修邊、翻邊和沖孔等。其中，拉延工序是覆蓋件沖壓的關鍵工序，覆蓋件的形狀大部分是在拉延工序形成的。在進行覆蓋件的拉深工藝設計時，應遵循以下的設計原則15：一次拉深成形、布置拉延筋（檻）、拉伸件局部形狀的修改、工藝孔與工藝切口的設置、拉深工序中的沖孔、毛坯狀態、有利于后工序加工。對汽車覆蓋件成形來說，由于形狀復雜，二次拉

35、伸的變形幾乎是無法控制的，即使能用二次拉伸，覆蓋件表面質量也得不到保證。因此，應盡可能用一道拉深工序成形出覆蓋件形狀。對大多數覆蓋件的拉深成形都需要設置拉延筋。特別是表面較為平坦的覆蓋件拉深成形時，其主要變形方式為脹形變形，必須設置適當的拉延筋、拉延檻，以調整各部位的材料變形流動狀況在覆蓋件主要結構面上，往往有急劇的凹凸折曲和較深的鼓包等局部形狀。為滿足合理拉深成形條件的要求，在制定拉深工藝時，可以對拉深件的形狀進行局部的修改，通過加大過渡區域和過渡圓角，改善材料的流動和補充條件。對一些拉深深度較深或脹形變形較大、容易產生破裂的部位，若正好存在內工藝補充部分，則應在拉深工序中考慮增加工藝孔或工

36、藝切口來改變毛坯的變形程度，消除破裂因素。覆蓋件上的孔一般應在零件拉深成形后沖出，以預防預先沖制的孔在拉深過程中發生變形。但對于零件上不變形或變形極小的部位的孔，也可以在拉深工序沖出。當壓料面形狀起伏很大時，平板毛坯在壓料階段就會發生皺折、翹曲等，而且在以后的成形過程中不能完全消除，因此，要將毛坯進行一定程度的彎曲，接近壓料面形狀，使毛坯定位較穩定可靠，保證壓料面材料變形流動順利16。覆蓋件在拉深工序后一般為修邊、翻邊等工序。在進行拉深形狀設計和拉深工藝設計時，預先要很好地考慮到前后各工序間的相互協調，為修邊、翻邊等工序提供良好的條件，包括變形條件、模具結構、零件定位、送料、取件等。并保證使各

37、工序的成形條件達到良好狀態。2. 拉延模結構設計拉延模結構可分為：按使用的壓力機不同，可分為單動壓力機上使用的拉深模與雙動壓力機上使用的拉深模；按工序的組合程度不同，可分為單工序拉深模、復合工序拉深模與級進工序拉深模；按結構形式與使用要求的不同，可分為首次拉深模與以后各次拉深模、有壓料裝置拉深模與無壓料裝置拉深模、順裝式拉深模與倒裝式拉深模、下出件拉深模與上出件拉深模17。形狀簡單、深度淺的覆蓋件一般采用單動壓力機來成型；形狀復雜、深度深的覆蓋件必須采用雙動壓力機成型。這是因為單動壓力機的壓料力是靠機床下面的油缸的壓力和行程都比雙動壓力機小得多，其不能提供較大壓料力和復雜深拉延件所需的成形力。

38、其次，單動壓力機所用拉延模的壓邊圈比較薄，剛性相對弱，亦不能適應復雜深拉延件的成型。分析汽車發動機罩外板結構，可知該拉延件屬于淺拉延，拉延件形狀相對簡單，因此確定該拉延模采用單動壓力機上使用的拉延模。單動拉延模結構比較簡單，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格適應壓力機參數要求。根據所采用的模具形式，此拉延模的凸模、凹模、壓料圈都采用實型鑄造而成，為方便安裝，節約材料在不影響剛度和強度的條件下對非重要部分進行挖空。并且在影響強度和剛度的部位設計加強筋。設計模具壁厚時，模具鑄件的壁厚與模具的尺

39、寸大小、零件生產批量、以及受力情況都有很大的關系，該制件是批量生產，該模具是中型模具。參照表4.1設計選用壁厚。表4-1大批量生產時拉延模鑄件壁厚（單位：mm ）18 參照汽車覆蓋件沖壓模具標準，設計凸模、凹模的結構尺寸。其它小零件盡量選用標準件。確定凸模和凹模工作部分尺寸時，應考慮模具的磨損和拉延件的彈復。依據拉延件三維數模尺寸來確定凸模和凹模工作部分尺寸。3. 工藝補充面設計為了一次拉延成型，必須將覆蓋件上的翻邊部分展開。若覆蓋件上有孔洞，應將孔洞補滿（因為孔洞是在拉延之后的工序中產生的），根據沖壓方向，再加上工藝補充部分，拉延成型后再在后續工序中切掉，所以工藝補充部分是工藝上必須的材料消

40、耗。工藝補充的多少取決于覆蓋件的復雜度。運用CA TIA 軟件創成式設計（GSD ） 模塊中的外插延伸、拉伸、掃掠、填充、橋接等命令做出工藝補充，圖4-1所示（藍色區域為設計的工藝補充面）。圖4-1 補充工藝曲面4. 凸模和凹模的圓角設計凸、凹模的圓角設計得是否合理，直接影響拉延時坯料金屬流動性。凹模圓角半徑R 凹越大，材料越易進入凹模；但R 凹過大，材料易起皺。因此，在材料不起皺的前提下，R 凹=（68）t (4-1其中，t 為板料厚度（mm ）, 取0.8mm ；但當凹模圓角處于工藝補充部分上，根據常用板料厚度，取中間值（68）t 。當壓料面是制件本身凸緣的一部分時，則凹模圓角半徑就是拉延

41、件要求的圓角半徑。如果拉延件要求圓角半徑過小，影響拉延變形時，則適當加大到合適數值，用后續的工序整形圓角也能達到要求數值。根據板料厚度0.8mm ，取 凹模圓角半徑R 凹=5mm 。R 凸凸模圓角半徑R 凸過小，會使坯料在此受到過大的彎曲變形，導致危險斷面材料嚴重變薄甚至拉裂；R 凸過大，會使坯料懸空部分增大，容易產生“內起皺”現象。一般R 凹R 凸=(0. 71. 0 R 凹，取，所以取凸模的圓角半徑R 凸=4mm 。 拉延凸模的圓角半徑即拉延件的內輪廓圓角半徑，尺寸和拉延件圓角半徑要求的尺寸相同。5. 凸模和凹模的間隙設計拉延凸、凹模間隙的大小，對拉延力、制件質量和模具壽命都有影響。間隙過

42、大，容易起皺；過小，則拉延件壁變薄加重，甚至拉斷。在此拉延過程中，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原，故其間隙應比直邊部分間隙大0.1t ，即z =t +0. 1t =0. 88mm ，取0.9mm （t 為零件厚度）。凸模和凹模工作部分尺寸應該根據拉延件的尺寸來確定，在確定凸模和凹模工作部分尺寸時，應考慮模具的磨損和拉延件的彈復19。6. 凸模、凹模、壓邊圈的設計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

43、角。壓料圈，又稱壓邊圈，是模具結構中的重要組成部分，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的零件。它的作用為防止拉伸件的邊緣起皺。壓料圈的質量決定拉延過程中的壓料效果，它既要有一定的壓料力，還要使壓料區的材料在不起皺的情況下，順利的流入凹模口內。正裝、倒裝拉延模的定義：凸模安裝在工作臺面上，凹模固定在壓力機的滑塊上，壓料圈用氣缸或彈簧支撐在工作臺上，稱之為倒裝拉延模凹模安裝在上工作臺面的內滑塊上，壓料圈安裝在外滑塊上，凹模安裝在下工作臺面上，稱之為正裝拉延模20。本次設計的汽車發動機罩外板拉延模具采用正裝拉延模結構。7. 拉延模具主要零部件設置7.1模具的標準化模具設計的標準化具

44、有重要的意義。模具標準化能簡化設計工作，縮短模具設計與制造周期，可穩定、提高和保證模具設計質量，有利于實現模具的計算機輔助設計與輔助制造。標注件的成批制造與應用，可提高模具制造勞動生產率，降低制造成本。7.2 導向裝置根據工藝方法的不同，模具對導向精度和導向剛度的要求也不同，模具的導向形式也不同。常用的導向方式有導柱導套導向、導板導向、導塊導向及背靠塊導向等四種基本形式。由于此件屬于中型件的拉延采用導滑板導向，此結構相對簡單、造價低。需要導向的有上模板（凹模）和下模板（凸模）的導向及壓料圈的導向。以上模板上的導滑平臺為基準，在下模板和壓料圈上安裝導滑板。根據模具的實際結構和拉延深度，查標準QM

45、1301-2002，上模板和下模板選用C100×100的導板8個，下模板與壓邊圈選用C120×120的導板8個。7.3 卸料裝置由相對拉延毛坯外形均勻分布的根托桿在液壓缸的驅動下推動壓料圈，使壓料圈向上運動，完成凸模的卸料，在凹模座內，相對拉延毛坯內形均勻分布6個卸料頂銷，完成凹模的卸料。這樣就可以提高自動化生產程度，模具運行也較穩定從而延長了設備的壽命，保證了工件質量也有利于減小噪音。第五章 拉延模實體建模在完成拉延模具設計以后，需要用軟件進行拉延模具實體建模。本次課題設計選用CA TIA 軟件作為拉延模具的3D 造型設計軟件。利用CATIA 軟件中機械設計模塊和零件設計

46、模塊，一次設計出拉延模的凹模、凸模、壓料圈、模具組裝圖本次拉延模具的實體建模工作主要有：凸模凹模外部輪廓制作（如圖5-1和5-2所示）；凸、凹模整體制作（如圖5-3和5-4所示）；凸、凹模鑄造筋；凸、凹模裝卡裝置制作；凸模起吊裝置制作，減重孔制作；壓料圈外形制作；壓料圈整體制作。圖5-1 凸模外部輪廓圖5-2 凹模外部輪廓 圖5-3 凸模整體圖5-4 凹模整體 最后做出凸模、凹模和壓料圈得3D 造型如圖5-5、5-6、5-7、5-8、5-9所示。圖5-5凸模的視圖a圖5-6 凸模的下視圖b 圖5-7 凹模的上視圖a圖5-8 凹模下視圖b 圖5-9 壓料圈最后，利用CA TIA 裝配設計模塊將凸

47、模、凹模和壓料圈組裝，完成模具組裝圖模具炸開圖，如圖5-10和5-11所示。圖5-10 拉延模具組裝圖 圖5-11 菲亞特汽車發動機罩外板拉延模具爆炸圖 第六章 拉延模具的工藝計算及主要參數確定1. 毛坯尺寸的確定依據工藝數模得該件最大拉伸距離為220mm 。毛坯尺寸可以根據制件展平后的輪廓尺寸和壓料尺寸來確定。根據計算確定工件毛坯的尺寸。工件輪廓尺寸：最大長度1404mm ，最大寬度1170mm ；壓料尺寸：壓料面沿周邊80mm ，拉延筋沿周邊12mm ；工藝補充部分：深拉伸處各工藝補充60mm ，淺拉伸處30mm ；毛坯總面積為：（1404+80+60）×（1170+80+60）

48、=1544×1310=2022640mm 2在實際生產中，為了便于取料，將毛坯尺寸確定為1600×1300=2080000 mm 2毛坯的材料利用率：=制件的面積毛坯的面積100%=140411702080000100%=79%2. 計算拉深工序的力壓邊力必須適當，如果壓邊力過大，會增加拉入凹模的拉力，使危險斷面拉裂；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P 壓=Ap (5-1式中：P 壓為壓邊力（N ）；A 為在壓邊圈下毛坯的投影面積（mm ）； p為單位壓邊力（MPa ）。發動機罩外板選材料為冷軋鋁鎮靜鋼板，它具有較好的強度，較高的塑性變形

49、能力，且由于鋼中的鋁對氮有固定作用，故沖壓成形后零件表面不產生滑移線，是一種非時效鋼板。選取單位壓邊力3.0，經過計算在壓邊圈下的投影面積為A=1315000mm 2 ，故壓邊力由式5-1得P 壓=1315000×3.0=3945000N對于橫截面為矩形的拉伸件拉伸力P 拉=Ltp (5-2式中：P 拉為拉伸力（N ）；L 為危險斷面周長（mm ），利用軟件分析L=5587mm ；t 為工件坯料厚度(mm , t =0.8mm ；p 為危險斷面上的單位拉伸力（MPa ）；冷軋鋁鎮靜鋼板的抗拉強度為255420Mpa , 取350Mpa ，由式5-2得：P 拉=Ltp=5587

50、5;0.8×350=1564360N總的拉伸力P 為拉伸所需要的力和壓料所需要的力，即 P =P 拉+P 壓=3945000+1564360=5509360N5.5×103 KN3. 壓力機噸位的選擇及拉深功計算模具設計完成以后，需要選型模具的工作動力來源-壓力機。壓力機的正確選擇及合理使用，它將決定沖壓生產能否順利進行，并與產品質量、模具壽命、生產效率、產品成本等密切相關。沖壓設備的選選擇主要是根據沖壓工藝性質、生產批量大小、沖壓的幾何形狀、尺寸及精度要求等因素來確定的。沖壓生產中常用的沖壓設備種類很多，選用沖壓設備時主要應考慮下述幾種因素：（1）沖壓設備的類型和工作形式

51、是否適合用于應完成的工序，是否符合安全生產和環保要求；（2）沖壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的要求；（3）沖壓設備的裝模高度、工作臺尺寸、行程等是否適合應完成工序所用的模具；（4）沖壓設備的行程次數是否滿足生產效率的要求等。3.1 壓力機噸位計算與壓力機的選擇壓力機應該根據沖壓工序的性質、生產批量的大小、模具的外形尺寸以及現用設備等情況進行選擇。壓力機得選用包括選擇壓力機類型和壓力機規格兩項內容。壓力機的類型選擇要根據模具沖壓件的大小選擇，中小型沖壓件選用開式機械壓力機，大中型沖壓件選用雙柱閉式機械壓力機。壓力機得規格包括：公稱壓力、滑塊行程長度、行程次數、工作臺面尺寸、滑塊模柄孔尺寸、閉合高度、電動機功率的選擇。菲亞特汽車發動機罩外板拉延模屬于大中型沖壓模，因此應選用雙柱閉式壓力機。選擇壓力機的總壓力為F Z =F Q +F (5-3式中：F Z 為拉深總壓力；F Q 為拉深壓料力；F 為拉深力；即F Z =3945000+15643605.5×103 KN要使普通壓力機不能過載地用于拉深工作，應把標定公稱壓力乘上修正系數，用減小實際公稱壓