沈海波

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的迅速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要部分，汽車配件模具設(shè)計(jì)成為生產(chǎn)中的重要流程?，F(xiàn)代機(jī)械技術(shù)不斷完善，冷沖壓工藝廣泛的應(yīng)用于模具的制作中，促進(jìn)了企業(yè)生產(chǎn)效率的提升。CAD/CAM一體化的模具實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì)是提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量的主要手段。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM一體化設(shè)計(jì);汽車?yán)錄_壓模塊

汽車沖壓模具開(kāi)發(fā)制造周期直接影響汽車的開(kāi)發(fā)周期，CAD/CAM一體化模具實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì)是提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量的主要手段。CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用深入，大大提高了模具質(zhì)量與復(fù)雜模具的制造能力。本文簡(jiǎn)要分析了汽車行業(yè)中對(duì)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，從汽車的不同位置，與性能要求等方面介紹汽車模具的不同技術(shù)指標(biāo)上的應(yīng)用特點(diǎn)。有助于設(shè)計(jì)，生產(chǎn)與數(shù)據(jù)管理，才能使企業(yè)處于汽車行業(yè)的前列。

一、模具實(shí)體化設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

模塊將相互獨(dú)立的部分零件組裝使其成為部件，將模塊一次裝配到車身上完成汽車整體裝配。模塊工藝大大提高了汽車裝配質(zhì)量。隨著科技的進(jìn)步，單一的裝配工藝不能滿足人們對(duì)汽車多樣化的要求[1]。

我國(guó)許多模具制造業(yè)已進(jìn)入了模具實(shí)體化的初級(jí)階段，完成模具的切削加工制造。進(jìn)行模具的實(shí)體設(shè)計(jì)過(guò)程存在一些問(wèn)題。開(kāi)發(fā)的白車身數(shù)學(xué)模型質(zhì)量不高，所用的軟件與模具設(shè)計(jì)者使用的軟件不同，會(huì)造成曲面相接處出現(xiàn)細(xì)微不均勻間隙。

細(xì)小間隙在CAD上難以修復(fù)，如重新生成曲面的方法難以消除間隙，通過(guò)逆向工程照技術(shù)生成數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型在各小曲面相連接處有細(xì)小間隙。不能完成模具關(guān)鍵件的實(shí)體設(shè)計(jì)。

二、冷沖壓模塊化技術(shù)

（一）冷沖壓技術(shù)概述

CAD/CAM一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)在車身設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。逆向建模指在選定的軟件中，擬合成曲線，經(jīng)編輯后利用拉伸，挖孔等實(shí)體造型技術(shù)，制造出實(shí)體模型。

基于UG，CATIA等軟件的CAD建?；咎幚磉^(guò)程是點(diǎn)線面一體處理，先收集汽車三視圖圖片，輸入設(shè)計(jì)師的概念，根據(jù)圖像進(jìn)行掃描建立車身的三維模型。對(duì)已創(chuàng)建的樣條進(jìn)行修建等編輯，可將車身的其他輪廓線掃描出來(lái)進(jìn)行處理，得到車身樣條線輪廓?？捎闷w加厚等命令將車身樣條輪廓變?yōu)閷?shí)體[2]。

建模后對(duì)車身進(jìn)行渲染處理，對(duì)模型進(jìn)行CN加工程序制作，逆向工程技術(shù)可應(yīng)用于車身，鈑金件等形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，較少尖銳邊角，結(jié)構(gòu)較少的汽車零件。

（二）冷沖壓技術(shù)特點(diǎn)

冷沖壓是在常溫條件下，利用沖壓模在壓力機(jī)上對(duì)生產(chǎn)用板料施加一定的壓力，促使其生產(chǎn)塑性變形，獲得實(shí)際加工中所需的形狀的零件的加工方法，經(jīng)常用于加工板料零部件。冷沖壓技術(shù)零部件尺寸精度高，實(shí)際汽車產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)中采取標(biāo)準(zhǔn)化流水線作業(yè)方式，傳統(tǒng)的手工操作方式無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)零部件精度的嚴(yán)格要求，被先進(jìn)的冷沖壓技術(shù)取代，滿足了生產(chǎn)活動(dòng)所需。

冷沖壓技術(shù)的應(yīng)用提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，采取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的零部件能很大程度上促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展，產(chǎn)品的質(zhì)量得到明顯的提升。有效的節(jié)約了材料成本，冷沖壓技術(shù)在實(shí)際的原料生產(chǎn)加工中得到充分的利用，從根本上提高了材料的使用程度，面對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）汽車模塊化裝配工藝設(shè)計(jì)

汽車前端模塊主要由前端框架，前保險(xiǎn)杠防撞梁，冷凝器等組成，實(shí)現(xiàn)與車身左右縱梁的連接，汽車前端類似框架式結(jié)構(gòu)，汽車前端采用開(kāi)口結(jié)構(gòu)，裝配完成后送到總裝線上。前端模塊框架在裝配中與車身采用螺紋相互聯(lián)接，要保證散熱器及大燈有足夠的裝配空間。保證大燈與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的平度與間隙要求等。前端模塊化設(shè)計(jì)要使前保險(xiǎn)杠防撞梁能固定到模塊上，汽車大燈線束的插接及進(jìn)出水管都要進(jìn)行考慮。

車門模塊化裝配可確保駕駛室內(nèi)零部件裝配的接近性，提高整體裝配質(zhì)量。采用模塊化設(shè)計(jì)車門組裝可簡(jiǎn)化生產(chǎn)線機(jī)械結(jié)構(gòu)，車門等模塊主要包括鎖，后視鏡，限位器等零部件。車門模塊裝配設(shè)計(jì)時(shí)要確保車門安裝后的間隙，及線束間的連接可靠性。

三、模具的模塊化實(shí)體設(shè)計(jì)

冷沖壓模具的制造，模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析，拋光與配試模及快速成型制造等，CAD單元技術(shù)有造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，加工過(guò)程虛擬方針，輔助工藝過(guò)程等。冷沖壓模具CAD/CAM集成技術(shù)，是各項(xiàng)單元技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)信息集成與數(shù)據(jù)資源共享，提高制模質(zhì)量。

模具的CAD設(shè)計(jì)，包括產(chǎn)品模型確定模具結(jié)構(gòu)類型，確定模架，板料形成過(guò)程分析等方面。利用先進(jìn)的特征造型軟件如UGLL等生成上下模架，進(jìn)行定位，出料與卸料布置等。利用模具分析軟件如CFLOW進(jìn)行板料的成形過(guò)程分析。通過(guò)輸入成形工藝參數(shù)，可動(dòng)態(tài)仿真分析板料凹凸模，分析板料各受力部位的應(yīng)力變化情況等。根據(jù)分析情況檢查模具結(jié)構(gòu)的合理性，產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題等。如是否出現(xiàn)拉伸中的拉斷現(xiàn)象，是否存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，是否間隙過(guò)大，出現(xiàn)充采件毛刺過(guò)大，降低模具的壽命等。通過(guò)CAD設(shè)計(jì)分析，將錯(cuò)誤消除在設(shè)計(jì)階段。

沖壓模具設(shè)計(jì)階段應(yīng)用許多新的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，如特征造型技術(shù)等，沖壓模具中有許多標(biāo)準(zhǔn)件，如標(biāo)準(zhǔn)凹凸模，導(dǎo)向零件等可采用基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理的參數(shù)化特征造型設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。使模具的設(shè)計(jì)分析快速高效。參數(shù)化特征造型可完整的描述產(chǎn)品的幾何圖形信息，建立的產(chǎn)品模型是易于處理的模型。參數(shù)特征造型技術(shù)是模具制造中的重要技術(shù)。

四、基于CAD技術(shù)的汽車設(shè)計(jì)實(shí)例

利用CAD等軟件零件設(shè)計(jì)中的三維建模功能，通過(guò)倒圓角等命令建立缸體側(cè)蓋鋁合金壓鑄零件實(shí)體三維模型。未發(fā)現(xiàn)未拔模的情況。利用CAD軟件制作中的模具型腔模塊進(jìn)行，設(shè)計(jì)用于固定成型鑲塊，澆口套及抽芯機(jī)構(gòu)的模架。設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，將金屬液熱室鑄機(jī)的噴嘴導(dǎo)入型腔內(nèi)。設(shè)計(jì)溢流系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，推出機(jī)構(gòu)與復(fù)位機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出汽車缸體側(cè)蓋壓鑄模。

應(yīng)用普通鑄造難以下手的多開(kāi)邊，大口徑薄壁鋁合金殼體類鑄件，運(yùn)用CAD軟件三維造型設(shè)計(jì)出模具的正面型腔，用線條畫出加強(qiáng)筋，螺紋連接孔，線條可用作CAM數(shù)控編程加工的控制邊界，通過(guò)設(shè)置邊界雨量精確快速制造出需要的模具。

離合器殼模具CAM，將模具工裝組建分解，上模板，支撐桿與定位銷等單獨(dú)加工，組裝完整的凹模模具工裝組合。螺栓與墊圈可選用標(biāo)準(zhǔn)件。支撐桿在普通車床上加工，上模板可在普通銑床上加工，板面的孔可在坐標(biāo)鏜床上加工，將CN代碼傳輸?shù)綌?shù)控設(shè)備上進(jìn)行模具加工。

汽車總布置采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊間彼此可以交換數(shù)據(jù)，在三維空間內(nèi)進(jìn)行，對(duì)建立車坐標(biāo)系很有必要。在已建立的坐標(biāo)系中建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行干涉檢查，汽車動(dòng)力性，制動(dòng)性是性能分析的重要工作。

汽車總布置CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的系列數(shù)據(jù)對(duì)今后工作有很大的幫助，總成圖形存儲(chǔ)與整車總布置密切相關(guān)的零部件，總布置數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含設(shè)計(jì)中的中間參數(shù)，具有動(dòng)態(tài)性。

五、模具的CAD/CAM一體化設(shè)計(jì)

利用CATIA CAD/CAM一體化實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)彌補(bǔ)CATIA CAD實(shí)體設(shè)計(jì)的不足。制定沖壓工序零件數(shù)學(xué)模型，制定工序件的沖壓方向。模具的設(shè)計(jì)從整體上分為數(shù)學(xué)模型覆蓋下的模塊設(shè)計(jì)及區(qū)域外的模塊設(shè)計(jì)。

先在工序件數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上完成六面體的設(shè)計(jì)，因技術(shù)改進(jìn)需在加強(qiáng)件上增加2活口，避免裝配時(shí)發(fā)生干涉現(xiàn)象。因上右加強(qiáng)件的沖壓磨具采用逆向工程照相機(jī)是建立數(shù)學(xué)模型，采取模塊化設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)沖孔模。

根據(jù)制件工藝要求制定沖壓方向，沖壓工藝補(bǔ)充，利用CATIA的EXTRUDE，F(xiàn)ILL生成曲面所需的功能。沖孔模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括模架設(shè)計(jì)，凸凹模設(shè)計(jì)。模架采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)。

采用模塊化設(shè)計(jì)方法，依據(jù)三維標(biāo)準(zhǔn)件使模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，借用已有的模具結(jié)構(gòu)經(jīng)簡(jiǎn)單編輯完成新?；焐珯C(jī)。凹模塊六面體設(shè)計(jì)利用CATIA CAM中的毛坯料定義功能，利用CREATES ROUGH STOCK功能生成六面體?？紤]到模具的閉合高度確定凹模塊的高度，凹模刃口布置情況確定凹模的長(zhǎng)度。通過(guò)編輯六面體的SKECHER等數(shù)值，觀察六面體包含制件的范圍大小?？紤]模具結(jié)構(gòu)的沖壓穩(wěn)定性等諸多因素，確定六面體具體尺寸，在CAM設(shè)計(jì)中，六面體可作為凹模的毛坯使用。需進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

凹模塊粗略設(shè)計(jì)首先進(jìn)行數(shù)學(xué)模型覆蓋下的凹模實(shí)體模塊設(shè)計(jì)，將底面邊界投影到平面，作PAD拉伸成六面體，進(jìn)行數(shù)學(xué)模型覆蓋區(qū)外的凹模實(shí)體設(shè)計(jì)，投影并編輯數(shù)學(xué)模型邊界線，作PAD拉伸，防止沖壓時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向沖裁力對(duì)沖壓的影響。

六、CATIA CAD/CAM一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

利用CATIA CAM可將實(shí)體與曲面做PART，通過(guò)數(shù)控加工制造出工件，解決了模具實(shí)體設(shè)計(jì)難題，通常實(shí)體與制件曲面間存在的非故意需用曲面縫補(bǔ)，利用CATIA CAD/CAM可省略檢查工作，設(shè)計(jì)出壓料板的六面體結(jié)束了模具的實(shí)體設(shè)計(jì)，利用CATIA CAM進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只需在垂直刀具軸線方向上無(wú)較大的間隙，不會(huì)影響刀具軌跡的生成。可忽略曲面間隙的影響。利用CAM軟件通過(guò)使用CAM將模具實(shí)體做成PART的功能，利用CATIA的曲面設(shè)計(jì)代替汽車沖壓模具關(guān)鍵部件的實(shí)體設(shè)計(jì)。

汽車沖壓模具的模塊化實(shí)體設(shè)計(jì)，提高了汽車?yán)錄_模的設(shè)計(jì)效率，可直接檢查干涉等現(xiàn)象，減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)數(shù)學(xué)模型覆蓋下的模面部位不做實(shí)際意義的實(shí)體設(shè)計(jì)。適應(yīng)當(dāng)今汽車?yán)錄_模制作業(yè)的發(fā)展。

七、結(jié)語(yǔ)

汽車沖壓模具的模塊化實(shí)體設(shè)計(jì)，4提高了汽車?yán)錄_模的設(shè)計(jì)效率，可直接檢查干涉等現(xiàn)象，只對(duì)數(shù)學(xué)模型的邊界作編輯式模具關(guān)鍵件的實(shí)體設(shè)計(jì)，對(duì)含糊面的關(guān)鍵件創(chuàng)建粗略塊體即可。汽車的開(kāi)發(fā)是在對(duì)CAS/CAD集成自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，應(yīng)用CIMS，采用并行工程，敏捷制造等，運(yùn)用新工藝加工汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，檢測(cè)維護(hù)等過(guò)程。

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