汽车覆盖件逆向设计及其拉延模具设计_图文

1、*毕业设计菲亚特汽车发动机罩外板曲面逆向重构及拉延模设计学生姓名：*学 号：07047126专业班级：车辆工程07-1班指导教师：*2011年6月23日摘 要汽车覆盖件模具设计和逆向工程是现代汽车行业中比较热门的研究领域。本文以南京菲亚特派朗汽车发动机罩外板作为研究对象，进行了汽车发动机罩外板逆向曲面重构及汽车发动机罩外板拉延模具设计。本文对汽车发动机罩外板利用三维激光扫描仪进行三维坐标测量得到点云数据，对所得点云数据使用逆向工程软件CATIA 进行预处理。包括点云的过滤、修剪、补洞、形成三角网格等；用CATIA 软件对其进行逆向曲面重构，得到重构出的发动机罩外板曲面；以重构出的曲面为基础，设

2、计出汽车发动机罩外板的拉延模具结构外形，在CA TIA 软件中做出凸模、凹模和压料圈等结构；并对拉延模具进行有关的工艺计算和参数确定。最终，做出汽车发动机罩外板的加工动画。关键词：汽车覆盖件；逆向工程；曲面重构；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 录第一章 绪 论 . . 11. 课题研究的内容及意义 . 12. 逆向工程及其发展状况 . 13. 汽车覆盖件的含义及特点 . 24. 汽车覆盖件国内外研究现状 . 34.1 国外研究

6、现状与分析 . . 34.2 国内研究现状与分析 . . 35. 现代模具工业发展趋势 . 46. 课题研究技术路线 . 4第二章 发动机罩外板点云数据采集及预处理 . . 51. 发动机罩外板点云数据的采集 . 51.1 三维激光扫描仪介绍 . . 51.2 点云数据的获取 . . 52. 数据点云的编辑处理 . 62.1 点云导入 . . 62.2 点云过滤 . . 62.3 点云修剪 . . 62.4 建立三角网格 . . 72.5 补洞 . . 7第三章 汽车发动机罩外板的曲面重构 . . 101. CATIA的逆向曲面重构 . . 101.1 由曲线构造曲面 . . 101.2 由曲

7、面派生曲面 . . 112. 外板的曲面重构 . 11第四章 汽车发动机罩外板拉延模设计 . . 151. 拉延模具概述 . 152. 拉延模结构设计 . 153. 工艺补充面设计 . 164. 凸模和凹模的圆角设计 . 175. 凸模和凹模的间隙设计 . 186. 凸模、凹模、压边圈的设计 . 187. 拉延模具主要零部件设置 . 187.1模具的标准化 . 187.2 导向装置 . . 187.3 卸料装置 . . 19第五章 拉延模实体建模 . . 20第六章 拉延模具的工艺计算及主要参数确定 . . 261. 毛坯尺寸的确定 . 262. 计算拉深工序的力 . 263. 压力机吨位的选

8、择及拉深功计算 . 273.1 压力机吨位计算与压力机的选择 . . 273.2 拉深功的计算 . . 28第七章 结 论 . . 30致 谢 . . 31参考文献 . . 32第一章 绪 论1. 课题研究的内容及意义汽车工业的迅速发展，车型的快速更新换代，要求汽车制造商能够在很短的时问内研究、开发并制造出高质量的汽车。近年来，国内外各大汽车制造企业都将车身外形的设计和制造能力作为衡量汽车，特别是轿车车型开发水平的重要标志，而覆盖件模具正是车身生产的主要工艺装备。为此，世界各国均投入了大量的人力和财力开展汽车覆盖件模具设计及其制造技术的研究与开发，解决模具设计及制造过程中的“TQCS ”问题(

9、 T-Tirne -较短的交货期，Q-Quaity -较高的质量，C-Cost -较低的成本，S-Service -较好的用户服务 。工艺设计是联接产品设计与制造的桥梁和纽带，合理的成形工艺设计是模具设计与制造的基础，也是决定覆盖件能否顺利成形的关键，它将直接关系到产品的质量、成本、生产效率以及模具的使用寿命等方面1。覆盖件工艺设计及其关键技术已成为人们研究的热点。运用逆向工程，对汽车覆盖件的逆向造型不仅可以弥补传统设计上存在的技术缺陷，使产品的外观或局部性能更好地满足不同用户的需求，而且缩短了产品设计周期，降低了生产成本，同时逆向工程与快速成型技术的结合，即CAD/CAE/CAM以及RPM

10、(快速成型制造 的综合运用将使我国汽车制造业产生前所未有的本质变化。本课题我们以汽车发动机罩外板为研究对象，首先利用CATIA 软件逆向出外板的曲面，并创建拉延模具。此次汽车覆盖件外形设计不仅有助于我们进一步学习和研究有关逆向工程以及模具制造等方面的技术，而且培养我们的实践和自学能力。通过逆向曲面重构和拉延模具设计，综合的运用了逆向工程知识和汽车覆盖件冲压模具知识，培养了我们运用计算机技能、工程图纸以及书面和口头表达工程技术的能力, 同时也训练我们查阅应用中外科技文献，提高我们的综合能力，为以后学习和工作打下一定的基础。2. 逆向工程及其发展状况随着工业技术的进步以及经济的发展，在消费者对产品

11、高质量的要求下，功能上的需求已不再是赢得市场的惟一条件。产品不仅要具有先进的功能，还要有流畅、造型富有个性的产品外观，以吸引消费者的注意。流畅、造型富有个性的产品外观要求必然会涉及到复杂的自面造型。逆向工程为制造业提供了一个全新的、高效的产品开发方案，它能实现从己有复杂外观造型的样件或实物模型三维测量数据三维产品数模产品的一体化开发。逆向工程技术现已广泛地用于产品的复制、仿制、改进及创新设计。利用逆向工程技术，可以直接在国内外已有的先进产品的基础上进行结构性能分析、设计模型的重构、再设计优化与制造，吸收并改进国内外先进的产品和技术，可以缩短产品开发周期，重要的是可以快速赶上世界先进生产技术水平

12、，有效地占领市场，领导技术前沿2。 随着计算机技术，特别是数字化测量技术的迅猛发展，逆向工程技术除了在航空航天、汽车工业、模具行业、消费性电子产品、电动工具、玩具等传统领域得到广泛应用外，也开始应用于人体工程、服装、数字化博物馆、艺术品仿制与破坏修复等领域。另外在医学领域，如骨科颅骨修补、义耳义肢制作、假牙设计、医疗均压鞋垫等方面都有其应用价值。逆向工程技术是随着计算机技术的普及和进步，以及计算机辅助设计与制造技术(CAD/CAM的迅猛发展而发展起来的。它是一个多学科综合性的术语，是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创造思维，对已有新产

13、品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计。逆向工程在汽车行业的发展十分的有前景。在制造业，逆向技术是根据实物模型和样件测量数据，建立数学模型，得到其设计思想，从而进一步修改原有设计，然后将这些模型和表征用于产品分析、制造和加工生产的技术。随着数控测量技术的发展，这种技术己被广泛应用于机械、轻工、航空、航天、造船、汽车和模具等现代制造业的各个领域34。在产品开发过程中，运用逆向工程可以达到吸取精华去其糟粕目的。3. 汽车覆盖件的含义及特点覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室及构成车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖、骨架等。 覆盖件组装后构成了车身

14、或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性零件，又是封闭薄壳的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。 覆盖件表面一般都具有装饰性，除考虑好用、好修、好造外，要求美观大方。覆盖件与一般冲压件的区别：材料薄、形状复杂（多为立体曲面），结构尺寸大，尺寸精度高，因此冲压工艺编制、冲模设计、冲模制造工艺都有一些特殊的要求，冲压设计中常把他作为一种特殊类型研究。覆盖件应满足的条件： 良好的表面质量、符合要求的几何尺寸和曲面形状、要有足够的刚性、良好的工艺性。4. 汽车覆盖件国内外研究现状汽车工业的迅速发展，车型的快速更新换代，要求汽车制造商能够在很短的时问内研究、开发并制造出高质量的汽车。而

15、国内目前车身覆盖件的制造却直接制约着新车型的开发。其原因就是覆盖件模具设计水平较低，周期很长，对于一些较复杂的零件甚至设计不出合格的模具。这显然不能适应汽车工业快速发展的需要，因此近年来有关覆盖件的研究成了热点，并目取得了许多可喜的成绩，但仍存在许多问题1。4.1 国外研究现状与分析目前，国外已经形成一套成熟的从概念设计到造型风格的理论与方法，并采用基于正向设计思路开发新产品，然后根据市场的需求变化，再进行车身改型或改装来改进产品。由于国外CAD/CAE/CAM技术应用较早，软硬件系统功能强大，各大汽车公司已普遍建立了完善的虚拟产品开发系统，已积累了大量的经验和品牌风格。因此，对汽车覆盖件的三

16、维重构，国外更多的是着眼于研究二维图向三维模型转换的智能识别与自动重构系统和对实物逆向的曲面重构技术，并提出了许多有效的理论和方法56。对汽车覆盖件的工艺分析与成形仿真，国外各汽车公司非常重视在产品批量生产之前对产品的工艺分析和可成形性与冲压工艺的研究与优化。当产品结构设计与制造工艺发生矛盾时，通常采用修改产品结构的方法来达到既满足整车结构又满足制造工艺要求。同时，国外从概念设计开始就大量采用有限元模拟技术，实现对产品的动力学分析、虚拟装配等的有效分析和预防，大大节省了开发成本，缩短了产品开发周期784.2 国内研究现状与分析与国外的发展现状相比，我国从严格意义上对车身开发还没有形成从概念设计

17、到造型风格的系统工程, 新产品的开发能力仍然很弱，更多的是通过引进国外技术或委托国外公司进行对汽车覆盖件产品的开发9。国内对由二维工程图纸重构出三维CAD 模型的研究也比较广泛、深入，发表了大量的论文，但对汽车覆盖件等特别复杂的零部件研究相对较少，尤其是没有形成成熟的系统理论和行之有效的方法。对于逆向工程技术，我国在跟踪国外的研究理论、算法和方法进展的基础上进行了较多的应用研究，并取得了较大的理论成果，已成功应用于汽车车身的开发实践1011。对于汽车覆盖件的工艺分析与成形仿真，在国内，对整车性能及效果、冲压件的工艺性及经济性的重视还不够，导致产品制造成本高、质量差。同时，我国在有限元分析方面，

18、大大落后于国外的发展应用水平，计算机辅助与虚拟产品开发基础薄弱。在实际的汽车覆盖件工艺分析中，大部分依靠专家的经验来分析。随着我国加入WTO ，市场竞争的不断加剧，各大公司正逐渐建立起自己的信息系统平台，各种主流软件正逐渐被应用于汽车产品的开发中。我国在先进计算机技术、虚拟数字化技术等方面的研究与应用水平正逐步向国外看齐。5. 现代模具工业发展趋势随着汽车工业的迅速发展，新车型不断更新换代，传统的覆盖件模具设计制造方法已不能跟上新产品的开发步伐。汽车覆盖件模具作为汽车车身生产的重要工艺装备，直接制约着汽车产品的质量和新车型的开发。覆盖件模具因其设计制造难度大、周期长而常常成为制约汽车生产的主要

19、因素。通用的二维CAD 系统无法满足模具设计的一些特殊要求。为了提高模具设计的技术水平、缩短模具设计周期，应用针对汽车覆盖件模具结构设计的CAD 系统进行设计是十分必要的。因此汽车模具工业越来越受到人们的重视。6. 课题研究技术路线汽车覆盖件的数字化建模，包括了覆盖件的点云数据采集、点云数据编辑处理、曲面重构、建立拉延模具3D 造型等方面，需要分步骤完成。本课题的研究步骤如下：第一步：根据课题任务要求，阅读查阅国内外相关资料，了解逆向工程、汽车覆盖件和汽车冲压模具的有关知识，并学习CA TIA 软件。第二步：获取点云数据，并且用CA TIA 软件对获得的数据进行编辑处理。第三步：用CA TIA

20、 软件将处理的点云数据进行曲面重构。第四步：以重构的曲面为基础，用CTIA 软件进行拉延模具的3D 造型设计，并作出冲压加工动画。第二章 发动机罩外板点云数据采集及预处理1. 发动机罩外板点云数据的采集1.1 三维激光扫描仪介绍近年来，随着传感技术、控制技术等相关技术的发展，出现了各种各样的样件表面数字化方法。数据的采集方式主要有两种：一是传统的接触式测量法，如三坐标测量仪、三维激光扫描仪等；二是非接触式测量法，如激光三角法、图像法、距离法等1213。三维激光扫描仪是指在三维可测的空间范围内，能够根据测头系统返回的点数据，通过三坐标的软件系统计算各类几何形状、尺寸等测量能力的仪器。其工作原理是

21、将被测零件放入它允许的测量空间，精确地测量出被测零表面的点在空间三个坐标位置的数值。本次数据测量采用STINGER 柔性臂三维激光扫描仪，轻便易操作，它具有测头自动识别和补偿功能，并且主轴可以无限旋转，能够检测到不容易达到的位置，并且避免臂身在旋转过程中突然停止带来的伤害。三维激光扫描仪见图2-1。图2-1 三维激光扫描仪1.2 点云数据的获取测量时，首先选择适当的位置放置三维激光扫描仪，并安装好三维扫描仪，保证发动机罩外板在测量范围之内。将扫描仪连接电脑，并启动程序，然后旋转测头，将外板均匀扫描。在扫描仪扫描外板的过程中，应当注意以下几个方面：三维激光扫描仪和外板表面相对位置不可移动，测头与

22、外板之间的距离要适当，以减少或避免出现不必要的噪声【14】。 发动机罩外板点云数据采集及预处理2. 数据点云的编辑处理在取得发动机罩外板点云数据后，第一步工作是进行点云数据的编辑。此项任务需要在CA TIA 数字曲面编辑器Digitized Shape Editor模块当中进行。 数字曲面编辑器模块拥有强大的点数据预处理功能. 通过对点数据进行剪切、合并，过浦、三角网格化等处理，以不丢失特征的前提将庞大的点云转换为部分点数据，点云经过三角闷格化处理后，工件的特征更容易观察，可以建立特征线提供给CATIA 其他模块进行建模，也可直接进行NC 加工。本次课题的发动机罩外板点云数据编辑按以下步骤进行

23、：点云导入、点云过滤、点云修剪、建立三角网格、补洞等。2.1 点云导入在CA TIA （DSE ）数字曲面编辑器中利用Cloud Import 工具将三维扫描仪扫描得到的点云数据导入到CATIA 软件之中。此工具可以处理的点数据文件格式有CGO 、ASCI 、Atos 、Iges 及St1等。2.2 点云过滤三维激光扫描仪对发动机罩外板进行扫描，由于人为的操作，往往会获得很大的点云数据，而其中包括大量冗余数据，这些数据对后面的曲面重构会带来困难。因此，对扫描出的文件，需要在逆向工程软件中进一步按照一定的要求去除冗余的数据；同时一些对重构结果影响不大的数据点，也要相应地去除。目前激光扫描技术在数

24、据采集方面有了广泛的应用，但激光扫描侧里的点的数目是非常庞大的，如果直接对点云进行造型处理. 将会造成文件过大，处理速度慢，既费时而且整个过程也变得难以控制，实际上并不是所有点的数据对模型重建都有用，因此，有必要在保证一定精度的前提下减少数据量，即在曲面变化缓慢的地方. 点密度较稀疏，在曲率变化较大部分需要密集的取点，如此用来表现此曲面的点数量就会变少。CA TIA 的过滤功能( Filter 可以达到这个目的14。在CA TIA 软件的Digitized Shape Editor（DSE ）模块中，首先Import （导入）点云文件，选择Filter 选项，对点云数据进行稀释。过滤多少必须适

25、当，过滤过多的点云数据将使点云数据过少，不利于后面的逆向曲面重构，如果过滤太少将使点云数据过多，浪费计算机资源。2.3 点云修剪稀释后的点云数据，由于在扫描中的各种原因，有一些多余的不必要的点云，与所需点云数据不在同一曲面上，如图2-2。这时需要进行修剪，将不需要的点云数据删除，才可以进行后续的曲面重构任务。因此，使用QSR 模块中的Remove （删除点）能对其进行处理。最终处理完成的点云，如图2-3。 功图2-2 多余的数据点图2-3过滤和修剪完成的点云 2.4 建立三角网格将多余的发动机罩外板点云数据修剪完成后，需要用Mesh Creation （建立网格）工具，建立适当的三角网格，为以

26、后完成曲面逆向重构打下基础。建立三角网格完成后，将点云数据隐藏，形成三角网格。2.5 补洞点云在进行铺面操作之后，可能会发现网格面上有破洞存在，如图2-4所示。对于局部的一些小洞，增加Neighborhood 数值效果不佳，而且会影响整个网格面的精度。此时就必须利用Fill Holes （孔填充）功能将残缺的地方填补起来，以便进行后续的曲面重构。孔填充时，首先设定补洞的间距规格，然后选择孔洞的边缘，此时将会出现绿色边线（图2-5所示），点击确定，形成了边线范围内的多个连续的三角面片，如图2-6所示。最后完成孔洞的填充，得到编辑完整的网格，如图2-7所示。图2-4 建立三角网格后出现的孔洞图2-

27、5 孔洞编辑过程图2-6 孔洞修补完成 图2-7 外板点云建立的三角网格 第三章 汽车发动机罩外板的曲面重构点云经过数字曲面编辑模块处理之后，可以在快速曲面重构(Quick SurfaceReconstruction, QSR 模块中进行快速而有效地构面，进一步缩短了产品开发的流程。快速曲面重构模块拥有强大的曲面重构功能，包括建立自由边界，提取特征曲线，由双边边界重建自由曲面，辨识及重建几何曲面(平面、圆柱、圆球、圆锥等 。CA TIA V5创成式曲面外形设计Generative Shape DesignGSD 模块包括线框构造和曲面造型功能，它为用户提供了一系列应用广泛、功能强大、使用方便的

28、工具集，以建立和修改用于复杂外形设计所需的各种曲面口同时，创成式曲面造型模块造型方法采用了基于特征的设计方法和全相关技术，在设计过程中能有效地捕捉设计念图，因此极大地提高了设计者的设计质量和效率，并为后续设计更改提供了强有力的技术支持。通过创成式曲面造型模块与逆向工程设计的其他模块相结合，可以生成质量好的外形，也可以根据产品的结构特点及点云特征，运用此模块的强大的造型功能逐步建构出产品原型，并可以进行实时分析。本次汽车发动机罩外板曲面逆向重构利用CATIA 软件中的Quick SurfaceReconstruction （QSR ）模块以及Generative Shape Design (GS

29、D模块进行曲面重构, 在逆向的过程中，（DSE ）、（QSR ）、（GSD ）三个模块结合着运用，最终构造出理想的外板曲面。1. CATIA的逆向曲面重构一般而言，产品外形的CAD 模型是由多张不同几何形状的曲面经过延伸、过渡、裁剪等处理混合而成，而每一种曲面都有其特性和生成方式。因此，在应用逆向工程技术重构出产品的原CAU 模型的过程中，单纯的使用某种曲面生成方法是无法完成晃个核型的重构，应该根据此产品外形的几何特性，选择适当的处理方法，方可较好地得到原产品的几何形状，以满足产品外形的几何特性。可见，在曲面重建的过程中，了解一些曲面生成的方法及其数学原理. 可以加快曲面重构的进程。曲面造型分

30、两种方法，一是由曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。1.1 由曲线构造曲面由曲面构造曲面共有七种方法：旋转曲面，一轮廓曲线绕某一轴线旋转某角度而生成的曲面；线性拉伸面，一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的曲面；直纹面，多条线沿某个方向(U 或V 构成曲面；扫描面，截面发生曲线沿一条、一条或二条方向控制曲线运动、变化而生成的曲面；网格曲面，由一系列曲线构成的曲面；边界曲面，由四条曲线做边界创建一个封闭的曲面；填充曲而，在N 条边界包围的区域填充形成的曲面。1.2 由曲面派生曲面由曲面派生曲面共有八种方法：等半径倒圆曲面，一定半径的圆弧段与两原始曲面相切，并沿着它们的交线方向运动而生成的圆弧形过

31、渡面；变半径倒圆曲面，半径值按一定的规律变化的圆弧段与两原始曲面相切，并沿它们的交线方向运动而生成的圆弧形过渡面；等厚度偏移曲面，与原始曲面偏移一均匀厚度位的曲面；变厚度偏移曲面，在原始曲面的角点处，沿该点曲面法矢量方向偏移给定值而得到的曲面；混合曲面(桥接曲面 ，在两个或多个 分离曲面的指定边界线处，生成一个以指定边界为生成曲面的边界线，与所选周围原始曲面圆滑连接的中间曲面；延伸曲面，在曲面的指定边界线处，按曲面的原有趋势(或某一给定的矢量方向 进行给定条件的曲面扩展而生成的曲面；修剪曲面，把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面；拓扑连接曲面，把具有公共边界线的两个曲面进行拓扑相加后的曲面。2

32、. 外板的曲面重构重构是逆向设计的关键环节，它不仅要再现原有产品的设计思想，修复(或解决 山泥模型上存在的缺陷，而且要对车身外表面和内饰表面进行光顺处理。曲面重构前应对模型分析，将曲面划分为几个特征区，以确定曲面重构方法并选用相关工具。外板应该结合运用以上两种曲面重构方法。汽车发动机罩外板具有对称结构，因此只需要逆出外板的一般曲面即可，再利用镜像功能做出另一半。由于汽车发动机罩外板曲面面积较大，因此可以利用CA TIA （QSR ）逆向曲面重建模块中的启动选项（图3-1所示）。 把外板分成若干块进行逆向，例如外板的前角端图3-1 启动外板的一部分点云沿着外板的边缘用3D Curve(3D曲线

33、工具画出外板的轮廓，图3-2 所示。图3-2 外板轮廓运用 CATIA 逆向点云编辑（DSE ）模块中的面线，得到断面线，图3-3所示。 Planar Sections将外板三角网格砍断图3-3 砍断面线然后利用逆向曲面重构（QSR ）模块中的3D 曲线功能沿着断面线绘制出3D 曲线。在创成试外形设计（GSD ）模块中的扫掠一半曲面，图3-4所示。 、填充、桥接等命令做出外板的图 3-4逆向出外板的一半曲面接着用创成式外形设计（GSD ）模块中的对称模块中的结合命令做出另一半曲面，最后用本命令将合成一整个曲面，最终完成了曲面的逆向，如图3-5所示。 图3-5 外板曲面 第四章 汽车发动机罩外板

34、拉延模设计汽车发动机点云数据在经过CATIA 曲面重构以后，得到三维曲面。要生产制造，需要进行模具设计。本文主要针对汽车覆盖件拉深进行研究。1. 拉延模具概述汽车覆盖件的形状复杂、尺寸大，因此一般不可能在一道冲压工序中直接获得。覆盖件冲压的基本工序有：落料、拉延、整形（也称校形）、修边、翻边和冲孔等。其中，拉延工序是覆盖件冲压的关键工序，覆盖件的形状大部分是在拉延工序形成的。在进行覆盖件的拉深工艺设计时，应遵循以下的设计原则15：一次拉深成形、布置拉延筋（槛）、拉伸件局部形状的修改、工艺孔与工艺切口的设置、拉深工序中的冲孔、毛坯状态、有利于后工序加工。对汽车覆盖件成形来说，由于形状复杂，二次拉

35、伸的变形几乎是无法控制的，即使能用二次拉伸，覆盖件表面质量也得不到保证。因此，应尽可能用一道拉深工序成形出覆盖件形状。对大多数覆盖件的拉深成形都需要设置拉延筋。特别是表面较为平坦的覆盖件拉深成形时，其主要变形方式为胀形变形，必须设置适当的拉延筋、拉延槛，以调整各部位的材料变形流动状况在覆盖件主要结构面上，往往有急剧的凹凸折曲和较深的鼓包等局部形状。为满足合理拉深成形条件的要求，在制定拉深工艺时，可以对拉深件的形状进行局部的修改，通过加大过渡区域和过渡圆角，改善材料的流动和补充条件。对一些拉深深度较深或胀形变形较大、容易产生破裂的部位，若正好存在内工艺补充部分，则应在拉深工序中考虑增加工艺孔或工

36、艺切口来改变毛坯的变形程度，消除破裂因素。覆盖件上的孔一般应在零件拉深成形后冲出，以预防预先冲制的孔在拉深过程中发生变形。但对于零件上不变形或变形极小的部位的孔，也可以在拉深工序冲出。当压料面形状起伏很大时，平板毛坯在压料阶段就会发生皱折、翘曲等，而且在以后的成形过程中不能完全消除，因此，要将毛坯进行一定程度的弯曲，接近压料面形状，使毛坯定位较稳定可靠，保证压料面材料变形流动顺利16。覆盖件在拉深工序后一般为修边、翻边等工序。在进行拉深形状设计和拉深工艺设计时，预先要很好地考虑到前后各工序间的相互协调，为修边、翻边等工序提供良好的条件，包括变形条件、模具结构、零件定位、送料、取件等。并保证使各

37、工序的成形条件达到良好状态。2. 拉延模结构设计拉延模结构可分为：按使用的压力机不同，可分为单动压力机上使用的拉深模与双动压力机上使用的拉深模；按工序的组合程度不同，可分为单工序拉深模、复合工序拉深模与级进工序拉深模；按结构形式与使用要求的不同，可分为首次拉深模与以后各次拉深模、有压料装置拉深模与无压料装置拉深模、顺装式拉深模与倒装式拉深模、下出件拉深模与上出件拉深模17。形状简单、深度浅的覆盖件一般采用单动压力机来成型；形状复杂、深度深的覆盖件必须采用双动压力机成型。这是因为单动压力机的压料力是靠机床下面的油缸的压力和行程都比双动压力机小得多，其不能提供较大压料力和复杂深拉延件所需的成形力。

38、其次，单动压力机所用拉延模的压边圈比较薄，刚性相对弱，亦不能适应复杂深拉延件的成型。分析汽车发动机罩外板结构，可知该拉延件属于浅拉延，拉延件形状相对简单，因此确定该拉延模采用单动压力机上使用的拉延模。单动拉延模结构比较简单，主要由三大件（凸模、凹模和压料圈）组成。这种拉延模呈倒装形式，凸模与压料圈、凹模与凸模之间分别装有倒向装置，模具外轮廓尺寸和闭合高度必须严格适应压力机参数要求。根据所采用的模具形式，此拉延模的凸模、凹模、压料圈都采用实型铸造而成，为方便安装，节约材料在不影响刚度和强度的条件下对非重要部分进行挖空。并且在影响强度和刚度的部位设计加强筋。设计模具壁厚时，模具铸件的壁厚与模具的尺

39、寸大小、零件生产批量、以及受力情况都有很大的关系，该制件是批量生产，该模具是中型模具。参照表4.1设计选用壁厚。表4-1大批量生产时拉延模铸件壁厚（单位：mm ）18 参照汽车覆盖件冲压模具标准，设计凸模、凹模的结构尺寸。其它小零件尽量选用标准件。确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉延件的弹复。依据拉延件三维数模尺寸来确定凸模和凹模工作部分尺寸。3. 工艺补充面设计为了一次拉延成型，必须将覆盖件上的翻边部分展开。若覆盖件上有孔洞，应将孔洞补满（因为孔洞是在拉延之后的工序中产生的），根据冲压方向，再加上工艺补充部分，拉延成型后再在后续工序中切掉，所以工艺补充部分是工艺上必须的材料消

40、耗。工艺补充的多少取决于覆盖件的复杂度。运用CA TIA 软件创成式设计（GSD ） 模块中的外插延伸、拉伸、扫掠、填充、桥接等命令做出工艺补充，图4-1所示（蓝色区域为设计的工艺补充面）。图4-1 补充工艺曲面4. 凸模和凹模的圆角设计凸、凹模的圆角设计得是否合理，直接影响拉延时坯料金属流动性。凹模圆角半径R 凹越大，材料越易进入凹模；但R 凹过大，材料易起皱。因此，在材料不起皱的前提下，R 凹=（68）t (4-1其中，t 为板料厚度（mm ）, 取0.8mm ；但当凹模圆角处于工艺补充部分上，根据常用板料厚度，取中间值（68）t 。当压料面是制件本身凸缘的一部分时，则凹模圆角半径就是拉延

41、件要求的圆角半径。如果拉延件要求圆角半径过小，影响拉延变形时，则适当加大到合适数值，用后续的工序整形圆角也能达到要求数值。根据板料厚度0.8mm ，取 凹模圆角半径R 凹=5mm 。R 凸凸模圆角半径R 凸过小，会使坯料在此受到过大的弯曲变形，导致危险断面材料严重变薄甚至拉裂；R 凸过大，会使坯料悬空部分增大，容易产生“内起皱”现象。一般R 凹R 凸=(0. 71. 0 R 凹，取，所以取凸模的圆角半径R 凸=4mm 。 拉延凸模的圆角半径即拉延件的内轮廓圆角半径，尺寸和拉延件圆角半径要求的尺寸相同。5. 凸模和凹模的间隙设计拉延凸、凹模间隙的大小，对拉延力、制件质量和模具寿命都有影响。间隙过

42、大，容易起皱；过小，则拉延件壁变薄加重，甚至拉断。在此拉延过程中，凸模与凹模之间的间隙，直边部分取z=t=0.8mm ，在圆角部分由于材料复原，故其间隙应比直边部分间隙大0.1t ，即z =t +0. 1t =0. 88mm ，取0.9mm （t 为零件厚度）。凸模和凹模工作部分尺寸应该根据拉延件的尺寸来确定，在确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉延件的弹复19。6. 凸模、凹模、压边圈的设计凸模是冲压模具中起直接成形工件作用的凸形工作零件，即以外形为工作表面的零件。凹模是冲压模具中起直接成形工件作用的凹形工作零件，即以内形为工件表面的零件。凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉延圆

43、角。压料圈，又称压边圈，是模具结构中的重要组成部分，它是冲压模具中用于压住冲压材料或工序件以控制材料流动的零件。它的作用为防止拉伸件的边缘起皱。压料圈的质量决定拉延过程中的压料效果，它既要有一定的压料力，还要使压料区的材料在不起皱的情况下，顺利的流入凹模口内。正装、倒装拉延模的定义：凸模安装在工作台面上，凹模固定在压力机的滑块上，压料圈用气缸或弹簧支撑在工作台上，称之为倒装拉延模凹模安装在上工作台面的内滑块上，压料圈安装在外滑块上，凹模安装在下工作台面上，称之为正装拉延模20。本次设计的汽车发动机罩外板拉延模具采用正装拉延模结构。7. 拉延模具主要零部件设置7.1模具的标准化模具设计的标准化具

44、有重要的意义。模具标准化能简化设计工作，缩短模具设计与制造周期，可稳定、提高和保证模具设计质量，有利于实现模具的计算机辅助设计与辅助制造。标注件的成批制造与应用，可提高模具制造劳动生产率，降低制造成本。7.2 导向装置根据工艺方法的不同，模具对导向精度和导向刚度的要求也不同，模具的导向形式也不同。常用的导向方式有导柱导套导向、导板导向、导块导向及背靠块导向等四种基本形式。由于此件属于中型件的拉延采用导滑板导向，此结构相对简单、造价低。需要导向的有上模板（凹模）和下模板（凸模）的导向及压料圈的导向。以上模板上的导滑平台为基准，在下模板和压料圈上安装导滑板。根据模具的实际结构和拉延深度，查标准QM

45、1301-2002，上模板和下模板选用C100×100的导板8个，下模板与压边圈选用C120×120的导板8个。7.3 卸料装置由相对拉延毛坯外形均匀分布的根托杆在液压缸的驱动下推动压料圈，使压料圈向上运动，完成凸模的卸料，在凹模座内，相对拉延毛坯内形均匀分布6个卸料顶销，完成凹模的卸料。这样就可以提高自动化生产程度，模具运行也较稳定从而延长了设备的寿命，保证了工件质量也有利于减小噪音。第五章 拉延模实体建模在完成拉延模具设计以后，需要用软件进行拉延模具实体建模。本次课题设计选用CA TIA 软件作为拉延模具的3D 造型设计软件。利用CATIA 软件中机械设计模块和零件设计

46、模块，一次设计出拉延模的凹模、凸模、压料圈、模具组装图本次拉延模具的实体建模工作主要有：凸模凹模外部轮廓制作（如图5-1和5-2所示）；凸、凹模整体制作（如图5-3和5-4所示）；凸、凹模铸造筋；凸、凹模装卡装置制作；凸模起吊装置制作，减重孔制作；压料圈外形制作；压料圈整体制作。图5-1 凸模外部轮廓图5-2 凹模外部轮廓 图5-3 凸模整体图5-4 凹模整体 最后做出凸模、凹模和压料圈得3D 造型如图5-5、5-6、5-7、5-8、5-9所示。图5-5凸模的视图a图5-6 凸模的下视图b 图5-7 凹模的上视图a图5-8 凹模下视图b 图5-9 压料圈最后，利用CA TIA 装配设计模块将凸

47、模、凹模和压料圈组装，完成模具组装图模具炸开图，如图5-10和5-11所示。图5-10 拉延模具组装图 图5-11 菲亚特汽车发动机罩外板拉延模具爆炸图 第六章 拉延模具的工艺计算及主要参数确定1. 毛坯尺寸的确定依据工艺数模得该件最大拉伸距离为220mm 。毛坯尺寸可以根据制件展平后的轮廓尺寸和压料尺寸来确定。根据计算确定工件毛坯的尺寸。工件轮廓尺寸：最大长度1404mm ，最大宽度1170mm ；压料尺寸：压料面沿周边80mm ，拉延筋沿周边12mm ；工艺补充部分：深拉伸处各工艺补充60mm ，浅拉伸处30mm ；毛坯总面积为：（1404+80+60）×（1170+80+60）

48、=1544×1310=2022640mm 2在实际生产中，为了便于取料，将毛坯尺寸确定为1600×1300=2080000 mm 2毛坯的材料利用率：=制件的面积毛坯的面积100%=140411702080000100%=79%2. 计算拉深工序的力压边力必须适当，如果压边力过大，会增加拉入凹模的拉力，使危险断面拉裂；如果压边力不足，则不能防止凸缘起皱。压边力为压边面积乘单位压边力，即P 压=Ap (5-1式中：P 压为压边力（N ）；A 为在压边圈下毛坯的投影面积（mm ）； p为单位压边力（MPa ）。发动机罩外板选材料为冷轧铝镇静钢板，它具有较好的强度，较高的塑性变形

49、能力，且由于钢中的铝对氮有固定作用，故冲压成形后零件表面不产生滑移线，是一种非时效钢板。选取单位压边力3.0，经过计算在压边圈下的投影面积为A=1315000mm 2 ，故压边力由式5-1得P 压=1315000×3.0=3945000N对于横截面为矩形的拉伸件拉伸力P 拉=Ltp (5-2式中：P 拉为拉伸力（N ）；L 为危险断面周长（mm ），利用软件分析L=5587mm ；t 为工件坯料厚度(mm , t =0.8mm ；p 为危险断面上的单位拉伸力（MPa ）；冷轧铝镇静钢板的抗拉强度为255420Mpa , 取350Mpa ，由式5-2得：P 拉=Ltp=5587

50、5;0.8×350=1564360N总的拉伸力P 为拉伸所需要的力和压料所需要的力，即 P =P 拉+P 压=3945000+1564360=5509360N5.5×103 KN3. 压力机吨位的选择及拉深功计算模具设计完成以后，需要选型模具的工作动力来源-压力机。压力机的正确选择及合理使用，它将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关。冲压设备的选选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要应考虑下述几种因素：（1）冲压设备的类型和工作形式

51、是否适合用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保要求；（2）冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的要求；（3）冲压设备的装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；（4）冲压设备的行程次数是否满足生产效率的要求等。3.1 压力机吨位计算与压力机的选择压力机应该根据冲压工序的性质、生产批量的大小、模具的外形尺寸以及现用设备等情况进行选择。压力机得选用包括选择压力机类型和压力机规格两项内容。压力机的类型选择要根据模具冲压件的大小选择，中小型冲压件选用开式机械压力机，大中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。压力机得规格包括：公称压力、滑块行程长度、行程次数、工作台面尺寸、滑块模柄孔尺寸、闭合高度、电动机功率的选择。菲亚特汽车发动机罩外板拉延模属于大中型冲压模，因此应选用双柱闭式压力机。选择压力机的总压力为F Z =F Q +F (5-3式中：F Z 为拉深总压力；F Q 为拉深压料力；F 为拉深力；即F Z =3945000+15643605.5×103 KN要使普通压力机不能过载地用于拉深工作，应把标定公称压力乘上修正系数，用减小实际公称压力的方法作为选用该压力机最大拉深力的依据，一般可按