汽车大地板左右外侧梁拉延模具设计.docx

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汽车大地板左右外侧梁拉延模具设计

第1章绪论

1.1课题背景及其研究意义

汽车工业在国民经济中具有重要地位，对国民经济具有极大的拉动作用。

近年来国内汽车制造得到了迅速发展，汽车产量已经名列世界汽车生产前茅。

模具工业是汽车产品开发和大批量生产的重要组成部分。

一辆汽车上有80%的零件是用模具加工制造的，而又以冲压模最多。

其中汽车覆盖件模具又以其大型、复杂、精密等特点成为模具中举足轻重的部分。

目前我国汽车模具工业还不能适应整车开发和换型的要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装配落后。

我国汽车模具产业发展还不平衡。

有一些企业使用了计算机辅助设计和计算机辅助制造等先进技术，也有较多的企业还处于较低的设计制造水平。

汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等。

冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响[2]。

冲压加工是通过模具来实现的，从模具角度来看，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。

据统计，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。

用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

同时，冲压加工也创造了巨大的价值增值，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。

其中冲压模具在所有模具（锻造模、压铸模、注塑模等）中，无论从数量、重量或者是从价值上都位居榜首。

由此可见，板料冲压加工及其模具制造技术对国民经济的发展已经并将继续作出重大的贡献。

随着我国经济的发展，对这种生产技术的发展及专业技术人才的需求将与日俱增。

加强对板料冲压加工及其模具制造技术的研究，具有重要的意义。

覆盖件作为汽车的重要组成部分，对汽车覆盖件模具新产品的开发及设计具有极为深远的意义。

1.2汽车覆盖件模具的发展现状

汽车覆盖件作为汽车的重要组成部分，覆盖件最有难度的是外覆盖件模具设计，主要表现在以下两个方面:

1、克服由回弹造成的零件型面偏差：

破裂、起皱、回弹是汽车冲压件成形过程中的主要缺陷，由于汽车外覆盖件外形尺寸大、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂，因而回弹就成为该类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合关系。

有限元模拟软件在冲压模具设计中得到普遍应用，已经能够比较准确地预测破裂和起皱，从而有助于设计合适的工艺补充面来改善拉深过程中材料的流动状况，提高零件的成形性能。

然而，迄今为此，大多数有限元软件还不能精确地预测冲压件从模具当中取出后的回弹变形。

因此，对外覆盖件回弹问题的处理，主要还是依靠经验来修改模具型面，使冲压件过正成形，来抵消由于回弹导致的变形。

2、冲压件的取件：

由于外覆盖件（如前盖外板、车顶、翼子板）都需进行复杂的翻边整形或预卷边工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，大都依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件让位，以实现方便取件，由此造成整个模具的结构十分复杂。

1.2.1国外覆盖件模具设计

鉴于传统模具型面设计的种种问题，随着近年来计算机技术的飞速发展，世界各主要工业发达国家都在大力发展计算机技术在模具型面设计中的应用。

尤其是计算机辅助技术、虚拟产品开发技术的应用，正在汽车覆盖件模具的设计和制造中起着越来越大的作用。

目前外国发达国家较先进的覆盖件模具前期设计和制造流程见图1。

图1先进覆盖件模具设计与制造流程

从这个流程中，我们可以清楚的看到国外汽车覆盖件冲压模具设计过程中，先进的软件环境的大量应用。

除了必要的CAD软件之外，还大量应用了有限元模拟软件来辅助冲压工艺设计。

而这正是国内落后世界先进水平的主要因素之一。

下面，以autoform为例，说明计算机辅助技术在汽车覆盖件冲压模具设计过程中先进性。

autoform是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，可以用于薄板、拼焊板的冲压成形、液压胀形等过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲压件单步法成形模拟以及拉深工序工艺补充面（（addendum）的设计。

轿车冲压件中，约有2/3可以利用autoform的diedesignermodule模块设计addendum，该模块根据由设计者指定的或由软件自动产生的压边圈型面，以及工艺补充面的多条截面线（profile），能够快速地生成工艺补充面，用于拉深工序的模拟。

这种快速设计是建立在对addendum曲面的粗略构造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，尽管这种曲面不能够直接用于模具表面的机械加工，但是对于模拟精度的影响却不是很大。

根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。

最后，将压边圈、addendum曲面和profile以中性数据格式igs或vda输出，在cad软件中进行曲面重构，并结合产品数模，就能够得到机加工可以使用的拉深工序模具数模。

传统设计方法:

首先，在经验基础上，利用cad设计工艺补充面;其次，将cad数模传递给autoform等cae软件进行拉深过程模拟;根据模拟结果，在cad中对工艺补充面进行调整，并将新的cad数模传递给cae，开始新的模拟，直到满足要求为比。

这是一个从cad到cae再回到cad的不断反复的过程。

由于每次在cad中构造曲面都远较在autoform中复杂，因此，整个过程所花费的时间就多得多。

而新方法在冲压工艺设计初期，就用diedesignermodule在autoform软件中设计并调整拉深工艺补充面，与传统的设计方法相比，就能够大大提高设计效率。

1.2.2国内汽车覆盖件模具的发展概况及发展方向

我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国家经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。

我国模具制造方面与工业发达国家相比，差距较大主要表现在：

1、计算机辅助技术应用少。

目前，国内大部分还是设计人员凭借设计经验，人为确定冲压方向、工艺补充面等工艺参数，通过手工绘图、制作主模型等方法来设计，之后还要进行反复多次的模具试制、调试、修配等这样的传统方法。

即使部分采用了计算机辅助技术的设计部门，大部分也只是利用了一些通用的CAD/CAM软件，如autocad等进行辅助绘图或简单的造型，真正能利用UG等大型CAD/CAM/CAE软件在计算机中作模具的三维参数化造型，并进行冲压仿真来指导设计的还是少数。

2、标准化程度低。

目前，标准化程度低、标准杂乱、标准件跟不上需要已严重制约了汽车覆盖件模具的发展。

不断提高标准化程度，在一定范围内逐渐统一标准，加快标准件生产供应是加快汽车覆盖件模具发展速度、提高质量、缩短制造周期和降低成本的重要途径，这已成为业内人士的共识。

3、模具制造精度低、周期长。

综上所述,虽然中国模具工业在过去十多年取得了令人瞩目的发展,但是在模具制造精度、模具寿命及模具生产周期等方面,与世界发达国家相比仍存在较大的差距。

例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM技术的普及率不高,许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。

如模具技术目前还主要以跟踪与模仿为主,原创性的设计和研究很少,专业化水平还很低,先进技术的应用水平不高,制造技术的基础薄弱等,这些都是我国模具技术发展中必须关注的问题。

因此要充分利用目前制造业逐步国际化以及世界制造业向中国转移的机遇,及时调整我国模具产业的产品结构,努力发展中高档模具产品,促进我国模具行业的整体水平早日与国际先进水平接轨。

基于以上情况，国内汽车覆盖件工艺/模具设计系统未来的发展方向应该是:

1、全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着微机软件发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。

计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源重新整合，使虚拟制造成为可能。

2、.高速铣削加工高速铣削加工是指利用主轴转速在10000r/min以上的数控加工机床进行切削加工的一种加工技术。

由于采用高速铣削加工不仅提高模具零件的切削加工效率，还可提高模具表面的加工质量，减少后期的模具研磨加工量，并可直接用于切削硬度高达63HRC的淬硬钢，避免加工后的热处理对零件精度的影响，从而极大地提高了模具制造质量，缩短了模具制造周期。

目前，该技术已在发达工业国家的模具制造中得到普及，而国内仅有部分由一定技术实力和经济实力的企业在应用。

3、多轴联动加工由于模具形状愈来愈复杂，三轴联动的数控加工机床有时也无能为力。

与三轴联动相比，五轴联动可随时调整刀具轴线方向，灵活地设定走刀路线，从而加工出更加复杂的模具表面形状。

另外，五轴联动加工还可获得优化的切削加工条件，减少刀具磨损，提高加工质量，缩短加工时间。

因此，五轴联动加工机床在模具制造中的应用也将会日益增多。

5、快速制模随着缩短模具制造周期压力的不断增大，以及快速原型制造技术的发展，目前已开发出多种基于快速成形的快速制模技术，如基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造、基于快速原型的金属模具零件的复制制造技术等。

这些技术在制造小批量生产用模具方面具有成本低、周期短等特点，已在塑料模、拉深模、铸造模的快速制造中获得应用。

6、精密电火花电火花加工时目前模具制造中不可或缺的一种加工技术，特别是对模具中的一些窄缝、深槽，通常都依赖于电火花加工技术。

随着技术的进步，目前电火花加工技术已朝着高速主轴的方向发展，加工的效率、精度和表面质量也愈来愈高，它将在模具制造中发挥更加重要的作用。

1.3毕业设计的意义和收获

毕业设计是大学的综合实践环节，目的是通过课题的设计研究，培养综合运用各门课程的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力，同时毕业设计应该应该与生产实际相结合，应与培养职业能力相结合，应体现本科的特点。

在指导老师周密安排和精心指导下，这次毕业设计从确定设计课题、拟定设计方案、设计过程到答辩都按照毕业设计工作计划进行。

以下是这次毕业设计的步骤和体会。

第一，充分调研，确定应用型毕业设计课题。

选好毕业设计题目是实现毕业设计目标、保证毕业设计质量的前提，我们的毕业设计的课题取自企业生产实际。

这个课题能较全面地应用学生所学专业知识或者将来工作所需的专业技术，达到综合运用的目的，技能够解决企业急需的生产技术问题，又能够培养学生的职业岗位能力，难度不是很大，符合我们应用型本科生的专业理论知识水平和实际设计能力，工作量恰当，能够在规定的时间内完成。

但是该课题是真题真做，虽然难度不是很大，但要使设计图纸能直接用于生产，去制造出零件，装配成机器，并能满足使用要求，也是不容易的。

第二，反复论证，确定产品设计方案。

明确课题的性质、意义、设计内容、设计要达到的技术经济指标和完成时间，并确定好正确合理的设计方案是完成设计任务的保证，指导老师、企业技术员让我们参与设计方案的讨论，使我们对课题设计方案心中有数。

第三，虚心求教，仔细认真地进行毕业设计。

为了使我们很快地进入工作状态，指