CHOLIU盖板的成型工艺与模具设计.docx

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CHOLIU盖板的成型工艺与模具设计

毕业设计（论文）开题报告

题目：

CHOLIU盖板的成型工艺与模具设计

学院：

机械工程学院

专业：

材料成型及控制工程

学生姓名：

XXX学号：

XXXXXXXXX

指导老师：

XXXX

2010年3月21日

毕业设计（论文）开题报告

1．文献综述：

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

0引言

在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是直接从上游厂家得到产品的实物模型，没有图纸或CAD数据档案，工程人员无法得到准确的尺寸，制造模具就更为烦杂，用传统的雕刻方法，时间长且效果不佳，这时候就需要一个一体化的解决方案：

从样品一数据一产品，逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。

这就是模具制造中拥有的“逆向思维”，即逆向工程[1]。

逆向工程是机械设计与制造应用领域的一个重要分支，在产品的设计和开发中，利用逆向工程可以极大地缩短产品的开发周期和开发费用。

它有别于传统的由图纸制造产品的顺向思维模式。

这项新技术一经问世，立即受到世界各国和学术界的高度重视。

在我国正在成为世界制造中心的今天，逆向工程广泛运用于飞机、汽车、玩具、电子业、鞋业、艺术品翻制、铸模、人造皮革和家用电器等与模具相关的行业。

近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼、美容等医学领域，但其最主要的应用领域还是模具行业。

1逆向工程概述

“逆向工程”（ReverseEngineering，RE），也称反求工程，反向工程[2]。

它针对现有的工件（样品或模型）利用3D数字化量测仪器准确、快速的测量出工件的轮廓坐标，并加以编辑、修改、建构曲面后，传至一般的CAD/CAM系统，再由CAM软件产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机床，制作出所需模具，或者送到快速原型成型机，将样品模型制作出来[3]。

目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物的逆向重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造方面，称之为“实物逆向工程”[4]。

逆向工程一般包括以下几个阶段：

数据采集、数据处理、曲面重构[5]。

其中数据采集是前提，数据处理和曲面重构是逆向工程的关键，曲面重构尤为重要。

其一般流程如图l[6-7]所示。

2逆向工程中的关键技术

（1）数据采集技术

数据采集技术可分为两大类：

接触式测量（Contact）与非接触式（Non-Conta）。

接触式包括基于力一变形原理的触发式和连续式数据采集；而非接触式主要有激光三角测量法、激光测距法、光干涉法、结构光法、图像分析法等[8]。

（2）产品建模技术

RE的建模技术是指根据零件原型数字化后形成一系列的空问离散点，将其构造空间连续CAD模型的过程。

（3）零件原型测量数据的分割技术

测量数据的分割方法一般可以分为两大类：

一类是基于边界分割法，另一类是基于区域分割法。

（4）表面化的拟合技术

物体表面大量离散的数据点采集完之后，对于复杂的型面需要采用拟合技术以形成光滑的曲面。

曲面拟合中的曲面平滑化处理可以分为捕值和逼近两种方法。

插值法适用于测量设备精度高、数据点坐标比较精确的场合；逼近法适用于测量数据较多、测量数据只含噪声较高的情况[9]。

3逆向工程技术在模具设计与制造中的应用

逆向工程技术作为消化吸收先进技术和缩短产品设计开发周期的重要支撑技术，是目前制造业关注的热点[10]。

在现代工业生产中，（60-90）％的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础[11]。

模具设计制造是逆向工程的主要应用之一，它对于提高模具工业产品的设计与制造水平，缩短产品的开发时间，提高产品市场竞争能力具有重要的理论意义和应用价值[12]。

综合国内的研究现状，逆向工程技术在模具设计制造中的应用主要包含以下几个方面：

（1）根据实物样件制造模具

模具设计一般源于由功能需求产生的概念设计，之后再进行其具体结构设计，产生完整的CAD数学模型，继而进行分析制造，这一过程为CAD／CAM正向过程，它适用于比较规则的解析外型零件的模具设计。

然而，在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。

设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型。

而逆向工程技术可以结合CAD/CAM系统，在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图纸或CAD模型，为客户提供快速模具设计服务。

CAD/CAM逆向工程包括数字化系统、数据处理系统和NC机床三部分：

首先通过编制程序，将三坐标测量机、数控仿形机床、专用数字化仪和扫描仪等数字化设备测得的数据转换成AscII代码，生成数字化点文件：

再编制数据接口程序，利用CAD/CAM系统的自由曲面建模和曲面编辑功能，对大量的点进行编辑处理，使之分布合理，生成所需的实体，并通过曲率分析、光影等检查曲面的特性；最后得到理想的CAD数学模型。

有了模具的三维CAD数学模型，就可以利用CAD/CAM系统中的加工模块生成NC程序，在计算机上进行反复的模拟加工，直至得到理想的仿真结果，再送到数控机床进行加工。

如：

在Pro/E、Pro/M系统中，有了一个CAD模型，外加一个加工毛坯，就可以按照Pro/M提供的加工过程编制加工程序，对毛坯进行模拟加工，最后传输到NC机床，即可加工出所需模具零件[13]。

其实现过程流程图[14]如图所示：

（2）模具的修改定型

在模具制造行业中，经常需要通过反复修改原始设计的模具型面，以得到符合要求的模具。

然而这些几何外形的改变，却往往并未反映在原始CAD模型上。

借助于逆向工程的表面数字化和CAD模型重建功能，设计者可以建立或修改制造过程中变更过的设计模型。

在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。

（3）以样本模具为对象的消化吸收

对引进模具消化吸收、二次创新，通过分析引进技术设计意图，结合逆向工程技术，建立其数字化模型，进行再设计，可以实现引进技术的消化吸收与二次创新。

再设计一般首先对引进模具进行三维扫描，应用逆向工程软件把样件模具逆向生成CAD模型，导人CAE中进行计算机仿真模拟，判断成形结果是否符合实际情况。

通过两者的结合，反复试验，修改、优化模具以达到消除缺陷乃至模具创新的目的[15]。

使用逆向工程技术和仿真模拟技术进行模具设计创新，是把现代化手段应用于技术创新中，满足国家长远发展要求。

通过对逆向工程和仿真模拟技术在模具设计中的完美结合，在充分理解原始模具的基础上加入自身的设计，从而拥有了独立的知识产权。

使用逆向工程技术进行模具创新，能充分实现继承和创新相结合的思想，以前人的创新作为基础，再提高一步创新出更高水平的新产品，这是我国提高模具工业自主创新能力的必由之路。

（4）模具修复

对于汽车模具，尤其是大型覆盖件模具是汽车生产的关键性工艺装备，由于其结构尺寸大，模具型面形状复杂，尺寸精度和表面质量要求高，使得模具制造周期长，成本高，而一旦磨损或损坏，将造成极大的损失，因此其修复技术日益受到重视。

模具修复就是利用材料、热处理、激光焊接或刷焊、数控加工和表面工程等技术实现模具的物理修复[16]。

传统修复模具的方法很多，目前应用较多的是数控加工配合电火花工艺完成修模，而数控加工必须要有精确的产品资料如产品结构图、模具结构图等为基础，对于部分待修复的模具，这方面的资料往往不完全，甚至没有任何资料，工程技术人员在修模时只能用简单的工具边测量尺寸边修复模具，这势必造成很大误差，严重影响模具质量，尤其对于形状复杂的模具更是束手无策。

逆向工程技术为这一难题提供了一个一体化的解决方案：

待修复的模具—数据模型—修复的模具。

这是一个高效的三维加工路线。

如图所示为逆向工程应用于模具修复的工作流程[17]。

逆向工程为模具修复提供了一种新的技术手段。

其一般步骤为采用三座标测量仪快速完成模型数据点的采集，采用后续软件完成数据点的处理，采用三维参数化设计软件完成曲面重构、实体造型，采用CAM软件如MasterCAM对模具待修复部分生成数控加工程序，由加工中心加工实施模具修复。

逆向工程极大地提高了模具制造精度，整个过程无需画出图纸，实现了无纸化加工并缩短了产品生产周期，尤其在产品缺乏原始资料的情况下，其优势更是显而易见。

逆向工程极大地减少模具修复的成本和强度，提高模具的使用寿命。

目前，逆向工程和有限元分析技术在模具开发中已经发挥着重要作用，将这两项技术应用于模具修复，可为模具修复带来更加科学有效的方法，从而提高模具修复的质量和效率，达到快速修复模具的目的。

（5）回弹检测与质量控制

回弹是薄板冲压成型过程中不可避免的物理现象，与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等诸多因素密切相关。

目前广泛采用的方法是用CAE技术通过迭代计算获得模具最终的补偿型面，但由于仿真技术还无法准确计算冲压件的回弹，因此通过这种方式获得的模具补偿型面很难保证其准确性。

逆向工程技术为研究解决模具设计制造中的回弹检测与质量控制提供了新的思路，即首先通过逆向工程技术建立实际冲压件的数字模型，将该数字模型和原始CAD模型进行比较从而实现三维冲压件回弹的精确评测，避开了仿真方法无法准确计算回弹的问题，从而可以为模具的修整提供正确的指导[18]。

而且获得实际冲压件的数字化模型后，可以将其和有限元方法计算的回弹仿真结果进行比较，获得回弹仿真计算的误差，并以该误差建立回弹仿真误差补偿模型[19]。

4逆向工程在其他方面的应用

（1）在飞机、汽车、摩托车、家用电器等产品开发中，产品的空气动力学性能和美学设计显得特别重要，由于设计师习惯于依赖3D实物模型对产品设计进行评估，而不是依赖于高分辨率2D屏幕上的缩比模型阴影图像，因此产品几何外形通常不是应用CAD软件直接设计的，而是首先制作木质或粘土全尺寸或比例模型，然后利用逆向工程技术重建CAD模型。

因此，逆向工程技术在此类产品的快速开发中显得举足轻重。

（2）由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，人们经常要对已有的构件做局部修改。

在原始设计没有三维CAD模型的情况下，若能将实物零件通过数据测量与处理产生与实际相符的CAD模型，对CAD模型进行修改以后再进行加工，将显著提高生产效率。

因此，逆向工程在改型设计方面可以发挥正向设计不可替代的作用。

（3）某些大型设备，如航空发动机、汽轮机组等，经常因为某一零部件的损坏而停止运行，通过逆向工程手段，可以快速生产这些零部件的替代零件，从而提高设备的利用率和使用寿命。

（4）一些特殊领域，如：

艺术品、考古文物的复制，医学领域中人体骨骼、关节等的复制、假肢制造，特种服装、头盔的制造时需要首先建立人体的几何模型，这些情况下都必须从实物模型出发得到CAD模型。

（5）借助于工业CT技术，逆向工程不仅可以产生物体的外部形状，而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷，从而成为工业产品无损探伤的重要手段[20]。

5结束语

目前，我国企业对于技术引进基础上的逆向工程重视还不够，多数企业把技术设备的引进仅仅看作是提高产品技术含量或者增加产品种类的方式，而没有考虑到技术引进与逆向工程的结合对企业技术水平的提升，没有从更高的战略角度来考虑技术引进问题。

逆向工程是制造业实现快速产品创新设计的重要途径，实物原型的再现仅仅是逆向工程的初步阶段，在此基础上进行的基干原型的再设计、再分析、再提高，从而实现重大改型的创新设计，才是逆向工程的真正价值和意义所在[21]。

逆向工程是一种具有广泛应用前景并正在不断完善的高新技术。

在未来将会得到迅速的发展，其数据采集速度、制作精度将会更快、更高，在可靠性以及成形材料、成形软件等方面的改进和创新也将会更快更高。

随着反求技术不断地成熟完善，应用领域的不断扩大，其必将发展成为一种能被制造业普遍采用的技术手段，给企业和社会带来巨大的经济效益。

参考文献

[1]夏天.反求工程技术的应用和发展分析.企业导报，2009

（1）：

154-155.

[2]KevinN.Otto.KristinL.Wood.ProductDesignTechniquesinReverseEnginee--ringandNEWProductDevelopment.北京：

清华大学出版社.2003.

[3]杨刚.逆向工程技术在模具制造中的应用.科学咨询，2009，23：

49.

[4]石秋华，程运波，王慧君.逆向工程的关键步骤和主要技术[A].科技博览，2009，

（2）:

106.

[5]张导成，潘建新，昊长德.逆向工程关键技术及应用实例.机电工程技术，2009，38（7）:

135-178.

[6]方新，费仁元．实物逆向工程的关键技术[J]．现代制造工程，2002，（12）：

l8-2O.

[7]VaradyTamars，MartinRalphR，CoxJordan．ReverseEngineeringofGeometricmodels-anintroduction[J]．Computer-AidedDesign，l997，29（4）：

255-268．

[8]JiangDan,WangLancheng.AnalgorithmofNURBSsurfacefittingforreverseengineering[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2006.31：

92-97.

[9]荣烈润.面向21世纪的反求工程技术.机电一体化Mechatronics，2006，（7）.

[10]金涛，童水光等．逆向工程技术[M]．北京：

机械工业出版社，2003.

[11]陈静媛．模具行业设计制造技术现状与趋势[J]．机械设计与制造,2007，

（2）：

174-176.

[12]刘之生，黄纯颖.反求工程技术.北京：

机械工业出版社.1992，4.

[13]夏荣霞，何杰.CAD/CAM逆向工程在模具开发中的应用.计算机辅助工程，2000,（3）：

39-42.

[14]张滔，李峰.逆向工程在模具制造中的应用.模具制造技术，2004

（1）：

65-69.

[15]黄平华，尹桂林，余震等．反求工程和数值模拟在汽车覆盖件模具创新设计中德综合应用[J]．机床与液压，2007，35（10）：

67-69.

[16]阮景奎，柯映林，范树迁．汽车模具决速修复技术研究[J]．模具工业，2005，（10）：

49-52.

[17]潘建新.逆向工程技术在模具修复中的应用.机械研究与应用，2009（5）：

55-57.

[18]龚志辉，钟志华．基于反求工程技术实现汽车覆盖件回弹评测[J].湖南大学学报（自然科学版），2007，34

（1）：

24-27.

[19]成思源，张湘伟，黄曼慧.反求工程技术及其在模具设计制造中的应用.机械设计与制造，2009，（6）：

233-235.

[20]刘涛，陈邦道，苏家强.反求工程技术及应用研究.装备制造技术，2006，（4）：

45-47.

[21]袁锋.逆向工程与产品创新设计.科技信息，2009（5）：

196.

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：

一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

一、课题的目的与意义

本课题的产品是CHOLIU盖板，对产品进行测绘，需要运用互换性与技术测量相关知识测出实际尺寸以及相关尺寸精度；运用AutoCAD/UG/Solidworks等设计软件正确的绘出零件的二维图和三维造型图，并给出合适的技术要求；需要运用材料力学，理论力学相关知识对零件进行成形工艺性分析，确定最佳成形工艺方案并进行必要的工艺计算，且弯曲时需要对对弯曲变形区进行应力应变分析，弯矩和应力计算，最小弯曲半径计算与确定，弯曲卸载回弹分析与计算等。

并需要考虑到弯曲工艺和胀形工艺的质量问题。

且需要查阅大量与设计过程相关的中、外文献资料，所以，研究本课题目的在于巩固所学知识，树立正确的模具设计思想，掌握模具设计方法和步骤，培养学生运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的实际工作能力。

本产品属于中小型冲压件，工序简单，适合快速成型大批量生产，冷冲压工艺在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛，材料利用率高，生产率高。

能耗小，设备结构简单，操作方便，产品质量稳定，互换性好，同时也适合加工一些复杂形状的零件。

然而，随着产品的不断更新换代，中小型冲压件种类增加，不同类型的产品，冲压件互换性低，单个零部件的生命周期较短，对模具设计与制造也提出了更高的要求，同时也意味着成本的增加。

在这样的市场环境下，需要设计者找到方法，改变新产品的设计流程和组织方式，从而缩短新产品的开发周期，适应市场需求。

所以，研究本课题具有重要的意义。

其零件图1和三维实体图2、3如下所示。

CHOLIU盖板零件图1

CHOLIU盖板三维实体模型图2

HOLIU盖板三维实体模型图3

二、课题发展现状和前景展望

近几十年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展。

其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。

计算机技术、信息技术、现代测控技术等向冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。

主要表现在冷冲压工艺、冲压模具的设计与制造、冲压设备及冲压生产自动化等方面。

1、冷冲压工艺方面

研究和推广应用旨在提高生产率和产品质量，降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺是冲压技术发展的重要趋势。

目前，国内外涌现并迅速用于生产的冲压先进工艺有精密冲压、柔性模（软模）成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸和电磁等高能成形、高效精密冲压技术以及冷挤压技术等等。

这些冲压先进技术在实际生产中已经取得并将进一步取得良好的技术经济效果。

精密冲压（精冲）既是提高冲压件精度的有效方法，又是扩大冲压加工范围的重要途径。

目前精密冲裁的精度可达IT6-IT7，板料厚度可达25mm。

精冲方法不但路冲裁，还可以成形（精密弯曲、拉深、翻边、冷挤、压印和沉孔等）。

柔性模成形能够成形出以普通冲压成形难以成形的材料和复杂形状的零件，并可以大为改善成形条件，提高极限变形程度。

我国自主研制的具有国际领先水平的无模多点成形设备与无模多点成形计算机系统，可以根据需要改变路径与受力状态，提高材料的成形极限，快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

各种高能成形方法可以快速生产批量小、形状复杂、强度高的板料件，在航天、国防工业中具有重要的实用价值。

利用金属在特定条件下具有超常的塑性，一次成形能替代多次常规成形工序，在提高生产率和产品精度，解决一些特殊产品的生产方面具有重要意义。

冷挤压和温挤压在实现少无切削加工，提高生产率和产品质量方面具有显著的技术经济效果。

国内外研究并在冲压生产中应用计算机模拟技术，预测、分析和解决板料成形过程中的问题，优化冲压成形工艺，这是冲压成形技术中特别应该注意的发展方向。

激光快速成形技术及快速制模技术为新产品开发和快速制模开拓了广阔的发展前景。

2、冲模设计与制造方面

冲模是实现冲压生产的基本条件。

目前在冲模设计与制造上，有两种趋向应给与足够的重视。

（1）模具结构与精度正朝着两方面发展一方面为了适应高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展；另一方面，为适应市场上产品更新换代迅速的要求，各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造业得到了迅速发展。

高效、精密、长寿命、多功能、多工位级进模和汽车覆盖件冲模的设计制造水平代表了现代冲模的技术水平。

我国能够设计制造出机电一体化的达到国际先进水平的高效、精密、长寿命、多功能、多工位级进模，工作零件精度达到2-5μm，总寿命达到1亿模次以上；我国汽车行业，已具备中档轿车成套覆盖件冲模的生产能力，并在汽车试制和小批量生产中应用高强度树脂浇注成形覆盖件冲模，缩短试制周期，降低成本，加速了新车型的开发。

（2）模具设计与制造的现代化计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用，使模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。

目前最为突出的是模具CAD/CAE/CAM。

在这方面，国际上有许多应用成熟的计算机软件，我国不但能消化、应用国外的有关软件，少数单位还能自行开发或正在开发模具CAD/CAE/CAM软件。

在一些行业，如汽车行业的主要模具企业，实现了模具CAD/CAE/CAM一体化。

尽管其总体水平与国际上的还有差距，但它代表了我国模具技术的发展成果与方展发向。

模具的加工方法迅速现代化。

各种加工中心、高速铣削、精密磨削、电火花铣削加工、慢走丝线切割、现代检测技术等等已全面走向数控（NC）或计算机数控（CNC）化。

在模具材料及热处理、模具表面处理等方面，国内外都进行了不少研制工作，并取得了很好的实际效果，冲模材料的发展方向是研制高强韧性冷作模具钢，如65Nb、LD1、012Al、CG2、LM1、LM2等就是我国研制的性能优良的冲模材料。

模具的标准化生产和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。

这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。

我国已经颁布了冷冲压术语、冷冲压模零部件的国家标准。

冲模的模架等基础零部件已专业化、商品化。

但总的来说，我国冲模的标准化和专业化水平还是比较低的，先进国家标准化已达70%-80%。

3、冲压设备及冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件。

高效率、高精度、长寿命的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备与之相匹配；为了适应冲压新工艺的需要，研制了许多新型结构的冲压设备；为了满足新产品少批量生产的需要，冲压设备朝多功能、数控方向发展；为提高生产率和安全生产，应用各种自动化装置、机械手乃至机器人的冲压自动化生产线和高速自动压力机纷纷投入使用，如数控四边折弯机、数控剪板机、数控“冲压加工中心”、激光切割与成形机、高速自动压力机等已经在生产中广泛应用。

代表着冲压生产新趋势的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）在我国也已开始使用。

21世纪前20年是我国经济社会发展的重要战略机遇期。

在这样一个关键历史时期，制造业扮演着重要的角色。

制造业中的冲压成形行业是发展汽车制造业、航空航天工业、金属制品业、仪器仪表电器及化工工业等等的基础，是现阶段我国最具商机，既有大好发展机遇，又面临严峻市场挑战的行业。

因此，依靠技术进步，大力发展先进成形技术，振兴我国冲压行业是历史性战略任务。

世纪之初，制造业全球化进程的加快及信息技术、材料技术的迅猛发展，必将给冲压成形技术和行业带来一系列新的深刻的变化；尤其面对汽车工业高速发展的局面，冲压行业必须转变观念，改变机制，加速信息技术、数字化技术与冲压成形技术的融合，改变传统冲压行业的面貌。

只有这样，才能满足我国国民经济快速发展的需要，提升国际竞争力，把中国的冲压成形行业做大做强。

三、课题主要内容和要求

CHOLIU盖板零件图如图：

CHOLIU盖板零件图1

CHOLIU盖板三维实体模型图2

HOLIU盖板三维实体模型图3

1、课题的主要内容

（1）测绘CHOLIU盖板，绘制相应的二维图和三维造型图，并给出合适的技术要求。

（2）查找与设计