面向实用化的覆盖件模具型面设计关键技术研究

华中科技大学硕士学位论文面向实用化的覆盖件模具型面设计关键技术研究姓名：汪双柱申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：王义林2011-01-13华中科技大学硕士学位论文I摘要汽车覆盖件拉延工序是覆盖件成形的关键工序，而拉延模具型面的设计是覆盖件拉延工序设计的主要工作。本文分析了汽车覆盖件的特点，总结了模具企业模具型面设计的相关经验，对模具型面设计中工艺补充面的设计、压料面的设计、型面预处理的方法等关键技术进行了深入研究。通过这些研究，在现有基础上建立了模具型面设计的一般性流程，开发出较为实用化的模具型面设计系统。工艺补充面的设计是拉延模具型面设计的关键内容之一，本文利用参数化的截面线创建工艺补充面。作者研究了典型工艺补充面的截面特征，采用参数化技术建立了由9种典型截面线模板组成的模板库。通过对产品边界的分析和计算，将截面线模板实例化，创建工艺补充截面线。进而利用截面线和关联的引导线，分段创建参数化的工艺补充面。CAE模具型面信息对拉延模具型面的设计有非常重要的参照作用。本文作者深入研究了从CAE软件导入的压料面和工艺补充截面线的特点，提出了导入压料面和截面线的识别与重建方法，实现了压料面和截面线的快速识别与参数化重建，提高了模具型面设计的质量和效率。覆盖件产品型面的预处理对模具型面设计的效率和质量有很大影响。本文作者通过对各类产品特征的研究，总结了常见的型面预处理难点问题，提出了成双冲压预处理、U型曲面修补和外轮廓缺口修补三种预处理方式的参数化方案，并开发出预处理工具，提高了型面预处理的质量和效率，也提高了系统的实用性。关键词：汽车覆盖件；模具型面；工艺补充面；识别与重构；型面预处理华中科技大学硕士学位论文IIAbstractThedrawingprocessisthekeyprocessofautomobilepanelforming.Andthedesignofdrawingdie-faceisthemaincontentsofpanelstampingprocessdesign.Thecharacteristicofautomobilepanelformingandthedesigners’experienceindie-facedesignareanalyzedinthepaper.Thekeytechnologiesindie-facedesign,suchasaddendumdesign,blankholderdesignandsurfacepretreatmentmethodsarealsodeeplyresearchedinthepaper.Basedontheresearch,acommonprocessofdie-facedesignisestablished,andausefulcomputeraidedsystemfordie-facedesignhasbeendeveloped.Theaddendumsurfacedesignisoneofthekeycontentsofdrawingdie-facedesign.Inthispaper,theparameterizedsectioncurvesareusedtocreatetheaddendumsurface.Thesectionfeaturesofthecommonaddendumsurfaceareresearched,andatemplatelibrarywith9typesofsectioncurvetemplateshasbeenestablishedusingparametrictechnology.Thoughtheanalysisandcalculationoftheproductsurfaceboundary,asectioncurvecanbecreatedbycreatinganinstanceofthesectioncurvetemplate.Andtheparameterizedaddendumsurfacecanbegeneratedwithsectioncurvesandcontrolcurve,whichisalsoassociatedwithsectioncurves.Theinformationofdie-facecreatedinCAEsoftwareisveryimportanttodrawingdie-facedesign.Thecharacteristicofblank-holdersandsectioncurvesthatimportedfromCAEsoftwareisdeeplyresearched,andthemethodstorecognizeandreconstructtheimportedblank-holdersandsectioncurveshavebeenproposedandrealized.Thepretreatmentofthepanelproductsurfacehasgreatinfluencewiththeefficiencyandqualityofdrawingdie-facedesign.Byresearchingthefeaturesofvarietykindsofproducts,thecommondifficultiesinsurfacepretreatmentaresummedup.Andtherealizationprogramofthreetypesofsurfacepretreatmentmethods,includingdoublestampingpretreatment,U-endsurfacerepairandtheoutlinegapsrepair,hasbeenproposedandrealized,whichimprovesthequalityandefficiencyofthedie-facedesignandthepracticalityofthesystem.Keywords:automobilepanel；die-face；addendumsurface；recognitionandreconstruction；surfacepretreatment独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除已经标明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期:年月日日期:年月日华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1课题的来源、目的和意义本文课题来源：本课题是与上海赛科利汽车模具技术应用有限公司合作项目的一个子项目—《冲压工艺型面设计技术的开发》。汽车工业已经成为我国国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步和科技的发展，我国汽车的需求量逐年增加，新款车型的推出周期越来越短，汽车设计和制造的效率要求越来越高。汽车覆盖件的生产制造作为汽车制造的重要环节之一，覆盖件模具的生产效率和质量直接影响到汽车覆盖件乃至整车的生产。覆盖件冲压工艺设计是覆盖件产品到覆盖件模具设计和制造的中间环节，工艺设计决定了成型产品所需要的工序数和模具套数。合理的冲压工艺设计是模具设计与制造的基础，也是覆盖件能否顺利成形的关键，直接关系到产品的质量、成本、生产效率和模具的使用寿命。覆盖件拉延模具型面设计是覆盖件冲压工艺设计的主要内容，型面设计质量直接关系到拉延模具的设计质量和产品的成形质量。国内覆盖件模具型面的设计仍然主要依靠设计人员利用三维CAD软件的基本曲面功能手工造型，然后用CAE软件分析工艺数模的成形性，根据分析结果再对工艺数模进行修改。由于设计效率低，质量不稳定，并且对设计人员的设计经验依赖性很强，模具型面设计已经成为制约汽车车身制造技术发展的关键之一。目前国内外出现了不少针对覆盖件工艺设计和模具型面设计的辅助系统，但大多都只能在较小范围内适用，真正具有较大实用性的模具型面设计系统几乎没有。PDCAPP系统是基于UG平台开发的一个覆盖件模具型面设计系统，它能为设计人员提供半自动化的设计帮助。本课题的目的是在原有PDCAPP系统的基础上，根据覆盖件成形特点和拉延成形理论、原则、经验，对覆盖件模具型面设计中的压料面设计、工艺补充面设计以及型面预处理等关键技术进行深入研究，并开发和完善相应功能模块，大大提高系统的智能化和实用化程度。华中科技大学硕士学位论文21.2型面设计是冲压工艺设计的主要内容汽车覆盖件（简称覆盖件）是指覆盖发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄板异形体的表面零件和内部零件[1-2]。覆盖件与一般冲压件相比较，具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点[3]，覆盖件模具设计人员往往要求具有多年的设计经验。汽车覆盖件模具的生产流程如图1-1所示，可以看出，汽车覆盖件的冲压工艺设计结果贯穿模具设计和制造始终，在模具的结构设计和加工制造中都有参与，是模具设计和制造的基础。产品数模和工艺要求产品的工艺性分析合理？覆盖件冲压工艺设计工艺数模成形性分析合理？模具结构设计模具的加工工艺设计数控编程及模具加工制造否是是否图1-1覆盖件模具的生产流程冲压工艺设计的内容包括：（1）冲压工艺方案设计。制定冲压工艺过程和冲压工序设计的指导原则，并设华中科技大学硕士学位论文3计出详细的冲压工艺过程。冲压工艺过程一般由拉延、修边冲孔和翻边整形三个基本工序组成，在这三个工序的基础上，可以视情况增减工序。（2）覆盖件模具型面的设计。是对冲压工艺方案的分解细化，每道工序都对应一个工序件，其对应的三维模型称为工序型，即模具的型面。每道工序都有相应的模具型面（工序型），其中设计工作量最多的是拉延模的型面。（3）工艺参数的确定。主要包括坯料的形状和尺寸、材料的性能参数、压边力的大小、冲压速度、润滑条件、冲压设备等。覆盖件的模具型面设计主要指拉延模型面的设计，它是冲压工艺设计的主要内容。拉延模具型面设计是指模具型面的工艺结构部分的设计，包括内孔的修补、冲压方向的设计、压料面的设计、产品与压料面之间的外工艺补充面的设计以及拉延筋的设计等。产品本身和添加的工艺结构部分共同构成拉延模的模具型面，即拉延工序型。1.3覆盖件模具型面设计的研究现状和存在的问题工艺设计问题一直是学术界和工业界研究的重点之一[4-5]，覆盖件模具型面设计是冲压工艺设计的主要内容，模具型面设计系统也随着冲压工艺设计系统的发展而发展。1.3.1覆盖件工艺设计辅助系统的发展现状随着计算机技术的发展和应用，传统的完全依靠设计经验的冲压工艺设计逐渐被计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning：CAPP）所取代。人们对CAPP做了大量研究，开发了不少CAPP系统，但能真正符合企业实际需要的CAPP系统并不多见[6-7]。国外CAPP的研究开始于1966年，挪威开发出了最早的CAPP系统AUTOPROS[8-9]，1976年美国CAM-I公司开发出了CAM-I’SAutomatedProcessPlanning[10]系统。国内对CAPP开始于20世纪80年代初。CAPP系统的研究先后经历了派生式和创成式两个阶段，目前正朝着智能化的混合式CAPP系统方向发展。华中科技大学硕士学位论文4派生式系统：派生式工艺设计又称变异式或检索式工艺设计，利用零件的相似性检索系统中现有的零件及工艺方案，修改现有方案