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1、汽车发动机罩外板曲面逆向重构及拉延模设计*本科毕业设计摘 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，设计出汽车发动机罩外板的拉延模具结构外形，在CATIA软件中做出凸模、凹模和压料圈等结构；并对拉延模具进
2、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 Fiat Perla to study, carried out the car engine hood
3、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 CATIA, which is a high-class software of Inverse Engineering, to process the data. Next, its the
4、processing of the point cloud and surface 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, die and blank-holder, and drawing die for the calcula
5、tion. 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
6、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.
7、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绪 论第一章 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，
8、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( 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
9、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(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
10、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、
11、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，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
12、，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
13、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
14、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
15、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
