说明书-车门外板冲压模具三维造型与工艺参数优化设计

题目：车门外板冲压模具三维造型与工艺参数优化设计 姓 名 学 号 院 系 专 业 指导教师 摘要 以前的汽车覆盖件模具开发的效率、质量以及高成本等很多诸多方面已经无法满足现在市场的需求。因此，有了AUTOFORM的问世。我们利用AUTOFORM这款软件就可以解决上述问题，它能够对现实境况中的详细的加工生产状况进行有效的模拟，并且针对它进行采取一定的剖析和改善措施，以便提早了解在设计中所存在的潜伏的一些问题，提早针对它进行一定的合适的处理，防止问题出现，从而降低后面问题出现而导致的巨大损失，并且节约了设计所用的时间。本论文首先对某车型的汽车后侧门外板进行三维造型，然后进行冲压成形过程仿真以及工艺参数优化设计。首先用Pro/E对所选车门构造出它的三维的立体造型。之后再用Autoform导入igs文件，开始进行它的前处理。前处理过程包括生成边界，定义分型面，检查和调整拉伸方向，做工艺补充等。接着是在过程生成器中定义凸凹模形状和位置，定义压边圈及压边力，和添加拉延筋，定义拉延筋位置以及强度，选择添加工序，并且定义各工序。定义其摩擦系数，输出结果控制。之后开始检查运算过程并开始运算。运算结束之后查看成形过程以及最终结果。根据运算结果对拉延筋，拉伸方向，摩擦系数，压边力等进行一些相应的调整，直到得到最好的结果为止。运用Autoform对车门进行成形仿真，能够得到准确的产品的毛坯数据，以及预测产品在成形过程中可能出现的缺陷并且根据缺陷做出调整得到结果等。这些对模具的设计和产品的生产有着实际的指导作用,能有效的降低生产成本,提升产品的竞争力。关键词：汽车车门，三维造型，成形仿真，参数优化Abstract Previous automotive panel die development efficiency, quality and cost, and many other aspects have been unable to meet the current needs of the market. Thus, with the advent of AUTOFORM. We use AUTOFORM this software can solve the above problems, it is capable of real situation in the detailed processing status effectively simulate, and against it to take some analysis and improvement measures in order to advance understanding of the design of the existence of latent problems, for which certain early appropriate treatment, to prevent problems, thereby reducing the problems caused by the back of a huge loss, and saves the time used in the design. In this thesis, a model car to the rear side of the door panel three-dimensional modeling, and then stamping process simulation and process parameter optimization. First with Pro / E for the selected door constructed its three dimensional modeling. Igs file and then import after Autoform begin its pre-treatment. Pre-treatment process includes generating boundary, defined parting surface, check and adjust the stretching direction, and so do the addendum. Then define the shape and position of the punch and die in the process builder, defined blankholder and BHF, and add drawbead defined Drawbead location and intensity, select Add step, and define each step. Define the friction coefficient, the output control. Check the operation after the start of the process and begin operations. After the operator to view the process and the final results forming. According to the calculation result some appropriate adjustments to drawbead stretching direction, friction coefficient, etc. BHF until the best results so far. Autoform use of the door molding simulation, can get accurate blank data products, as well as predict product defects that may occur during the forming process and get the results to make adjustments according to the defect. The mold design and production with practical guidance, can effectively reduce production costs and enhance competitiveness of their products. Keywords: car door, three-dimensional modeling, molding simulation, parameter optimizationIII目录摘要IAbstractII目录i第1章 绪论11.1课题研究背景11.2 冲压成形过程仿真和参数优化的研究意义21.3国内外汽车覆盖件模具及CAE的研究现状与发展趋势31.4板料成形有限元模拟的基本理论及方法41.4.1简介41.4.2 板料成型有限元模拟的基本方法51.4.3 板料成形的有限元数值模拟的研究领域6第2章 所用软件综述62.1 CAE软件优势62.2 AutoForm简介82.3 UG NX6.0简介92.3.1 工业设计和风格造型102.3.2 产品设计10第3章 车门设计知识113.1 车门设计流程113.2 车门设计要求123.2.1 对车门设计的基本要求123.2.2 强度要求123.2.3车门设计输入条件133.2.4车型总体布置图133.2.5车身产品描述书133.2.6车身class-a数据143.2.7车身主断面153.2.8参考样车163.3车门结构方案设计163.3.1 车门的结构形式163.3.2 车门的构成163.3.3 车门外板介绍173.4车门材料的定义183.5 车门结构设计和CAE分析193.6 设计的主要内容及设计思路21第4章 汽车前门外板的三维造型及模具设计224.1 工件三维造型224.2.1通过查找相关书籍和经验所得凸凹模参数建立如下的凸凹模三维造型314.2.2 利用UG6.0建立的凹模三维图型32第5章 汽车前门外板的冲压仿真过程335.1 介绍335.2 成型模拟及工艺参数优化335.3试验结果分析与优化395.3.1第一次拉深结果分析与优化395.3.2 第二次拉深结果分析与参数优化405.3.3 第三次拉深结果分析与参数优化415.3.4 第四次拉深结果分析与参数优化425.3.5、第五次拉深结果分析与参数优化435.3.6 第五次拉深结果分析与参数优化435.4 产品成型参数分析455.4.1重要成形数据输出455.4.2 材料成形性能分析46第6章 绘制车前门模具三维图506.1 凸模三维图的绘制506.2 压边圈的绘制506.3 凹模三维图的绘制506.4 绘制完成后的装配图和装配爆炸图516.5模具加工图53结论54谢辞55参考文献56i第1章 绪论1.1课题研究背景 随着21世纪我国加入了WTO组织以及我国的经济一直保持着接近两位数的增长率，汽车市场呈现出空前的繁荣，汽车从以前的奢侈品变成了日常用品，走进了千家万户。由于人们生活水平的日益提高以及消费观念的改变，更多的人追求享受，而不仅仅是温饱的生活，汽车便是他们改善生活质量的不二选择。在汽车价格降低和人们收入水平提高的双重作用下，汽车的销售量呈现出极大的增长现象。例如在2007年的上半年，汽车的消费需求量大大增加，持续保持高增长，这同时也是中国加入WTO的6年来第四个汽车消费增速超过20%的年份。在2007年中国的私家车的普及率相对发达国家而言还处在很低的位置，但是从2007年至现在，中国私家轿车的普及率每年都在大幅度提升，由于中国的人口基数极大，这意味着在相当长的一段时间内，中国的汽车特别是轿车市场仍具有极大的潜力。同时中国的汽车行业工人的薪资水平也远远低于发达国家，这主要是生产率与生产质量等方面的原因。因此提高生产率和改善产品质量显得尤为重要。为此，中国的许多汽车公司开始不惜重金引进国外的全套生产线以保证产品质量，但是这无疑也同时大大提升了产品成本。随着汽车销量的迅速提升和发展，顾客往往开始对汽车的外观质量以及它的内部舒适程度甚至是空间感甚至人性化方面都提出了了更高的要求。这就要求汽车工程师们想方设法对这些地方进行不断改善，不断创新，同时要缩短研发时间。汽车的前门的外板是一种典型的覆盖件，它直接影响汽车的外观质量。无论汽车的车型千变万化，但是覆盖件都有一些不变的共性：1） 为了保证汽车在行驶的时候能够保证车身的平稳性，汽车的外形应该要保持关于中间轴对称；对称面就是沿着中间轴的垂面。2） 汽车车身都是复杂的曲面形状，并非能够用普通的二维图充分表示它的具体形状。3） 由于汽车的覆盖件是暴露在最外面的，是最容易让顾客直观看到的部分，因此它必须保证用我们的肉眼看不到不光滑，不平顺或者不整洁的现象。4） 良好的强度和刚度对于车门外板极为重要，不然，在汽车高速行驶的过程中，车门强度和刚度不足的缺点就会显现出来，即车门有可能会发生震动，产生较大噪音，影响驾驶环境。因此，应该重视车门外板的成型，保证其高质量，这要求我们不断改善其冲压工艺。5） 由于覆盖件长期暴露在外面，因此覆盖件的材料本身或者其表面涂的涂料油漆必须是耐腐蚀的。 本文基于Autoform软件对某汽车前门外板零件进行成形工艺模拟，为汽车覆盖件的成形提供依据。在汽车的车身研发过程中，最重要的是汽车覆盖件的研发，因为一般来说汽车覆盖件相对于其它冲压零件而言汽车覆盖件的外形较为复杂，曲面多，表面质量要求非常高。因此，汽车覆盖件的研发周期长。这一度成为汽车行业的难题，但是由于近些年有限元法的应用发展迅速，用数值模拟板料成型的方法得到了广泛的应用。目前例如奔驰，宝马，大众等大型的汽车生产商已经在汽车覆盖件等零件中广泛地使用这一技术，便于更快地改进和设计产品。板料成型分析软件的数值模拟技术是由材料力学，冲压工艺学，计算机科学等等多门学科的综合产物。其实质就是把数值模拟技术运用到给定模具与工艺条件的板料冲压变形的全过程中，进行分析，进而对模具和工艺方案的合理性做出判断。以前的每一次试模过程现在就可以用一次仿真来代替，所以试模次数在这种情况下可以被大大减少，甚至有可能使得模具和工艺设计一次合格，不用修模，这样便在极大的程度上缩短了开发周期，降低了新产品的开发成本，提高了产品的质量以及竞争力。1-51.2 冲压成形过程仿真和参数优化的研究意义汽车的覆盖件，它与其它一般的冲压件有一些不同之处，其特点有材料一般来说比较薄、它的形状也大多数显得比较复杂、曲面出现的也较多、它的结构的尺寸一般来说也是比较大的，并且件的表面的质量要求需要很高等等。在汽车生产制造业中，我们通常用冲压成型的技术进行绝大多数的覆盖件的生产，主要是因为汽车覆盖件的生产量大，表面质量要求高。汽车覆盖件冲压成型是基于金属塑性大变形的，它具有几何特征和物理特征以及它还具有高度非线性的特征，这一特征主要是在力学上，并且主要是关于边界摩擦的。对于覆盖件模具设计或者说对于覆盖件模具的制造或者说对于它的坯料的形状以及尺寸的判定、冲压成型的工序还有冲压等的工艺的参数规划等在以前的传统的冲压生产中都需要设计和生产制造圆形，都要经过无数次的生产实践的实验和修改改善才能得出适合的数据结果。这属于是错逼近的过程，无疑浪费消耗了大量的人力物力以及财力，并且生产周期长，生产成本也高。汽车覆盖件冲压成型的计算机仿真技术是基于弹塑性大变形力学理论的，它是从根本上解决覆盖件模具设计、制造传统方法诸多弊端的极为重要的手段。从现在来看，它的重要作用已经在以汽车为例的许多的模具行业中被充分地体现了出来。通过对这项技术及其软件的运用，工程师可以模拟冲压件在模具中的成型过程，再依据模拟结果选择最优参数和方案来制造模具，这些对模具的设计和产品的生产有着实际的指导作用,能有效的降低生产成本,提升产品的竞争力。它已经俨然成为解决覆盖件制造业发展“瓶颈”问题的无可替代的强大辅助工具。1.3国内外汽车覆盖件模具及CAE的研究现状与发展趋势 （一）在国外，许多的汽车生产厂商已经将板料成形有限元技术作为必要的一种工序手段。其中TOYOTA公司对这一技术的运用水平掌握得非常好，该公司现在已经成立了一个数据库，这个数据库是有关结果分析的，主要是整车零件分析。 在八十年代初期以NMWang为代表的一些人经过不听地钻研，顺利地模拟了轿车行李箱盖的冲压成型过程以及车门外板的冲压成型过程。开创了板料成型数值模拟技术应用研究新领域。6在发达国家，关于板料的成型数值模拟应用得也十分广泛。许多大型企业公司都对此进行深入研究，并且设立了专业的对应部门。例如大众、“三巨头”，丰田等。 飞机制造公司（Boeing，Raythen，Leaoet)，美国的US steel，Bethlehem steel，Alcoa，日本的许多原材料供应厂家也设立了专门的研究部门对数值模拟进行专门的研究7 包括日本的许多大学以及软件公司(如ETA，EASI)也有专门的人和部门对数值模拟进行深入研究。 日本荻原企业多年来从事板料成型研究，终于现在已经有了许多相关的数据库。8（二）在国内，国内该项技术研发的时间短，一些大学比如吉林大学等高校三十年前开始这方面的研究，或自己研发或与企业合作研发。 吉林大学的刘志国对模面设计的相关功能进行了分析,对部分关键技术进行了深入研究,并结合ACIS开发平台完成了部分关键算法。9 吉林大学龚科家运用CAE软件对汽车覆盖件进行模面设计、并对主要模块和工作流程进行了分析,并且对有限元网格方面的相关处理技术以及工艺型面参数化设计的方法进行了深入的研究。10 吉林大学刘瑞军对不同CAD文件格式的数据接口的转换进行了针对性的开发，并且反悔功能模块也被开发出来，此模块是基于数据接口的。他还设计了一些算法，包括自动翻边隐藏和补孔等等，经过测试，表明了算法准确且高效。 太原理工大学的汪璞在覆盖件成形中发现了拉延筋与起皱的关系,并可以指示模具拉延筋的设置位置情况,研究不同拉延筋在不同的布置方式下的各种成形规律。11-14 大连理工大学的鲍镜如在运用NURBS方法进行模具型面构造,借助其与网格设计相比更加“柔性”的设计优势,对模具型面设计中的基于ACIS几何造型引擎,实现零件边界提取和翻边隐藏以及冲压方向确定等功能方面做了研究。这些都是在覆盖件模具型面设计环节中进行研究的15 吉林大学胡平教授深入研究了金属板料的冲压过程，运用的数值模拟法，并开发了KMAS软件，这款软件是拥有自主版权的一款板料成型分析软件。16 一汽集团组建了CAE的研究部门，以便专门研究CAE分析技术的应用，这个部门由几个部分组成，分别是工艺部门，电算部门，以及有关模具的部门组成，三个部门联合处理CAE板料分析的研究工作。组建这个小组至今已经有三年的时间了，已经有了成效，取得了不错的结果。比如他们做有关拉延的模拟实验，用CAE分析之后，提出了解决方案，成功了解决了问题。因此他们应用在汽车其它方面，比如油底壳等等。17-20 上海大众也结合上海交大一起完成了一些有关板料成型分析的课题。包括侧围外板的仿真分析，行李后盖的仿真分析模拟，并且根据仿真结果，对他们进行了一些处理和改进，得到的结果也是达到了预期。 总而言之，由于国内真正发展才几十年，有关CAE的研发历史更是非常之短，因此还没有能够真正开发出类似于AUTOFORM的软件。另外， 由于国内的模具生产技术水平普遍偏低，应用环境也比较的恶劣(比如材料的参数、摩擦参数都不怎么稳定)，在软件的应用上，存在着一定的困难，因此，经验和数据的积累显得非常少，所以说国内的技术要达到成熟使用的那种程度，还需要走很长一段路。1.4板料成形有限元模拟的基本理论及方法1.4.1简介CAE软件从20世纪60年代到现在已经经历了几十年的工程使用历史，无论是从理论上还是在算法上来看，它已经变得越来越完善，现在已经成为了众多领域中必不可少的应用软件，例如机械、土木工程、甚至航空航天都把它作为处理数值模拟等方面的重要手段。随着计算机技术的迅速发展，CAE的功能和解决问题的精度有了极大的提高，展现出了极大的优势。有限元法是一种计算方法，但是这种计算方法是由于社会发展的需求而出现的，这种算法和一般的算法不同，它是有关离散数值的，并且算法比一般的算法更加高效。这种算法如今在许多领域已经有了广泛的应用。1.4.2 板料成型有限元模拟的基本方法 数值模拟需要一些理论来支撑，这一理论主要包括了一些力学分析。对于成型过程的分析有很多方法，然而，最常用最主要的方法只有两种：1） 近似解析计算法。这种方法的实质就是去分析计算在整个成型过程中所需要提供的工和能。这种方法的优点是通过这些分析计算，我们容易获得问题的解析解，并且此方法比较简单。但是也有一定的缺点，缺点是对象有一定的限制性，需要是比较简单的成型过程。2） 数值成型法。这种方法能够许多重要而又具体的参数，比如应力应变以及温度分布等等。它的优点显而易见，这样的分析方法可以分析复杂的成型过程。有限元法现在的地位非常高，应用也及其广泛，能够处理各种成型过程的模拟计算。它成为了许多非线性分析的首选方法。金属具有塑性，其板料在固态状态下也是如此，利用这一特性，可以利用外力对其施加作用力，可以用模具来施加，让它产生塑性变形，使它成为我们想要加工成型的产品的形状，这一过程我们称之为板料成型。这种成型方法相比较以前的机械切削加工，它具有高效的特点。数值模拟方法已经成为处理板料成型分析的一种不二方法。 金属塑性成型是一个非常复杂的过程，因此为了便于我们分析，必须做出一些假设：把其中的一些过程变成理想状态，以便更好地进行处理。如下对材料进行五点假设： (1) 忽略变形材料的弹性变形; (2) 材料均质，各向同性; (3) 材料体积不变; (4) 不计体力和惯性力;(5) 材料的变形流动要遵循Levy-Mises流动法则。1.4.3 板料成形的有限元数值模拟的研究领域22板料成形的研究领域有很多，但是在有限元的数值模拟方面的领域主要有两个，分别是：（1） 第一个领域主要是工具系统建模领域，这一领域也包含了工艺内容，比如压边圈等。；（2） 第二个领域主要是加工过程的建模领域，这一领域也包括了许多过程，比如冲压翻边等。经过计算机进行计算模拟之后，我们能够得到如下内容：(1) 使工件成形所需的加载力；(2) 工件变形过程；(3) 应力、应变分布；(4) 厚度分布；(5) 裂纹和起皱；(6) 成形极限图等方面的内容第2章 所用软件综述2.1 CAE软件优势23（1）与CAD软件的无缝集成 CAE软件之所以应用如此广泛的一个非常重要的原因就是它能够与CAD软件无缝集成，而且这也是CAD的一个趋势。这也就是说，我们能够将我们在CAD中画的图或者构建的造型直接保存为例如IGES格式，以便导入到我们所用的后续CAE分析软件中去进行后续处理，甚至以后不需要保存IGES格式，直接CAD格式文件和CAE格式文件互通，可以直接打开，无需另外保存为其它格式，更加方便我们进行分析处理，若发现问题，又可以直接用CAD打开进行修改，使我们的画图建模以及分析更加方便。许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/ENGINEER、Epigraphic、Solid Edge、Solid Works、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口，这样做的目的是可以使工程师们更加快速方便地处理复杂的工程问题。（2）更为强大的网格处理能力 用有限元方法来解决问题一般来说有三个基本的部分。这三个基本部分分别是将所要研究的对象进行离散化处理，对所研究的对象进行有限元法计算求解，对研究对象的计算处理的结果进行分析FLD图等后处理。用有限元可以进行网格划分，其中有种网格划分叫做六面体的网格划分，它其实就是指划分出六面体的网格单元。这种能力较为基础，主要是只能处理简单的模型。现在那么处理模型主要用映射等方法。而处理复杂的模型则会采用其他的方法来解决。比如常用四面体网格法，它指的是用这种技术来生成四面体的网格单元的一种方法。在用此方法的时候必须注意一个非常重要的问题，那就是中间节点的使用，它直接关乎你的求解正确与否。但是使用中间节点也会造成一定的问题，他可能会影响求解时间速度等多方面的问题，因此人们希望软件能够拥有自动六面体网格的功能。基于此，我们再采取自适应网格划分手段，也就是比如计算误差，然后对网格进行再定义，然后重新计算。在实际的生产制造计算过程中，往往会存在模型的形状尺寸等发生较大变化，这是由于应力等许多综合因素产生的应变的结果，这样的结果导致求解的结果不正确。而网格划分往往能够协助解决此类问题，这便显示了其重要地位。裂纹扩展等常见的工程上的问题往往只能用自适应网格来分析解决。正由于其重要地位，因此许多企业倾注了大量的时间金钱研究它，但是收效甚微，只有少数软件在这方面完成得较好。 （3） 由解线性问题到解非线性问题 随着我们科学技术的进步，许多之前的理论已经不足以为我们现在的需求提供足够的帮助，比如说线性理论。因为在用之前的这些理论下，许多工程问题得不到根本的解决，比如说材料的一些失效等等。因为解决这些问题需要用到非线性分析，例如求解大位移等。我们都知道，非线性分析相比线性分析要困难得多，也要复杂得多，因为它涉及到了许多交叉的学科，并不仅仅是涉及到某一门专业课的知识，所以很难掌握。就因为这样，国内外许多企业公司以及研究所投入巨大的人力物力财力去研究它。取得了一定的成果，比如说某些软件的研发成功，例如ADINA等等。（4）由单一结构场到耦合场问题的求解 其实有限元分析方法很早得到了应用，但是它并不是一开始就广泛地应用于汽车等行业，而是开始的时候主要用在航天这一领域，并且是主要是用它来求解一些用其它方法难以求解的问题，比如说线性分析，这种方法来求解非常高效。经过大量的生产实践，已经可以确定，离散的求解对象越小，我们就可以越精确地计算最终的值。随着我们加大对有限元方法的研究力度，我们现在已经可以比较成熟地去运用它来解决许多实际问题。并且可以发现，它的未来发展方向是研究非线性等问题。比如有些热问题需要我们用到它来进行分析求解。随着我们加大对有限元的研究和应用，并且将它用在更加复杂的工程实际问题之中，我相信，有限元CAE的发展必定能够让人有所期待。（5） 程序面向用户的开放性 随着社会经济的增长，商业化的加强，各大软件公司开始争先恐后地开发各种应用软件，以便能够在激烈的软件市场竞争中挣得一席之地。因此，为了迎合广大客户的需求，许多公司企业对软件的功能和便捷操作性方面加大了投入，但是事实摆在眼前，用户有千千万万，许多人对软件的要求并不相同，因此软件公司需要让用户有更多的自主权，能够根据自己的喜好和要求去定义一些功能，去拓展一些功能等等。加大对有限元的研究，想方设法去最优化其算法，不断地拓展软件的功能，增强软件的性能，最大化地满足客户，并且让客户有更多的自主权去根据自己的实际需要和喜好去定义拓展功能，这是有限元软件的持续发展的最基本的生存的法门。2.2 AutoForm简介 瑞士和德国共同开发了AUTOFORM.这个软件为我们提供了极大的便利。它主要在板料成型方面做出了巨大的贡献，世界上许多著名的生产制造商都使用它来解决问题，他们把实际工程生产中的经验设置全部融入其中了。也就是说它承载着众多设计制造的宝贵的经验，是智慧的结晶，也是最被广泛应用的一种计算机辅助CAE软件的其中之一，尤其是在目前板料成型模拟软件领域中更是如此。工程师们可以从中得到一个完整的方案，这个方案是关于将一个从产品的概念设计直到最后的模具设计，它主要擅长对复杂的一些模具和模面进行一些操作，对他们进行一定的工艺优化，参数分析。例如拼焊板、复合板。AUTOFORM的特点：（1) AUTOFORM中有一些借口，这些软件接口非常重要，它是有关于板料成型的。它的种类有很多，并且类型高效。它还拥有前沿的解决交界问题的科技，还有许多种材料的模型。User-Interface(用户界面)、Automesher(自动网格划分)、Onestep(一步成形)、DieDesigner(模面设计)、Incremental(增量求解)、Trim(切边)、Hydro(液压成形)都是其主要的模块。它同时支持Windows和Unix操作系统。（2) 我们可以根据事先对成型工艺或者参数进行一些设定，然后操作软件，对工件或者工艺过程进行一定的模拟来分析预判这个成型过程在真实的生产状况下可能会出现的问题，以便我们进行修改解决。 （3)他拥有先进的后处理能力，能够进行无文本的操作，并且能够在一个环境界面下对它们进行处理，把这些操作和功能集合起来，可以不需要对数据进行切换了。这个软件是由几种职业的人开发的，分别有模具方面的，汽车方面的工程师。这款软件还有个非常重要的功能，就是对模面进行一定的处理，将其进行一定的优化，以便我们迅速地对参数进行优化设计。 （4) AUTOFORM有个非常明显的优点，它能够在非常短的时间内对对象完成求解过程，并且它的界面非常简洁和便捷，易于操作。而且它的分析过程也非常可靠和值得信赖。还有一点就是AUTOFORM它不需要大量的经济投入，只需要在电脑软件上进行一些模拟就能够得到比较可靠的分析结果，因此不需要花许多资金去请一些专家就可以分析出可能出现的问题和导致缺陷出现的原因所在，速度也非常快，最大化地节约了时间和资金。因此它得到了非常广泛的应用，具有极大的价值和潜力。使用这款软件对板料进行模拟之后，我们可以非常清楚地得到其应力应变的具体分布情况。从而预测其在成型过程中所有可能出现的问题也就易如反掌。通过以上的论述，我们可以运用AUTOFORM这种软件对我们所要研究的汽车车门外板进行一定的模拟，模拟它的成型过程，从而预判它在实际生产中可能出现的状况和问题，提前解决，避免较大的损失。首先用Pro/E对所选车门构造出它的三维的立体造型。之后再用Autoform导入igs文件，开始进行它的前处理。前处理过程包括生成边界，定义分型面，检查和调整拉伸方向，做工艺补充等。接着是在过程生成器中定义凸凹模形状和位置，定义压边圈及压边力，和添加拉延筋，定义拉延筋位置以及强度，选择添加工序，并且定义各工序。定义其摩擦系数，输出结果控制。之后开始检查运算过程并开始运算。运算结束之后查看成形过程以及最终结果。根据运算结果对拉延筋，拉伸方向，摩擦系数，压边力等进行一些相应的调整，直到得到最好的结果为止。242.3 UG NX6.0简介 UG软件的功能极为强大，它是美国开发出来的，现在已经是几乎家喻户晓。它也毫无疑问是最具有前景最具有竞争力的软件之一了。因为从只有一个产品的概念，到最后的产品出来，整个所有的过程完全可以用这款软件来完成，用它来做造型，用它来分析，甚至用它来仿真都可以，它的功能很多也很强大，已经在各行各业中被广泛地应用了。UG NX它为产品提供了一种新的可能，一种新的研发方式。它让工程师们能够根据自己的实际需求去研发产品。UG NX可以捕捉和分享知识，这里主要指的是数字化工程中的知识。通过了无数次的实验验证了，它能够为公司企业带来极大的效益。NX 是 UGS PLM 一种新的开发系统。它是一种数字化产品。它的新颖之处在于利用改变过程来推动产品更新。NX的有关于知识的控制系统非常特别，它能够推动工程人员创造出更多的财富。这些对模具的设计和产品的生产有着实际的指导作用,能有效的降低生产成本,提升产品的竞争力。2.3.1 工业设计和风格造型NX能够很好地解决许多问题，比如创造性的问题，比如设计风格的问题，设计方案的问题。 工程师可以基于NX建立模型来迅速改进产品，并使用一些渲染等工具来使得产品更加美观。2.3.2 产品设计NX的有关于知识的控制系统非常特别，它能够推动工程人员创造出更多的财富。这些对模具的设计和产品的生产有着实际的指导作用,能有效的降低生产成本,提升产品的竞争力。 NX 更加具有优势的原因如下：（1）它具有专业的管路开发系统。（2） 它具有专业的钣金模块。（3） 它具有专们的模块，这种模块主要是有关塑料设计的。（4） 它还具有另外的行业的一些程式。制造商所需的各种工具都能和NX产品开发的一些方案完全很好地融合。方案主要可以控制一些工艺的过程，还可以一起共享一些重要的数据。NX 与 UGS PLM 的另外的一些解决方法可以非常完美的融合。这具有非常重要的意义，尤其是对于产品的数据处理方面是极为重要的。 通用汽车，普惠发动机等特大型公司以及甚至美国的军方都是UG重要客户。UG设计各种类型的发动机，包括飞机和汽车的。这些展现了UG的崇高地位。它在军工领域的地位也几乎是不可替代的。它在高端领域也能够与CATIA平起平坐。UG是一种属于交互式的系统，它可以非常轻松地去构建各种复杂实体及造型。UG的开发始于1990年7月。UG的设计思想十分的灵活，它可以支持许多种离散的方案。所以软件可以对各种应用都能够进行反复使用。高效地仿真需要多门学科的交叉知识。电子计算机的飞速发展为一切创造了前提条件。可是想要将这些所有的东西马上应用在复杂的案例中并非想象中的那么容易。这是由于这些方法各不相同，结合在一起需要涉及到很多门的交叉学科的知识。使得我们的操作变得越来越困难，超出了我们能够处理的范围。UG的主要是为了解决复杂的工程实际问题，并为之提供软件基础。一般来说大型的软件系统可以用不同层次抽象来描述。如UG具有三个设计层次，即（1） 结构设计(architecturaldesign)（2） 子系统设计(subsystemdesign)（3）组件设计(componentdesign)。 UG也毫无疑问是最具有前景最具有竞争力的软件之一了。因为从只有一个产品的概念，到最后的产品出来，整个所有的过程完全可以用这款软件来完成，用它来做造型，用它来分析，甚至用它来仿真都可以，它的功能很多也很强大，已经在各行各业中被广泛地应用了。25第3章 车门设计知识3.1 车门设计流程 汽车的覆盖件，它与其它一般的冲压件有一些不同之处，其特点有材料一般来说比较薄、它的形状也大多数显得比较复杂、曲面出现的也较多、它的结构的尺寸一般来说也是比较大的，并且件的表面的质量要求需要很高等等。在汽车生产制造业中，我们通常用冲压成型的技术进行绝大多数的覆盖件的生产，主要是因为汽车覆盖件的生产量大，表面质量要求高。 我们在设计车门时，需要先设置一些前提条件。例如有关于车的外形的整个的布置图、有关于车的外形的描述文件、class-a的数据、还有车身的主断面图、用来参照用的车、用来引用的文件等等。作为一名设计工程师，需要先确保足够了解这些参数和前提条件。然后再按部就班进行布置，对车门做相应的分析，例如DMU分析。然后对车门的结构进行合理地设计。同时，在对车门展开设计的时候，需要参考一些工艺方面的条件，比如冲压工艺、总装工艺等等。在这以后，需要对整个车门进行一定的审核，包括内外部，确保结构的设计符合各种要求，要符合实际生产水平。在这些之后，才能够提交图纸，做完所有的这些，我们才能够称之为完成车身设计。其设计流程图如下图3-1。 图3-13.2 车门设计要求3.2.1 对车门设计的基本要求（1） 应确保车门便于开启，便于乘客进出，设计车门开口要适宜，车门形状大小也要合适。同时要确保车门停留在最大开度位置。 （2）在车门开启或者闭合时应确保所有的部件不会发生任何干扰。（3）要确保车门在关闭时锁紧、锁牢，汽车行驶中途不会自己开启。（4）车门开启或者关闭以及玻璃的上升或者下降都要求轻松方便，易于操作。（5）车门的封闭性能应该要确保良好，不应有较大间隙。（6）透光性能要好，侧向视野足够开阔。（7）门体的强度和刚度应该要达到一定的指标。以车门安全可靠，行驶平稳，同时可防止车门下沉。（8）车门的制造工艺和装配工艺都要求要良好。（9）造型上应该确保整辆车看起来协调一致，具有较好的外观。3.2.2 强度要求1过行程强度我们施加一个让车门按规定方向行程所需的力要符合以下的要求：加载250负荷时：车门下沉1.0mm以下；加载250负荷时：开启方向角度变形10以下；加载290负荷时：和各个部件之间没有干涉；加载450负荷时：不发生破断或者其它会使性能降低的变形；2向下加载负荷强度 我们施加一个力在后门上时，需要符合加载500负荷时：向下位移量10mm以下，残留位移量（永久变形）1.0mm以下3全力关门强度 如果车门完全打开的时候，我们将车门从完全开启的位置用一个非常大的力使其关闭的时候，车的外板、玻璃或者其他的部位都不能够出现破断或者让性能降低的变形等。4开合耐久强度 在车身上装上车门，进行5万次的重复开启关闭的试验，需要符合以下要求：（1）不能够出现影响性能或者外观美观的情况。（2）不能出现破坏外观涂装质量、扭曲等问题。3.2.3车门设计输入条件有关于车的外形的整个的布置图、有关于车的外形的描述文件、class-a的数据、还有车身的主断面图、用来参照用的车、用来引用的文件等等。3.2.4车型总体布置图汽车总体布置图非常重要，它可以说是车门设计最根本的东西，它定义了整车车门的数量、等许多非常重要的参数。3.2.5车身产品描述书车身产品描述书它是一种比较笼统的概述，这个概述主要是有关于车身的结构方面的。包括了结构形式，附件，装饰，有些部分描述得比较细致。3.2.6车身class-a数据车身class-a数据是汽车的最关键的地方之一，它是一种设计依据，非常细致地定义了有关于车门的外形，大小尺寸，以及很多其他的重要参数。所以在解冻数据之前，需要对其进行细致地分析，确保满足要求。玻璃面分析玻璃面的分析也是非常重要的，它也是最基础的一种曲面分析。但是它会对车门的成型可能性造成较大影响。因为玻璃在水平跨度上越大，那么导致在一定的行程内，拱高就越小，比较利于玻璃的上升和下降以及它的装配。但也有一定的缺点，它会在一定程度上对乘客进出造成一定影响。玻璃在水平跨度上的距离一般来说会比1500mm要大。而与玻璃垂直方向上的跨度相比较，垂直方向上的跨度距离会很大，这就不利于玻璃的上升或者下降。因此为了解决这个问题，一般来说，我们会把玻璃面设定为一种类似于圆柱形的面，把玻璃的垂直方向的面定义为一条直线，如果拱高比较大的车，那么我们可以把拱高设定为类似于弧形的形状。这些主要是考虑到了让玻璃面能够更好地上升和下降。滚压件结构可行性分析 不同结构的车门设计，车门框架不同，比如对于滚压件结构形式的车门设计来说，车门上方的框架部分的表面应该和玻璃表面保持平行关系。它们之间的距离也是有一定的要求的，必须与导轨断面形状等符合。要想让让玻璃能够在门框内顺利地升降自如，我们必须要适当地去定义玻璃与门外板之间的直线距离。以保证有充足的装配位置以及活动的空隙。与此同时，需要适当地定义玻璃框垂直高度以及与内腔的高度比，以便于玻璃顺利升降至适当位置。车门外把手的凹坑设计可行性分析我们主要需要考虑到以下内容：a确保乘客操作方便，能够顺利地让自己的收到达需要到达的位置。b门把手的机构正确合理地运行的可行性。c安装的可行性，安装工具是否能够到达需要到达的位置，是否能够方便地安装。D对把手进行冲压仿真分析，将适当的参数输入到软件当中，然后预判和分析设计是否合理，观察并分析可能出现问题的原因，然后进行改善处理。车门腰线部位的形状分析车门腰线部位的形状分析，由于车门腰线需要装置必须让车门腰线设置均匀。这样才能顺利成型。门外板的刚度和抗凹性分析要想让车门外板的强度以及刚度增大，就需要使门外板设计成包含有一定数量的特征线的结构。3.2.7车身主断面车身主断面的设计也是非常重要，它要求我们提供结构断面形式以及装配等等一系列关系。3.2.8参考样车在对车身进行一定的设计的时候，需要挑选一种合适的参考样车，这样可以大大减轻设计工作量，便于我们进行设计。3.3车门结构方案设计3.3.1 车门的结构形式设计车门的结构首先需要弄清楚一个问题，我们是要采用整体式的还是要采用框架式的结构。因为常见的车门结构就是这两种。这两种结构的特点分别如下：整体式车门它的主要特点有外形的造型比较灵活，并且框架与断面能够设定为不同的尺寸样式。它能够将内外板综合焊接起来。3.3.2 车门的构成车门由门体板金件、车门附件和内饰组成（见图3-2、3-3所示）。图3-2车门门体板金件、车门附件和内饰图3-3车门门体板金件、车门附件和内饰3.3.3 车门外板介绍 全尺寸车门(见图3-4)这种结构在以前用得比较多，它属于一种钣金结构。它有一些优点，主要是刚性和完整性比较好，并且精度也不错。与此同时，它的工序和工艺也比较便捷容易。很容易控制它的加工精度。但是缺点也比较多，比如窗太过大，受到的限制比较大，不太适合现代人的要求，而且对冲压的要求比较高，成本相对而言也比较高。如果出现缺陷，导致许多浪费的情况出现，因此现在越来越多的人放弃使用这种结构。图3-4全尺寸车门半开放式车门结构(见图3-5) 之所以此车门成型的模具尺寸可以较小，那是由于车门外板的窗框部分已经被移除了。这样大大增大了材料利用率，并且降低了整个车的重量。并且解除了车门受到的许多限制，但是这种结构同时也有一定的缺陷，比如，装配非常困难，难以控制精度，并且导致车门玻璃的上升和下降会受到一定的影响。 图3-5半开放式车门3.4车门材料的定义车门材料的定义是整个车门设计的重点之一。我们选用的材料包括板料和塑料两种。比较常见的车的车门它的外板一般都是烘烤硬化钢，这种钢的特点就是强度很高，主要用来抵抗划伤情况的出现。它还有一个特点就是在冲压的时候会显示出较低的屈服强度，因此具有良好的成型能力。但是我们对它进行烘烤，发现它的屈服强度会增加很多。门的内板我们一般来说选用低碳冷轧钢板，因为它具有很好的成型能力，例如ST14、ST16等；防撞杠我们一般来说会去选择低合金高强度钢板，因为它的防撞击性能比较好；水切加强板、铰链加强板、锁加强板等零件选择加磷高强度冷连扎钢板，如B170P1、B210P1等。我国在低碳钢的生产上，基本上可以按标准要求供应采用德国标准牌号的St12(一般用)、St13（冲压用）、St14（深冲用）、St142（超深冲用）、St15（特深冲用）、等高精度钢板。其中DC04(St14,St15)适合车门外板的拉深成形，它的具体力学性能如下表3-1表3-1牌号屈服强度抗拉强度（）断后伸长率厚向异性系数值（）硬化指数值（）公称厚度0.70.71.01.01.61.6D