汽车车门毕业设计.doc

本科毕业设计微型汽车背门外板设计丁维峰燕 山 大 学2010年6月 本科毕业设计微型汽车背门外板设计学院（系）： 里仁学院 专 业： 06级汽车2班 学生 姓名： 丁维峰 学 号： 061101011387 指导 教师： 赵明慧 答辩 日期： 2010年6月20日 燕山大学毕业设计任务书学院： 车辆与能源学院 系级教学单位：车辆与交通系学号061101011387学生姓名丁维峰专 业班 级汽车06-2题目题目名称微型车背门外板设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1. 背门外板3D模型修复；2. 背门外板冲压工艺分析，编制冲压工艺卡片；3. 绘制工程图；4. 熟悉CATIA软件，掌握基本操作。基本要求1. 毕业设计说明书字数不少于2万字；2. 查阅参考文献不少于15篇；3. 翻译与毕业设计有关的外文翻译资料不少于三千字；4. 设计目标：建立背门外板3D模型，绘制工程图；进行工艺分析，编制冲压工艺卡片。参考资料1. 汽车工程手册.北京：人民交通出版社，20012. 刘惟信主编.汽车设计.北京：清华大学出版社，20013. 吴亚良编.现代轿车车身设计.上海：上海科学技术出版社，19994. 郭竹亭主编.汽车车身设计.吉林：吉林科学技术出版社，19925. 车身制造工艺学6. 冲压工艺手册周 次第 周第 周第 周第 周第 周应完成的内容调查研究，收集资料，翻译外文资料，撰写开题报告，初步熟悉车门总成结构熟悉CATIA软件；进行3D模型修复，完成模型曲面转接继续进行模型修复；进行工艺分析，编制冲压工艺撰写论文准备答辩指导教师：赵明慧职称： 讲师 2009年12月30日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要车门是车身结构中一个较复杂的总成, 熟悉车门结构的功能要求、结构特点和较常见的结构处理方法是车门结构设计的基础，另外，在具体的结构设计过程中正确的方法、步骤是实现合理设计的关键, 如车门总体结构的确定、附件的布置、结构的统一协调和强度、刚度、可靠性等方面都有一定的规律和要求。由于车门为大面积覆盖件，需要用整体冲压进行加工，以保证车门结构的完整性，同时在车门内外板之间添加加强梁保证车门刚度。本课题通过使用CATIA软件对车门进行3D建模设计，再制定模型冲压工艺路线，最终完成车门外板设计。关键词车门；结构；设计I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractCar body door is a more complex assembly in the body structure. Structural function requirement, specialty of structure and general handing method of structure are the basis of body door structure design. In the course of door structural design, correct method and procedure are the key points to realize rational design, such as determination of door structure outlay, arrangement of accessories, motion verification and also others as overall coordination of structure, strength, rigidity, reliability etc, all have definite rule and demand. As the door to a large area covering parts, need to process the whole press to ensure the integrity of the door structure, while in the door between the inside and outside panels to add rigidity to enhance beam to ensure the door. This issue through the use of CATIA 3D modeling software to design the door, and then stamping process to develop model route, finally completing the journey outside the board design.Keywords Car door; Structure; DesignII 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 汽车车身设计发展现状31.2.1 国外主要国家汽车车身设计发展情况31.2.2 我国汽车车身设计发展情况41.3 目前微型汽车面临的主要问题51.4 汽车车身发展趋势51.5 主要内容6第2章 车身结构与设计72.1 汽车车身72.1.1 车身简介72.1.2 车身结构及内外饰72.2 车门类型及功能要求92.2.1 车门的种类92.2.2 车门的结构112.2.3 车门的功能122.2.4 车门内的加强结构132.3 本章小结14第3章 CATIA建模153.1 CATIA简介153.2 模型分析163.3 CATIA建模163.4 本章小结20第4章 冲压工艺制定214.1 汽车覆盖件拉深成型原则214.2 汽车表面覆盖件拉深特点224.3 背门拉深工艺234.4 工艺方案制定244.4.1 冲压工艺244.4.2 冲压工序274.5 本章小结29结论31参考文献32致谢33附录1开题报告34附录2文献综述41附录3外文翻译47III章1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景汽车车身是汽车的重要组成部分，是整车零件的载体，它的质量和制造成本都占到整车的40%到60%以上。 车身设计在汽车设计中，占有极其重要的位置。在各大总成中，除发动机外，车身设计的工作量最大，最复杂，周期最长。车身作为轿车、载货车和大客车整车中的重要部分,是汽车上乘人和载货的容器,作为承载乘客的车身要求具有舒适性和安全性。近几年来，我国政府已经将汽车工业作为一项支柱产业进行发展，是我国的汽车产业有了一个蓬勃发展的春天1。车身是一个品牌的标志和象征，它代表着汽车开发的水平，在汽车开发中占有主体地位。国外汽车企业在车身开发、制造方面广泛采用最先进的设计制造技术进行全新开发和超前开发，使得车身的开发周期越来越短，创新的车型越来越多。由于车身总成占这些车型整车总质量和成本的一半左右，并代表了公司产品的品牌形象，加之对其投资的巨大，各集团公司均把车身开发放在整车开发的首要位置2。车身开发周期的长短是决定整车竞争力的大小和成本高低的关键因素。国际领先汽车集团均开发和研究的方法、先进设计与制造技术在满足汽车一般的性能要求之外，近年来特别强调要满足轻量化、防碰撞、低成本和回收再利用等社会方面的要求。同时随着能源危机的进一步深化,小型化、轻量化的汽车相继产生,又由于高速公路的建设,车速迅速提高,为减小风阻，对车身的设计工作又提出了更高的要求，同时高速带来的安全问题，在发生撞车事故时如何保证生存空间问题及车内软化问题也也引起了极大的重视3。汽车工业作为资金和技术密集的支柱产业之一，充分将信息技术和传统制造技术相结合，展现了现代设计、先进制造工艺和设备、制造业自动化、系统管理、综合集成等现代化先进制造技术。因此各个汽车厂家都围绕这安全、环保和节能三个重点在新成型审计制造中采用新能源、新材料、新工艺技术进行开发，并将这作为现代汽车生产企业的技术发展方向和重点。覆盖件成形工艺直接决定着产品能否成形和成形质量，而从车身的设计到产品投产，模具设计与制造约占2/3的时间，这成为新车型快速上这成为新车型快速上市的重要环节4。汽车车身技术已经成为汽车竞争的关键砝码，车身技术发展状况足以反映出一个国家的汽车工业水平。要是我国汽车产业赶超世界先进水平，关键是提高车身制造技术。基于国内市场竞争和国外汽车进入中国市场的压力进一步增大，在大多数汽车生产企业都将精力投放在轿车上时我国一些汽车厂家，如：通用五菱、长安、哈飞、昌河、一汽佳宝等厂家都加大了对微型汽车的关注，并且都加大了对新车型的开发研究。许多厂家都引进先进的软件生产技术对开发的产品进行设计，并且采用计算机软件仿真系统对产品进行碰撞等仿真实验，从而缩短了新产品的开发时间5。节能、环保、安全、舒适和智能化是当今世界汽车技术发展的总趋势6。其中，汽车的轻量化是节能的重要措施。减轻汽车质量对于将低油耗，节约能源，减少排放，都有现实和长远的战略意义7。研究表明，减轻汽车质量的重要途径，要减轻车重，除了优化结构外，新型材料(高强度钢板、铝镁合金板、激光拼焊板)的应用成为最主要的方法。目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术。日本丰田汽车公司将拼焊板用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性，用于外覆盖件以改善车身的外观和装配精度，用于骨架件以改善车身的防撞性和减轻车身重量。美国的三大汽车公司将拼焊板主要用于门内板、侧围、立柱、横梁等零件，在门内板中应用比例高达40%。实践证明采用拼焊板技术可减少零件数量66%，材料利用率由40%增加到65%。随着刚强度材料的大量使用和激光焊接技术的使用，对提高车身各组件的稳定性和使用性有很大帮助。并且伴随着新技术手段和制造材料的运用，更多新的加工工艺流程诞生，这有利于解决之前传统制造工艺中的缺陷和不足。为新型产品的研发提供了更多可行依据。除了上述先进的车身制造技术外，已经形成商品化的成形分析CAE软件和立体建模软件CAD，也得到了许多工业部门的重视和应用，美国的通用、福特、德国的大众、奔驰、日本的丰田、日产等大型汽车制造公司，都已开始应用板料成形分析CAE软件指导板料成形件的开发和生产，产生了很好的经济效益。随着我国汽车、飞机等工业的发展，成形分析CAE软件和立体建模软件CAD在我国的应用越来越广泛8。1.2 汽车车身设计发展现状1.2.1 国外主要国家汽车车身设计发展情况世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类微型汽车，并且取得了一定程度的进展和突破。20世纪90年代以来 ,在外形上，国外轿车车身以高流线型、大圆角的造型居多。两厢式或三厢式轿车的厢与厢之间 ,多用圆滑流畅的曲线过渡。有些车型采用了整体流线型与局部棱角型相结合的设计方法。这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱，并成为今天的车身造型主流。据统计，轿车自重每减少10%,燃油消耗可降低6%8%，出于对环保、能源和汽车安全性等问题的考虑，汽车轻量化成为国内外汽车工业发展的主要目标。要减轻车重，除了优化结构外，轻质板材的应用是未来汽车轻量化的重要方向。目前超深冲IF(无间隙原子钢Interstitial Free Steel) 钢取得重大进展和成果, 根据前人对钢板的大量研究，当前车身用新型钢板主要有:冷轧钢板、高强度钢板、表面处理钢板、高强度拼焊钢板、夹层钢板、不锈钢板等。而从保证车身碰撞安全性的角度来看,高强度钢的用量将直接决定车身轻量化的水平9。德国奥迪汽车公司与Alcoa铝业公司联合开发的奥迪A8轿车，其车身采用全铝空间框架，由挤压成形中空构件组成，这种全新的结构奥迪承载构架，降低车身质量约40%，使车身强度、刚度增加，且具有吸能作用，这种车身将成为轿车车身的发展方向。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术,激光拼焊板最显著的优点是减少了零件数量和材料消耗,降低了整车重量,简化了装配工艺,因而得到了越来越广泛的应用。近年来该项技术在全球新型钢制车身设计和制造上获得了日益广泛的应用。目前,世界知名汽车制造商奔驰、宝马、通用等相继在车身中采用了激光拼焊板技术。1.2.2 我国汽车车身设计发展情况与世界其他国家一样。微型汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着：“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑。通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关，加紧对微型汽车的研发，提高我国微型汽车发展水平。基于国内市场竞争和国外汽车进入中国市场的压力进一步增大，在大多数汽车生产企业都将精力投放在轿车上时我国一些汽车厂家，如：通用五菱、长安、哈飞、昌河、一汽佳宝等厂家都加大了对微型汽车的关注，并且都加大了对新车型的开发研究。许多厂家都引进先进的软件生产技术对开发的产品进行设计，并且采用计算机软件仿真系统对产品进行碰撞等仿真实验，从而缩短了新产品的开发开发时间10。节能、环保、安全、舒适和智能化是当今世界汽车技术发展的总趋势。其中，汽车的轻量化是节能的重要措施。减轻汽车质量对于将低油耗，节约能源，减少排放，都有现实和长远的战略意义。研究表明，减轻汽车质量的重要途径，要减轻车重，除了优化结构外，新型材料(高强度钢板、铝镁合金板、激光拼焊板)的应用成为最主要的方法。目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术11。近年来我国设计的新型微型汽车大多采用电液混合驱动方案，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大提高。2004年5月在北京召开的世界氢能大会上，我国自主研发的混合动力轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展示，引起了世界的惊赞。而车门作为汽车车身覆盖件中的重要组成部分，对汽车整体机构上的完整性有重要意义，随着汽车车身设计的不断翻新，新型的车门结构也层出不穷，如上翻式车门较传统的旋转式车门相比更具新意，并且符合现代新型汽车的要求。1.3 目前微型汽车面临的主要问题国产微型车除存在质量不稳定外，整车技术性能和基本结构方面的一些薄弱环节日渐显露，急需改进。由于汽车生产过程中加工工艺的影响使得许多汽车的平部件存在问题，这使得现在很多汽车生产厂家生产的产品不能满足汽车行驶需求。近年来，汽车设计软件发展迅速，但是由于国内的汽车生产厂家对汽车设计软件引进的比较晚，没有足够的经验，导致在零部件设计和汽车整体布置上存在着一定的缺陷。使得国产汽车的生产研发周期较长。这在很大程度上影响了汽车的发展速度。车身作为汽车生产中的大型覆盖部件，焊接技术在其生产中大量的应用。而我国多数汽车生产厂家采用传统的焊接手段，由于焊点的实际数量较多且位置不连续，为了保证实际焊点位置和节点位置相对应，就需要细化局部网格，这样使得建模和计算的工作量大大增加，且焊点位置也很难保证。此外，国产几种微型车由于底板结构单薄，本体下部太轻，整车质心偏高（大发厢式车为620mm，长安厢式车为615mm），高顶车尤其显著，同时轮距、轴距偏小等原因，整车行驶稳定性较差。高速行驶时，在5级以上风速、较滑路面条件下，出现车体漂移，不走直线；应急制动时，易出现前翻和原地打转；急转弯时发生倒翻等现象12。1.4 汽车车身发展趋势在未来汽车车身整个开发过程中，将全面采用车身虚拟开发技术。采用虚拟开发技术，可以省却许多费时耗工的实体样车制造和试验过程，及早发现解决样车性能和生产工艺过程中的问题。它在降低成本、缩短开发周期、提高开发质量方面具有极大的优势和潜力，是汽车工业竞争取胜的关键术。 随着人们对汽车环保、节能、安全和舒适的要求逐渐增高，在汽车车身设计制造中使用高强度材料已经成为当今微型汽车发展的一个重要的方面。使用高强度轻型材料可以在满足汽车安全性能时减轻汽车总重量，从而使汽车更加的节能，保证微型汽车能在当今能源危机的情况下得到更好的生存空间。也能够满足更多的消费者的需要13。最后，除了研究上述整车碰撞标准、车身轻量化、车身模态和刚度等关键技术外，还关注整车生产中的冲压、焊接、装配和性能等技术向汽车产品开发的优化，从而降低汽车产品开发的成本。1.5 主要内容随着科技的发展，人们对汽车环保、节能、安全和舒适要求的提高，使得汽车跟新换代的速度越来越快。汽车中包含的科技含量越来越高，这使得包括CATIA、UG等工程制图软件在汽车设计和仿真中广泛应用，并且在汽车制造中应用了更多的新型制造加工工艺。以下为完成老师指定的课题设计任务的设计思路及其过程:(1)查找有关车身和车门设计的结构资料，了解车身和车门设计的原则方法。(2)分析给定的车门模型，测量各部分车存数据，并根据已得到的数据进行3D建模处理。(3)制定合理的冲压工艺路线，对模型的每一步冲压工序进行分析，从而得到正确的冲压工艺方案。61 章2章 车身结构与设计 第2章 车身结构与设计2.1 汽车车身2.1.1 车身简介汽车车身包括车窗、车门、驾驶舱、乘客舱、发动机舱和行李舱等。车身的造型有厢型、鱼型、船型、流线型及楔型等几种，结构形式分单厢、两厢和三厢等类型。车身造型结构是汽车的形体语言，其设计好坏将直接影响到汽车的性能。 汽车车身既是驾驶员的工作场所，也是容纳乘客和货物的场所。 车身应对驾驶员提供便利的工作条件，对乘员提供舒适的乘坐条件，保护他们免受汽车行驶时的振动、噪声，废气的侵袭以及外界恶劣气候的影响，并保证完好无损地运载货物且装卸方便。汽车车身上的一些结构措施和设备还有助于安全行车和减轻事故的后果。 车身应保证汽车具有合理的外部形状，在汽车行驶时能有效地引导周围的气流，以减少空气阻力和燃料消耗。此外，车身还应有助于提高汽车 行驶稳定性和改善发动机的冷却条件，并保证车身内部良好的通风。汽车车身是一件精致的综合艺术品，应以其明晰的雕塑形体、优雅的装饰件和内部覆饰材料以及悦目的色彩使人获得美的感受，点缀人们的生活环境。为保证行车安全，在现代汽车上广泛采用对乘员施加约束的安全带、头枕、气囊以及汽车碰撞时防止乘员受伤的各种缓冲和包垫装置。按照运载货物的不同种类，货车车箱可以是普通栏板式结构、平台式结构、倾卸式结构、闭式车箱、气、液罐以及运输散粒货物(谷物、粉状物 等)所采用的气力吹卸专用容罐或者是适于公路、铁路、水路、航空联运和国际联运的各种标准规格的集装箱。2.1.2 车身结构及内外饰 汽车车身结构主要包括：车身壳体、车门、车窗、车前钣制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等等。在货车和专用汽车上还包括车箱和其它装备（图2-1）。 车身壳体是一切车身部件的安装基础，通常是指纵、横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的钣件共同组成的刚性空间结构。客车车身多数具有明显的骨架，而轿车车身和货车驾驶室则没有明显的骨架。车身壳体通常还包括在其上敷设的隔音、隔热、防振、防腐、密封等材料及涂层。 车门通过铰链安装在车身壳体上，其结构较复杂，是保证车身的使用性能的重要部件、钣等。这些钣制制件形成了容纳发动机、车轮等部件的空间。 图2-1 车身总体结构车身外部装饰件主要是指装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等等。散热器面罩、保险杠、灯具以及后视镜等附件亦有明显的装饰性。车身内部装饰件包括仪表板、顶篷、侧壁、座椅等表面覆饰物，以及窗帘和地毯。在轿车上广泛采用天然纤维或合成纤维的纺织品、人造革或多层复合材料、连皮泡沫塑料等表面覆饰材料；在客车上则大量采用纤维板、纸板、工程塑料板、铝板、花纹橡胶板以及复合装饰板等覆饰材料。 车身附件有：门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、风窗刮水器、风窗洗涤器、遮阳板、后视镜、拉手、点烟器、烟灰盒等。在现代汽车 上常常装有无线电收放音机和杆式天线，在有的汽车车身上还装有无线电话机、电视机或加热食品的微小炉和小型电冰箱等附属设备。 表2-1 车身内、外饰及附件分类类型外部装饰装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等内部装饰仪表板、顶篷、侧壁、座椅等表面覆饰物，以及窗帘和地毯附件门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、风窗刮水器、风窗洗涤器、遮阳板、后视镜、拉手、点烟器、烟灰盒等2.2 车门类型及功能要求2.2.1 车门的种类车门有多种类型。不同类型的车门可分为车门本体、车门附件两部分。车门本体属白车身范畴，指作为一个整体涂漆、未装备状态的钣金焊接总成，包括车门内外板、加强板和窗框等，是实现车门整体造型效果、强度、刚度及附件安装的基础框架。而附件则是为满足车门的各项功能要求，在白车身上装配的零件及总成，其中包括车门锁、铰链、限位器、玻璃、拉手、操纵钮、出风口、密封件及内外装饰件等，另外还有一些其它的在车门上装备的附件，如烟灰盒、扬声器、放物袋、限位块和行程开关等（图2-3）。 图2-3 车门结构 根据不同车型的需要车门按照开启方式、结构、旋转方式和有无窗框可分为：旋转门、折叠门、拉门、整体式车门、分开式车门、有窗框和无窗框车门等类型。从而满足不同车型的要求，来满足不同类型汽车的要求，并保证其车内通风性能，驾驶员及其成员的安全性，以及良好的视野性能（表2-2）。 表2-2 车门分类分类方式类型特点及常用车型开启方式旋转门用于大多汽车折叠门多用于客车拉门多用于轻型客车结构整体式车门刚度高、质量好、随形性好分开式车门钣金件小，材料利用率高，视野性能好。窗框有窗框车门用于大多数汽车，可为独立窗框或整体式窗框。无窗框车门敞篷车、硬顶车、运动车使用旋转方向顺开式安全性好，车门误开时不会因气流作用开门，较常用逆开式较少采用，仅为方便上、下车上开式用于轿车和轻型车的背门，也用于低矮的汽车按照老师指定的设计题目和车门在车身上的不同功用，选用上开式拉门，以保证背门开启的方便性。由于背门面积较前门大，为了保证汽车背门的刚性和外形的完整性选用整体式车门的设计方式。这样不但保证了车门与车身结构上的完整还能加大背门的强度。2.2.2 车门的结构车门本体主要由板制零件构成，也叫钣金件，钣金件由薄钢板经冲压、辊压等工艺制成，一般采取增加板料厚度，采用高强度钢板，合理设计加强筋及拉延结构等措施以使钣金件自身具有高强度、刚度14。而对车门结构的加强，除制件本身合理结构的应用外，构件的整体组合效果更为重要。对窗口部位的加强对车门本体而言，内、外板构成一个封闭的盒体结构，窗口线部位为实现玻璃升降必须提供一个通道，为非封闭结构。这一部分的刚度明显低于其它封闭结构处的刚度，易产生变形而影响玻璃升降及该处密封性。因此，一般应在该处分别对内、外板进行加强。为增强刚度，加强板一般都有横的压筋，类似“ 瓦楞板”形状。加强板与内、外板的焊接方式不同，与内板沿接触处沿周焊接，但与外板除窗口翻边处有窗口密封条装饰可焊接外，为确保外表面质量与外板下部不能用焊接方式而采用粘接。窗框与下部连接处的加强由于设置车门窗口及车门玻璃， 窗框部位的刚度明显比下部要低。另外，车门的承力点铰链、门锁均在下部， 而上部窗框在车身上没有这样的支撑点，对上部窗框的定位也不利, 为使窗框能与密封条可靠接触, 并在行车和振动时起到对玻璃的支撑保护和与门洞间的密封作用，必须使窗框具有足够的刚度。在辊压窗框结构处理上，一般应使窗框下端尽量增大连接界面并设计有较强的连接件，以便增大该部位的刚度、强度。因车门外板是车身外表面件, 中部不应该有焊点, 以免影响外观质量, 这样外板中部刚度就较差,行车时易产生振动噪声, 因此必须对外板刚度进行加强, 采取的措施有在外板内侧粘贴磁性沥清板设计加强梁,与外板柔性粘接。一般缓冲件通常采用毛毡或泡沫,双面胶带粘贴, 以起支撑作用。加强梁下部可与内板下部焊接,上部与外板加强板焊接,若结构允许也可与内板焊接,但是应该以不影响玻璃升降为原则,例如, 带有三角窗的车门在三角窗下部, 或无升降玻璃的拉门窗及旅行车背门等。另外,车门外装饰条也可设计成为加强件,也可利用外板压印及外形装饰线加强外板刚度。如对轿车侧门强度有明确的法规要求,通常在门腔内部设计纵向的管状或方形加强梁。2.2.3车门的功能车门与车窗、驾驶舱、乘客舱、发动机舱和行李舱等部件共同组成车身。车门作为汽车车身的重要组成部件，对乘客安全，汽车整体性能，行驶平稳性有重要作用。因此，对车门总成的功能要求，一方面，车门作为车身结构中的重要组成部分，其造型风格、强度、刚度、可靠性及工艺性等必须满足车身整体性能要求15，另一方面，车门开关及上下车的方便性又是车门结构首要满足的要求，而车门结构自身的视野性、安全性、密封降噪等性能，又对整个车身结构性能影响较大，也是车门功能要求的重要部分（表2-3）。表2-3 车门功能要求功能要求使用方便性1. 开关方便性：灵活、轻便、自如，有最大、中间两档开度，并能可靠限位。2. 上下车方便性：开度应足够，一般不少于60躲着开度不小于650mm。视野性1. 尽量加大车门窗口及玻璃的尺寸。2. 合理布置三角窗位置、大小、形状。可靠性安全性1. 足够的强度、刚度。不允许因变形、下沉而影响车门开关的可靠性；开关车门是不允许有振动噪声。2. 部件性能可靠、部件间不干涉。3. 撞、翻车时不能自行开门，以保证成员安全。4. 满足侧撞时对乘员的保护要求密封性雨、雪、尘不能进入车内，应具备良好的气密封性。工艺性维修性1. 易于生产制造。2. 拆装方便。2.2.4 车门内的加强结构车门本体主要有钣金件组成，钣金件由薄钢板（板厚0.7mm3mm），经冲压、辊压等工艺制成，一般采取增加板料厚度，采用高强度钢板，合理设计加强筋及拉延结构等措施以使钣金件自身具有高强度、刚度。因车门外板（图2-4）是车身外表面件，中部不应该有焊点，以免影响外观质量，这样外板中部刚度就较差，行车时易产生振动噪声，因此必须对外板刚度进行加强，采取的措施有：在外板内侧粘贴磁性沥青板；设计加强梁（图2-4），与外板柔性粘接。一般缓冲件通常采用毛毡或泡沫，双面胶带粘贴，以起支撑作用。加强梁下部可与内板下部焊接，上部与外板加强板焊接，若结构允许也可与内板焊接。另外，车门外装饰条也可设计成为加强件，也可利用外板压印及外形装饰线加强外板刚度14。由于背门为大面积覆盖件，用时为了保证其整体性和强度选用了整体式的车门结构，这样就会在车门内外板之间形成许多打的间隙，室内外板不能很好的固定在一起，并且还容易产生形变和振动。为了避免振动和形变一般在内外板之间加入一定数量的加强筋，从而能加强内外板之间的刚性，使车门整体更加稳固。图2-4汽车背门外板及加强梁 2.3 本章小结汽车车身是轿车、载货车和大客车整车中的重要部分,车身是汽车上乘人和载货的容器,乘人的容器,乘人的车身要求具有舒适性和安全性。车门直接关系到乘员操作与上下车的方便性、空气动力特性、密封性，以及噪声大小和车身造型等。车门上附件较多，开关频繁，因此对性能及可靠性要求甚高。章3章 CATIA建模 第3章 CATIA建模3.1 CATIA简介CATIA是英文ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication的缩写。是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。在70年代DassaultAviation成为了第一个用户，CATIA也应运而生。从1982年到1988年，CATIA相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA软件分为V4版本和V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX平台，V5版本应用于UNIX和Windows两种平台。V5版本的开发开始于1994年。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA 在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（end to end ）的解决方案。CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA 的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间7。CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（endtoend）的解决方案。CATIA涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。年开始重新开发全新的CATIAV5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。 3.2 模型分析车身本体主要由板制零件构成，也叫钣金件，钣金件由薄钢板经冲压、辊压等工艺制成，一般采取增加板料厚度，采用高强度钢板，合理设计加强筋及拉延结构等措施以使钣金件自身具有高强度、刚度16。车身表面覆盖件的形状复杂、尺寸大，因此一般经过数到工序才能够完成。本可以是进行汽车背门外板的建模处理，而车门是车门总成中面积较大的冲压覆盖板件，需要经过落料、拉深、修边、翻边和冲孔整形等工序才能完成。汽车背门外板作为整体式的大面积车身表面覆盖件，在进行3D建模时应对已有的模型进行修改，将模型上的出现的裂缝、重叠、断裂以及其他的一些缺陷进行修改，并将原有的模型上的各个片体进行结合处理，将原有模型组合成一个完整的背门外板模型。然后根据修复的模型进行数据采集。并且根据修复完成的模型进行冲压工艺的分析，由于背门外板为整体冲压形成的覆盖板件，其冲压工艺初步制定为：落料、拉伸、胀型、翻边、冲孔和整形。然后根据以上制定的工艺流程和测量的数据对背门外板进行模型的初步建立。3.3 CATIA建模根据车身制造中工艺顺序并根据已有的3D模型进行汽车背门外板的3D建模，首先要处理已有的模型中的缝隙、重叠等问题，然后将以后的模型进行初步的修复，使其原来未连接的片体连接在一起形成一个整体的板件，然后将板件的缺陷部分进行修正。并根据修改的模型进行模型尺寸的测量，根据得到的数据对模型进行重新的建立。其建立的具体操作为：(1)根据已有汽车背门图形（图3-1）进行测量分析，研究汽车背门整体结构和各部分的组成关系，初步制定设计图形参数，并对软件进行初步熟悉，掌握一定的操作指令。(2)对背门图形进行拆解，分析背门结构，确定背门内、外板及其铰链的位置，了解内、外板之间的接合原理，并将图中背门内板(图3-2)和背门中间的加强结构及其铰链（图2-4右）删除，保留图中的外板结构（图2-4左）。得到背门外板的模型图，然后将模型中存在的一些问题进行修复处理将已有的模型接合成一个整体模型，得到背门外板整体视图。(3)对背门外板进行片体建模，在已有的背门外板上创建与模型相垂直的平面，利用平面与模型进行相交然建立模型的的曲线，然后将在建立一条与此曲线相垂直的样条线，根据两条生成的样条线通过扫略功能建立片体，再根据模型的轮廓形状将已经生成的大片体修剪整型成背门外板的形状（图3-3）。(4)通过冲压功能对模型中凹槽进行加工，并对背门上的孔进行冲孔加工，初步完成背门外板中的冲压形状（图3-4）。(5)对完成的模型进行集合和修复，将已经建立的独立散装模型接合成一个整体模型。并对模型进行修边翻边操作，完成模型设计和绘制（图3-5）。(6)在装配设计工作界面中将背门外板、背门内板及其中间加强结构和铰链进行装配，制成汽车背门总装图（图3-6）。(7)将已经装配的背门总装图转换成工程图，并通过网格线标注出背门尺寸和定位尺寸以及焊点位置（图3-7）。图3-1背门原图 图3-2 背门内板 图3-3 绘制片体结构过程 图3-4 绘制车牌凹坑及冲车灯孔图3-5 背门外板成图图3-6 背门总装图 图3-7背门工程图3.4 本章小结CATIA系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。同过对汽车背门外板进行3D建模处理，了解到了很多关于CATIA软件的功能，并且对汽车车身有了进一步的认识，尤其是对背门的结构有了清楚的了解，对背门各部件的功能和作用以及连接方式有了新的认识。而通过软件的使用使得自己了解了更多的软件应用知识，熟练了软件中的基本功能，并且进一步学习了其它绘图软件的下关功能的使用。章4章 冲压工艺制定 第4章 冲压工艺制定汽车车身外形是由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的覆盖件焊接而成，因此对覆盖件的尺寸精度和表面质量有较高要求。车身覆盖件要求表面平滑、按线清晰，不允许有皱纹、划伤、拉毛等表面缺陷，此外还要求具有足够的刚性和尺寸稳定性17。车身表面质量的好坏取决于覆盖件拉伸的结果，而拉伸模是拉出合格覆盖件的关键。由于影响拉伸件质量的因索主要是起皱、开裂、拉毛和回弹，所以从编制冲压工艺到模具设计都必须认真考虑。模具制造完毕，在拉伸模调试过程中，还必须对拉伸件的起皱和开裂现象进行仔细分析与研究，并采取相应的措施。4.1 汽车覆盖件拉深成型原则汽车背门外板是整体式的大面积冲压覆盖件，其表面结构比较复杂，成型工序较多，在进行工艺加工的时候容易产生断裂、褶皱等缺陷，所以在进行背门外板的拉深工艺设计时，应遵循以下的设计原则：(1) 尽可能用一道拉深工序成形出覆盖件形状。因为二次拉深经常会发生拉深不完整的情况，造成覆盖件表面质量恶化。(2)覆盖件的拉深深度应尽可能平缓均匀，使各处的变形程度趋于一致。在多道工序成形时，预先要很好的考虑前后各工序间的相互协调，并保证使各个工序的成形条件达到良好状态。（3）拉深表面较为平坦的覆盖件时，其主变形方式应为胀形变形。适当地设置拉深筋、拉深槛和设计合适的压料面，以调整各个部位的材料变形流动状况，达到良好的效果。(4)覆盖件主要结构面上往往有急剧的凸凹折曲和较深的鼓包等局部形状，在形状设计时，应尽可能合理拉深成形条件的要求。在制定拉深工艺时，可以通过加大过渡区域和过渡圆角、预加工艺切口等办法，改善材料的流动和补充条件。(5)覆盖件的焊接面不允许存在皱折、回弹等质量问题，对不规则的形状只能考虑拉深出焊接面。(6)覆盖件上的孔一般应在零件拉深成形后冲出，以预防预先冲制的孔在拉深过程发生变形，如孔位于零件上不变形或变形极小的部位时，也可在零件拉深前制出。(7)覆盖件拉深的压料圈形状设计，应使材料不发生皱折、翘曲等质量问题为原则，保证压料面材料变形流动顺利。同时，压料面的形状还应保证坯料定位的稳定性、可靠性和送料、取件的方便性、安全性。(8)覆盖件在拉深工序之后，一般为翻边、修边等工序，在进行拉深工序的坯料形状尺寸和拉深工艺设计时，应充分考虑为后续翻边、修边等工序提供良好的工艺条件，包括变形条件、模型结构、零件定位、送料、取件等。(9)坯料的送进和拉深件的取出装置应安全、方便，有利于覆盖件的自动化、流水线生产。当拉深模具的内表面与坯料发生干涉时，有必要在模具内设置导向装置。4.2 汽车表面覆盖件拉深特点拉深工序是制造覆盖件的关键工序，它直接影响产品质量、材料利用率、生产效率和制造成本。覆盖件拉深具有一下特点:(1)无论覆盖件分块有多大，形状有多复杂，尽可能在一次拉深中成形出全部空间曲面形状及曲面上的棱线、筋条和凸台。否则很难保证覆盖件几何形状的一致性和表面光滑。(2)覆盖件形状复杂，深度不匀，且又不对称，压料面积小，因而需要采用拉深筋来加大进料助力；或利用拉深筋的合理布置，改善毛坯在压料圈下的流动条件，使各个区段金属流动趋于均匀，才能有效的防止起皱和拉裂。(3)覆盖件的拉深不仅要求一定的拉深力，还要求在拉深过程中具有足够的、稳定的压料力。由于覆盖件往往轮廓尺寸大，普通带气垫的单动压力机不能满足其对压料力的要求。因此，在大量生产中，覆盖件的拉深均在双动压力机上进行。(4)覆盖件的拉深要求材料的塑性好，表面质量高和尺寸精度高。碳质量分数在0.05%0.15%的低碳钢具有延伸率高（），屈强比小（），能满足复杂的、拉深变形程度很大的覆盖件的拉深工艺要求。(5)覆盖件拉深时，为减少板料与凹模和压料圈的摩擦，降低材料内应力以避免破裂和表面拉毛的现象，常需要在压料面上涂抹特质的润滑剂，它能够很好地附着在钢板表面上，并形成一层均匀的、具有相当程度、足以承受相当大的压力的润滑膜，并要求润滑剂在拉深后对钢板不产生腐蚀，并易于清洗。由于背门外板为大面积的覆盖拉深件，而且形状复杂，汽牌部位拉伸深度较深，容易产生褶皱、拉裂等工艺缺陷，所以在拉深是采用在车窗部位和车牌拉伸位置设置工艺孔和工艺切口，保证拉伸时候板件完整性1。4.3 背门拉深工艺图4-1所示为微型车背门外板，其材料为St14，料厚0.8mm。从图可以看出，该零件形状复杂，高差较大，局部成形较多，板料的变形不是单纯的拉延成形，而是存在一定程度的胀形变形，是典型的汽车覆盖件。图4-1 背门外板冲压图图4-1中的A和B处，由于车牌坑部分进行内工艺补充后，形成了零件的反成形形状，这部分形状的成形一般不能靠外部材料进行补充，只能靠该部分板料的胀形成形来实现，胀形成形深度较深，A和B处大约有50mm左右，且转角部R较小，因此在拉延成形过程中很容易出现破裂。并且车窗两侧部分拉伸机构较为复杂，所以在进行拉伸加工过程中应该在车窗玻璃位置加工工艺切口，是容易破裂的区域从变形区域内部得到材料的补充。其切口的位置应该靠近容易破裂的区域，并且切口应位于修边线以外，并且不能影响覆盖件的整体结构和形状。并在拉伸加工时应该沿其加工情况进行一次或多次拉伸从而保证加工件不会因此出现褶皱，破裂等缺陷，保证拉伸后工件的完整性。在拉伸结构位置应该设置压边圈，保证拉伸工件结构和形状的完整。综上所述，后门外板是一个结构复杂的拉伸板件，其冲压拉伸工序复杂，并且容易产生形变，褶皱，破裂等工艺缺陷。为了避免上述缺陷的产生应该在冲压过程中设置压边圈，并且加工一定数量的工艺切口和工艺孔补充拉深时板料的不足。4.4 工艺方案制定4.4.1 冲压工艺产品冲压成形工艺的确定过程，就是分析和预测板料在变形过程中可能产生的缺陷，并采取一定的措施，以消除和防止冲压缺陷，同时考虑制造能力、冲压设备、投资成本等因素。根据本零件的工艺性和本身的结构特点，结合实际生产情况，背门外板的工艺过程如下：下料；拉深；胀型冲孔；切边修边冲孔；整形翻边；修边整形冲孔。拉深工序是覆盖件冲压成形的关键工序，覆盖件的大部分形状是在此工序形成的，拉延成形的好坏将直接影响覆盖件质量。该工序一方面将成形出零件的大部分形状，同时在拉深过程中还将对坯料进行切角，减少落料模具，降低成本。拉深件在拉深过程中，其凸缘部分由于切向压应力过大，造成材料失稳，使得拉深件沿凸缘切向形成高低不平的皱纹，这种现象称为起皱。拉深件的起皱直接影响其表面质量及尺寸精度，起皱严重时，还将引起板料在拉深过程中难于通过凸模和凹模之间的间隙，增大拉深变形力，甚至拉裂。在生产中主要从改变冲压件拉深变形时的变形方式，以及受力特点出发，采用有效措施来防止起皱，具体措施如下：(1)采用压料装置;(2)采用反拉深;(3)采用拉深筋;(4)采用软模拉深;(5)采用锥形凹模。背门外板属于大面积覆盖件且要求表面平整，所以