汽车外覆盖件发动机罩翻边模具cad-cam-cae 模具设计专业毕业设计 毕业论文

第一章概述11汽车覆盖件模具的现状汽车覆盖件包括覆盖汽车发动机、底盘、构成驾驶室及车身的所有厚度3MM以下的薄钢板冲压而成的表面和内部零件，其重量占到汽车用钢材总量的50以上。汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为复杂的空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。覆盖件模具作为汽车车身生产的重要工艺装备,直接制约着汽车的质量和新车型的开发,它具有精度高、形状复杂、结构尺寸大、配合协调性要求高等特点,传统的手工设计效率低,质量不易保证。据调查统计,近年来我国引进的轿车生产线主要靠进口模具进行生产,其中汽车覆盖件模具每年约花费2亿美元。汽车覆盖件成形加工生产目前主要依靠传统经验设计来制定冲压工艺、开发相关模具，具有相当大的随意性和不确定性。目前我国已有许多企业采用模具CAD技术，并在计算机自动编程技术上取得了丰富的经验和技巧，使模具精度和生产率大为提高。汽车覆盖件包括覆盖汽车发动机、底盘、构成驾驶室及车身的所有厚度3MM以下的薄钢板冲压而成的表面和内部零件，其重量占到汽车用钢材总量的50以上。汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为复杂的空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。覆盖件模具作为汽车车身生产的重要工艺装备,直接制约着汽车的质量和新车型的开发,它具有精度高、形状复杂、结构尺寸大、配合协调性要求高等特点,传统的手工设计效率低,质量不易保证。据调查统计,近年来我国引进的轿车生产线主要靠进口模具进行生产,其中汽车覆盖件模具每年约花费2亿美元。汽车覆盖件成形加工生产目前主要依靠传统经验设计来制定冲压工艺、开发相关模具，具有相当大的随意性和不确定性。目前我国已有许多企业采用模具CAD技术，并在计算机自动编程技术上取得了丰富的经验和技巧，使模具精度和生产率大为提高。以从美国AUTODESK公司引进的AUTOCAD为代表的一批绘图软件正在模具行业中逐渐普及，计算机绘图正在逐步取代手工绘图。国内的一批大、中型企业（以汽车和家电行业为主），陆续从国外引进了相当数量的CAD系统，并配置了一些设计、分析的专用软件，取得了明显的经济效益。但是，由于多方面的原因，现在仍有许多企业还停留在手工设计模具的阶段，尽管有些单位已经甩掉了图板，实现了无图纸设计，其模具CAD工作的相当部分也只是用计算机画图（COMPUTERAIDEDDRAFT）和进行二维设计，只有极个别企业的汽车模具设计和制造能力接近国际先进水平。1989年，成都成飞汽车模具中心采用国外的CAD/CAM技术、数控加工与数控测量技术，以数字传递为主，成功地设计制造了依维柯汽车车身全套外主模型。此外，尽管国内一些拥有自主版权的软件，如上海交大国家模具CAD工程研究中心开发的冷冲模CAD系统、武汉华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC20和北京航空航天大学华正模具研究所开发的CAD/CAM系统CAXA等，解决了生产中的一些问题，但还没有得到很好的推广和使用。目前欧美推出一种新车型需要48个月，日本则只需30个月。我国在对汽车新车型，尤其是轿车车型的开发设计技术方面比较落后，其中一个重要的原因就是覆盖件模具的设计效率低。国内传统的模具设计方法已适应不了汽车工业的发展需要，而引进国外的覆盖件模具产品不仅要花费大量的外汇，而且会严重阻碍汽车产品的更新换代。要解决上述问题，就必须研究开发我国自己的模具CAD技术。同时引进国外先进的通用造型软件进行二次开发无疑是一种必要而又有效的手段。12汽车覆盖件模具的发展趋势模具技术是制造业中发展最快的技术之一，其特点是数量很大，批量极小，换代非常快。从理论上说，它是CAD技术最能发挥优越性的领域。目前在模具CAD技术的发展方面存在着以下几种趋势1、模具CAD的参数化参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。2、模具CAD的智能化冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。同手工设计一样，在利用通用CAD软件包括新型集成化CAD软件进行覆盖件模具设计时，在很大程度上必须依赖于模具专家的干预。为了实现模具结构设计的自动化，减少对模具专家的依赖性，必须开发专用的汽车覆盖件模具结构设计智能化软件，把总结出来的以往设计、制造中的成功经验应用到模具设计中去，形成计算机里的知识库和智能库，生成专家系统，从而使CAD系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的汽车覆盖件模具，这也就是所谓的模具CAD的智能化。智能CAD以人类思维的认识理论为基础，将设计人员擅长的逻辑判断、综合推理、形象思维能力与计算机的高速、精确计算能力相结合，从而使CAD系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的冲压件模具。3、模具CAD的一体化模具CAD的一体化就是从传统的设计方式向CAD/CAE/CAM一体化方向发展。模具设计过程是一个信息处理、交换流通和管理的过程，采用弹塑性大变形有限元模拟技术可以分析材料的塑性成形过程，提高工艺分析和模具CAD/CAM系统的功能，有利于创造更高级的CAD/CAM系统，因而，CAD/CAE/CAM一体化能够对设计和制造过程中信息的产生、转换、存储、流通管理进行分析和控制，将它们有机地“集成”在一起，这样有利于取得最佳效益。4、模具CAD的专业化未来的模具CAD将走向更加专业化的道路。一些通用的软件由于其功能繁多，专业性较差，已不能满足大型模具CAD的需要。更好的方法是软件公司与专业模具厂密切合作，开发专用性很强的模具CAD软件，如美国PTC软件公司与日本TOYOTA汽车公司在PRO/E软件基础上开发的模具型面设计模块PRO/DIEFACE等，这也是模具CAD的一个发展方向。对于国内的模具厂家来说，在引进国外先进CAD软件如UG、PRO/E等的基础上，利用二次开发技术，针对本部门产品的特点，开发专用的模具CAD系统是一条可行和经济之路。从现在来看，以后的模具加工会往自动化、智能化、专业化发展，由计算机辅助制图，再运用数控加工的一个过程已成为必然。哪个国家或企业能掌握最为先进的CAD技术，那它就能成为模具行业的领头人。我国目前模具CAD的成果并不十分显著，尤其是在汽车覆盖件模具CAD技术应用方面，这项技术的巨大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率，这需要我们努力去改善它。13翻边模具类型根据翻边凸模或翻边凹模的运动方向及其特点，翻边模主要有以下几类）垂直翻边模。凸模或凹模作垂直方向运动，其结构简单。）凹模单面向内作水平或倾斜方向运动的斜楔翻边模。翻边后制件能够取出，因此凸模是整体的。）凹模对称的两面向外作水平或倾斜方向运动的斜楔翻边模。翻边后制件能够取出。）凹模对称的两面向内作水平或倾斜方向运动的斜楔模。翻遍后制件包在凸模上，无法取出，必须将凸模做成活动可分的，翻边时将凸模扩张成翻边翻边形状。这类冲模的结构比较复杂。）凹模三面或封闭向内作水平或倾斜方向运动的翻边模。翻边之后制件包在凸模上，无法取出，必须将凸模做成活动可分的，翻边时将凸模扩张成翻边形状。这类冲模的结构就更复杂。）覆盖件窗口封闭向外翻边的斜楔翻边模。翻边后制件包在凸模上，无法取出。必须将凸模做成活动可分的，翻边时缩小成翻边形状，而翻边凹模是扩张向外翻边的。这类翻边模是最复杂的。第二章翻边工艺分析21对工件的数学建模图21车模的点云图对汽车泥模用三坐标扫描仪进行扫描，得到车模的点云文件，运用CATIA软件的数字外形编辑器模块对点云文件进行过滤，减少铺面时的计算量。图22对点云文件的过滤对所得的过滤点云文件进行铺面，得到实体车模。图23铺面运用所截取的平面，绘制虚线，并设定曲率，以保证得到的模型的圆滑度。图24截取平面图25绘制虚线将虚线转变为实线，运用多截面曲面创建实际曲面。图26转变为实线将得到的工件修整，得到工件造型，与实际工件的比列为110图27工件图22翻边工艺分析图28翻边工艺设定该工件采用3面垂直翻边，一面斜楔翻边，一步实现翻边，此零件满足后道工序同内覆盖件的装配，且起模可实现性得到确认。由于从两套模具转入一套模具，自动化和设备利用率得到了提高，生产效率也得到提高。从图中看，有三条相接的外延翻边必须翻折。这三条边处于同一水平面上，这个平面是发动机罩装配时与车身的贴合面，因此要求三条边翻折后仍然要在同一水平面，三条边本身翻折要做到平滑、顺畅，并且没有波状起伏。这样才能保证发动机罩装车时能够均与贴合。三条外延边相互衔接处是圆弧过渡的，在圆弧外延翻边向内翻折必然会带来材料的堆积问题，处理不好必然会在弯角处出现材料褶皱。同时，根据车身装配工艺技术要求，在弯角处要安装一些小零件，要求弯角处要做的基本平滑，尽量避免褶皱。由于发动机罩安装在车身驾驶室的前方，为了保证整车的外观造型，三条外延边的翻折线必须做的平直流畅，棱角分明。发动机罩的冲压成型面在外延实施翻边的过程中不允许有任何变形机损伤。1）平面外缘翻边根据翻边性质不同，平面外缘翻边分内凹曲线和外凸曲线的翻边两种，如图29。当翻边轮廓曲线变为直线时，就成为弯曲变形。图29平面外缘翻边图210内凹曲线翻边（1）内凹曲线翻边内凹曲线的翻边与孔的翻边类似，凸缘内产生拉应力而易于破裂，属于伸长类翻边。其翻边系数可由下式确定KRR中的符号见图210。当翻边曲线的夹角150时，可按圆孔翻边确定坯料尺寸。当15060时，为了得到一致的翻边高度，已不能按曲率半径确定坯料尺寸。实验表明，随着翻边系数的减小，曲率半径及角度增大，此时需对坯料进行修正。（2）外缘曲线翻边外凸曲线的翻边变形类似于不用压边圈的浅拉伸，在翻边的凸缘内产生压应力，易于起皱，属于压缩类翻边。其应变分布及大小决定于工件的形状。翻边系数拥下式表示KRRR为坯料曲率半径，R为翻边线的曲率半径伸长类翻边的设计原则（1）翻边后零件的形状决定于凸模尺寸，所以凸模曲率半径RP与圆角半径RP应等于零件的相应尺寸；（2）为防止坯料侧壁起皱，提高零件质量，应取凸、凹模单边间隙值等于或略小于料厚。同时应使凹模与模座之间固定可靠以保证间隙不变；（3）当凹模曲率半径大于凸模曲率半径时，可有效地降低圆弧部分切向应变的数值；4要注意冲压方向。对于对称零件，应使坯料或零件的对称轴线与凸模轴线重合。对于不对称的零件，应使成形后的零件在模具中的位置保证两边直线部分与凸模轴线所成的角度相同，如果不相同，则可能出现侧变力。压缩类翻边设计原则（1）零件的形状决定于凸模尺寸。因此应使凸模尺寸于相应的零件尺寸相等；（2）凹模曲率半径尽管于零件形状无关，但对坯料的变形有一定的影响；模具应保证一定的刚度，以防止模具间出现间隙（3）模具设计的过程中也应注意冲压方向。确认典型零件后以下是对发动机罩板模具机构的一系列结构设计。23翻边模具结构设计231翻边模具的扩张机构首先必须确定发动机罩翻边时的工作状态以及翻边后如何方便取出，考虑到内支撑块工作时将受到机罩翻边工作状态的影响和翻边发动机罩自翻边总成油缸的巨大推力，我们设计了可自锁的开花机构。图211翻边扩张覆盖件向内的翻边一般都是沿着覆盖件的轮廓，翻边加工结束后翻边件包在凸模上无法取出，必须将凸模做成互动可分的。在压力机滑块行程向下翻边以前，利用斜楔的作用将缩着的翻边凸模扩张成翻边状态后即停止工作，在压力机滑块继续向下时翻边凹模开始翻边。翻边以后凹模在上模的带动下回程，然后翻边凸模在弹簧的作用下复位，取出翻边件。翻边机构的扩张行程以能够取出翻边件为准，这种机构称为翻边凸模的扩张机构，俗称翻边凸模开花机构。232翻边件的摆放位置和定位方式通常汽车覆盖件翻边成形时，修边件多数是水平放置的。对于水平或倾斜方向的翻边，修边件通常是开口朝下放在翻边模上，这样可以在翻边模上很容易布置斜楔机构。在垂直翻边中，通常用修边件的侧壁、外形和本身孔定位。在斜楔翻边模中，通常使用修边件的内侧壁初定位，然后靠压料板将修边件压紧在翻边凸模上，再进行翻边。如果修边件上本身有孔，则用自身孔来定位。针对此原则，考虑到车型本身以及模具结构，故选用修边件水平放置，修边件开口朝下，靠型面初定位，然后用压料板将翻边件压紧在凸模上的方式来定位。图212翻边定位233翻边时的压料拉伸工艺中的压料主要是为了改善毛坯的变形条件，而翻边工序中的压料主要是为了使修边件在翻边过程中不产生位置的移动，拉伸时是在毛坯的外部压料，压料圈的下表面型面要和凹模上表面压料面相一致；而翻边时是在修边件的内部型面上压料，压料板的型面要和修边件的相应部位型面相一致。考虑压料的稳定性和降低成本，压料的压料部分一般靠近翻边轮廓部位和中间的几条压料带，而不是整个修边件上压料。所以压料板的压料部位要按工艺模型研配，不压料的部位可以不加工甚至挖空。图213翻边压料234翻边模的导向导向零件是汽车覆盖件冲模的重要零件，对模具的精度、覆盖件的精度、模具的寿命都有很大影响。由于汽车覆盖件一般不是轴对称的，在左右方向或前后方向也不是对称的形状，冲压过程中必然存在侧向力，有的情况下这种侧向力还是很大的，所以，要求冲模的导向必须能承受较大的侧向力。根据加工内容的不同，模具对导向精度和导向刚度的要求也不同，模具的导向形式也不同。单动拉深模和双动拉深模的导向方式也不同。由于导柱、导套的导向方式所能承受的侧向力有限，只在侧向力较小的零件和工序中采用汽车覆盖件冲模中还经常采用导板导向、导块导向、背靠块导向及组合导向等导向方式。根据翻边过程中的翻边力的大小和侧向力的大小，翻边模的导向可选用导柱导套导向、导板导向、导块导向等多种导向方式。当修边件不太大时，侧向力较小时，可选用两个或四个导柱导套导向。若翻边时的侧向力较大，选用导块导向或背靠块导向，还可以辅以导柱导向。本次设计中的导向方式选择导柱导套导向，结构简单，制造方便。图214翻边模导向235翻边模的出件制件包在翻边凸模上，退料时需要需要推动翻起的竖边，因此必须各处同时退，否则会造成退料后制件的变形。当制件厚度较小时，还需要在凸模上增加顶出机构。用斜楔模进行翻边时，若翻边件形成向内包容的空间性则必须考虑零件从模具中的取出问题，在模具中设计退件机构。在斜楔模中常用的退件机构有用气缸直接退件器；退件器与活动定位装置连接在气缸上，顶出制件；退件器固定在活动定位装置上，退出制件；使用双斜楔进行退件。本次设计采用凸模自锁机构退件器与活动定位装置连接在气缸上，顶出制件。图215顶出装置236设备的选择选择翻边冲压设备时，首先选择设备的台面尺寸。因为翻边时所需要的翻边力相对不太大，一般只要设备的台面尺寸能够安装模具，设备的能力就能满足翻边要求,可以不进行翻边力的计算。由于此模具采用斜楔机构，故在保证型面尺寸小于台面尺寸的前提下，压力机完全满足冲边力的大小。以下是此模具选用的压床参数1压床型号E4S600MBC2最大装模高度1400最小装模高度7003下台面大小37002200上滑块大小37002200第三章斜楔机构的设计冲压加工一般为垂直方向，即滑块带动上模作垂直方向的运动，完成加工动作。而当制件的加工方向必须是水平或倾斜方向时，就需要采用通过斜楔机构把滑块的垂直运动改变成模具工作部件的水平方向或倾斜方向的运动的斜楔模。在汽车覆盖件冲压工艺中，斜楔模常用于修边、翻边、切口、弯曲、冲孔等工艺。31斜楔机构与斜楔图如图1示，这是一种常见的斜楔机构，它主要由斜楔传动器（简称斜楔）3、斜楔滑块（简称滑块）2、防磨板1、复位组件（4、5、6、7、8、9、10、11）等组成。当斜楔3随上模向下运动时，与滑块2接触并迫使其沿着水平方向向左运动，完成水平方向的加工动作；当斜楔回程向上运动时，滑块在螺栓4、弹簧6等复位部件的作用下沿水平方向向右运动，复位到原来的状态。图2为斜楔机构的运动示意图。图中所示角为斜楔传动器倾角，角为斜楔滑块倾角，角为斜楔滑块运动方向与斜楔传动器竖直运动方向所成的角度。一般来说，根据滑块的运动方向可将斜楔机构分为三种。滑块作水平方向运动的称为水平运动斜楔机构，适用于加工方向为80100，即加工方向为水平方向向上倾斜10和向下倾斜10的范围；滑块作向下倾斜运动的称为正向倾斜斜楔机构（一般80）；滑块向上倾斜运动的称为反向倾斜斜楔机构（一般100105）。反映斜楔与滑块之间运动关系的图称为斜楔图，它是设计斜楔机构的必须基础。图3为斜楔图，图中角为斜楔倾角，角为滑块倾角，角为滑块运动方向与斜楔竖直运动方向所成的角度，S1为斜楔开始与滑块接触运动至下止点的距离，S为滑块行程或滑块移动距离。斜楔图的作法是首先根据加工工艺确定行程S，并给定斜楔倾角，滑块倾角和滑块移动方向角。然后，取竖直直线XM，在其上去O点，由O点沿滑块移动方向（即与OX成角方向）作直线取OAS，由A点作OAB交OX与B点。则B点即为斜楔与滑块开始接触点。斜楔与滑块接触前必须与后挡板预先有不小于25MM的导向量，并由此决定后挡板与斜楔开始导向点C。本次设计的斜楔机构斜楔倾角55，滑块倾角60，滑块移动方向角65，行程S15MM。图31斜楔行程图上图为此覆盖件的行程图线。一开始导柱开始接触，当其向下行程为110MM，下模的滑块接触并带动凸模扩张机构开始运动，当滑块行程达到30MM时，扩张机构结束，此时凸模镶块达到翻边工作位置。滑块继续下行35MM，此时压料板压料，另一滑块接触斜楔翻边行程开始翻边。上模继续下行，斜楔在滑块的带动下，完成最后15MM的行程的前端翻边，同时其他三面也完成三面垂直翻边。翻边动作完成。随后上模面在压力机的带动下上行，在弹簧的作用下斜楔复位，凸模扩张机构开始收缩复位。此时凸模前端镶块退出翻边件，该翻边件可以顺利取出。32斜楔受力分析设计斜楔模时，设备的压力、模具的强度和刚度、斜楔机构复位弹簧力等的确定，都必须以斜楔机构的受力分析为基础。斜楔机构完成加工工艺所需的加工压力，主要包括冲压力、卸料力，复位机构的弹簧力等。所谓冲压力是指完成冲压加工所需的工艺力，如冲裁力、弯曲力、成形力等。卸料力是指弹簧卸料板的卸料力或衬垫的出件力等。而斜楔滑块复位机构的弹簧力是指复位弹簧和辅助复位橡皮等的压缩力。因此加工力是根据加工工艺的要求及具体结构确定的，是斜楔机构设计及选择设备等的重要依据。图32水平斜楔机构1、此水平斜楔机构用于该翻边覆盖件凸模扩张机构。下面对其进行受力分析。斜楔与滑块间的垂直力分力FPE滑块与下模座间的垂直分力FP斜楔力FT斜楔与后挡板间的正压力FGFFPEF/COS，FPFTAN，FTFPFTAN由已知压力机FT8000N，45，求得FTFP6000N，FF/TAN6000/TAN458000N该压力等同于压力机FT克服凸块自身重力推动分离凸块到达工作位置符合要求2、根据翻边模实验测得，板与内板沿周边压实，所需线大约为120KG/CM，而发动机罩翻边仅需将其外延向内腔翻折150左右，大约为70KG/CM。由发动机罩零件图可知，需要翻折的三条边有两条是对称的，长约930MM，另外一条长约1000MM，对于930MM长的边，所需翻边力为93C70KG/CM6150KG；对于1000MM长的边，所需的翻边力为10070/CM7000KG；6150，7000凸。42镶件的分块镶块分块原则1）小圆弧部分单独作为一块，结合面距切点510MM。大圆弧、长直线可以分成好几块，结合面与刃口垂直，并且不宜过长，一般取1215MM。2）在进行凸、凹模刃口的分块时，要使相邻的凸模刃口镶件之间的结合面与相邻的凹模刃口镶件之间的结合面互相错开510MM。在布置翻边凹模镶块时，各镶块的结合面不要分在凸形的向内翻边处。这种部位的毛坯属于压缩类翻边，材料在成形过程中厚度增加后会挤入结合面的接缝中，使翻边件表面出现划痕，加快镶件的磨损。而应将易于磨损的区域集中在一块镶件上，便于维修和更换。43凸、凹模镶件尺寸翻边凸、凹模镶件的尺寸，参考修边刃口的结构尺寸比列。同时还要注意1）翻边凸模镶件的形状尺寸，在保证镶件的强度和刚度的同时，要保证凹模镶件离开后，能够顺利取出翻边件。2）翻边凹模镶件的前端形状尺寸要考虑到翻边部分毛坯的变形特点进行设计。3）在交接部位的翻边凹模镶件的形状，要使另一翻边方向的凹模镶件有足够的运动空间。44凸模镶件的交接当翻边轮廓是连续的，如外缘轮廓形状的翻边、窗口封闭内形的翻边等，一般由一个方向运动来完成翻边是不可能的，而是由两个或两个以上不同的运动方向的翻边镶件进行翻边，就需要考虑不同方向运动的凹模镶件的交接问题。轮廓形状翻边时，拐角处的材料在切向受压产生压缩变形，一般不在此处设单独的凹模镶件，而在此处设成交接区。翻边凹模镶件的交接处通常采用空开法或重复法两种处理方法。空开法是在冲模处于闭合状态（翻边终了）时，各不同运动方向的凹模镶件在交接处留有空隙（1MM）。采用这种方法时，为了避免翻边件交接处形成积瘤，必须在修边件相应部位预先冲成缺口。重复法是在交接处两个不同运动方向的凹模镶件先后进行重复翻边，这种方法可以获得完整的周边翻边形状。第五章造型过程51总体造型过程建模的方法有三种形式线框形式、三维曲面形式、实体模型形式。线框形式这种形式利用线条的形式将三维几何模型搭建起来，但不包括任何的表面积、体积的信息，例如AUTODESK,AUTOCAD中的三维线框模型。三维曲面形式这种形式能够建立具有一定轮廓的几何外形，但它只相当于物体表面的外形，不具备任何质量信息，例如3DSTUDIOMAX，RHINO中的三维曲面。实体模型形式这种形式是真正意义上的几何形状，不仅有表面形状，而且还能表现处实体特性，它完整地定义了三维实体。如CATIA，PRO/ENGINEER等。CATIA是一个实体建模器，它能将模型建成实体并且允许用户在三维的环境中设计。用CATIA所建立模具有体积和表面积，因此用户可以由创建的几何设计来计算出质量特征。在CATIA中用户应掌握零部件设计，装配件设计，创成式设计和自由曲面设计等。52CATIA概述CATIA是由法国著名飞机制造公司达索（DASSAULT）公司开发并由IBM公司负责销售的CAD/CAM/CAE/PDM集成化的应用系统，在世界CAD/CAM/CAE领域中处于领先地位。CATIA起源于航空工业，被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器以及消费品行业，它的集成化解决方案基本上覆盖所有的产品设计与制造领域，能较好的满足工业领域中各类大、中、小型企业的数字化设计需要。目前在中国由IBM公司代理销售。CATIA软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。CATIA的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次BEZIER曲线曲面功能，次数能达到15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。这次设计主要用了机械设计模块中的零部件设计、装配件设计、工程制图、边框与曲线；形状模块中的自由曲面设计、数字编辑器、创成式设计。其中零部件设计模块提供混合造型方法，允许设计者使用多种造型方法,如拉伸、除料、肋板、倒角，还可以结合灵活的布尔运算。装配设计模块通过使用自顶向下和自底向上的方法管理图层，可真正实现装配设计和单个零件设计之间的并向工程。装配设计时需设立同心、接触、角度、平移、固定等机械设计约束关系，然后利用敏捷移动可以很方便直观地将零件放到指定位置。设计者还可以重新设定产品结构，动态地把零件放到指定位置，并进行干涉和缝隙的检验。系统还提供了各种高效工作方式，如自动爆炸视图的生成，高级装配特征等，节省设计时间，提高设计质量。工程制图模块可以将3D零件或装配件生成相关联的标准视图、投影图、断面图、区域详图等2D图纸。边框与曲线模块可在设计的初步阶段创建线架模型的结构元素。曲线可创建直线、圆弧、云线、圆角、螺旋线；曲面包括拉伸、旋转、平移、延伸、扫掠等。自由曲面造型设计模块通过草图或数字化的数据，设计人员可以高效创建3D曲线和曲面，可以在保证连续性规范的同时调整设计，使之符合审美要求和质量要求。该模块也提供曲面的修改，用户可以很容易地裁剪曲线和曲面。创成式曲面设计帮助设计者在线架、多种曲面特征的基础上，进行零部件的设计，包括曲面的分割、修补、桥接、边界析取等。该模块基于高级的智能化工具，允许用户进行快速的外形修改操作，以减少设计时间。53具体建模过程选择凹模镶块作为介绍建模的过程，首先是型面的建立。在得到曲面的形状后，运用创成式设计模块中的拉伸和扫掠创建曲面，注意设立好轮廓线和引导线。图51扫掠图逐步操作后得到大致型面。然后对各个单独的扫掠曲面进行修复和缝补，使他们形成一个整体曲面，以便于在分割时系统由于曲面过多，无法计算出分割的形状。图52对扫掠的修复对造型所得的型面进行分割得到最后的型面，注意是选择那一个方向作为保留方向。图53对修复件的分割设立一个草绘平面，使其和制作的型面成切向并在其下方100MM，用三维投影工具把做好的型面投影到设立的草绘面上，在对各个线条进行分割，使其能独立存在，注意必须保证投影图形是封闭的，以便下一个环节的拉伸能顺利进行。图54工件的投影图拉伸绘制好的草图并选择直到曲面的选项，曲面就选择做好的型面。得到凹模型块的造型。图55对工件的拉伸用拉伸凹槽工具对凹模镶块进行修饰，中间掏空，减轻其自重和加工面积。图56对工件的去除材料第六章数控加工61POWERMILL概述本次CAM设计部分需用POWERMILL软件来加工，POWERMILL是当今世界领先的CAM应用软件，是DELCAM公司开发的加工制造模块。POWERMILL也可以通过IGES、VDA、STL和多种中用接口来接受任何来自CAD系统的数据文件，也可以直接读取POWERSHAPE数据文件，这些数据文件可以包含曲面造型三角面等数据信息。POWERMILL功能强大，能快速准确的进行刀路计算，是CNC数控机床的加工效率最大限度地发挥作用。另外POWERMILL的全程自动防过切和裁剪等功能既能大幅度提高数控编程加工效率，又能确保生产出高质量的模具零件。POWERMILL加工策略的基本特点是，尽可能的保证刀具负荷的稳定，从而最大限度地延长刀具的使用寿命；尽可能的减少任何切削方向的突然变化，从而尽可能地减少切削速度的降低。要满足上述条件，在粗加工中就必须使用偏置加工策略，而不是传统的平行加工策略。在可能的情况下，都必须从工件的中心开始向外加工，以尽量减少全刀宽切削。粗加工时最好用顺铣，因为使用顺铣可以减少刀具的磨损。尽管这种加工方法有许多不必要的刀具空程运动，但此时切削移动速度提高了，弥补了不足。在切削厚度小于03MM时，在精加工过程中可安全地使用顺铣和逆铣来进行加工。切入和切出工件时，无论使粗加工还是精加工，刀具都必须使用圆弧切入后切出工件。尽量避免垂直下刀直接接触工件表面，因为这样会降低切削速度，还会在工件表面留下许多刀痕。切削角落是，刀具半径应小于角落半径，以保证最大接触距离小于切削刀具周成的30。这样可使刀具得到充足的冷却，同时保证刀具入角落时负荷的突然增加。对于大多数复杂工件来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可以避免平行策略和偏置策略中频繁出现的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。62POWERMILL使用流程文件格式说明IGSIGES图文件CUT刀具路径文件STLRP三角形PIC边界、参考线线条文件DMT旧的PM模型文件PSF旧的PM项目TTRTRI旧的PM模型文件TAPNC程序文件DGKPS和PM模型文件输入输出开启模型IGS需经由PSEXCHANGE转换STLDMTTTRDGK直接接口PROE,UG,CATIA,CIMATRON）刀具路径其他CUTPSFPIC5插入项目POWERMILL模型毛坯边界内定为坯料刀具机械参数F,S,提刀,公差,留料等加工方式路径确认输出1保存模型DGKDMT2路径输出TAPCUTPIC3输出线条边界，参考线PIC4以项目的形式保存保存路径,边界,参考线63刀具加工参数的设定及刀具轨迹首先设定坐标系，建立毛坯，毛坯可选自动生成的长方体毛坯。图61毛坯的设定刀具的设定，选择端铣刀。图62刀具的设定加工方式的选择，选择平行区域加工。图63加工方式的选择加工时进给量，转速，下切量的设定。图64加工参数的设定刀具轨迹的生成。图65刀具轨迹64NC代码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第七章计算机模拟分析71计算机模拟的前景展望采用计算机进行覆盖件冲压成形过程的模拟，使从事覆盖件冲压的工程技术人员在进行设计制造冲压模具之前就可以在模拟的环境中对准备实行的冲压工艺和模具进行考查和验证，帮助技术人员发现一些考虑不周的问题，进行修改，把一些大的问题在设计阶段就能消除，从而可以提高设计的可靠性，减少模具制造中的问题，缩短生产准备的周期。虽然目前的软件中，还需要大量的工程技术人员的实际经验来设计专家系统，但随着模拟软件的不断发展，专家系统会越来越完善，系统中考虑到的实际问题会越来越多，智能化功能会越来越强，从而使软件系统能在较大程度上进行自动采取一些对策，处理一些模拟过程中出现的问题，进一步减少人工干预，可以很简单的应用。相信在不久的将来，汽车覆盖件冲压成形过程中的计算机模拟可以得到较大的发展，由工程技术人员将自己的产品开发构思输入计算机，在设计中对产品结构、冲压工艺、模具结构冲压条件、材料要求等各个阶段都进行优化设计，再将有关数据传送给模具制造系统，实现汽车覆盖件开发的SIMS系统。72AUTOFORM概述AUTOFORM工程有限公司包括瑞士研发与全球市场中心和德国工业应用与技术支持中心，其研发和应用的阶段主要有1991年实现自适应精化ADAPTIVEREFINEMENT网格；1992年采用隐式算法IMPLICITCODE并与1993年开发出板成形模拟分析的专用软件；1994年实现对CAD数据的自动网格划分；1995年开始工业应用；1996年实现对CAD数据的自动倒园AUTOMATICFILLETING；1997年采用ONESTEP一步成形代码实现工艺补充面ADDENDUM的自动设计；1998年实现压料面BINDER的自动生成；2000年实现快速交互式模具设计。它是专门针对汽车工业和金属成形工业中的板料成形而开发和优化的，用于优化工艺方案和进行复杂型面的模具设计，约90的全球汽车制造商和100多家全球汽车模具制造商和冲压件供应商都使用它来进行产品开发、工艺规划和模具研发，其目标是解决“零件可制造性PARTFEASIBILITY、模具设计DIEDESIGN、可视化调试VIRTUALTRYOUT”。它将来自世界范围内的许多汽车制造商和供应商的广泛的诀窍和经验融入其中，并采取用户需求驱动的开发策略，以保证提供最新的技术。73AUTOFORM的特点1它提供从产品的概念设计直至最后的模具设计的一个完整的解决方案，其主要模块有USERINTERFACE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，支持WINDOWS和UNIX操作系统。2特别适合于复杂的深拉延和拉伸成形模的设计，冲压工艺和模面设计的验证，成形参数的优化，材料与润滑剂消耗的最小化，新板料如拼焊板、复合板的评估和优化。3快速易用、有效、鲁棒ROBUST和可靠最新的隐式增量有限元迭代求解技术不需人工加速模拟过程，与显式算法相比能在更短的时间里得出结果；其增量算法比反向算法有更加精确的结果，且使在FLC失效分