汽車前罩蓋和拉延模具設(shè)計(jì)說明

1、.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板曲面逆向重構(gòu)及拉延模設(shè)計(jì).摘要汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和逆向工程是現(xiàn)代汽車行業(yè)中比較熱門的研究領(lǐng)域。 本文以南京菲亞特派朗汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板作為研究對(duì)象， 進(jìn)行了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板逆向曲面重構(gòu)及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板拉延模具設(shè)計(jì)。本文對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板利用三維激光掃描儀進(jìn)行三維坐標(biāo)測量得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)， 對(duì)所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)使用逆向工程軟件 CATIA進(jìn)行預(yù)處理。包括點(diǎn)云的過濾、修剪、補(bǔ)洞、形成三角網(wǎng)格等；用 CATIA軟件對(duì)其進(jìn)行逆向曲面重構(gòu)， 得到重構(gòu)出的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板曲面；以重構(gòu)出的曲面為基礎(chǔ)， 設(shè)計(jì)出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板的拉延模具結(jié)構(gòu)外形， 在 CATIA軟件中做出凸模、凹模和壓料圈等結(jié)構(gòu)； 并對(duì)拉

2、延模具進(jìn)行有關(guān)的工藝計(jì)算和參數(shù)確定。最終，做出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板的加工動(dòng)畫。關(guān)鍵詞： 汽車覆蓋件；逆向工程；曲面重構(gòu)；拉延模具.ABSTRACTAutomotive panel die design and the reverse engineering are the modernautomobileindustryin the hot research field.In thispaper, weas the car enginehood outer panel of Nanjing Fiat Perla to study, carried out the car engine hood o

3、uter panel surface reverse remodeling and car hood cover mold design.Inthis thesis, we use the Three-dimensional toscan thecar engine hood outerpanel,and we achieve thepoint cloud. Then we choose CATIA, which isa high-classsoftware of Inverse Engineering, to process the data. Next, its the processin

4、gof the pointcloud and surface reconstruction. As the surfacefinished,the drawingdies need to be modeled;To meet the challenge, we construct them by the softwareof CATIA. There are three parts in the drawing dies, which are punch, die andblank-holder,and drawingdie for the calculation.Finally,makea

5、car hood outerpanel machining simulation.Keywords: Automobile Panels, Inverse Engineering, Surface Reconstruction, Drawing Dies.目錄第一章緒論 . .11.課題研究的內(nèi)容及意義 .12.逆向工程及其發(fā)展?fàn)顩r .13.汽車覆蓋件的含義及特點(diǎn) .24.汽車覆蓋件國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .34.1國外研究現(xiàn)狀與分析 . .34.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀與分析 . .35.現(xiàn)代模具工業(yè)發(fā)展趨勢 .46.課題研究技術(shù)路線 .4第二章發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理 . .51.發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)

6、據(jù)的采集 .51.1三維激光掃描儀介紹 . .51.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取 . .52.數(shù)據(jù)點(diǎn)云的編輯處理 .62.1點(diǎn)云導(dǎo)入 . .62.2點(diǎn)云過濾 . .62.3點(diǎn)云修剪 . .62.4建立三角網(wǎng)格 . .72.5補(bǔ)洞 . .7第三章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板的曲面重構(gòu) . .101.CATIA 的逆向曲面重構(gòu) . .101.1由曲線構(gòu)造曲面 . .101.2由曲面派生曲面 . .112.外板的曲面重構(gòu) .11第四章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板拉延模設(shè)計(jì) . .151.拉延模具概述 .152.拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .153.工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì) .16.4.凸模和凹模的圓角設(shè)計(jì) .175.凸模和凹模的間隙設(shè)計(jì) .186.凸模、凹

7、模、壓邊圈的設(shè)計(jì) .187.拉延模具主要零部件設(shè)置 .187.1模具的標(biāo)準(zhǔn)化 .187.2導(dǎo)向裝置 . .187.3卸料裝置 . .19第五章拉延模實(shí)體建模 . .20第六章拉延模具的工藝計(jì)算及主要參數(shù)確定 . .261.毛坯尺寸的確定 .262.計(jì)算拉深工序的力 .263.壓力機(jī)噸位的選擇及拉深功計(jì)算 .273.1壓力機(jī)噸位計(jì)算與壓力機(jī)的選擇 . .273.2拉深功的計(jì)算 . .28第七章結(jié)論 . .30致 謝 . .31參考文獻(xiàn) . .32.1 。覆蓋件工藝設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技.第一章緒論1. 課題研究的內(nèi)容及意義汽車工業(yè)的迅速發(fā)展， 車型的快速更新?lián)Q代， 要求汽車制造商能夠在很短的時(shí)問內(nèi)研究、

8、開發(fā)并制造出高質(zhì)量的汽車。近年來， 國內(nèi)外各大汽車制造企業(yè)都將車身外形的設(shè)計(jì)和制造能力作為衡量汽車， 特別是轎車車型開發(fā)水平的重要標(biāo)志， 而覆蓋件模具正是車身生產(chǎn)的主要工藝裝備。 為此，世界各國均投入了大量的人力和財(cái)力開展汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)及其制造技術(shù)的研究與開發(fā)，解決模具設(shè)計(jì)及制造過程中的“ TQCS”問題 ( T-Tirne- 較短的交貨期， Q-Quaity- 較高的質(zhì)量， C-Cost- 較低的成本， S-Service-較好的用戶服務(wù) ) 。工藝設(shè)計(jì)是聯(lián)接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的橋梁和紐帶，合理的成形工藝設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)與制造的基礎(chǔ)， 也是決定覆蓋件能否順利成形的關(guān)鍵，它將直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量

9、、成本、生產(chǎn)效率以及模具的使用壽命等方面術(shù)已成為人們研究的熱點(diǎn)。運(yùn)用逆向工程，對(duì)汽車覆蓋件的逆向造型不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在的技術(shù)缺陷，使產(chǎn)品的外觀或局部性能更好地滿足不同用戶的需求，而且縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)逆向工程與快速成型技術(shù)的結(jié)合，即 CAD/CAE/CAM以及 RPM(快速成型制造 ) 的綜合運(yùn)用將使我國汽車制造業(yè)產(chǎn)生前所未有的本質(zhì)變化。本課題我們以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板為研究對(duì)象，首先利用 CATIA軟件逆向出外板的曲面，并創(chuàng)建拉延模具。此次汽車覆蓋件外形設(shè)計(jì)不僅有助于我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究有關(guān)逆向工程以及模具制造等方面的技術(shù)，而且培養(yǎng)我們的實(shí)踐和自學(xué)能力。通過逆向曲面

10、重構(gòu)和拉延模具設(shè)計(jì)，綜合的運(yùn)用了逆向工程知識(shí)和汽車覆蓋件沖壓模具知識(shí)，培養(yǎng)了我們運(yùn)用計(jì)算機(jī)技能、工程圖紙以及書面和口頭表達(dá)工程技術(shù)的能力 , 同時(shí)也訓(xùn)練我們查閱應(yīng)用中外科技文獻(xiàn)，提高我們的綜合能力，為以后學(xué)習(xí)和工作打下一定的基礎(chǔ)。2. 逆向工程及其發(fā)展?fàn)顩r隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品高質(zhì)量的要求下，功能上的需求已不再是贏得市場的惟一條件。產(chǎn)品不僅要具有先進(jìn)的功能，還要有流暢、造型富有個(gè)性的產(chǎn)品外觀，以吸引消費(fèi)者的注意。流暢、造型富有個(gè)性的產(chǎn)品外觀要求必然會(huì)涉及到復(fù)雜的自面造型。 逆向工程為制造業(yè)提供了一個(gè)全新的、高效的產(chǎn)品開發(fā)方案，它能實(shí)現(xiàn)從己有復(fù)雜外觀造型的樣件或?qū)嵨锬Ｐ?/p>

11、三維測量數(shù)據(jù)三維產(chǎn)品數(shù)模產(chǎn)品的一體化開發(fā)。.逆向工程技術(shù)現(xiàn)已廣泛地用于產(chǎn)品的復(fù)制、 仿制、改進(jìn)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)。利用逆向工程技術(shù)，可以直接在國內(nèi)外已有的先進(jìn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析、 設(shè)計(jì)模型的重構(gòu)、再設(shè)計(jì)優(yōu)化與制造， 吸收并改進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期， 重要的是可以快速趕上世界先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平，有效地占領(lǐng)市場，領(lǐng)導(dǎo)技術(shù)前沿2 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)， 特別是數(shù)字化測量技術(shù)的迅猛發(fā)展， 逆向工程技術(shù)除了在航空航天、汽車工業(yè)、模具行業(yè)、消費(fèi)性電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、玩具等傳統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用外，也開始應(yīng)用于人體工程、服裝、數(shù)字化博物館、藝術(shù)品仿制與破壞修復(fù)等領(lǐng)域。另外在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如骨科

12、顱骨修補(bǔ)、義耳義肢制作、假牙設(shè)計(jì)、醫(yī)療均壓鞋墊等方面都有其應(yīng)用價(jià)值。逆向工程技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和進(jìn)步，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)(CAD/CAM)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的。它是一個(gè)多學(xué)科綜合性的術(shù)語，是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)造思維，對(duì)已有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是已有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。逆向工程在汽車行業(yè)的發(fā)展十分的有前景。 在制造業(yè)，逆向技術(shù)是根據(jù)實(shí)物模型和樣件測量數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，得到其設(shè)計(jì)思想，從而進(jìn)一步修改原有設(shè)計(jì)，然后將這些模型和表征用于產(chǎn)品分析、制造和加工生產(chǎn)的技術(shù)。隨著數(shù)控測量技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)己被

13、廣泛應(yīng)用于機(jī)械、輕工、航空、航天、造船、汽車和模具等現(xiàn)代制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域34。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，運(yùn)用逆向工程可以達(dá)到吸取精華去其糟粕目的。3. 汽車覆蓋件的含義及特點(diǎn)覆蓋件主要指覆蓋汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤、構(gòu)成駕駛室及構(gòu)成車身的一些零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門外板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、水箱蓋、行李箱蓋、骨架等。 覆蓋件組裝后構(gòu)成了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀， 它既是外觀裝飾性零件， 又是封閉薄殼的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 覆蓋件表面一般都具有裝飾性，除考慮好用、好修、好造外，要求美觀大方。覆蓋件與一般沖壓件的區(qū)別：材料薄、形狀復(fù)雜（多為立體曲面） ，結(jié)構(gòu)尺寸大，尺寸精度高，因

14、此沖壓工藝編制、沖模設(shè)計(jì)、沖模制造工藝都有一些特殊的要求，沖壓設(shè)計(jì)中常把他作為一種特殊類型研究。覆蓋件應(yīng)滿足的條件： 良好的表面質(zhì)量、符合要求的幾何尺寸和曲面形狀、要有足夠的剛性、良好的工藝性。.9 。.4. 汽車覆蓋件國內(nèi)外研究現(xiàn)狀汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，車型的快速更新?lián)Q代，要求汽車制造商能夠在很短的時(shí)問內(nèi)研究、開發(fā)并制造出高質(zhì)量的汽車。而國內(nèi)目前車身覆蓋件的制造卻直接制約著新車型的開發(fā)。其原因就是覆蓋件模具設(shè)計(jì)水平較低，周期很長，對(duì)于一些較復(fù)雜的零件甚至設(shè)計(jì)不出合格的模具。這顯然不能適應(yīng)汽車工業(yè)快速發(fā)展的需要，因此近年來有關(guān)覆蓋件的研究成了熱點(diǎn)，并目取得了許多可喜的成績，但仍存在許多問題1 。

15、4.1 國外研究現(xiàn)狀與分析目前，國外已經(jīng)形成一套成熟的從概念設(shè)計(jì)到造型風(fēng)格的理論與方法， 并采用基于正向設(shè)計(jì)思路開發(fā)新產(chǎn)品， 然后根據(jù)市場的需求變化， 再進(jìn)行車身改型或改裝來改進(jìn)產(chǎn)品。由于國外 CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用較早， 軟硬件系統(tǒng)功能強(qiáng)大， 各大汽車公司已普遍建立了完善的虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)， 已積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和品牌風(fēng)格。 因此，對(duì)汽車覆蓋件的三維重構(gòu)，國外更多的是著眼于研究二維圖向三維模型轉(zhuǎn)換的智能識(shí)別與自動(dòng)重構(gòu)56系統(tǒng)和對(duì)實(shí)物逆向的曲面重構(gòu)技術(shù)，并提出了許多有效的理論和方法。對(duì)汽車覆蓋件的工藝分析與成形仿真， 國外各汽車公司非常重視在產(chǎn)品批量生產(chǎn)之前對(duì)產(chǎn)品的工藝常采用修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

16、的方法來達(dá)到既滿足整車結(jié)構(gòu)又滿足制造工藝要求。 同時(shí)，國外從概念設(shè)計(jì)開始就大量采用有限元模擬技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)分析、 虛擬裝配等的有78效分析和預(yù)防，大大節(jié)省了開發(fā)成本，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與分析與國外的發(fā)展現(xiàn)狀相比， 我國從嚴(yán)格意義上對(duì)車身開發(fā)還沒有形成從概念設(shè)計(jì)到造型風(fēng)格的系統(tǒng)工程 , 新產(chǎn)品的開發(fā)能力仍然很弱，更多的是通過引進(jìn)國外技術(shù)或委托國外公司進(jìn)行對(duì)汽車覆蓋件產(chǎn)品的開發(fā)國內(nèi)對(duì)由二維工程圖紙重構(gòu)出三維 CAD模型的研究也比較廣泛、 深入，發(fā)表了大量的論文，但對(duì)汽車覆蓋件等特別復(fù)雜的零部件研究相對(duì)較少， 尤其是沒有形成成熟的系統(tǒng)理論和行之有效的方法。 對(duì)于逆向工

17、程技術(shù)， 我國在跟蹤國外的研究理論、算法和方法進(jìn)展的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較多的應(yīng)用研究， 并取得了較大的理論成果， 已成功應(yīng)用于汽車車身的開發(fā)實(shí)踐 1011 。對(duì)于汽車覆蓋件的工藝分析與成形仿真，在國內(nèi)，對(duì)整車性能及效果、沖壓件的工藝性及經(jīng)濟(jì)性的重視還不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品制造成本高、質(zhì)量差。同時(shí)，我國在有限元分析方面， 大大落后于國外的發(fā)展應(yīng)用水平，計(jì)算機(jī)輔助與虛擬產(chǎn)品開發(fā).基礎(chǔ)薄弱。在實(shí)際的汽車覆蓋件工藝分析中，大部分依靠專家的經(jīng)驗(yàn)來分析。隨著我國加入 WTO，市場競爭的不斷加劇，各大公司正逐漸建立起自己的信息系統(tǒng)平臺(tái)，各種主流軟件正逐漸被應(yīng)用于汽車產(chǎn)品的開發(fā)中。 我國在先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬數(shù)字化技術(shù)等方

18、面的研究與應(yīng)用水平正逐步向國外看齊。5. 現(xiàn)代模具工業(yè)發(fā)展趨勢隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展， 新車型不斷更新?lián)Q代， 傳統(tǒng)的覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造方法已不能跟上新產(chǎn)品的開發(fā)步伐。 汽車覆蓋件模具作為汽車車身生產(chǎn)的重要工藝裝備， 直接制約著汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和新車型的開發(fā)。 覆蓋件模具因其設(shè)計(jì)制造難度大、 周期長而常常成為制約汽車生產(chǎn)的主要因素。 通用的二維 CAD系統(tǒng)無法滿足模具設(shè)計(jì)的一些特殊要求。為了提高模具設(shè)計(jì)的技術(shù)水平、 縮短模具設(shè)計(jì)周期，應(yīng)用針對(duì)汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)是十分必要的。因此汽車模具工業(yè)越來越受到人們的重視。6. 課題研究技術(shù)路線汽車覆蓋件的數(shù)字化建模， 包括了覆蓋件的

19、點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)編輯處理、 曲面重構(gòu)、建立拉延模具3D造型等方面，需要分步驟完成。本課題的研究步驟如下：第一步：根據(jù)課題任務(wù)要求，閱讀查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，了解逆向工程、汽車覆蓋件和汽車沖壓模具的有關(guān)知識(shí)，并學(xué)習(xí)CATIA軟件。第二步：獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且用CATIA軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理。第三步：用 CATIA軟件將處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)。第四步：以重構(gòu)的曲面為基礎(chǔ)， 用 CTIA 軟件進(jìn)行拉延模具的3D造型設(shè)計(jì)， 并作出沖壓加工動(dòng)畫。.第二章發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理1. 發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集1.1 三維激光掃描儀介紹近年來，隨著傳感技術(shù)、 控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展

20、，出現(xiàn)了各種各樣的樣件表面數(shù)字化方法。數(shù)據(jù)的采集方式主要有兩種： 一是傳統(tǒng)的接觸式測量法， 如三坐標(biāo)測量儀、三維激光掃描儀等；二是非接觸式測量法，如激光三角法、圖像法、距離法等1213。三維激光掃描儀是指在三維可測的空間范圍內(nèi)，能夠根據(jù)測頭系統(tǒng)返回的點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過三坐標(biāo)的軟件系統(tǒng)計(jì)算各類幾何形狀、尺寸等測量能力的儀器。 其工作原理是將被測零件放入它允許的測量空間， 精確地測量出被測零表面的點(diǎn)在空間三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值。本次數(shù)據(jù)測量采用STINGER柔性臂三維激光掃描儀，輕便易操作，它具有測頭自動(dòng)識(shí)別和補(bǔ)償功能，并且主軸可以無限旋轉(zhuǎn)，能夠檢測到不容易達(dá)到的位置，并且避免臂身在旋轉(zhuǎn)過程中突然停止帶來的

21、傷害。三維激光掃描儀見圖2-1 。圖 2-1三維激光掃描儀1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取測量時(shí)，首先選擇適當(dāng)?shù)奈恢梅胖萌S激光掃描儀，并安裝好三維掃描儀，保證發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板在測量范圍之內(nèi)。將掃描儀連接電腦，并啟動(dòng)程序，然后旋轉(zhuǎn)測頭，將外板均勻掃描。在掃描儀掃描外板的過程中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面：三維激光掃描儀和外板表面相對(duì)位置不可移動(dòng)， 測頭與外板之間的距離要適當(dāng)，以減少或避免出現(xiàn)不必要的【14】噪聲。.2. 數(shù)據(jù)點(diǎn)云的編輯處理在取得發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，第一步工作是進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編輯。此項(xiàng)任務(wù)需要在 CATIA數(shù)字曲面編輯器Digitized Shape Editor模塊當(dāng)中進(jìn)行。數(shù)字曲面編輯器模塊

22、擁有強(qiáng)大的點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理功能. 通過對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行剪切、合并，過浦、三角網(wǎng)格化等處理，以不丟失特征的前提將龐大的點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為部分點(diǎn)數(shù)據(jù)，點(diǎn)云經(jīng)過三角悶格化處理后，工件的特征更容易觀察，可以建立特征線提供給CATIA其他模塊進(jìn)行建模，也可直接進(jìn)行 NC加工。本次課題的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)編輯按以下步驟進(jìn)行：點(diǎn)云導(dǎo)入、點(diǎn)云過濾、點(diǎn)云修剪、建立三角網(wǎng)格、補(bǔ)洞等。2.1 點(diǎn)云導(dǎo)入在CATIA（DSE）數(shù)字曲面編輯器中利用Cloud Import工具將三維掃描儀掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CATIA軟件之中。此工具可以處理的點(diǎn)數(shù)據(jù)文件格式有CGO、ASCI、Atos 、Iges 及 St1 等。2.2 點(diǎn)云過濾三

23、維激光掃描儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板進(jìn)行掃描，由于人為的操作， 往往會(huì)獲得很大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而其中包括大量冗余數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)后面的曲面重構(gòu)會(huì)帶來困難。因此，對(duì)掃描出的文件， 需要在逆向工程軟件中進(jìn)一步按照一定的要求去除冗余的數(shù)據(jù)；同時(shí)一些對(duì)重構(gòu)結(jié)果影響不大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，也要相應(yīng)地去除。目前激光掃描技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面有了廣泛的應(yīng)用，但激光掃描側(cè)里的點(diǎn)的數(shù)目是非常龐大的，如果直接對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行造型處理. 將會(huì)造成文件過大，處理速度慢，既費(fèi)時(shí)而且整個(gè)過程也變得難以控制，實(shí)際上并不是所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)模型重建都有用，因此，有必要在保證一定精度的前提下減少數(shù)據(jù)量，即在曲面變化緩慢的地方. 點(diǎn)密度較稀疏，在曲率變化較大部分需要

24、密集的取點(diǎn)，如此用來表現(xiàn)此曲面的點(diǎn)數(shù)量就會(huì)變少。CATIA的過濾功能 ( Filter )可以達(dá)到這個(gè)目的 14 。在 CATIA軟件的 DigitizedShape Editor （ DSE）模塊中，首先 Import （導(dǎo)入）點(diǎn)云文件，選擇 Filter選項(xiàng)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行稀釋。過濾多少必須適當(dāng)，過濾過多的點(diǎn)云數(shù)據(jù)將使點(diǎn)云數(shù)據(jù)過少，不利于后面的逆向曲面重構(gòu)，如果過濾太少將使點(diǎn)云數(shù)據(jù)過多，浪費(fèi)計(jì)算機(jī)資源。2.3 點(diǎn)云修剪稀釋后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)， 由于在掃描中的各種原因，有一些多余的不必要的點(diǎn)云，與所.需點(diǎn)云數(shù)據(jù)不在同一曲面上， 如圖 2-2 。這時(shí)需要進(jìn)行修剪， 將不需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)刪除，才可以進(jìn)行

25、后續(xù)的曲面重構(gòu)任務(wù)。因此，使用QSR模塊中的 Remove（刪除點(diǎn)）功能對(duì)其進(jìn)行處理。最終處理完成的點(diǎn)云，如圖2-3 。圖 2-2 多余的數(shù)據(jù)點(diǎn)圖 2-3 過濾和修剪完成的點(diǎn)云2.4 建立三角網(wǎng)格將多余的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板點(diǎn)云數(shù)據(jù)修剪完成后，需要用Mesh Creation （建立網(wǎng)格）工具，建立適當(dāng)?shù)娜蔷W(wǎng)格， 為以后完成曲面逆向重構(gòu)打下基礎(chǔ)。建立三角網(wǎng)格完成后，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)隱藏，形成三角網(wǎng)格。2.5 補(bǔ)洞點(diǎn)云在進(jìn)行鋪面操作之后， 可能會(huì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格面上有破洞存在，如圖 2-4 所示。對(duì)于局部的一些小洞，增加Neighborhood 數(shù)值效果不佳，而且會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)格面的精度。.此時(shí)就必須利用Fill H

26、oles（孔填充）功能將殘缺的地方填補(bǔ)起來，以便進(jìn)行后續(xù)的曲面重構(gòu)?？滋畛鋾r(shí)，首先設(shè)定補(bǔ)洞的間距規(guī)格，然后選擇孔洞的邊緣，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)綠色邊線（圖 2-5 所示），點(diǎn)擊確定，形成了邊線范圍內(nèi)的多個(gè)連續(xù)的三角面片，如圖 2-6 所示。最后完成孔洞的填充，得到編輯完整的網(wǎng)格，如圖2-7 所示。圖 2-4 建立三角網(wǎng)格后出現(xiàn)的孔洞圖 2-5 孔洞編輯過程圖 2-6 孔洞修補(bǔ)完成.圖 2-7外板點(diǎn)云建立的三角網(wǎng)格.第三章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板的曲面重構(gòu)點(diǎn)云經(jīng)過數(shù)字曲面編輯模塊處理之后，可以在快速曲面重構(gòu)(Quick SurfaceReconstruction, QSR)模塊中進(jìn)行快速而有效地構(gòu)面，進(jìn)一步縮短

27、了產(chǎn)品開發(fā)的流程?？焖偾嬷貥?gòu)模塊擁有強(qiáng)大的曲面重構(gòu)功能，包括建立自由邊界，提取特征曲線，由雙邊邊界重建自由曲面，辨識(shí)及重建幾何曲面( 平面、圓柱、圓球、圓錐等) 。CATIA V5創(chuàng)成式曲面外形設(shè)計(jì)Generative ShapeDesign GSD)模塊包括線框構(gòu)造和曲面造型功能，它為用戶提供了一系列應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大、使用方便的工具集，以建立和修改用于復(fù)雜外形設(shè)計(jì)所需的各種曲面口同時(shí)，創(chuàng)成式曲面造型模塊造型方法采用了基于特征的設(shè)計(jì)方法和全相關(guān)技術(shù)，在設(shè)計(jì)過程中能有效地捕捉設(shè)計(jì)念圖，因此極大地提高了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，并為后續(xù)設(shè)計(jì)更改提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。通過創(chuàng)成式曲面造型模塊與逆向

28、工程設(shè)計(jì)的其他模塊相結(jié)合，可以生成質(zhì)量好的外形，也可以根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及點(diǎn)云特征，運(yùn)用此模塊的強(qiáng)大的造型功能逐步建構(gòu)出產(chǎn)品原型，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。本次汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板曲面逆向重構(gòu)利用CATIA軟件中的 Quick SurfaceReconstruction （ QSR）模塊以及 Generative Shape Design (GSD) 模塊進(jìn)行曲面重構(gòu) , 在逆向的過程中，（DSE）、（ QSR）、（GSD）三個(gè)模塊結(jié)合著運(yùn)用，最終構(gòu)造出理想的外板曲面。1. CATIA 的逆向曲面重構(gòu)一般而言，產(chǎn)品外形的 CAD模型是由多張不同幾何形狀的曲面經(jīng)過延伸、過渡、裁剪等處理混合而成， 而每一種

29、曲面都有其特性和生成方式。 因此，在應(yīng)用逆向工程技術(shù)重構(gòu)出產(chǎn)品的原 CAU模型的過程中，單純的使用某種曲面生成方法是無法完成晃個(gè)核型的重構(gòu)，應(yīng)該根據(jù)此產(chǎn)品外形的幾何特性， 選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，方可較好地得到原產(chǎn)品的幾何形狀，以滿足產(chǎn)品外形的幾何特性?？梢姡谇嬷亟ǖ倪^程中，了解一些曲面生成的方法及其數(shù)學(xué)原理 . 可以加快曲面重構(gòu)的進(jìn)程。曲面造型分兩種方法，一是由曲線構(gòu)造曲面；二是由曲面派生曲面。1.1 由曲線構(gòu)造曲面由曲面構(gòu)造曲面共有七種方法：旋轉(zhuǎn)曲面，一輪廓曲線繞某一軸線旋轉(zhuǎn)某角度而生成的曲面；線性拉伸面，一曲線沿某一矢量方向拉伸一段距離而得到的曲面；直紋面，多條線沿某個(gè)方向 (U 或 V

30、)構(gòu)成曲面；掃描面，截面發(fā)生曲線沿一條、一條或二條方向.控制曲線運(yùn)動(dòng)、變化而生成的曲面；網(wǎng)格曲面，由一系列曲線構(gòu)成的曲面；邊界曲面，由四條曲線做邊界創(chuàng)建一個(gè)封閉的曲面；填充曲而，在 N條邊界包圍的區(qū)域填充形成的曲面。1.2 由曲面派生曲面由曲面派生曲面共有八種方法： 等半徑倒圓曲面， 一定半徑的圓弧段與兩原始曲面相切，并沿著它們的交線方向運(yùn)動(dòng)而生成的圓弧形過渡面； 變半徑倒圓曲面，半徑值按一定的規(guī)律變化的圓弧段與兩原始曲面相切， 并沿它們的交線方向運(yùn)動(dòng)而生成的圓弧形過渡面；等厚度偏移曲面，與原始曲面偏移一均勻厚度位的曲面；變厚度偏移曲面，在原始曲面的角點(diǎn)處，沿該點(diǎn)曲面法矢量方向偏移給定值而得到

31、的曲面；混合曲面( 橋接曲面 ) ，在兩個(gè)或多個(gè) ) 分離曲面的指定邊界線處，生成一個(gè)以指定邊界為生成曲面的邊界線，與所選周圍原始曲面圓滑連接的中間曲面；延伸曲面，在曲面的指定邊界線處，按曲面的原有趨勢 ( 或某一給定的矢量方向 ) 進(jìn)行給定條件的曲面擴(kuò)展而生成的曲面；修剪曲面，把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面；拓?fù)溥B接曲面， 把具有公共邊界線的兩個(gè)曲面進(jìn)行拓?fù)湎嗉雍蟮那妗?. 外板的曲面重構(gòu)重構(gòu)是逆向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅要再現(xiàn)原有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想，修復(fù)(或解決 )山泥模型上存在的缺陷， 而且要對(duì)車身外表面和內(nèi)飾表面進(jìn)行光順處理。曲面重構(gòu)前應(yīng)對(duì)模型分析，將曲面劃分為幾個(gè)特征區(qū)，以確定曲面

32、重構(gòu)方法并選用相關(guān)工具。外板應(yīng)該結(jié)合運(yùn)用以上兩種曲面重構(gòu)方法。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此只需要逆出外板的一般曲面即可，再利用鏡像功能做出另一半。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板曲面面積較大，因此可以利用CATIA（QSR）逆向曲面重建模塊中的啟動(dòng)選項(xiàng)把外板分成若干塊進(jìn)行逆向，例如外板的前角端（圖 3-1 所示）。.圖 3-1啟動(dòng)外板的一部分點(diǎn)云沿著外板的邊緣用3D Curve(3D 曲線 ) 工具畫出外板的輪廓，圖3-2 所示。圖 3-2外板輪廓運(yùn)用 CATIA 逆向點(diǎn)云編輯（ DSE）模塊中的Planar Sections將外板三角網(wǎng)格砍斷面線，得到斷面線，圖3-3 所示。.圖 3-3砍斷面線然

33、后利用逆向曲面重構(gòu)（QSR）模塊中的 3D曲線功能沿著斷面線繪制出3D曲線。在創(chuàng)成試外形設(shè)計(jì)（ GSD）模塊中的掃掠 、填充 、橋接 等命令做出外板的一半曲面，圖 3-4 所示。圖 3-4逆向出外板的一半曲面接著用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)（GSD）模塊中的對(duì)稱命令做出另一半曲面，最后用本模塊中的結(jié)合命令將合成一整個(gè)曲面，最終完成了曲面的逆向，如圖3-5 所示。.圖 3-5外板曲面.第四章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板拉延模設(shè)計(jì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)云數(shù)據(jù)在經(jīng)過CATIA曲面重構(gòu)以后，得到三維曲面。要生產(chǎn)制造，需要進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。本文主要針對(duì)汽車覆蓋件拉深進(jìn)行研究。1. 拉延模具概述汽車覆蓋件的形狀復(fù)雜、 尺寸大，因此一般不可能在

34、一道沖壓工序中直接獲得。覆蓋件沖壓的基本工序有：落料、拉延、整形（也稱校形）、修邊、翻邊和沖孔等。其中，拉延工序是覆蓋件沖壓的關(guān)鍵工序，覆蓋件的形狀大部分是在拉延工序形成的。在進(jìn)行覆蓋件的拉深工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下的設(shè)計(jì)原則15 ：一次拉深成形、布置拉延筋（檻）、拉伸件局部形狀的修改、工藝孔與工藝切口的設(shè)置、拉深工序中的沖孔、毛坯狀態(tài)、有利于后工序加工。對(duì)汽車覆蓋件成形來說， 由于形狀復(fù)雜， 二次拉伸的變形幾乎是無法控制的，即使能用二次拉伸，覆蓋件表面質(zhì)量也得不到保證。 因此，應(yīng)盡可能用一道拉深工序成形出覆蓋件形狀。對(duì)大多數(shù)覆蓋件的拉深成形都需要設(shè)置拉延筋。 特別是表面較為平坦的覆蓋件拉深成形

35、時(shí)，其主要變形方式為脹形變形，必須設(shè)置適當(dāng)?shù)睦咏?、拉延檻，以調(diào)整各部位的材料變形流動(dòng)狀況在覆蓋件主要結(jié)構(gòu)面上， 往往有急劇的凹凸折曲和較深的鼓包等局部形狀。為滿足合理拉深成形條件的要求， 在制定拉深工藝時(shí)，可以對(duì)拉深件的形狀進(jìn)行局部的修改，通過加大過渡區(qū)域和過渡圓角，改善材料的流動(dòng)和補(bǔ)充條件。對(duì)一些拉深深度較深或脹形變形較大、容易產(chǎn)生破裂的部位， 若正好存在內(nèi)工藝補(bǔ)充部分，則應(yīng)在拉深工序中考慮增加工藝孔或工藝切口來改變毛坯的變形程度， 消除破裂因素。覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件拉深成形后沖出， 以預(yù)防預(yù)先沖制的孔在拉深過程中發(fā)生變形。但對(duì)于零件上不變形或變形極小的部位的孔，也可以在拉深工序沖出。

36、當(dāng)壓料面形狀起伏很大時(shí)， 平板毛坯在壓料階段就會(huì)發(fā)生皺折、翹曲等， 而且在以后的成形過程中不能完全消除， 因此，要將毛坯進(jìn)行一定程度的彎曲， 接近壓料面形狀，使毛坯定位較穩(wěn)定可靠， 保證壓料面材料變形流動(dòng)順利 16 。覆蓋件在拉深工序后一般為修邊、翻邊等工序。 在進(jìn)行拉深形狀設(shè)計(jì)和拉深工藝設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)先要很好地考慮到前后各工序間的相互協(xié)調(diào)， 為修邊、翻邊等工序提供良好的條件， 包括變形條件、 模具結(jié)構(gòu)、零件定位、送料、取件等。并保證使各工序的成形條件達(dá)到良好狀態(tài)。2. 拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拉延模結(jié)構(gòu)可分為： 按使用的壓力機(jī)不同， 可分為單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉深模與雙.動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉深模； 按工序的組

37、合程度不同， 可分為單工序拉深模、復(fù)合工序拉深模與級(jí)進(jìn)工序拉深模； 按結(jié)構(gòu)形式與使用要求的不同， 可分為首次拉深模與以后各次拉深模、有壓料裝置拉深模與無壓料裝置拉深模、 順裝式拉深模與倒裝式拉深模、下出件拉深模與上出件拉深模 17 。形狀簡單、深度淺的覆蓋件一般采用單動(dòng)壓力機(jī)來成型；形狀復(fù)雜、深度深的覆蓋件必須采用雙動(dòng)壓力機(jī)成型。 這是因?yàn)閱蝿?dòng)壓力機(jī)的壓料力是靠機(jī)床下面的油缸的壓力和行程都比雙動(dòng)壓力機(jī)小得多，其不能提供較大壓料力和復(fù)雜深拉延件所需的成形力。其次，單動(dòng)壓力機(jī)所用拉延模的壓邊圈比較薄，剛性相對(duì)弱， 亦不能適應(yīng)復(fù)雜深拉延件的成型。分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板結(jié)構(gòu)， 可知該拉延件屬于淺拉延，

38、拉延件形狀相對(duì)簡單，因此確定該拉延模采用單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉延模。 單動(dòng)拉延模結(jié)構(gòu)比較簡單， 主要由三大件（凸模、凹模和壓料圈）組成。這種拉延模呈倒裝形式，凸模與壓料圈、凹模與凸模之間分別裝有倒向裝置，模具外輪廓尺寸和閉合高度必須嚴(yán)格適應(yīng)壓力機(jī)參數(shù)要求。根據(jù)所采用的模具形式，此拉延模的凸模、凹模、壓料圈都采用實(shí)型鑄造而成，為方便安裝，節(jié)約材料在不影響剛度和強(qiáng)度的條件下對(duì)非重要部分進(jìn)行挖空。并且在影響強(qiáng)度和剛度的部位設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。設(shè)計(jì)模具壁厚時(shí)， 模具鑄件的壁厚與模具的尺寸大小、零件生產(chǎn)批量、以及受力情況都有很大的關(guān)系， 該制件是批量生產(chǎn)， 該模具是中型模具。 參照表 4.1設(shè)計(jì)選用壁厚。表 4-

39、1 大批量生產(chǎn)時(shí)拉延模鑄件壁厚（單位：mm） 18模具大小 ABCDEFG中小型40 50354535 4535453545455530大型70 95608050 6545655065405030 40參照汽車覆蓋件沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)凸模、凹模的結(jié)構(gòu)尺寸。其它小零件盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。確定凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損和拉延件的彈復(fù)。依據(jù)拉延件三維數(shù)模尺寸來確定凸模和凹模工作部分尺寸。3. 工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì).為了一次拉延成型， 必須將覆蓋件上的翻邊部分展開。若覆蓋件上有孔洞，應(yīng)將孔洞補(bǔ)滿（因?yàn)榭锥词窃诶又蟮墓ば蛑挟a(chǎn)生的），根據(jù)沖壓方向，再加上工藝補(bǔ)充部分，拉延成型后再在后續(xù)工序中切掉

40、，所以工藝補(bǔ)充部分是工藝上必須的材料消耗。工藝補(bǔ)充的多少取決于覆蓋件的復(fù)雜度。運(yùn)用 CATIA軟件創(chuàng)成式設(shè)計(jì) （GSD）模塊中的外插延伸、拉伸、掃掠、填充、橋接等命令做出工藝補(bǔ)充，圖4-1 所示（藍(lán)色區(qū)域?yàn)樵O(shè)計(jì)的工藝補(bǔ)充面）。圖 4-1 補(bǔ)充工藝曲面4. 凸模和凹模的圓角設(shè)計(jì)凸、凹模的圓角設(shè)計(jì)得是否合理，直接影響拉延時(shí)坯料金屬流動(dòng)性。凹模圓角半徑R 凹 越大，材料越易進(jìn)入凹模；但 R 凹 過大，材料易起皺。因此，在材料不起皺的前提下，R 凹（6 8） t(4-1)其中， t為板料厚度（ mm） 取0.8mm；但當(dāng)凹模圓角處于工藝補(bǔ)充部分上，根據(jù)常,用板料厚度，取中間值（6 8） t 。當(dāng)壓料面是制件本身凸緣的一部分時(shí)，則凹模圓角半徑就是拉延