隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和進(jìn)步笼平，模具制造領(lǐng)域以實(shí)體模型為基礎(chǔ)的仿型制造逐漸向以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的CAD/CAE/CAPP/CAM制造轉(zhuǎn)變，為汽車企業(yè)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和及時(shí)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化提供了可靠的保證甫何。

車身覆蓋件模具是產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)出吹，產(chǎn)品成形性能分析、工藝性能分析等都是為了確保最終模具調(diào)試合格以確保產(chǎn)品品質(zhì)和整車匹配辙喂。正是基于這一點(diǎn)捶牢，覆蓋件制造工藝的本質(zhì)性變化也是以模具制造裝備和模具制造工藝的變化為基礎(chǔ)和標(biāo)志。

圖1 實(shí)體模型條件下汽車覆蓋件制造工藝流程

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步巍耗，帶來了CAD/CAE/CAM/CAPP技術(shù)的飛速發(fā)展秋麸，使覆蓋件制造工藝過程產(chǎn)生了根本性的改變，為汽車企業(yè)縮短開發(fā)周期馆柬，更快速和高質(zhì)量地適應(yīng)市場(chǎng)需求提供了可靠的保證筒臂。

實(shí)體模型條件下汽車覆蓋件沖壓實(shí)現(xiàn)流程及其特點(diǎn)

實(shí)體模型條件下汽車覆蓋件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程：主圖板－主模型－覆蓋件圖紙。由于覆蓋件形狀復(fù)雜吻霎、空間曲面多脚自，覆蓋件圖紙只能表示一些投影的主要尺寸，標(biāo)注出外形以及孔睹梢、窗孔联缝、局部凸包和其他類似尺寸赢瘦，過渡部分的尺寸則只能依賴于汽車主模型。因此苇葫，主模型是覆蓋件圖必要的補(bǔ)充汇泰，真正能表示覆蓋件的不是圖紙而是主模型。

圖2 數(shù)學(xué)模型條件下汽車覆蓋件制造工藝流程

1.覆蓋件模具設(shè)計(jì)與制造

覆蓋件模具具有結(jié)構(gòu)尺寸大堰聪、型面形狀復(fù)雜柄立、尺寸精度和表面粗糙度要求高、使用壽命長缝帝、單件生產(chǎn)和設(shè)計(jì)制造周期長等特點(diǎn)绊寻。圖1所示為實(shí)體模型條件下的模具設(shè)計(jì)與制造過程。

2.特點(diǎn)及其存在的問題

覆蓋件模具實(shí)體模型具有以下特點(diǎn)：覆蓋件模具的空間基準(zhǔn)是主模型擎颖；基于主模型和二維車身零件線圖進(jìn)行模具設(shè)計(jì)榛斯；模具設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行；工藝模型的制造質(zhì)量決定著整副模具的質(zhì)量搂捧；仿形加工是模具型面加工的主要方式驮俗，模具的研配和調(diào)試工作量很大。

 圖3 車身整體數(shù)學(xué)模型的爆炸視圖

覆蓋件模具實(shí)體模型的設(shè)計(jì)制造過程存在的主要問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)制造周期長允跑、效率低王凑、信息共享程度低以及憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果難以預(yù)測(cè)等。

數(shù)學(xué)模型條件下汽車覆蓋件沖壓制造工藝流程及其特點(diǎn)

1.數(shù)學(xué)模型條件下汽車覆蓋件制造工藝流程

數(shù)學(xué)模型條件下汽車整體及汽車覆蓋件產(chǎn)品各個(gè)部分都有惟一確定的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)聋丝，并以此作為設(shè)計(jì)和加工依據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備索烹。

工藝準(zhǔn)備過程：直接利用數(shù)學(xué)模型－建立工藝數(shù)模－工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)（輔以計(jì)算機(jī)進(jìn)行成形模擬等）－加工數(shù)據(jù)及編程－計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行數(shù)學(xué)模型加工。它通過計(jì)算機(jī)集成技術(shù)將工藝設(shè)計(jì)弱睦、模具設(shè)計(jì)和模具制造活動(dòng)有機(jī)地集成起來百姓，以實(shí)現(xiàn)改善制造工藝和縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的况木。主要涉及4部分活動(dòng)垒拢。

 圖4 側(cè)頂蓋產(chǎn)品數(shù)模

（1）車身CAD系統(tǒng)。將CAD技術(shù)應(yīng)用于車身設(shè)計(jì)過程靡勾，對(duì)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行重新組織和合理安排北拔，包括車身外表面和部分內(nèi)飾件的幾何造型、總體布置悦级、結(jié)構(gòu)布置以搏、性能分析和零件設(shè)計(jì)等功能活動(dòng)。

（2）模具CAD子系統(tǒng)斑渠。在車身覆蓋件產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上钉拯，完成覆蓋件模具設(shè)計(jì)，為模具CAPP和模具CAM提供所需的信息。模具CAD由沖壓工藝設(shè)計(jì)屋包、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成形分析與模擬（CAE）3部分內(nèi)容組成官孝。

（3）模具CAPP子系統(tǒng)。模具CAPP子系統(tǒng)主要由模具機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)厌圈、毛坯設(shè)計(jì)、材料與工時(shí)定額和模具生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)控制計(jì)劃編制等活動(dòng)組成丸匀。

（4）模具CAM子系統(tǒng)摩疑。根據(jù)模具零件的幾何模型和加工工藝編制NC程序，加工有關(guān)形面畏铆，包括NC加工工序設(shè)計(jì)雷袋、刀位文件生成、后置處理辞居、加工仿真和加工檢驗(yàn)等內(nèi)容楷怒。

2.數(shù)學(xué)模型條件下制造工藝各系統(tǒng)的流程關(guān)系

如圖2所示，車身CAD子系統(tǒng)接收產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)書和試制數(shù)據(jù)瓦灶，接收車型部傳來的相關(guān)總成信息和車型資料鸠删，以此作為車身設(shè)計(jì)的初始信息，進(jìn)行車身設(shè)計(jì)贼陶。車身CAD子系統(tǒng)向模具CAD子系統(tǒng)傳遞車身產(chǎn)品零件信息刃泡。模具CAD子系統(tǒng)接收生產(chǎn)管理部門下達(dá)的模具詢價(jià)書、模具設(shè)計(jì)任務(wù)書碉怔、用戶工藝卡和檢查基準(zhǔn)書烘贴，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。為設(shè)計(jì)撮胧、制造主模型和檢驗(yàn)夾具庸伏，車身CAD子系統(tǒng)向模具CAPP子系統(tǒng)和模具CAM子系統(tǒng)提供車身零件信息。模具CAD子系統(tǒng)傳給模具CAPP子系統(tǒng)包括模具零件信息围娃、模具零件明細(xì)表技乡、模具圖紙信息和模具零件修改信息。模具CAPP子系統(tǒng)還接收生產(chǎn)管理部門下達(dá)的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書桅蕊、生產(chǎn)計(jì)劃聚灸、材料設(shè)備狀況和修改加工工藝的要求。模具CAM子系統(tǒng)根據(jù)模具CAD子系統(tǒng)提供的模具零件信息阅牛、模具CAPP子系統(tǒng)提供的模具加工工藝流程信息以及生產(chǎn)管理部門下達(dá)的零件數(shù)控編程任務(wù)書朱鹤，進(jìn)行模具零件的數(shù)控編程、加工和檢驗(yàn)秫痪。

3.數(shù)學(xué)模型條件下汽車覆蓋件制造工藝的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

汽車覆蓋件的數(shù)學(xué)模型為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性分析延杯、產(chǎn)品工藝性分析提供了直觀的和可以測(cè)量計(jì)算的依據(jù)，并為模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)造了條件叭舰，它可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬裝配玫斋、調(diào)整沖壓方向等舀黄，這是實(shí)體模型無法實(shí)現(xiàn)的。數(shù)學(xué)模型是沖模蚯涮、夾具和檢具相應(yīng)型面斷面一致的有力保障治专，避免了不必要的累計(jì)誤差。數(shù)學(xué)模型技術(shù)的使用遭顶，大大縮短了汽車改型換代的周期张峰。

數(shù)學(xué)模型條件下汽車覆蓋件制造工藝的應(yīng)用

數(shù)學(xué)模型在新項(xiàng)目中得到了全面的成功應(yīng)用，貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)棒旗、工藝設(shè)計(jì)和工藝性分析喘批、模具設(shè)計(jì)和模具制造的全過程，代表了今后產(chǎn)品設(shè)計(jì)铣揉、工藝分析和模具制造等各個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展方向饶深。

 圖5 側(cè)頂蓋拉延造型

1.產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)全部采用了數(shù)學(xué)模型的方式，即整車各個(gè)部分全部利用數(shù)字模型進(jìn)行描述逛拱，車身整體及覆蓋件的每一個(gè)部分敌厘，甚至是每個(gè)零件的局部細(xì)節(jié)都對(duì)應(yīng)著車身整體的一個(gè)三維坐標(biāo)值。這些值在完成整車制造裝配后都可以通過三坐標(biāo)測(cè)量方式確認(rèn)其與理論值的偏差橘券。

圖3所示為某型車身整體數(shù)模的爆炸視圖额湘，該圖不僅直觀的表明了各個(gè)零件的產(chǎn)品細(xì)節(jié)，還表明了其裝配位置關(guān)系荞诡。

2.產(chǎn)品工藝性分析

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型的基礎(chǔ)上忘哼，工藝部門就需要依據(jù)產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行沖壓工藝性分析（對(duì)于大型汽車覆蓋件首要的是成形性能分析），并提出必要的產(chǎn)品更改建議灸尾。關(guān)于成形性能分析锨穷，實(shí)體模型條件下主要依靠手工計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)分析，而在數(shù)學(xué)模型條件下主要依靠計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行有限元分析（即CAE分析）汗势，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)最終確認(rèn)產(chǎn)品的拉延工藝性岗憨。

以側(cè)頂蓋為例，產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)模如圖4所示锁熟，依據(jù)相關(guān)控制條件和經(jīng)驗(yàn)分析確認(rèn)初步的拉延造型數(shù)學(xué)模型結(jié)果（見圖5）帝膊。這樣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和造型是否合理呢？實(shí)體模型條件下無法進(jìn)一步驗(yàn)證麸媒，只能在最終模具調(diào)試階段才能確認(rèn)僻跳。

在現(xiàn)有的工藝條件下，就可以依靠計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行分析論證胚览，在論證通過的前提下再進(jìn)行實(shí)物制造茶月，既縮短了開發(fā)周期又降低了風(fēng)險(xiǎn)。圖6為依據(jù)產(chǎn)品數(shù)模、產(chǎn)品給定材料及料厚情況下進(jìn)行CAE分析的各階段效果圖轧坎。圖7左部為Y向板料收縮示意圖宏邮，右部為料厚減薄結(jié)果局部放大視圖。從圖中可以看出側(cè)頂蓋后上部局部材料減薄達(dá)到40%以上缸血，即產(chǎn)生了開裂蜜氨，需要進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或者改善工藝補(bǔ)充。

 圖6 側(cè)頂蓋CAE分析結(jié)果

除成形性能分析之外属百，沖壓工藝性分析還包括工藝合理性分析记劝，如：沖孔可行性、修邊翻邊可行性等族扰。在滿足產(chǎn)品功能性的前提下，通過合理的局部型面變更可以達(dá)到利用最少的工序生產(chǎn)出最合理的產(chǎn)品的目的定欧，從而實(shí)現(xiàn)減少投資渔呵、降低產(chǎn)品成本。

圖7  側(cè)頂蓋CAE材料收縮及局部料厚減薄

3.沖壓工藝設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)與制造

在工藝性分析通過砍鸠、產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型后扩氢，即進(jìn)入沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。沖壓工藝設(shè)計(jì)包括沖壓設(shè)備選型京佃、工藝方案制定和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確立等椎裕。其中最主要的是工藝方案制定，即制定產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的具體工藝過程崔狂，圖8所示為側(cè)頂?shù)淖罱K工藝工序內(nèi)容皿进。

 圖8 側(cè)頂蓋工藝內(nèi)容

在工藝方案評(píng)審?fù)ㄟ^后，即可進(jìn)行模具設(shè)計(jì)及模具制造等工作〔枇矗現(xiàn)在的模具設(shè)計(jì)過程也已經(jīng)采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)形式（見圖9）臊瞬，在現(xiàn)有條件下，大型覆蓋件產(chǎn)品模具的制造主要依靠高速颓之、高精度的數(shù)控加工設(shè)備完成银景，加工效率和加工精度得到了大大的提高。

 圖9 三維實(shí)體設(shè)計(jì)的側(cè)頂蓋拉延模

結(jié)語

數(shù)學(xué)模型為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品鹤梳、工藝和制造三大系統(tǒng)同步配合提供了更好的條件诽粪。在戰(zhàn)略新品的開發(fā)上我們開展了卓有成效的同步工程工作，通過這種方式使產(chǎn)品岁九、工藝和制造達(dá)到了有機(jī)的統(tǒng)一君铁，為最終的整車質(zhì)量提供了可靠的保證。

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