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1、1 引言1.1 汽车覆盖件模具的发展随着我国改革开放的不断深入，人民生活水平的提高，和我国加入WTO，我国的汽车的销售和生产得到了很大的提高。国内汽车制造业近年来得到迅速的发展，汽车产量已名列前十名，模具工业是汽车产品开发和大批量生产的重要部分，一辆客车或轿车的约有百分之八十的零部件是用模具加工制造的，而覆盖件的模具又以其大型、复杂、精密等特点而成为模具举足轻重的部分。目前，我国汽车模具工业还不能适应整车开发和换型要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装备落后，为使汽车模具工业尽快满足汽车生产发展的需要，使我国汽车工业以实力跻身于国际竞争大潮中，并取得巩固和发展。除了靠国家有关汽
2、车模具产业和汽车产业的方针政策外，也需要汽车模具产业成员的共同努力，在汽车模具生产技术方面赶上世界先进水平。在未来的汽车覆盖件模具的发展趋有以下几点：(1)模具三维设计地位得以巩固模具的三维设计是数字化模具技术的重要内容，实现模具设计、制造和检验一体化的基础。日本丰田、美国通用等公司已实现了模具的三维设计，并取得了良好的应用效果。国外在模具三维设计中采取的一些做法值得我借鉴。模具三维设计除了有利于实现集成化制造外，另一个优点就是便于干涉检查，可进行运动干涉分析，解决了二维设计中的一个难题。(2)模具冲压成形过程的模拟（CAE）作用更加凸显近年来，随着计算机软件和硬件的快速发展，冲压成形过程的模
3、拟技术（CA E）发挥着越来越重要的作用。美国、日本、德国等发达国家，CAE技术已成为模具设计制造过程的必要环节，广泛用于预测成形缺陷，优化冲压工艺与模具结构，提高了模具设计的可靠性，减少了试模时间。国内许多汽车模具企业在CAE应用中也取得了显著进步，获得了良好的效果。CAE技术的应用可大大节省试模的成本，缩短冲压模具的开发周期，已成为保证模具质量的重要手段。CAE技术正逐步使模具设计由经验设计转变为科学设计。(3)数字化模具技术已成主流方向近年来得到迅速发展的数字化模具技术，解决汽车模具开发中所面临的许多问题的有效途径。所谓数字化模具技术，就是计算机技术或计算机辅助技术（CAX）模具设计制造
4、过程中的应用。(4)模具加工自动化迅猛发展先进的加工技术与装备是提高生产率和保证产品质量的重要基础。先进的汽车模具企业中配有双工作台的数控机床、自动换刀装置（ATC）自动加工的光电控制系统、工件在线测量系统等已不鲜见。数控加工已由单纯的型面加工发展到型面和结构面的全面加工，由中低速加工发展到高速加工，加工自动化技术发展十分迅速。(5)高强度钢板冲压技术是未来发展方向高强度钢由于在屈强比、应变硬化特性、应变分布能力和碰撞吸能等方面具有优良的特性，汽车上的使用量不断增加。目前，汽车冲压件上使用的高强度钢主要有烤漆硬化钢（BH钢）双相钢（DP钢）相变诱导塑性钢（PIP钢）等。国际超轻车身项目（ULS
5、A B）预计2010年推出的先进概念车型（ULSA BAVC）中97%材料为高强度钢，先进高强度钢板在整车用材的比重将超过60%而其中双相钢的比例将占车用钢板的74%。现在大量采用的以IF钢为主的软钢系列将被高强度钢板系列替代，高强度低合金钢将被双相钢和超高强度钢板替代。目前，国内汽车零件高强度钢板的应用还多限于结构件与梁类件，所用材料的抗拉强度多在500MPa以下。因此，迅速掌握高强度钢板冲压技术，国汽车模具行业亟待解决的一个重要问题。(6)新型模具产品适时推出随着汽车冲压生产高效化和自动化的发展，级进模在汽车冲压件的生产中应用将更加广泛。形状复杂的冲压件，特别是一些按传统工艺需要多副冲模分
6、序冲制的中小型复杂冲压件，越来越多地采用级进模成形。级进模是一种高新技术模具产品，技术难度大，制造精度要求高，生产周期长。多工位级进模将是国重点发展的模具产品之一。(7)模具的精细化制造是必然趋势所谓的模具精细化制造，对模具的开发过程和制造结果而言的具体地表现为冲压工艺和模具结构设计的合理化、模具加工的高精度、模具产品的高可靠性和技术管理的严密性。模具精细化制造其实并不是一项单一的技术、二是设计、加工和管理技术的综合反映。模具精细化制造的实现除了靠技术上精益求精，还要靠严密的管理来保障。1.2 模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势21世纪市场要求高质量、低成本的产品，并且要求对各种不同的市
7、场需求作出快速的反应。模具制造技术的发展趋于专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化，这将使模具行业发生巨大变革。(1)模具CAD/CAE/CAM技术的专业化程度显著提高任何一种模具软件不可能包罗万象，完全能适应不同的模具产品、不同生产企业的需求。这就要求有针对性的开发专用模具CAD/CAE/CAM系统软件，或者根据模具生产企业自身的特点对软件系统进行二次开发。这样才有可能一切从实际出发，最大的发挥出软件的潜能，充分利用好企业自身的设备，制造出高质量的模具产品。随着模具工业的快速发展，各大主要软件开发商和有独立科研实力的企业已经开始有针对性地开发专用模具CAD/CAM实用软件系统，并取得
8、了巨大的经济效益。如：专用的进级模系统NXPDW，专用的塑料注射模系统MoldWizard，专用的锻压模系统AutoMolder，此外还有法国Misslelsoftware公司的注射模专用软件TopMold和级进模专用软件TopProgress、日本UNISYS株式会社的塑料模设计和制造系统CADCEUS等。这些专用模具软件的产生，大大的提高了模具设计人员的工作效率，让模具设计人员从繁琐的劳动中解放出来，进行创造性的设计活动。(2)模具CAD/CAE/CAM技术的标准化标准化模具 CAD/CAM系统可建立标准零件数据库、非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在模具CAD设计中可以
9、随时调用，并采用GT（Group Technology，成组技术）生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改，从而加快设计过程，使典型模具结构库在参数化设计的基础上实现。数据的传递、转化成为企业之间、企业与客户之间、软件之间、软件与设备之间进行信息传递的最大障碍。在模具CAD/CAE/CAM软件系统中也存在这样的问题，为保障数据在传递、转化的过程中不丢失，建立数据转换的标准显得非常重要，这样可以模具CAD/CAE/ CAM软件系统内部的信息交流成为整体，从而真正意义上实现了模具制造信息传递的畅通。(3)模具CAD/CAE/CAM技术的
10、集成化国内模具制造企业虽然也采用了CAD/CAM/CAE技术，但模具的设计尚未形成成熟的理论指导和设计体系，各类设计工具更多的表现为单一学科的软件化，其相互集成也是以软件接口实现的数据集成。模具CAD/CAE/CAM技术与GT、CE（Concurrent Engineering）、CAE、CAPP（Computer Aided Process Planning）、PDM（Product Data Management）等技术密切相连，组成一个有机的整体，建立一个统一的全局模具产品数据模型，在模具开发、模具设计中，提供全部的信息，使信息共享、交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，并行
11、技术和管理技术，最终将发展成为 CIMS（计算机集成制造系统）。(4)模具CAD/CAE/CAM的智能技术模具CAD/CAE/CAM技术中的智能化是指由模具CAD/CAE/CAM软件系统和人类专家共同组成的人机一体化系统，它能再模具生产过程中进行分析、推理、判断、构思和决策等智能活动，有效地实现了人与模具设计系统的有机融合及人的智能的充分发挥。近年来，人工智能在模具 CAD/CAE/CAM系统中的应用主要集中在知识工程的引入和模具设计专家系统开发上。目前，在模具的设计和制造过程中，在很多环节上仍然依靠模具设计人员的经验。如模具设计方案的选择、工艺流程和参数的选择、模具结构的优化等，模具CAD/
12、CAE/CAM设计系统只是完成一些简单建模和数值计算，缺乏灵活性和可靠性。这就要求模具设计系统必须利用KBE（KnowledgeBased Engineering）技术进行深入的改造，从分发挥、利用知识库和专家系统设计出高质量的模具。在模具行业已有成功案例，如华中科技大学模具技术国家重点实验室在国产注射成型模拟软件HSCAE610中成功地引入了人工智能技术。(5)虚拟技术将在模具CAD/CAE/CAM的应用虚拟制造（VM）是一种新的制造技术，它以仿真技术、信息技术、虚拟现实技术为支撑，对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模。虚拟制造技术应用于模具生产实际是模具CAD/CAE/CA
13、M技术的集成和延伸，因此，模具工业今后推广应用虚拟制造技术，必须首先对当前应用于模具生产的各种先进设计与制造技术和方法进行全面、深入的消化吸收和推广应用。虚拟制造技术在国外模具工业中也有成功的应用。如美国的Foundry Service公司采用虚拟制造技术对整个工艺生产过程进行仿真，并根据仿真结果更改设备参数后，成功地完成了生产系统的改造工程，节约了大量的资金。(6)模具CAD/CAE/CAM技术应用的网络化网络化敏捷制造与模具CAD/CAE/CAM技术的结合是当今模具制造业中的主流方向之一。随着信息技术、网络技术的发展，网络化制造的研究已经达到了前所未有的高度。网络化模具制造指的是：面对模具
14、市场机遇，针对模具市场需要，利用以因特网为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会模具制造资源，快速地组合成一种超越空间概念的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体网络联盟模具制造企业，以便快速推出高质量、低成本的模具产品。此类的研究已经相当多，如东莞地区模具行业敏捷化趋势的分析与研究。由此可知模具网络化制造研究的重点的是如何有效的实现不同模具企业之间的资源共享，多种高新技术的集成，因此能集成多方面的资源，具有多种功能的网络化模具制造平台将成为网络化模具制造的技术支持工具，将使模具企业快速的应对市场的变换。1.3 未来板料成形数值模拟技术发展趋势板料成形数值模拟经过二十多年的研究已经取得了很大
15、的发展。实际生产过程中往往由于零件所需要的变形程度超出了材料一次成形所允许的最大变形程度，而必须采用多次拉深成形的方法。应该如何处理多次拉伸变形的分配，以及怎样精确确定材料首次拉深后的性能和工艺参数是板料数值模拟软件开发方面亟待解决的问题。另外如何利用板料成形的数值模拟技术来精确模拟复杂曲面的成形过程也是正在研究的热点之一。今后板料成形数值模拟研究还应该注意一下方面：(1)继续对摩擦行为进行研究，建立更合适的接触算法；(2)优化各种本构分析关系，努力将成形极限图和有限元分析更好地结合起来；(3)对缺陷问题还应深入研究，优化数字模拟模型；(4)将有限元模拟系统和网格划分、自动控制等结合起来，形成
16、更大的分析系统。1.4 本课题的研究背景及主要内容 近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛，然而，在轿车热迅速升温的同时，不得不尴尬地面对这样一个事实市场上热销的绝大多数车型是直接从外国引进的，由于国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，造成单车均摊的模具成本远高于国外车，这也是造成国产车整车制造成本居高不下的主要原因之一。所以进行该课题的学习和研究具有重要的意义。该课题应用板料冲压成形快速分析软件进行汽车覆盖件成形工艺分析，进行成形模拟。大大提高了模具设计效率、精度和缩短设计周期，降低成本。 通过这个课题的研究设计，目的要求初步了解汽车及其覆盖件；学会用板料冲压成形快速分析软件对汽车
17、覆盖件进行冲压成形仿真数值模拟；掌握模具设计基本知识。2 后门防撞板的工艺设计2.1 冲压件的工艺性分析 本次毕业设计的零件为大众汽车后门防撞板。零件上面有两个大小相同的孔，精度要求不是特别高，孔距位置要求不高。整个零件没有外形尺寸要求，精度要求不是特别高。这个零件的形状相对来说较复杂，主要变形是弯曲，拉深深度不是很深，覆盖件成型可能性的分析是一项艰苦细致的工作，但也必须要做，由于覆盖件的形状有很多不规则曲面，外形较为复杂，其成型可能性很难用计算的方法来准确的判断出来。因此判断覆盖件是否成型，最好的办法还是参考以前加工的覆盖件，用类比的方法进行判断，经过多次工厂的调研，这个零件是可以通过冲压成
18、形的。此零件的材料牌号为HX420LAD+Z100MB，屈服强度s为420520Mpa，抗拉强度b为470590Mpa，断裂延伸率17%。钢板具有很好的强度和一定的塑性。公差标准IT13。零件图如图2-1所示。图2-1 零件示意图4.3.2 厚度变化图单击“成形分析”对话框中Thickness（厚度变化图）工具按钮。在Frames选项下拉列表框中选择All Frames选项，单击观察厚度变化过程，成形完成后的状态如图4-21所示。图4-21 厚度变化图3.3 成形结果分析及优化从成形极限图可以看出成形后零件大部分成形不充分，显示灰色或紫色。但从工艺和实际生产角度看，该工序零件的工艺时是成形，不
19、是拉延，所以不可能拉伸充分，只有模拟好的拉延的工艺才可能全部都是绿色。并且该次模拟并没有出现裂纹，所以，成形极限在预料和可以接受的范围之内。从厚度变化图来看，模拟结果大部分呈现黄色，说明成形后的零件厚度在1.17mm附近，厚度偏薄。有可优化的潜力。导致这种情况出现的原因有可能是虚拟冲压速度5000太快，改成2000，如图4-22所示。图4-22 分析参数优化调整还有可能坯料网格太粗，进行细分网格，坯料网格重划分如图4-23所示。图4-23 坯料网格细分调整界面重新模拟后的成形极限图如图4-24所示。图4-24 优化后成形极限图重新模拟后的厚度变化图如图4-25所示。图4-25 优化后厚度变化图
20、优化模拟条件后的成形极限也在可接受的范围之内。从零件厚度变化上来看，零件绝大部分呈现绿色，说明零件厚度在1.2mm附近，只有极小范围内（如图4-25）1处与2处有过分变薄倾向，但这是无法完全避免的，整体效果效果很理想。经过Dynaform软件对零件成形过程的仿真模拟分析可知，以模拟结构外形来设计制造相应的成形模，是能够得到符合设计要求的。结 论本文通过对汽车后门防撞板的冲压工艺分析、对成形工序的dynaform成形数值模拟和成形工序模具结构的设计得出以下结论：(1)通过对汽车后门防撞板的工艺性分析，确定最终工艺方案为：落料、成形、侧弯和冲孔。(2)通过对成形过程的模拟分析，优化了模拟条件，确定
21、了最终冲压速度为2000mm/min，得到理想的模拟效果。(3)以模拟结果为基础绘制了成形工序的模具结构图。成形凸凹模采用镶拼式，凸凹模材料选用SKD11。致 谢待添加的隐藏文字内容1本课题是在高颖老师，刘玉忠老师，闫华军等老师的细心指导下完成的。设计期间，高老师严谨的治学态度和丰富的设计经验给我影响很大，相信这将继续对我今后的工作态度产生积极的影响。在画模具图的时候，老师耐心的指导和关键性的纠错让我受益匪浅，让我更加坚定了我的学习态度。在模拟仿真的过程中，由于个人对dynaform是第一次接触，用起来相当生疏，高颖老师和闫华军老师亲自为我提供学习资料并联系专业人员对我进行指导，让我在短时间内
22、掌握了模拟软件的基本使用，非常感动。当然，我的毕业设计也是在同学们的帮助下才能顺利完成的，比如在画图的时候同学会主动向其他同学介绍一些自己查到的作图标准，这让我们的作图工作得以较快速度的进行，我再次体会到了团结的力量。另外，在毕业设计期间，公司的同事也给了相当重要的帮助和关键性见解，在此特别提出感谢！总之，个人取得的每一次进步都是与指导老师的热情关怀和细心指导是分不开的，在此设计说明书完成之际，向所有帮助过我的老师、同学和同事致以由衷的感谢和崇高的敬意！ 参 考 文 献1 李志刚.金属加工: 冷加工.2011(3): 13-172 李延平, 朱东波, 卢秉恒.汽车工程.2005(5):2-53
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