沈海波

摘要：隨著經(jīng)濟形勢的迅速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟中的重要部分，汽車配件模具設計成為生產(chǎn)中的重要流程?，F(xiàn)代機械技術不斷完善，冷沖壓工藝廣泛的應用于模具的制作中，促進了企業(yè)生產(chǎn)效率的提升。CAD/CAM一體化的模具實體參數(shù)化設計是提高模具設計質(zhì)量的主要手段。

關鍵詞：CAD/CAM一體化設計;汽車冷沖壓模塊

汽車沖壓模具開發(fā)制造周期直接影響汽車的開發(fā)周期，CAD/CAM一體化模具實體參數(shù)化設計是提高模具設計質(zhì)量的主要手段。CAD/CAM技術的應用深入，大大提高了模具質(zhì)量與復雜模具的制造能力。本文簡要分析了汽車行業(yè)中對CAD/CAM技術的應用，從汽車的不同位置，與性能要求等方面介紹汽車模具的不同技術指標上的應用特點。有助于設計，生產(chǎn)與數(shù)據(jù)管理，才能使企業(yè)處于汽車行業(yè)的前列。

一、模具實體化設計存在的問題

模塊將相互獨立的部分零件組裝使其成為部件，將模塊一次裝配到車身上完成汽車整體裝配。模塊工藝大大提高了汽車裝配質(zhì)量。隨著科技的進步，單一的裝配工藝不能滿足人們對汽車多樣化的要求[1]。

我國許多模具制造業(yè)已進入了模具實體化的初級階段，完成模具的切削加工制造。進行模具的實體設計過程存在一些問題。開發(fā)的白車身數(shù)學模型質(zhì)量不高，所用的軟件與模具設計者使用的軟件不同，會造成曲面相接處出現(xiàn)細微不均勻間隙。

細小間隙在CAD上難以修復，如重新生成曲面的方法難以消除間隙，通過逆向工程照技術生成數(shù)學模型，數(shù)學模型在各小曲面相連接處有細小間隙。不能完成模具關鍵件的實體設計。

二、冷沖壓模塊化技術

（一）冷沖壓技術概述

CAD/CAM一體化產(chǎn)品開發(fā)技術在車身設計中得到廣泛的應用。逆向建模指在選定的軟件中，擬合成曲線，經(jīng)編輯后利用拉伸，挖孔等實體造型技術，制造出實體模型。

基于UG，CATIA等軟件的CAD建?；咎幚磉^程是點線面一體處理，先收集汽車三視圖圖片，輸入設計師的概念，根據(jù)圖像進行掃描建立車身的三維模型。對已創(chuàng)建的樣條進行修建等編輯，可將車身的其他輪廓線掃描出來進行處理，得到車身樣條線輪廓。可用片體加厚等命令將車身樣條輪廓變?yōu)閷嶓w[2]。

建模后對車身進行渲染處理，對模型進行CN加工程序制作，逆向工程技術可應用于車身，鈑金件等形狀結(jié)構(gòu)較為復雜，較少尖銳邊角，結(jié)構(gòu)較少的汽車零件。

（二）冷沖壓技術特點

冷沖壓是在常溫條件下，利用沖壓模在壓力機上對生產(chǎn)用板料施加一定的壓力，促使其生產(chǎn)塑性變形，獲得實際加工中所需的形狀的零件的加工方法，經(jīng)常用于加工板料零部件。冷沖壓技術零部件尺寸精度高，實際汽車產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)中采取標準化流水線作業(yè)方式，傳統(tǒng)的手工操作方式無法滿足現(xiàn)代社會對零部件精度的嚴格要求，被先進的冷沖壓技術取代，滿足了生產(chǎn)活動所需。

冷沖壓技術的應用提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，采取統(tǒng)一標準的零部件能很大程度上促進生產(chǎn)效率的提升，促進汽車產(chǎn)業(yè)信息化發(fā)展，產(chǎn)品的質(zhì)量得到明顯的提升。有效的節(jié)約了材料成本，冷沖壓技術在實際的原料生產(chǎn)加工中得到充分的利用，從根本上提高了材料的使用程度，面對國際競爭激烈的市場中，能取得良好的經(jīng)濟效益。

（三）汽車模塊化裝配工藝設計

汽車前端模塊主要由前端框架，前保險杠防撞梁，冷凝器等組成，實現(xiàn)與車身左右縱梁的連接，汽車前端類似框架式結(jié)構(gòu)，汽車前端采用開口結(jié)構(gòu)，裝配完成后送到總裝線上。前端模塊框架在裝配中與車身采用螺紋相互聯(lián)接，要保證散熱器及大燈有足夠的裝配空間。保證大燈與發(fā)動機蓋的平度與間隙要求等。前端模塊化設計要使前保險杠防撞梁能固定到模塊上，汽車大燈線束的插接及進出水管都要進行考慮。

車門模塊化裝配可確保駕駛室內(nèi)零部件裝配的接近性，提高整體裝配質(zhì)量。采用模塊化設計車門組裝可簡化生產(chǎn)線機械結(jié)構(gòu)，車門等模塊主要包括鎖，后視鏡，限位器等零部件。車門模塊裝配設計時要確保車門安裝后的間隙，及線束間的連接可靠性。

三、模具的模塊化實體設計

冷沖壓模具的制造，模具的結(jié)構(gòu)設計及分析，拋光與配試模及快速成型制造等，CAD單元技術有造型結(jié)構(gòu)設計，結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設計，加工過程虛擬方針，輔助工藝過程等。冷沖壓模具CAD/CAM集成技術，是各項單元技術集成，實現(xiàn)信息集成與數(shù)據(jù)資源共享，提高制模質(zhì)量。

模具的CAD設計，包括產(chǎn)品模型確定模具結(jié)構(gòu)類型，確定模架，板料形成過程分析等方面。利用先進的特征造型軟件如UGLL等生成上下模架，進行定位，出料與卸料布置等。利用模具分析軟件如CFLOW進行板料的成形過程分析。通過輸入成形工藝參數(shù)，可動態(tài)仿真分析板料凹凸模，分析板料各受力部位的應力變化情況等。根據(jù)分析情況檢查模具結(jié)構(gòu)的合理性，產(chǎn)品的質(zhì)量問題等。如是否出現(xiàn)拉伸中的拉斷現(xiàn)象，是否存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，是否間隙過大，出現(xiàn)充采件毛刺過大，降低模具的壽命等。通過CAD設計分析，將錯誤消除在設計階段。

沖壓模具設計階段應用許多新的計算機輔助技術，如特征造型技術等，沖壓模具中有許多標準件，如標準凹凸模，導向零件等可采用基于數(shù)據(jù)庫管理的參數(shù)化特征造型設計方法進行設計。使模具的設計分析快速高效。參數(shù)化特征造型可完整的描述產(chǎn)品的幾何圖形信息，建立的產(chǎn)品模型是易于處理的模型。參數(shù)特征造型技術是模具制造中的重要技術。

四、基于CAD技術的汽車設計實例

利用CAD等軟件零件設計中的三維建模功能，通過倒圓角等命令建立缸體側(cè)蓋鋁合金壓鑄零件實體三維模型。未發(fā)現(xiàn)未拔模的情況。利用CAD軟件制作中的模具型腔模塊進行，設計用于固定成型鑲塊，澆口套及抽芯機構(gòu)的模架。設計澆注系統(tǒng)，將金屬液熱室鑄機的噴嘴導入型腔內(nèi)。設計溢流系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，推出機構(gòu)與復位機構(gòu)，設計出汽車缸體側(cè)蓋壓鑄模。

應用普通鑄造難以下手的多開邊，大口徑薄壁鋁合金殼體類鑄件，運用CAD軟件三維造型設計出模具的正面型腔，用線條畫出加強筋，螺紋連接孔，線條可用作CAM數(shù)控編程加工的控制邊界，通過設置邊界雨量精確快速制造出需要的模具。

離合器殼模具CAM，將模具工裝組建分解，上模板，支撐桿與定位銷等單獨加工，組裝完整的凹模模具工裝組合。螺栓與墊圈可選用標準件。支撐桿在普通車床上加工，上模板可在普通銑床上加工，板面的孔可在坐標鏜床上加工，將CN代碼傳輸?shù)綌?shù)控設備上進行模具加工。

汽車總布置采用模塊化設計，模塊間彼此可以交換數(shù)據(jù)，在三維空間內(nèi)進行，對建立車坐標系很有必要。在已建立的坐標系中建立數(shù)學模型，設計完成后進行干涉檢查，汽車動力性，制動性是性能分析的重要工作。

汽車總布置CAD系統(tǒng)設計中產(chǎn)生的系列數(shù)據(jù)對今后工作有很大的幫助，總成圖形存儲與整車總布置密切相關的零部件，總布置數(shù)據(jù)庫主要包含設計中的中間參數(shù)，具有動態(tài)性。

五、模具的CAD/CAM一體化設計

利用CATIA CAD/CAM一體化實體設計軟件，通過數(shù)控加工程序設計彌補CATIA CAD實體設計的不足。制定沖壓工序零件數(shù)學模型，制定工序件的沖壓方向。模具的設計從整體上分為數(shù)學模型覆蓋下的模塊設計及區(qū)域外的模塊設計。

先在工序件數(shù)學模型基礎上完成六面體的設計，因技術改進需在加強件上增加2活口，避免裝配時發(fā)生干涉現(xiàn)象。因上右加強件的沖壓磨具采用逆向工程照相機是建立數(shù)學模型，采取模塊化設計方案設計沖孔模。

根據(jù)制件工藝要求制定沖壓方向，沖壓工藝補充，利用CATIA的EXTRUDE，F(xiàn)ILL生成曲面所需的功能。沖孔模結(jié)構(gòu)設計包括模架設計，凸凹模設計。模架采用參數(shù)化設計方式設計。

采用模塊化設計方法，依據(jù)三維標準件使模具結(jié)構(gòu)標準化，借用已有的模具結(jié)構(gòu)經(jīng)簡單編輯完成新?；焐珯C。凹模塊六面體設計利用CATIA CAM中的毛坯料定義功能，利用CREATES ROUGH STOCK功能生成六面體?？紤]到模具的閉合高度確定凹模塊的高度，凹模刃口布置情況確定凹模的長度。通過編輯六面體的SKECHER等數(shù)值，觀察六面體包含制件的范圍大小。考慮模具結(jié)構(gòu)的沖壓穩(wěn)定性等諸多因素，確定六面體具體尺寸，在CAM設計中，六面體可作為凹模的毛坯使用。需進行進一步設計。

凹模塊粗略設計首先進行數(shù)學模型覆蓋下的凹模實體模塊設計，將底面邊界投影到平面，作PAD拉伸成六面體，進行數(shù)學模型覆蓋區(qū)外的凹模實體設計，投影并編輯數(shù)學模型邊界線，作PAD拉伸，防止沖壓時產(chǎn)生的側(cè)向沖裁力對沖壓的影響。

六、CATIA CAD/CAM一體化設計的優(yōu)點

利用CATIA CAM可將實體與曲面做PART，通過數(shù)控加工制造出工件，解決了模具實體設計難題，通常實體與制件曲面間存在的非故意需用曲面縫補，利用CATIA CAD/CAM可省略檢查工作，設計出壓料板的六面體結(jié)束了模具的實體設計，利用CATIA CAM進行設計時，只需在垂直刀具軸線方向上無較大的間隙，不會影響刀具軌跡的生成?？珊雎郧骈g隙的影響。利用CAM軟件通過使用CAM將模具實體做成PART的功能，利用CATIA的曲面設計代替汽車沖壓模具關鍵部件的實體設計。

汽車沖壓模具的模塊化實體設計，提高了汽車冷沖模的設計效率，可直接檢查干涉等現(xiàn)象，減輕了設計人員的勞動強度，對數(shù)學模型覆蓋下的模面部位不做實際意義的實體設計。適應當今汽車冷沖模制作業(yè)的發(fā)展。

七、結(jié)語

汽車沖壓模具的模塊化實體設計，4提高了汽車冷沖模的設計效率，可直接檢查干涉等現(xiàn)象，只對數(shù)學模型的邊界作編輯式模具關鍵件的實體設計，對含糊面的關鍵件創(chuàng)建粗略塊體即可。汽車的開發(fā)是在對CAS/CAD集成自動化技術應用基礎上，應用CIMS，采用并行工程，敏捷制造等，運用新工藝加工汽車產(chǎn)品的設計開發(fā)，檢測維護等過程。

參考文獻

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