汽车覆盖件拉延模具精确型面构建方法研究
汽车覆盖件成形数值模拟与模具型面设计
上半月出版Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ《＇金属铸锻焊技术如图１ｌ所示。
由图ｌＯ可以看出，制件拉延效果比较理想，表面未见拉裂现象，板料成形充分，流人均匀，四角处的起皱现象明显改善．产品上的褶皱已经消除。
另外，对于顶盖这类汽车外覆盖件，为了保证产品具有足够的刚性。
除了不能有成形缺陷外。
产品表面的主、副应变也必须达到要求，图１１主应变均大于０．０２，副应变均大于０，满足要求。
由此可以得出。
最终修改方案所设计的压料面、工艺补充和压边力大小是合理的，能够作为模具型面设计的参考和依据，在ＵＧ中设计的模具型面如图１２所示。
图ｌｌ主应变和副应变Ｆｉｇ．１１Ｍａｊｏｒｓｔｒａｉｎａｎｄｍｉｎｏｒｓｔｒａｉｎ图１２模具型面Ｆｉｇ．１２Ｄｉｅｓｕｒｆａｃｅ利用模拟分析的结果设计制造了顶盖冲压成形模具，并已投入生产使用。
板料成形过程与ＣＡＥ模拟成形基本一致，证明模拟分析结果对板料成形具有指导意义。
得到的顶盖冲压件实物如图１３所示。
４结论图１３冲压件实物图Ｆｉｇ．１３Ａｃｔｕａｌｐｒｅｓｓｉｎｇｐａｎｅｌ（１）汽车覆盖件冲压成形是一个复杂的塑性变形过程，而模具型面设计是拉延模设计的关键。
在模具设计初期，利用数值模拟软件对覆盖件零件模型的压料面和工艺补充面进行参数化设计，并模拟拉延成形的全过程，及时预测零件拉裂、起皱等缺陷的部位，分析缺陷产生的原因。
为调整优化工艺参数，完善模具型面设计方案提供依据。
（２）通过获得合格零件。
验证了工艺方案和模具设计的合理性、仿真计算的准确性．提高了冲压工艺和模具设计质量。
在模具设计中应用数值模拟技术，实际上是对模具设计方案的评估优化过程，不仅可以减少实际试模修模次数．还可以缩短模具开发周期，降低模具生产成本。
提高产品品质和市场竞争力。
参考文献：【ｌ】林忠钦．车身覆盖件冲压成形仿真嗍．北京：机械工业出版社．２００５．【２】雷正保．汽车覆盖件冲压成形ＣＡＥ技术嗍．长沙：国防科技大学出版社。
汽车覆盖件冲压成形中拉延筋模型及其参数反演研究的开题报告
汽车覆盖件冲压成形中拉延筋模型及其参数反演研究的开题报告一、选题背景和意义汽车覆盖件是汽车外观的重要部分，其外形和质量直接影响了车辆的整体外观和安全性能。
在汽车覆盖件的制造过程中，冲压成形是一种常见的工艺方法。
然而，由于其复杂的形状和变形过程，很难精确地控制冲压成形后的覆盖件形状。
因此，理解冲压成形的过程和规律对于提高汽车覆盖件的质量和生产效率具有重要意义。
其中，拉延筋是影响汽车覆盖件形状的重要因素之一，其形状和分布情况对于预测和控制覆盖件的内部应力和变形具有重要作用。
因此，建立拉延筋模型和研究拉延筋的分布规律是汽车覆盖件冲压成形过程中的重要问题。
同时，工程实践中需要通过反演算法来确定汽车覆盖件冲压成形过程中的未知参数。
因此，开展拉延筋模型及其参数反演研究对于实现汽车覆盖件冲压成形的优化设计具有重要意义。
二、研究目标和内容本文旨在建立汽车覆盖件冲压成形中拉延筋的数学模型，并通过数值模拟和实验研究拉延筋的分布规律和对覆盖件形状的影响。
基于此，本文进一步研究了拉延筋参数的反演算法和其应用。
具体来说，本文的主要研究内容包括以下几个方面：1. 建立拉延筋的数学模型：使用有限元方法建立拉延筋的数学模型，考虑拉延筋的尺寸、数量、分布情况等因素。
2. 研究拉延筋的分布规律：通过数值模拟和实验研究拉延筋的分布规律，分析拉延筋对汽车覆盖件形状和内部应力的影响。
3. 研究拉延筋参数的反演算法：通过优化算法和反演方法研究拉延筋参数的反演问题，实现对汽车覆盖件冲压成形过程中未知参数的的确定。
4. 研究拉延筋反演算法的应用：通过具体案例和应用实例，探究拉延筋反演算法在汽车覆盖件冲压成形中的应用。
三、研究方法和技术路线本文采用有限元方法、数学建模、优化算法等研究方法，具体技术路线如下：1. 确定汽车覆盖件的冲压成形过程中的拉延筋数学模型，分析拉延筋的分布规律和对覆盖件的影响。
2. 在数值模拟和实验研究的基础上，选择合适的优化算法和反演方法研究拉延筋参数的反演问题。
毕业设计 汽车顶盖拉延模设计
目录中文摘要 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
外文摘要 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
1 绪论 (5)1.1汽车覆盖件模具 (5)1.1.1汽车覆盖件模具的特点和要求 (5)1.1.2 汽车覆盖件模具发展现状与趋势 (6)1.2基于UG的覆盖件模具设计 (7)1.2.1 UG软件的功能 (7)1.2.2 UG在覆盖件模具中的应用及问题 (8)1.3本课题的研究意义 (8)2 汽车顶盖冲压工艺设计要求 (10)2.1DL信息的获取 (10)2.2拉延模具设计总体要求 (10)2.2.1 整体结构选择 (10)2.2.2 拉延模设计要求 (11)2.3计算 (12)2.3.1 拉延力的计算 (12)2.3.2 压料力计算 (13)2.3.3 总冲压力计算 (13)2.4材料选择 (13)2.5本章小结 (14)3 汽车顶盖拉延模的三维造型 (15)3.1汽车顶盖的三维造型 (15)3.1.1DL图预处理过程 (15)3.1.2拉伸实体 (15)3.1.3修剪 (15)3.1.4导板选择 (16)3.2压边圈的三维造型 (17)3.3下模座的三维造型 (19)3.4上模座的三维造型 (21)3.5装配 (21)3.6本章小节 (22)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)某车型顶盖拉延模具设计摘要:本文以汽车顶盖为实例，具体分析了其成形特点，找出汽车覆盖件冲压件成形的共性。
其中说明了汽车覆盖件的成形特点和覆盖件拉深模具设计的基本原则，提出了包括冲压方向、工艺补充面等设计的常用方法。
汽车覆盖件拉延模设计方法
•
8.确定模具尺寸、导腿尺寸、导板尺寸位置
• 确定模具尺寸 （1）调入模板，调整闭合高（根据工艺卡），模具长宽 （2）确定模具吊耳、起重棒、翻转套大小及位置 • 确定导腿尺寸 （1）导腿长度至少占整体宽度2/5 （2）确定导腿刃入量，保证导腿导板在上模触料之前刃入40mm （3）导腿处导板保证同一高度且同时刃入 • 凸模导板尺寸及位置 （1）导板的安装位置约在凸模长度方向的1/6处 （2）导板导向面的宽度约为凸模长度的1/5-1/4 （3）导板高度〉压边圈行程+60~100mm （4）导板安装面要凸出分模线3~5mm便于加工 ( 5 ) 导板上端面与压边圈距离最好设计为40mm，因钳工调试时 不放墩死垫，容易发生异常。
9.布筋、挖夹持孔、减重孔、流水孔、出气 孔 • 布筋
（1）受力处必须布筋支撑，如调压垫、墩死垫 上下模底面筋要与机床的T槽错开，分模线以内上模本体、凸模、下 模座的筋要对应，导板后面最好有筋支撑 （2）两筋间隔最大350MM，一般控制在300MM以内 （3）为保证铸造清砂，底空不易过深过窄，底空型腔深度最好小于2.5 倍的底空宽度 （4）受力筋上尽量少挖减重孔 （5）尽量避免十字筋 • 夹持孔及减重孔的尺寸及形状，根据模具结构尺寸的不同而不同，但 其底边与模具底面间距至少100MM-150MM • 流水孔一般为直径Φ40的圆孔，设在模具型腔底部，并要保证每个型 腔的液体能流到模具外侧。 • 凸凹模的随型筋上挖Φ50的出气孔，不要存在封闭的型腔 凸凹模的型面上挖Φ4或Φ6的出气孔，打在凸凹模的凹形处
10.满足设计任务书及客户要求
• • • • • • • • • 活动件防护装置 在下模装防护板 压板槽、上模快卡、下模快速定位的要求 键槽及通键、加工基准孔的要求 起重形式的要求 气顶接柱上加钢垫、气顶躲空的要求 气路及电路位置的要求 模具防反、防侧向力的要求 客户及任务书对标准件的要求 客户的其他要求（如铸字、叉车过孔等）
汽车覆盖件拉延成形过程分析_段向敏
汽车覆盖件拉延成形过程分析段向敏，代荣（西南大学工程技术学院，重庆400716）来稿日期：2012-12-17基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（XDJK2009C005）；西南大学博士基金项目（SWU109043）作者简介：段向敏，（1989-），男，四川资阳人，硕士研究生，主要研究方向：模具CAE 、机械工程研究；代荣，（1971-），男，重庆巴南人，博士，副教授，主要研究方向：模具设计、CAD/CAM/CAE 研究1引言我国的汽车工业自改革开放以来得到了长足发展。
目前汽车更新换代的速度越来越快，制造商要在短时间内研发并制造出新的车型。
但是覆盖件模具的设计水平较低、试模周期长、制造难度大等因素，直接制约着新车型的开发，甚至对一些形状、结构更复杂的零件根本就设计不出合理的模具[1]。
汽车覆盖件具有材料薄、结构尺寸大、形状复杂和表面质量要求高等特点。
传统的设计方法会拖延新产品的开发，同时还会很大程度上增加研发成本，使产品在市场竞争中处于劣势[2]。
通常用有限元分析软件模拟零件成形的过程，以便调整工艺参数提供满意的成形效果，为后续模具设计及制造提供依据[3]。
近年来，随着计算机的应用和发展以及日趋成熟的有限元方法，CAE 软件能够轻松求解板料在成形过程和模具设计中遇到的复杂问题。
它能够对板料的成形性能进行评估[4]，并且对其成形过程中将要发生的成形缺陷进行预测，为后续的成形工艺和模具设计提供指导，减少模具设计时间并且缩短试模周期，从而提高产品的市场竞争力[5]。
目前，板料冲压成形CAE 仿真分析技术已经进入到实际应用阶段，许多国内外大型汽车制造企业从汽车冲压零件的结构设计、冲模设计、调试直至投产的整个过程中贯穿了CAE 分析技术。
基于Dynaform 软件，以某汽车前上横梁外板为例简单介绍了如何利用有限元方法实现汽车覆盖件的成形过程仿真模拟分析，而且对仿真的结果进行了可行性分析。
2零件的工艺分析零件模型，如图1所示。
基于CATIA的汽车覆盖件拉延模型面设计
Байду номын сангаас
多数厂家还比较注重于设计人员的设计经验，计算机软 件辅助设计的应用程度还不是很高。文章中运用 ,-./软件进行拉延模的型面设计大大地加速了模具设计制造 的进程，为模具工业能够适应汽车产业的迅速发展提供了 有利条件。随着计算机产业技术的飞速发展，作为一项新 技术的计算机辅助设计在汽车覆盖件模具型面设计领域也 必将有巨大的潜力可挖。因此，大力开发模具 ,-1 的专业 化和智能化以及模具结构的通用化和模具零件的标准化将 是我们未来探索的领域。 （收稿日期：2334+3+3）
延方向。图 & 就是某汽车发动机罩外板拉延方向的选择 过程。
图 &
#" 翻边展开，确定修边线 拉延方向确定以后就要以这个方向为基准把制件的 各个翻边进行展开，使制件不但能够有利于拉延，而且 还要便于后序的修边。同时，确定出合理的修边线也会 为后面的翻边整形等工序创造有利条件。在 !"#$" 软件 中就是创建翻边弯曲处的法平面，并运用 $)*+,- ! ./,+0 1,23+!$)-+,*+4-/5) 功能求出交线，把这个相交的曲线另存 到一个新的目录下并打开，用 #556* ! 78+,2-/5)*! 95/) 功 能把这个曲线连接起来，然后用 :+2*;,+ $-+3 命令测出曲 线的长度，再用 78+,2-/5)*! <5;)=2,> 命令提取曲面边界 线，最后运用 $)*+,-!?;,124+*! @A-,;=+ 命令的功能以提取 的曲面边界线为基准，向外延伸曲面的长度等同于所测 相交曲线的长度，则其边界线即为修边线。图 ’ 中的虚 线即为某汽车发动机罩外板翻边展开后的修边线。
汽车覆盖件拉延模具精确型面构建方法研究
汽车覆盖件拉延模具精确型面构建方法研究作者：龚志辉李琳周顺峰兰质纯来源：《湖南大学学报·自然科学版》2014年第10期基金项目：国家高技术研究发展计划（ 863计划）项目（2012AA111802）；中国博士后科学基金资助项目（2012M511748）；华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开放基金资助项目（2011P10）；重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室开放基金资助项目（2011KLMT06）；湖南大学“青年教师成长计划”资助项目（2012-2007065）作者简介：龚志辉（1974-），男，湖南南县人，湖南大学副教授，博士通讯联系人，Email：*************摘要：为了提高汽车覆盖件拉延模具调试过程中的研合率、缩短模面研配周期，提出了一种模具型面的精确构建方法.在冲压仿真的基础上，结合网格映射、形函数插值、节点偏移等方法，调整凸凹模工具网格使二者之间的间隙与冲压后零件厚度分布一致，构建出适应零件厚度分布的精确模面网格模型；并以调整好的工具网格为基准，根据网格节点的偏移量，对模具型面相应的曲面面片及其剪裁线的控制顶点进行相应的偏移，实现曲面随网格模型的变化而自动形变，进一步构建出适应零件厚度变化的模具精确型面.实例研究表明，该精确模面构建方法有效，在模具设计阶段实现了模具型面的研合率.关键词：汽车覆盖件；拉延模具；网格映射；精确模面；曲面重构中图分类号：TG386.3 文献标识码：拉延成形是具有复杂型面的汽车覆盖件冲压成形的重要工艺方法＼[1＼].设计汽车覆盖件拉延模具时，为了使零件成形后与设计模具型面具有一致的形状，凸模和凹模的型面必须与零件型面形状一致，这样冲压合模后零件的形状即可依赖模具型面的形状而获得.拉延成形后由于塑性变形的不均匀，使得零件在各个不同的区域都会产生厚度变化＼[2＼]，主要表现为减薄.传统的拉延模具在型面设计时并没有考虑到拉延过程中厚度的变化，需要在模具调试过程中根据实际的拉延成形件的厚度变化情况，通过钳工反复打磨修正模具型面，提高拉延研合率＼[3＼]，最终使得凸模和凹模的型面能紧贴最后成形的零件，此过程不但周期长，工作量极大，且成本高.在模具型面设计方面，许多学者结合CAD/CAE技术进行了深入研究.文献＼[4＼]对冲压件模具型面设计的主要影响因素进行了总结，文献＼[5＼]提出了一种基于数值仿真的合模率测算方法，并通过计算补偿值来调整模具型面的节点坐标重构出模具型面网格，但得到的网格模型不能直接用于加工，还需重构出模具型面的曲面.鉴于此，本文基于冲压数值分析，考虑冲压效应带来的零件厚度变化，提出了一种模具型面精确构建方法.该方法通过冲压仿真计算获得零件的厚度分布情况，然后依据计算获得节点的厚度信息，应用网格映射、形函数插值、节点偏移等方法构建适应零件厚度分布的凸凹模精确型面网格，并在此基础上根据节点的偏移量对模具网格模型对应的曲面面片及其剪裁线的控制顶点进行相应的偏移，实现曲面随网格模型变化而自动形变，进一步完成模具精确型面的重构.1 模具精确型面构建流程本文采用的模具精确型面构建方法基本原理是通过冲压仿真获得成形后零件的厚度分布，然后以厚度分布为基准调整凸凹模工具网格使二者之间的间隙与零件厚度分布一致，再以调整好的工具网格为基准调整曲面控制顶点使相应的曲面形变贴合到调整后的工具网格之上.其基本流程如图1所示.模具精确型面构建包含3个重要步骤，首先要获得符合工程要求的冲压模型，该模型包含完整的工艺型面及工艺补充面、拉延筋和合适的压边力，其CAE仿真分析结果基本能避免出现拉裂及起皱等重大缺陷，同时材料的减薄及增厚率均符合工程实际需求.其次为构建适应零件厚度变化的凸模和凹模的精确网格模型.在设计及仿真过程中，凸模和凹模的型面均与冲压零件设计模型的上表面或下表面是一致的，而冲压零件的设计模型无法考虑到实际冲压过程中的零件不同区域厚度变化，其模型中每个区域的厚度是一致的，这决定了仿真过程中凸模和凹模的工具网格之间间隙相等.因此需要根据冲压仿真计算的零件不同部位的厚度分布结果对凸模和凹模的工具网格进行偏置，使二者之间的间隙符合冲压仿真计算的零件厚度分布情况.另外还需考虑到网格模型无法直接用于加工，因此构建精确的网格模型后还需要由此构建与网格模型一致的凸凹模曲面.2 精确网格模型的构建2.1 网格映射方向的选取拉延仿真模型中的网格可分为工具网格和板料网格两种类型，其中工具网格包含有凸模、凹模和压边圈.冲压过程中工具视为刚体，因此工具网格不会产生任何力学形变，划分好的网格在冲压前后保持一致，且由于工具网格大小不影响时间步长，因而工具网格可以划分较小，在局部的细节特征区域进行再细划分，因此工具网格能很好地体现相应局部曲面的细节特征.而板料网格在划分前一般首先是平的，划分后板料网格各个区域的网格细密程度往往一致，冲压过程的同时板料网格会发生塑性形变、网格位置变化，以及产生细分网格，冲压完毕后的板料网格与凸模和凹模网格模型一致＼[6＼].另外，考虑到板料网格大小会影响时间步长，冲压完毕后的板料网格并不能完全体现曲面的细微特征，一些小的圆角或过渡曲面会出现特征的模糊化.为了不使模具型面上一些小的圆角或过渡曲面在网格映射算法过程中模糊化，显然应将工具网格节点向板料网格进行映射.在划分网格时，凸模或凹模的网格常常由对应的凹模或凸模网格偏置而成，因此凸模和凹模的网格模型具有相同的拓扑结构，二者对应的节点连线可视为节点的法线方向，投影计算时不需再计算节点的法向量，也不需再进行最短距离搜索.2.2 工具网格节点偏移量算法考虑到板料网格的一些四边形单元可能不在同一平面内会为网格映射中的计算带来不便，在进行网格映射前可将板料的四边形单元转化为2个三角形单元.冲压仿真获得零件的厚度分布后，可以获得单元各节点的厚度值，而编号相同的节点可能与多个单元相连接，因此在结果输出文件中同一个节点号会对应多个不同的厚度值，计算时采用取平均厚度的方法，如式（1）所示：3 精确曲面模型的重构需注意的是板料网格模型在仿真模型中取的是板料的中性层，成形结束后与凸模和凹模的网格模型相距为1/2的初始料厚，因此，对工具网格的任一节点P的偏移方向为节点的法向量方向PP′，偏移量大小为：根据零件不同部位的厚度分布情况，对凸模和凹模的工具网格的每一节点都计算出其相应的节点偏移量，按计算的偏移量对每一节点都进行相应偏移，而保留凸凹模的工具网格的拓扑结构不作变化，便可实现凸凹模二者网格之间的间隙符合冲压仿真计算的零件厚度分布情况，实现精确模面网格模型的构建.3.1 NURBS曲线和曲面形状的修改汽车覆盖件CAD模型往往具有非常复杂的曲面，每一张曲面都对应着不同的数学表达形式，这其中NURBS是描述其形态的最重要方式.对曲面模型的修改不但难度大，且需花费大量时间＼[7＼].相比其他曲面表达形式，NURBS方法既可借助调整控制顶点，又可利用权因子，因而具有较大的灵活性.一张k×l次NURBS曲面的有理分式方程如下＼[8＼]：NURBS曲线、曲面形状可以直接从其定义来进行修改＼[9-10＼]，即通过修改NURBS曲线、曲面的控制顶点和权因子达到修改曲线、曲面形状的目的.这种方法简单易行，但在工程应用中应仔细确定常用曲面NURBS表示中的控制顶点和权因子，特别是权因子确定得不合适将破坏所构造的曲面结构＼[11＼].因此，在已知模具原始模面及其网格模型和精确模面网格模型的基础上进行精确模面的曲面重构时，本文提出的方法是：根据网格节点的偏移量对模具网格模型对应的曲面通过控制其相应的控制顶点的偏移量，实现曲面随网格模型变化而自动形变，从而构建出适应零件厚度变化的模具精确型面.即在不改变权因子的情况下，根据网格模型节点的偏移量来修改其对应曲面控制顶点的位置，构造与网格模型相适应的曲面.3.2 曲面重构过程曲面重构过程主要包含曲面面片的重构，面片边界剪裁线的重构以及面片之间的拼接与光顺3个部分.3.2.1 曲面面片的重构曲面面片重构时要尽可能地避免曲面结构形式的改变，分别对每个曲面面片进行构造，以下以单个面片的构造为例加以说明.首先，读取面片的控制顶点的数量及坐标值，如图3所示，分别对各个控制顶点pi在精确模面的网格模型中搜寻到与之距离最近的3个网格节点A'，B'，C'构成投影所需的三角平面.然后，将各控制顶点pi向其对应的三角平面△A'B'C'进行投影，计算其在精确模面网格单元上的投影点Oi'的坐标.由于原始模面网格模型的单元和节点的编号和精确模面网格模型是一致的，这样就在原始模面网格模型和精确模面网格模型之间建立了单元和节点一对一的映射关系，利用三角形形函数插值法计算出原始模面网格三角单元△ABC上对应的投影点Oi的坐标.最后，将原始模面的控制点pi按向量pipi'偏置得到精确模面新的控制点pi'，其中pipi'=OiOi'.对每个控制顶点都按上述方法进行相应的调整后便得到新的单个面片.对于某些面积较大的NURBS曲面，且其u向和v向的基函数次数仅为一阶，由于其面片的控制顶点数目仅为4个，曲面形变后难以贴合网格模型，因此需要改变曲面结构模式，进行升阶处理.一般地，可将u向和v向的基函数次数升为三阶.3.2.2 面片剪裁线的重构面片剪裁线的重构是通过调整曲线的控制顶点的偏移量来实现的，控制顶点的偏移量的计算方法同上.如图4所示，将原始面片剪裁线的每个控制顶点pi按照计算的偏移量pipi'进行偏移便得到新的剪裁线，新的剪裁线便成为精确模面面片的边界线，如图5所示.3.2.3 面片拼接与曲面光顺由于原始模面面片和剪裁线的控制顶点的修正量都是微小的，且并不调整面片的权因子，对原始模面面片和剪裁线的拓扑结构也不作变化，因此面片与面片之间拼接起来很容易，面片之间可以实现较光顺过渡.另外，曲面的光顺也可以由CAD软件自动完成.4 算例鉴于凸模和凹模精确模面的重构方法完全一致，这里仅以凹模精确模面的重构为例进行计算.如图6分别为前舱内横梁设计模型及相应的拉延工艺数模（对称一半模型）.该零件材料为DP500，根据材料所设置的仿真参数如下：读取仿真输出结果文件，获得仿真后零件的网格节点和厚度信息.将凸凹模网格模型中相同节点编号对应的节点的连线方向作为节点的法向量方向.对凹模的原始型面网格，按上述网格映射的算法进行节点偏移计算.计算后得到与零件厚度分布相适应的凹模精确网格模型，且与凹模原始网格模型具有相同的拓扑结构.图8中矩形框图为所指部位的局部放大图，其中在下面的网格模型即为所构建的凹模精确模面网格模型.将凹模精确模面的网格模型和凹模原始模面的网格模型进行偏差比较分析，如图9所示，能够清楚地看到考虑板料厚度变化后，板料减薄越明显的区域，凹模模面精确网格与原始网格之间的偏差值也越大，且此偏差值为负值，说明凹模模面的精确网格模型在原始网格模型的下方，板料整体呈减薄趋势.对比此偏差检测分布图与图7修边后零件的厚度分布图，图7中最大减薄和最小减薄区域的厚度分别为0.916 mm和1.174 mm，对应图9中最大偏差值和最小偏差值区域分别为-0.137 mm和-0.013 mm（此偏差为凹模重构后的精确网格模型相对原始网格模型的偏差，负号表示偏差所处方向在下；相应的凸模偏差值与此相同），将凹模和凸模重构后的精确网格模型相对原始网格模型的偏差值与拉延后零件的厚度值相加均接近零件设计厚度1.2 mm.另外对比图7和图9的等值线云图的分布情况也可以看出二者具有相同的分布，可知构建的精确模面网格模型达到了预期的效果.在凹模设计模型中将凹模型面以NURBS曲面形式抽取出来，获取各个面片的控制顶点及相应剪裁曲线的控制顶点，根据它们对应的最近节点的偏移量计算出各控制顶点的偏移矢量及偏移量，即可获得对应的精确模面的面片和新的剪裁线，如图10所示.最后在CAD软件中对精确模面的各个面片进行缝合和光顺处理后，即可获得适应零件厚度变化的凹模精确模面的曲面模型.将凹模精确模面的曲面模型和凹模原始型面的曲面模型导入CATIA比较两曲面模型的偏差，如图11所示，图中表明在板料减薄越明显的区域其偏差值也越大，最大偏差值为0.117 mm.通过对比图7 修边后零件的厚度分布图，在零件减薄最明显区域零件上表面与凹模之间的间隙为0.124 mm，而通过本方法该区域零件上表面与所构建的凹模精确型面之间的间隙可减小到0.07 mm，显然能大大提高模具的研合率.另外通过对比图7修边后零件的厚度分布和图9精确模面网格的偏差分析，偏差分布云图与板料厚度分布云图也基本一致，验证了本方法的有效性.5 结论本文以板料CAE仿真为基础，预测出冲压成形后零件的厚度变化，并将该厚度变化反映到汽车覆盖件拉延模具精确型面的设计当中，提出了一种汽车覆盖件拉延模具型面的精确构建方法.以前舱内横梁凹模型面的精确构建为例，通过凹模精确模面与原始模面的偏差分析表明：通过本方法所构建的模具精确型面之间的间隙能适应零件冲压效应带来的厚度变化，实现了在模具设计阶段提高模具的研合率、缩短了模具型面设计和模具调试周期的目标，对模具型面的精确设计具有重要的参考价值.参考文献[1] 史刚.汽车覆盖件拉延件设计＼[J＼].模具技术，2004（5）： 35-39.SHI Gang. Drawn component design for automobile covering parts＼[J＼]. Die and Mould Technology， 2004（5）： 35-39.（In Chinese）[2] 范瑞麟，陈军.考虑冲压变形历史的汽车结构件特性有限元分析＼[J＼].塑性工程学报，2009， 16（3）： 18-23.FAN Ruilin， CHEN Jun. Automotive structure performance analysis considering the effect of stamping history＼[J＼]. Journal of Plasticity Engineering， 2009， 16（3）： 18-23. （In Chinese）[3] 吴进强，江克洪，王健.门外板拉深模不等料厚加工＼[J＼].模具技术， 2012 （5）：61-63.WU Jinqiang， JIANG Kehong， WANG Jian. Process of drawing mould for auto external front door panel with different material thickness＼[J＼]. Die and Mould Technology， 2012 （5）： 61-63. （In Chinese）[4] 王义林，王耕耘，李志刚，等.模具型面优化设计方法的研究与实现＼[J＼].中国机械工程， 1995， 6（6）： 53-55.WANG Yilin， WANG Gengyun， LI Zhigang， et al.Research and implementation of optimum design method for die face ＼[J＼]. China Mechanical Engineering，1995， 6（6）： 53-55. （In Chinese）[5] 夏国栋，徐栋恺，李细锋，等.基于数值仿真的汽车覆盖件冲压合模率测算方法与改进系统研究＼[J＼].材料科学与工艺，2010，18（S1）：201-205.XIA Guodong， XU Dongkai， LI Xifeng， et al. A methodology for matchingrate calculation and modification of automobile panel dies based on numerical simulation＼[J＼]. Materials Science & Technology， 2010，18（S1）：201-205. （In Chinese）[6] 龚志辉，李光耀，钟志华. 基于网格映射法实现修边线的精确计算＼[J＼].湖南大学学报：自然科学版，2008，35（12）： 18-22.GONG Zhihui， LI Guangyao， ZHONG Zhihua. Realization of accurate calculation for trimming line based on grid mapping＼[J＼]. Journal of Hunan University： Natural Sciences，2008，35（12）： 18-22. （In Chinese）[7] SARRAGA R F. Modifying CAD/CAM surfaces according to displacements prescribed at a finite set of points＼[J＼]. ComputerAided Design， 2004， 36（4）： 343-349.[8] 施法中. 计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条＼[M＼]. 北京：高等教育出版社，2005：435-438.SHI Fazhong. CAGD & NURBS ＼[M＼]. Beijing： Higher Education Press， 2005：435-438. （In Chinese）[9] PIEGL L. Modifying the shape of rational Bsplines. Part 1： curves＼[J＼]. ComputerAided Design， 1989， 21（8）： 509-518.[10] PIEGL L. Modifying the shape of rational Bsplines. Part 2： surfaces＼[J＼]. ComputerAided Design， 1989， 21（9）： 538-546.[11] 朱心雄. 自由曲线曲面造型技术＼[M＼]. 北京：科学出版社，2003：152-167.。
汽车顶盖后横梁拉延成形与模具设计
汽车顶盖后横梁拉延成形与模具设计［摘要］汽车顶盖后横梁是汽车中的重要部件，属于覆盖件，其有较高的要求，因此，对汽车后顶盖横梁拉延成形分析及模具设计进行研究有着非常重要的现实意义。
本篇文章，首先对汽车顶盖后横梁拉延成形作了分析，然后对其的拉延模具设计作了简析。
［关键词］汽车顶盖后横梁；拉延成形工艺；模具设计引言汽车顶盖后横梁属于较大的覆盖件且其构成也比较复杂，对其有较高的质量要求，因此，分析其拉延成形和模具设计有着重要的现实意义。
1汽车顶盖后横梁拉延成形分析1.1汽车顶盖后横梁成形工艺简析汽车顶盖后横梁的尺寸一般为九百毫米乘二百毫米乘八十毫米。
应用的材料一般为BLC冷轧钢板。
其经三道工序：拉延、冲孔修边以及整形冲孔成形，适中的深度、较小的尺寸是拉延件结构的特点，仅采用单动拉延模具就可满足拉延件的成形要求。
假是中间部分和边缘部分有高度差存在，且在其试制中拉延件边缘会有不足拉深以及皱起的现象出现的拉深浅覆盖制件。
这就要求在进行模具工艺的优化工作时，要对其参数、润滑以及压边力这三方面的因素有较深层次的考虑。
应该对严重影响模具皱起效果的拉严筋对材料的流动现象加以关注。
1.2汽车顶盖后横梁拉延方向确定冲压工序的后续方案、产品的最终质量以及利用材料效率的高低都是由拉延的方向所决定的。
选择冲压负角最小的方向作为拉深的方向，这可最好的保障：第一，可使毛坯状的板料在与凸模最初始接触中保持最小的相对滑动幅度；第二，拉深板料的时候，可保持板料变形在最大程度上的均匀分布；第三，结束拉延之后，可保持凹摸和凸模的完全贴合[1]。
1.3汽车顶盖后横梁压面料与工艺补充部分的设计采用钣金内部填充工艺与拉深补充工艺将过渡性的材料添加到产品的翻边部分，才能成功拉深出合乎规格的零件，这主要是进行了工艺补充。
进行对存在于拉延部件和压料面间起过渡作用的工艺补充面的设计时，根据产品的具体形状，可对展开翻边的位置和预留切边的空间进行综合性的考虑，为了达到使毛坯拉深条件增大的目的，最终使成形的效果更好，可把零件整体轮廓的修边线向外延展三十毫米到五十毫米不等的距离。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｐ
ｄ ｆ Ｒｊ （ ） ＋（ ｄ ｆ ＋ｔ ｒ ｃ ） Ｒ ， ， （ “ ）
，
图１汽车覆盖件拉延模具精确型面构建方法流程示意图
ｓ
ｉ ￣ ｊ ＝ Ｏ
２ ． １模具型 面的面片构建 模具 型面的面片构建首先就要 规避对 ＮＵＲ Ｂ Ｓ曲面 结构形 式 的改变 ，除此之外 ，要对汽 车覆 盖件精确 型面 的每 一个 曲面
ｃ ｏ ｏ ＞Ｏ ，ｃ ｏ ， ＞Ｏ ，根据 这两个权 因子 的关系 可 以得 出 ０ ，所 以当有 Ｓ 个权 因子时 ，它们 不可 能同时为 ０ ，而且为 了保证 曲 线 具有凸包性质 ，就必须防止公式 中出现分母为 ０ 的现象 ，这 样 就能保证 曲线不会退化成 点。 如果我们在 曲线中制定某一个 参数 “的点为 Ｐ，在所给 定 的曲线上进行 该点 Ｐ的沿方 向矢量位移 ，移动距 离为 Ｃ ，最终
相应曲面的控制定点偏移量 ，从而实现 曲面能够随着 网格 的模 的坐标数 值。然后 为每 个控制 定点 Ｐ 在 精确模 面 中寻找三 个 型变化而发生 自然形变 。只有这样才 能构建 出适合 于汽车覆盖 较它距离最近 的网格节 点，构成投影环 境下的三 角平 面。 件 厚度变化 的模具精确 型面来 。如果 能在 Ｎ ＵＲ ＢＳ曲线及其 曲 ２ ． 控制各个顶面 ，将上述 中的三角平面 投影 投射 到精 确模 线权 因子都不发生变化的情形下进行 网格模型 的节 点位移 ，进 面 的网格单元上 ，因为原始模面 网格模 型与精确模面 网格模 型 而修 正其对 应 曲面要控制的顶点位置 ，就要构建 出一种对应于 的单元节点是相 同的，所 以在此要建立单元节 点的对应 映射关 精确 型面网格模型的精确 曲面模型 。它 的具体构 建流程如 图 １ 。 系， 再应用三角函数插值法对三角形上的投影点坐标进行计算 。 关于汽车覆盖件模具系统的具体应用 ，美 国国家标准局早 ３计算 出原始模面 的控制顶 点后 ，利用 向 （ 下转第 １ ７ １ 页）
子做修 改，只依靠 Ｎ ＵＲ Ｂ Ｓ曲面的变化来控制顶 点位置 ，从而
构建精确型面 的曲面 面片 ，就要做 到以下几 点。
２ 汽车覆盖 件拉延模具精确型面的曲面模型构建方法 对 汽车覆盖件进行 曲面模型构建 ，要充分考虑控制覆盖件
１ ． 利用 ｃ ＋ ＋语 言读取 ＮＵ Ｒ ＢＳ曲面面 片 中所有 控制 顶 点
网
— ∑ Ⅳ ｌ ， （ “ ）
ｐ （ ｕ ） ＝ Ｊ ＿——一
模 其 精 确 褥 网格 模 型
∑ｍ ｉ Ｎ ｉ ． （ “ ）
ｉ ＝ ０
格
映
在 公式 中，ｃ ｏ ￣ （ ｉ ＝０ ， １ …Ｏ ） 就 被称为 是 曲线形 状的权 因子 。
射
当它 与ｄ （ ｆ ＝０ ， １ …ｎ ） 相关 时，整 个 曲线 中的首 末权 因子 就有
中文科技期刊数据库 （ 文摘版 ）自然 科学
科 学研 究
２ ０ １ ５ 年３ 月 一 ． １ ２ ７・
汽 车 覆盖 件拉 延模 具精 确 型 面构 建 方法研 究
潘 明远 广 东福 迪汽车有限公 司，广 东佛 山 ５ ２ ８ ２ ２ ５
摘 要： 为了精进模具设计 ，缩短模 具调 试周期并稳定成本 ，这里基 于 Ｎ ＵＲ ＢＳ曲线及 曲面形状修改理论提 出了一套拉 延模
该为 ：
当汽车覆盖件模具型面被制作好后 ，就应该将其转化生成
Ｉ Ｇ Ｅ Ｓ文件 格式 ，从而 明确 Ｎ ＵＲ Ｂ Ｓ的 曲面 形式 由怎样 的 曲面 和多少个 曲面拼接 而成等等 。由于 Ｎ Ｕ ＲＢ Ｓ曲面面片具有搜寻
通过此功能将精确模 具型面 中的面 片进 行重新拼接 ，最后 构成
这 里假设有一 条 次 ＨＵＲ Ｂ Ｓ曲线，它 的有理 分式方程应 Ｉ Ｇ Ｅ Ｓ文件 中对应 元素类型 号控制顶 点信息 的功 能，所 以可 以 汽车覆盖件 的曲面模 型 【 ２ 】 。
模 裁 原 始 型 丽Ｉ ＧＥ Ｓ 模 型
控 制 点 偏 移
精 确 型 面面 片 熏构
磁 片 鹤 裁线 氟 构 曲 藤 拼接 和 光 顺 模 具精 确 型面
到新 的位 置 ｐ ＋ ，此 时就可 以计算 出曲线 的控 制顶 点 以及它
的 新 位 置 。我 们 用 以下 公 式 来 表 示 ｐ ・的新 位 置 ：
具 精 确 型 曲 面模 型 的 构 建 方 法 。 关键词 ： 汽车覆盖件 ； 精确模 面 ； 拉 延模 具 中图分类号 ： Ｕ４ ６ ６ 文献标识码 ： Ａ １ ． ５ ５ ７ ８（ ２ ０ １ ５ ）０ ３ ． ０ １ ２ ７ ． ０ １ 在 上个世 纪 ８ ０ 年代 就提 出了基本 图形的交换规 范 （ １ １ １ ｅ Ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ
所 以就得 出新的控制顶点 的具体位置方程为 ：
ｄｆ ＝ｄ ｆ ＋ｔ Ｔ ． Ｃ
对 移动控制项 点的计算体现 出了 Ｎ ＵＲ ＢＳ曲线形状 的修 改 面片进 行重 构建 。如果 以 Ｎ ＵＲ Ｂ Ｓ为基准，完全可 以通过 改变
具有一定难度 ，我们往往要通过试探 的方法来判 明它们所移 动 权 因子 或 控 制 定 点 来 修 改 Ｎ ＵＲ ＢＳ曲面 。但 是 现 有 技 术 很 难 把 的 位 置 。 如 果 不 能 正 确 选 择 控 制 点或 移 动 不 合 理 ，就 不 能达 到 控 权 因 子对 曲面 形 状 的 改变 ，所 以 如 果 不 对 ＮＵＲ Ｂ Ｓ中 的 权 因 修 改 曲线形状的基本要求 ［ １ 】 。
Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｓ Ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｉ Ｇ Ｅ Ｓ ） 。 作 为 一 种 格 式 ， 它
１ ． １ 概 念
￣Ｊ Ｒ ＢＳ （ Ｎｏ ｎ ． Ｕｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｂ ． Ｓ ｐ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ）即非均匀 有理 与 ＮＵ ＲＢ Ｓ中的有 理 Ｂ线条 曲线都有相对应 的元素类型 ，比如 Ｂ样条 。它 是一种能够体现物体 自由型状态 ，精确表 达二次 曲 实体类 型 １ ２ ６ 和１ ２ ８ 等 。这些类 型号可 以为 目录入 口进 行号码 线 曲面功 能 的理论 体系 。如今在 一些例 如 Ｃ ＡＤ ／ Ｃ Ａ Ｍ 软件 中 参数的排列 ，并且实现系统之 间的信息交换 。在进行 曲面面片 都具有 Ｎ ＵＲＢ Ｓ功能 ，它 已经逐渐成为计算机 图形学领域的佼 Ｉ Ｇ Ｅ Ｓ的顶 点信息控制 计算后 ，文件 中有 理 Ｂ样条 曲线 中的控 佼者 。本 文所要提到 的 Ｎ ＵＲ Ｂ Ｓ曲线及 曲面形状 所要表达的是 制顶点坐标 、权 因子等等参数就都会被读取 出来 。 对汽车覆盖件拉 延模 具精 确型面控制顶点与对权因子 中曲线和 曲面形状 的修 改。 １ ． ２基于 Ｎ Ｕ Ｒ Ｂ Ｓ曲线 形状 的修 改方法