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原文传递 CAD/CAE在汽车覆盖件成形中的应用

论文题名：	CAD/CAE在汽车覆盖件成形中的应用
关键词：	汽车覆盖件成形;模具设计;汽车工业;逆向工程;数值模拟;有限元;汽车制造企业;塑性成形;计算机;关键技术;仿真分析;冲压成形;成形过程;CAD;三维;覆盖件工艺;产品;制造成本;软件;模型
摘要：	随着全球汽车行业的竞争日趋激烈，我国汽车工业面临着严峻的挑战。汽车覆盖件在汽车组成部件中占的比重很大，其具有形状复杂、精度高、表面质量要求高等特点。覆盖件的成形与其模具设计是制约我国工业尤其是汽车工业发展的关键，高效、高质量和低成本的产品开发已成为工业界竞争的焦点。随着现代计算机技术及测量技术的发展，利用CAD/CAE/CAM技术，来实现产品实物的逆向工程并进行产品生产前的各种参数分析，已成为工业领域的一个研究热点。　　所谓的逆向工程（反求工程）是利用对实物测量的数据重新构造实物的计算机模型然后利用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术进行分析、再设计、数控编程等操作，而后进行加工，它己发展为CAD/CAE/CAM中一个相对独立的范畴。模型表面三维数字化是逆向工程，也是整个设计的基础所在。其影响因素包括表面数字化的速度、精度，数据点的处理，曲线的生成，曲面的生成，曲线、曲面对点的拟合精度，各自的光顺性问题等。完成这些工作需要有强大功能的软件支持，国外著名的汽车集团公司如Ford，General Mortor，Toyoto等在每个关键环节都有自己的专门主流平台，如在CAID中采用Anlias，表面重构采用Freeform（Surfacer），三维实体造型采用UG，CATIA，I-DEAS，PRO/E等。与此同时，再加上先进的测量设备（使其既可以作为CAD/CAM系统所需要的三维输入装置，又可以作为CAD/CAM系统处理后的误差检测评估装置），即可完成逆向工程的主要工作。　　本文通过大型CAD/CAM软件UG来探讨逆向工程在汽车覆盖件成形中应用，可以将附合要求的汽车覆盖件产品进行测量并反求出零件和模具的CAD模型，这样大大提高了汽车覆盖件及模具的生产效率，减少修模量，降低了模具制造成本，为吸收引进国外先进技术来加快国家汽车工业的发展提供一种途径。　　 CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。　　今天，以CAE有限元为核心的塑性成形数值仿真技术日趋成熟，为人们认识金属塑性成形过程的本质规律提供了新途径，为实现塑性成形领域的虚拟制造提供了强有力的技术支持，这使得有限元仿真分析在汽车工业的应用日益受到重视。　　目前，众多的汽车制造企业都建有覆盖件冲压成形仿真分析系统，其核心是专业化的有限元分析软件。在冲压成形CAE技术应用方面，可以仿真成形过程中材料的流动，预测开裂、起皱、回弹等缺陷。仿真分析在多方面对这些企业的冲压生产提供有力的支持：在设计工作的早期阶段评价覆盖件及其模具设计、工艺设计的可行性；在试冲试模阶段进行故障分析，解决问题；在批量生产阶段用于缺陷分析，改善覆盖件生产质量，同时可用来调整材料等级，降低成本。但模拟计算时如何提高相关参数与实际的符合程度及模拟计算的可信度，仍是CAE在工程应用中的难点。　　通过20多年的发展，我国汽车覆盖件及模具设计和制造能力得到了长足进步。然而由于我们长期以来缺乏设计的经验积累，使得设计和制造的周期较长，不能跟上汽车车型更新的需求，致使许多关键性的技术不得不花费大量外汇从国外引进。随着我国加入WTO，对汽车工业保护政策的逐步取消，国内轿车工业面临着严峻的考验，如何降低设计和制造成本，如何提高自身的设计能力就成了国内每一个汽车制造企业迫切需要解决的问题。我国汽车工业“十五”计划明确指出汽车的自主研发在5年内分3步走，其第一步就是启动车身、整车总体布置及其主要零部件的研究，其中开发的关键技术就是汽车覆盖件工艺和模具设计。因此，开展汽车覆盖件工艺和模具设计关键技术研究，使其紧密结合起来形成我国自己的高科技产业，打破国外技术垄断已势在必行，其成果对推动我国汽车工业和模具工业的发展起到至关重要的作用，具有重大的经济和社会效益。　　另一方面，各专家在长期的设计实践中所形成的感性经验对于覆盖件及模具工艺设计是不可多得的宝贵财富。然而随着专家的离职，这些经验知识正在不断地流失。为了长久地保留专家所拥有的经验，只有通过工程师以特定的知识表达方式记录、保存、组织和管理这些知识，使之成为全社会的共同财富，服务于社会生产的各个环节中。　　本文简要介绍了逆向工程在汽车覆盖件成形上的应用、覆盖件冲压成形特点、板材成形有限元的基本理论、数值模拟的关键技术、数值模拟基本流程等。在此基础上，选取典型覆盖件--发动机蜗壳进行研究，先逆向取形，建立了发动机蜗壳的三维模型；然后设定了有限元数值模拟前处理的一些关键参数：使用PAM-STMP2G软件对成形过程及成形后的回弹进行数值模拟，针对压边力、冲压速度及板坯形状等进行了优化，消除了拉裂、起皱及回弹现象，解决了实际生产中的问题。　　总之，汽车覆盖件数值模拟是有效的、可行的，为现实生产提供了可靠的参考模拟数据，也为CAD/CAE/CAM的进一步研究和推广积累了宝贵的经验。
作者：	齐宝军
专业：	载运工具运用工程
导师：	费建国;王海军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南林学院
学位年度：	2009
正文语种：	中文