汽车覆盖件冲压模具结构设计趋势研究

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汽车覆盖件(简称覆盖件)是指覆盖发动机、底盘,构成驾驶室和车身的薄钢板的异形体的表面零件(称外覆盖件)和内部零件(称内覆盖件)。覆盖件的质量及成形要求如下:外覆盖件表面上不允许有皱纹、磕痕、擦伤、边缘拉痕及其他破坏表面完美的缺陷。其上的装饰用棱线、筋条,要求清晰、平滑、过度均匀,两个件的衔接处的棱线应吻合,不能参差不齐;覆盖件的轮廓尺寸、局部形状等尺寸应保证后续焊接装配或组装的互换性、准确性,保证车身外观形状美观一致;覆盖件的曲面形状和几何尺寸必须与主模型相一致;由于覆盖件所具有的上述特殊要求,所以作为生产制造覆盖件的汽车模具,与其它机械产品相比,汽车覆盖件模具的设计制造呈现出以下几个显著特点:一是汽车覆盖件模具是模具行业中技术含量最高、难度最大的复杂大型精密模具,是制造业中技术、劳动、资金最密集型的产业:二是汽车覆盖件模具对人才素质要求最高,不仅技术含量高,而且技术涉及面广,对经验依赖程度大,经验的多少将会直接影响到模具的周期和质量;三是产品的单件唯一性,每一套模具几乎都是一次新的实验与探索。

汽车覆盖件模具的上述特点决定了对模具人才的素质、专业能力要求非常高,而且对人才的需求量特别大。经过改革开放后二十多年的发展,虽然我国模具企业己经集聚了大批的汽车模具开发人才,但是,与外国相比,模具设计、制造高层次的人才还满足不了要求,技术水平上还存在一定的差距。技术人才的梯队发展较慢,还沿袭“师傅带徒弟”的做法,使许多好的设计制造经验得不到全面应用与推广,所以针对可靠的设计制造经验和由这些经验总结而成的设计标准、规范的总结势在必行。

随着计算机辅助设计(CAD)技术的广泛应用,模具CAD技术也取得了较大的成就。但是,仍停留在通用CAD软件的基础上,CAD的巨大潜力远远没有充分发挥。通用的CAD软件还不具备模具专业的专业特征,所以模具设计效率提高幅度不大,成为制约模具发展速度的又一瓶颈,CAD技术在模具设计中的应用并没有实质性的飞跃。所以在通用CAD基础之上针对模具的专业性质开发出模具以D模块,是解决当前问题的关我国模具CAD技术研究起步较晚,20世纪80年代初才开始模具的研究。除引进一批以D系统外,国内开发了一些拥有自主知识产权的软件,如华中科技大学开发了基于三维几何模型的UG级进模CAD/CAM软件NX一PWD和UG压铸模BOM提取系统,并对基于UG的汽车覆盖件模具CAD/CAE/CAM技术进行了系统的研究推出的汽车覆盖件冲压成形快速分析软件队SZTAMP,基于改进的有限元逆算法和板壳单元,综合考虑了摩擦、压边力和拉伸筋等工艺条件,将产品设计、材料选择和工艺设计紧密联系起来,能够快速模拟汽车覆盖件成形后的起皱,破裂和成形不足等缺陷,优化压边力、拉伸筋和摩擦等工艺参数。今后新一代模具以D/CAE/CAM系统正向着专业化、网络化、智能化和集成化4个方面发展。

(1)模具CAD/CAM的专业化程度不断提高。随着模具工业的快速发展,近几年来世界各国的软件开发商投入了巨大的人力和物力,针对各类模具的特点,将通用的CAD/CAM系统改造为模具行业专用的系统,取得了较大成效。已投入使用的有美国uGS公司的级进模设计系统NX一PDW。以色列Cimatron公司的模具设计和制造系统Quick。英国DELCAM公司的塑料模设计和制造系统PS-Moldmaker。法国MISSle1Software公司的级进模专用软件TopProgress。日本UNISYS株式会社的塑料模设计和制造系统CADCEUS等。这些软件的技术特点是能在统一的系统环境下,使用统一的数据库,完成特定模具的设计。

(2)基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪随着计算机技术的进步以及工业部门的迫切需求,国外一些软件开发商已能按实际生产过程中的功能划分产品系列,在网络系统下实现CAD/CAE/CAM的一体化,解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作的要求。例如英国DELCAM公司在原有软件DUCTS的基础上,为适应最新软件发展及工业生产实际推出了CAD/CAM集成化系统Delcaln"5PowerSolution,该系统覆盖了几何建模、逆向工程、工业设计、工程制东北林业大学硕士学位论文图、仿真分析、快速原型、数据编程、测量分析等各个领域。系统的每个功能模块既可独立运行,又可通过数据接口与其他系统相兼容,并能按使用要求进行组合,以便形成专业化的CAD/CAE/CAM系统,做到开放性兼容性和专业化的统一。可以预计,模具以D/以ECAM系统在今后几年内将会逐步发展为支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。

(3)模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目。在现阶段,模具设计和制造在很大程度上仍然依靠模具工作者的经验,仅凭计算机的数值计算功能去完成诸如模具设计方案的选择、工艺参数与模具结构的优化、成型缺陷的诊断以及模具成形性能的评价是不现实的。新一代模具CAD/CAE/CAM系统正在利用KBE(基于知识的工程)技术进行脱胎换骨的改造。如UG一H中所提供的人工智能模块KF(KnowledgeFusion)。利用KF可将设计知识融入系统之中,以便进行图形的识别与推理。数值计算和人工智能技术的结合将是今后相当长时间内一件十分艰巨而重要的工作。传统的模拟软件基本上都是被动式计算工具,分析前需要用户事先设计成形方案和确定工艺参数,分析结.果常常难于直接用来指导生产,这在很大程度上影响了模拟软件的推广和普及。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HS以E6.10中成功地引入了人工智能技术,对于注射时间、注射温度等具有连续取值空间的参数,采用人工神经网络进行优化,对于分析结果的解释和评价则采用基于规则推理的方法来处理。

(4)与先进制造技术的结合日益紧密。模具CAD/CAE/CAM技术在解决模具开发关键问题的过程中不断完善的同时,也在与先进制造技术的紧密结合中得到发展,其内涵日益丰富,外延不断扩大。例如,逆向工程是以实物模型为依据来生成数字化几何模型的设计方法,基于逆向工程的模具开发流程正走向成熟,并已成为模具开发的基本模式之一,流行的CAD/CAM系统(如Cimatron等)已提供专门的逆向工程功能模块。快速原型制造技术目前已从加工产品原型发展成能直接或间接制造功能零件和模具的快速成型制造,面向快速原型的CAD软件也日益专业化,各种文件的转换和STL文件的修复、处理、操作等功能日臻完善,形成了基于STL的CAD平台。虚拟现实(VirtualReality,VR)技术在模具CAD/CAM中的应用十分活跃,集成成形工艺模拟、模具装配与运动仿真的虚拟成形平台己成为当前研究热点,基于国外虚拟设计制造软件(如ADAMS,Deneb,Multigen等)的模具开发应用已开始出现。

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