汽車車門畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)微型汽車背門外板設(shè)計(jì)丁維峰燕 山 大 學(xué)2010年6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)微型汽車背門外板設(shè)計(jì)學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 專 業(yè)： 06級(jí)汽車2班 學(xué)生 姓名： 丁維峰 學(xué) 號(hào)： 061101011387 指導(dǎo) 教師： 趙明慧 答辯 日期： 2010年6月20日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院： 車輛與能源學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：車輛與交通系學(xué)號(hào)061101011387學(xué)生姓名丁維峰專 業(yè)班 級(jí)汽車06-2題目題目名稱微型車背門外板設(shè)計(jì)題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（

2、）題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ ） 2.論文（ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容1. 背門外板3D模型修復(fù)；2. 背門外板沖壓工藝分析，編制沖壓工藝卡片；3. 繪制工程圖；4. 熟悉CATIA軟件，掌握基本操作?；疽?. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不少于2萬字；2. 查閱參考文獻(xiàn)不少于15篇；3. 翻譯與畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)的外文翻譯資料不少于三千字；4. 設(shè)計(jì)目標(biāo)：建立背門外板3D模型，繪制工程圖；進(jìn)行工藝分析，編制沖壓工藝卡片。參考資料1. 汽車工程手冊(cè).北京：人民交通出版社，20012. 劉惟信主編.汽車設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，20013. 吳亞良編.現(xiàn)代轎車車身設(shè)計(jì).

3、上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19994. 郭竹亭主編.汽車車身設(shè)計(jì).吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，19925. 車身制造工藝學(xué)6. 沖壓工藝手冊(cè)周 次第 周第 周第 周第 周第 周應(yīng)完成的內(nèi)容調(diào)查研究，收集資料，翻譯外文資料，撰寫開題報(bào)告，初步熟悉車門總成結(jié)構(gòu)熟悉CATIA軟件；進(jìn)行3D模型修復(fù)，完成模型曲面轉(zhuǎn)接繼續(xù)進(jìn)行模型修復(fù)；進(jìn)行工藝分析，編制沖壓工藝撰寫論文準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：趙明慧職稱： 講師 2009年12月30日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要摘要車門是車身結(jié)構(gòu)中一個(gè)較復(fù)雜的總成, 熟悉車門結(jié)構(gòu)的功能要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和較常見的結(jié)構(gòu)處理方法是車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，另外，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中正

4、確的方法、步驟是實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵, 如車門總體結(jié)構(gòu)的確定、附件的布置、結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和強(qiáng)度、剛度、可靠性等方面都有一定的規(guī)律和要求。由于車門為大面積覆蓋件，需要用整體沖壓進(jìn)行加工，以保證車門結(jié)構(gòu)的完整性，同時(shí)在車門內(nèi)外板之間添加加強(qiáng)梁保證車門剛度。本課題通過使用CATIA軟件對(duì)車門進(jìn)行3D建模設(shè)計(jì)，再制定模型沖壓工藝路線，最終完成車門外板設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞車門；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractCar body door is a more complex assembly in the body structure. Structural function requir

5、ement, specialty of structure and general handing method of structure are the basis of body door structure design. In the course of door structural design, correct method and procedure are the key points to realize rational design, such as determination of door structure outlay, arrangement of acces

6、sories, motion verification and also others as overall coordination of structure, strength, rigidity, reliability etc, all have definite rule and demand. As the door to a large area covering parts, need to process the whole press to ensure the integrity of the door structure, while in the door betwe

7、en the inside and outside panels to add rigidity to enhance beam to ensure the door. This issue through the use of CATIA 3D modeling software to design the door, and then stamping process to develop model route, finally completing the journey outside the board design.Keywords Car door; Structure; De

8、signII 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 汽車車身設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀31.2.1 國(guó)外主要國(guó)家汽車車身設(shè)計(jì)發(fā)展情況31.2.2 我國(guó)汽車車身設(shè)計(jì)發(fā)展情況41.3 目前微型汽車面臨的主要問題51.4 汽車車身發(fā)展趨勢(shì)51.5 主要內(nèi)容6第2章 車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)72.1 汽車車身72.1.1 車身簡(jiǎn)介72.1.2 車身結(jié)構(gòu)及內(nèi)外飾72.2 車門類型及功能要求92.2.1 車門的種類92.2.2 車門的結(jié)構(gòu)112.2.3 車門的功能122.2.4 車門內(nèi)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)132.3 本章小結(jié)14第3章 CATIA建模153.1 CATIA簡(jiǎn)介153.2 模型分析163.3

9、 CATIA建模163.4 本章小結(jié)20第4章 沖壓工藝制定214.1 汽車覆蓋件拉深成型原則214.2 汽車表面覆蓋件拉深特點(diǎn)224.3 背門拉深工藝234.4 工藝方案制定244.4.1 沖壓工藝244.4.2 沖壓工序274.5 本章小結(jié)29結(jié)論31參考文獻(xiàn)32致謝33附錄1開題報(bào)告34附錄2文獻(xiàn)綜述41附錄3外文翻譯47III章1章 緒論 第1章 緒論1.1 課題背景汽車車身是汽車的重要組成部分，是整車零件的載體，它的質(zhì)量和制造成本都占到整車的40%到60%以上。 車身設(shè)計(jì)在汽車設(shè)計(jì)中，占有極其重要的位置。在各大總成中，除發(fā)動(dòng)機(jī)外，車身設(shè)計(jì)的工作量最大，最復(fù)雜，周期最長(zhǎng)。車身作為轎車、

10、載貨車和大客車整車中的重要部分,是汽車上乘人和載貨的容器,作為承載乘客的車身要求具有舒適性和安全性。近幾年來，我國(guó)政府已經(jīng)將汽車工業(yè)作為一項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)進(jìn)行發(fā)展，是我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)有了一個(gè)蓬勃發(fā)展的春天1。車身是一個(gè)品牌的標(biāo)志和象征，它代表著汽車開發(fā)的水平，在汽車開發(fā)中占有主體地位。國(guó)外汽車企業(yè)在車身開發(fā)、制造方面廣泛采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)行全新開發(fā)和超前開發(fā)，使得車身的開發(fā)周期越來越短，創(chuàng)新的車型越來越多。由于車身總成占這些車型整車總質(zhì)量和成本的一半左右，并代表了公司產(chǎn)品的品牌形象，加之對(duì)其投資的巨大，各集團(tuán)公司均把車身開發(fā)放在整車開發(fā)的首要位置2。車身開發(fā)周期的長(zhǎng)短是決定整車競(jìng)爭(zhēng)力的大小和成

11、本高低的關(guān)鍵因素。國(guó)際領(lǐng)先汽車集團(tuán)均開發(fā)和研究的方法、先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在滿足汽車一般的性能要求之外，近年來特別強(qiáng)調(diào)要滿足輕量化、防碰撞、低成本和回收再利用等社會(huì)方面的要求。同時(shí)隨著能源危機(jī)的進(jìn)一步深化,小型化、輕量化的汽車相繼產(chǎn)生,又由于高速公路的建設(shè),車速迅速提高,為減小風(fēng)阻，對(duì)車身的設(shè)計(jì)工作又提出了更高的要求，同時(shí)高速帶來的安全問題，在發(fā)生撞車事故時(shí)如何保證生存空間問題及車內(nèi)軟化問題也也引起了極大的重視3。汽車工業(yè)作為資金和技術(shù)密集的支柱產(chǎn)業(yè)之一，充分將信息技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合，展現(xiàn)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造工藝和設(shè)備、制造業(yè)自動(dòng)化、系統(tǒng)管理、綜合集成等現(xiàn)代化先進(jìn)制造技術(shù)。因此各個(gè)汽車廠家

12、都圍繞這安全、環(huán)保和節(jié)能三個(gè)重點(diǎn)在新成型審計(jì)制造中采用新能源、新材料、新工藝技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，并將這作為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向和重點(diǎn)。覆蓋件成形工藝直接決定著產(chǎn)品能否成形和成形質(zhì)量，而從車身的設(shè)計(jì)到產(chǎn)品投產(chǎn)，模具設(shè)計(jì)與制造約占2/3的時(shí)間，這成為新車型快速上這成為新車型快速上市的重要環(huán)節(jié)4。汽車車身技術(shù)已經(jīng)成為汽車競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵砝碼，車身技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r足以反映出一個(gè)國(guó)家的汽車工業(yè)水平。要是我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)趕超世界先進(jìn)水平，關(guān)鍵是提高車身制造技術(shù)。基于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和國(guó)外汽車進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的壓力進(jìn)一步增大，在大多數(shù)汽車生產(chǎn)企業(yè)都將精力投放在轎車上時(shí)我國(guó)一些汽車廠家，如：通用五菱、長(zhǎng)安、哈飛、昌河、一汽佳寶

13、等廠家都加大了對(duì)微型汽車的關(guān)注，并且都加大了對(duì)新車型的開發(fā)研究。許多廠家都引進(jìn)先進(jìn)的軟件生產(chǎn)技術(shù)對(duì)開發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且采用計(jì)算機(jī)軟件仿真系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行碰撞等仿真實(shí)驗(yàn)，從而縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間5。節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適和智能化是當(dāng)今世界汽車技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)6。其中，汽車的輕量化是節(jié)能的重要措施。減輕汽車質(zhì)量對(duì)于將低油耗，節(jié)約能源，減少排放，都有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義7。研究表明，減輕汽車質(zhì)量的重要途徑，要減輕車重，除了優(yōu)化結(jié)構(gòu)外，新型材料(高強(qiáng)度鋼板、鋁鎂合金板、激光拼焊板)的應(yīng)用成為最主要的方法。目前高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的大量應(yīng)用是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。激光拼焊成形也是汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)。

14、日本豐田汽車公司將拼焊板用于內(nèi)覆蓋件以改善板料的成形性和覆蓋件的整體性，用于外覆蓋件以改善車身的外觀和裝配精度，用于骨架件以改善車身的防撞性和減輕車身重量。美國(guó)的三大汽車公司將拼焊板主要用于門內(nèi)板、側(cè)圍、立柱、橫梁等零件，在門內(nèi)板中應(yīng)用比例高達(dá)40%。實(shí)踐證明采用拼焊板技術(shù)可減少零件數(shù)量66%，材料利用率由40%增加到65%。隨著剛強(qiáng)度材料的大量使用和激光焊接技術(shù)的使用，對(duì)提高車身各組件的穩(wěn)定性和使用性有很大幫助。并且伴隨著新技術(shù)手段和制造材料的運(yùn)用，更多新的加工工藝流程誕生，這有利于解決之前傳統(tǒng)制造工藝中的缺陷和不足。為新型產(chǎn)品的研發(fā)提供了更多可行依據(jù)。除了上述先進(jìn)的車身制造技術(shù)外，已經(jīng)形成

15、商品化的成形分析CAE軟件和立體建模軟件CAD，也得到了許多工業(yè)部門的重視和應(yīng)用，美國(guó)的通用、福特、德國(guó)的大眾、奔馳、日本的豐田、日產(chǎn)等大型汽車制造公司，都已開始應(yīng)用板料成形分析CAE軟件指導(dǎo)板料成形件的開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)汽車、飛機(jī)等工業(yè)的發(fā)展，成形分析CAE軟件和立體建模軟件CAD在我國(guó)的應(yīng)用越來越廣泛8。1.2 汽車車身設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外主要國(guó)家汽車車身設(shè)計(jì)發(fā)展情況世界各國(guó)著名的汽車廠商都在加緊研制各類微型汽車，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破。20世紀(jì)90年代以來 ,在外形上，國(guó)外轎車車身以高流線型、大圓角的造型居多。兩廂式或三廂式轎車的廂與廂之間 ,多用

16、圓滑流暢的曲線過渡。有些車型采用了整體流線型與局部棱角型相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。這種圓滑、飄逸型的造型風(fēng)格已博得廣大消費(fèi)者的理解和喜愛，并成為今天的車身造型主流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，轎車自重每減少10%,燃油消耗可降低6%8%，出于對(duì)環(huán)保、能源和汽車安全性等問題的考慮，汽車輕量化成為國(guó)內(nèi)外汽車工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。要減輕車重，除了優(yōu)化結(jié)構(gòu)外，輕質(zhì)板材的應(yīng)用是未來汽車輕量化的重要方向。目前超深沖IF(無間隙原子鋼Interstitial Free Steel) 鋼取得重大進(jìn)展和成果, 根據(jù)前人對(duì)鋼板的大量研究，當(dāng)前車身用新型鋼板主要有:冷軋鋼板、高強(qiáng)度鋼板、表面處理鋼板、高強(qiáng)度拼焊鋼板、夾層鋼板、不銹鋼板等。而從保

17、證車身碰撞安全性的角度來看,高強(qiáng)度鋼的用量將直接決定車身輕量化的水平9。德國(guó)奧迪汽車公司與Alcoa鋁業(yè)公司聯(lián)合開發(fā)的奧迪A8轎車，其車身采用全鋁空間框架，由擠壓成形中空構(gòu)件組成，這種全新的結(jié)構(gòu)奧迪承載構(gòu)架，降低車身質(zhì)量約40%，使車身強(qiáng)度、剛度增加，且具有吸能作用，這種車身將成為轎車車身的發(fā)展方向。激光拼焊成形也是汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù),激光拼焊板最顯著的優(yōu)點(diǎn)是減少了零件數(shù)量和材料消耗,降低了整車重量,簡(jiǎn)化了裝配工藝,因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。近年來該項(xiàng)技術(shù)在全球新型鋼制車身設(shè)計(jì)和制造上獲得了日益廣泛的應(yīng)用。目前,世界知名汽車制造商奔馳、寶馬、通用等相繼在車身中采用了激光拼焊板技術(shù)。1.2.

18、2 我國(guó)汽車車身設(shè)計(jì)發(fā)展情況與世界其他國(guó)家一樣。微型汽車研發(fā)工作在我國(guó)也正在如火如荼的進(jìn)行著：“十五”期間，國(guó)家從維護(hù)我國(guó)能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮。通過組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中國(guó)家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，加緊對(duì)微型汽車的研發(fā)，提高我國(guó)微型汽車發(fā)展水平?；趪?guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和國(guó)外汽車進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的壓力進(jìn)一步增大，在大多數(shù)汽車生產(chǎn)企業(yè)都將精力投放在轎車上時(shí)我國(guó)一些汽車廠家，如：通用五菱、長(zhǎng)安、哈飛、昌河、一汽佳寶等廠家都加大了對(duì)微型汽車的關(guān)注，并且都加大了對(duì)新車型的開發(fā)研究。許多廠家都引進(jìn)先進(jìn)的軟件生

19、產(chǎn)技術(shù)對(duì)開發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且采用計(jì)算機(jī)軟件仿真系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行碰撞等仿真實(shí)驗(yàn)，從而縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)開發(fā)時(shí)間10。節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適和智能化是當(dāng)今世界汽車技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。其中，汽車的輕量化是節(jié)能的重要措施。減輕汽車質(zhì)量對(duì)于將低油耗，節(jié)約能源，減少排放，都有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。研究表明，減輕汽車質(zhì)量的重要途徑，要減輕車重，除了優(yōu)化結(jié)構(gòu)外，新型材料(高強(qiáng)度鋼板、鋁鎂合金板、激光拼焊板)的應(yīng)用成為最主要的方法。目前高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的大量應(yīng)用是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。激光拼焊成形也是汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)11。近年來我國(guó)設(shè)計(jì)的新型微型汽車大多采用電液混合驅(qū)動(dòng)方案，在整車操控性能、行駛性能、安全

20、性能、燃料利用率等方面均已得到較大提高。2004年5月在北京召開的世界氫能大會(huì)上，我國(guó)自主研發(fā)的混合動(dòng)力轎車和客車樣車與世界領(lǐng)先的奔馳公司樣車同堂展示，引起了世界的驚贊。而車門作為汽車車身覆蓋件中的重要組成部分，對(duì)汽車整體機(jī)構(gòu)上的完整性有重要意義，隨著汽車車身設(shè)計(jì)的不斷翻新，新型的車門結(jié)構(gòu)也層出不窮，如上翻式車門較傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式車門相比更具新意，并且符合現(xiàn)代新型汽車的要求。1.3 目前微型汽車面臨的主要問題國(guó)產(chǎn)微型車除存在質(zhì)量不穩(wěn)定外，整車技術(shù)性能和基本結(jié)構(gòu)方面的一些薄弱環(huán)節(jié)日漸顯露，急需改進(jìn)。由于汽車生產(chǎn)過程中加工工藝的影響使得許多汽車的平部件存在問題，這使得現(xiàn)在很多汽車生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品不能

21、滿足汽車行駛需求。近年來，汽車設(shè)計(jì)軟件發(fā)展迅速，但是由于國(guó)內(nèi)的汽車生產(chǎn)廠家對(duì)汽車設(shè)計(jì)軟件引進(jìn)的比較晚，沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致在零部件設(shè)計(jì)和汽車整體布置上存在著一定的缺陷。使得國(guó)產(chǎn)汽車的生產(chǎn)研發(fā)周期較長(zhǎng)。這在很大程度上影響了汽車的發(fā)展速度。車身作為汽車生產(chǎn)中的大型覆蓋部件，焊接技術(shù)在其生產(chǎn)中大量的應(yīng)用。而我國(guó)多數(shù)汽車生產(chǎn)廠家采用傳統(tǒng)的焊接手段，由于焊點(diǎn)的實(shí)際數(shù)量較多且位置不連續(xù)，為了保證實(shí)際焊點(diǎn)位置和節(jié)點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，就需要細(xì)化局部網(wǎng)格，這樣使得建模和計(jì)算的工作量大大增加，且焊點(diǎn)位置也很難保證。此外，國(guó)產(chǎn)幾種微型車由于底板結(jié)構(gòu)單薄，本體下部太輕，整車質(zhì)心偏高（大發(fā)廂式車為620mm，長(zhǎng)安廂式車為61

22、5mm），高頂車尤其顯著，同時(shí)輪距、軸距偏小等原因，整車行駛穩(wěn)定性較差。高速行駛時(shí)，在5級(jí)以上風(fēng)速、較滑路面條件下，出現(xiàn)車體漂移，不走直線；應(yīng)急制動(dòng)時(shí)，易出現(xiàn)前翻和原地打轉(zhuǎn)；急轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生倒翻等現(xiàn)象12。1.4 汽車車身發(fā)展趨勢(shì)在未來汽車車身整個(gè)開發(fā)過程中，將全面采用車身虛擬開發(fā)技術(shù)。采用虛擬開發(fā)技術(shù)，可以省卻許多費(fèi)時(shí)耗工的實(shí)體樣車制造和試驗(yàn)過程，及早發(fā)現(xiàn)解決樣車性能和生產(chǎn)工藝過程中的問題。它在降低成本、縮短開發(fā)周期、提高開發(fā)質(zhì)量方面具有極大的優(yōu)勢(shì)和潛力，是汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)取勝的關(guān)鍵術(shù)。 隨著人們對(duì)汽車環(huán)保、節(jié)能、安全和舒適的要求逐漸增高，在汽車車身設(shè)計(jì)制造中使用高強(qiáng)度材料已經(jīng)成為當(dāng)今微型汽車發(fā)展的

23、一個(gè)重要的方面。使用高強(qiáng)度輕型材料可以在滿足汽車安全性能時(shí)減輕汽車總重量，從而使汽車更加的節(jié)能，保證微型汽車能在當(dāng)今能源危機(jī)的情況下得到更好的生存空間。也能夠滿足更多的消費(fèi)者的需要13。最后，除了研究上述整車碰撞標(biāo)準(zhǔn)、車身輕量化、車身模態(tài)和剛度等關(guān)鍵技術(shù)外，還關(guān)注整車生產(chǎn)中的沖壓、焊接、裝配和性能等技術(shù)向汽車產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)化，從而降低汽車產(chǎn)品開發(fā)的成本。1.5 主要內(nèi)容隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)汽車環(huán)保、節(jié)能、安全和舒適要求的提高，使得汽車跟新?lián)Q代的速度越來越快。汽車中包含的科技含量越來越高，這使得包括CATIA、UG等工程制圖軟件在汽車設(shè)計(jì)和仿真中廣泛應(yīng)用，并且在汽車制造中應(yīng)用了更多的新型制造加工

24、工藝。以下為完成老師指定的課題設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)思路及其過程:(1)查找有關(guān)車身和車門設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)資料，了解車身和車門設(shè)計(jì)的原則方法。(2)分析給定的車門模型，測(cè)量各部分車存數(shù)據(jù)，并根據(jù)已得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行3D建模處理。(3)制定合理的沖壓工藝路線，對(duì)模型的每一步?jīng)_壓工序進(jìn)行分析，從而得到正確的沖壓工藝方案。61 章2章 車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 第2章 車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2.1 汽車車身2.1.1 車身簡(jiǎn)介汽車車身包括車窗、車門、駕駛艙、乘客艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和行李艙等。車身的造型有廂型、魚型、船型、流線型及楔型等幾種，結(jié)構(gòu)形式分單廂、兩廂和三廂等類型。車身造型結(jié)構(gòu)是汽車的形體語言，其設(shè)計(jì)好壞將直接影響到汽車的性能。 汽

25、車車身既是駕駛員的工作場(chǎng)所，也是容納乘客和貨物的場(chǎng)所。 車身應(yīng)對(duì)駕駛員提供便利的工作條件，對(duì)乘員提供舒適的乘坐條件，保護(hù)他們免受汽車行駛時(shí)的振動(dòng)、噪聲，廢氣的侵襲以及外界惡劣氣候的影響，并保證完好無損地運(yùn)載貨物且裝卸方便。汽車車身上的一些結(jié)構(gòu)措施和設(shè)備還有助于安全行車和減輕事故的后果。 車身應(yīng)保證汽車具有合理的外部形狀，在汽車行駛時(shí)能有效地引導(dǎo)周圍的氣流，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車身還應(yīng)有助于提高汽車 行駛穩(wěn)定性和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻條件，并保證車身內(nèi)部良好的通風(fēng)。汽車車身是一件精致的綜合藝術(shù)品，應(yīng)以其明晰的雕塑形體、優(yōu)雅的裝飾件和內(nèi)部覆飾材料以及悅目的色彩使人獲得美的感受，點(diǎn)綴人們的生活

26、環(huán)境。為保證行車安全，在現(xiàn)代汽車上廣泛采用對(duì)乘員施加約束的安全帶、頭枕、氣囊以及汽車碰撞時(shí)防止乘員受傷的各種緩沖和包墊裝置。按照運(yùn)載貨物的不同種類，貨車車箱可以是普通欄板式結(jié)構(gòu)、平臺(tái)式結(jié)構(gòu)、傾卸式結(jié)構(gòu)、閉式車箱、氣、液罐以及運(yùn)輸散粒貨物(谷物、粉狀物 等)所采用的氣力吹卸專用容罐或者是適于公路、鐵路、水路、航空聯(lián)運(yùn)和國(guó)際聯(lián)運(yùn)的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的集裝箱。2.1.2 車身結(jié)構(gòu)及內(nèi)外飾 汽車車身結(jié)構(gòu)主要包括：車身殼體、車門、車窗、車前鈑制件、車身內(nèi)外裝飾件和車身附件、座椅以及通風(fēng)、暖氣、冷氣、空氣調(diào)節(jié)裝置等等。在貨車和專用汽車上還包括車箱和其它裝備（圖2-1）。 車身殼體是一切車身部件的安裝基礎(chǔ)，通常是

27、指縱、橫梁和支柱等主要承力元件以及與它們相連接的鈑件共同組成的剛性空間結(jié)構(gòu)?？蛙囓嚿矶鄶?shù)具有明顯的骨架，而轎車車身和貨車駕駛室則沒有明顯的骨架。車身殼體通常還包括在其上敷設(shè)的隔音、隔熱、防振、防腐、密封等材料及涂層。 車門通過鉸鏈安裝在車身殼體上，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，是保證車身的使用性能的重要部件、鈑等。這些鈑制制件形成了容納發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪等部件的空間。 圖2-1 車身總體結(jié)構(gòu)車身外部裝飾件主要是指裝飾條、車輪裝飾罩、標(biāo)志、浮雕式文字等等。散熱器面罩、保險(xiǎn)杠、燈具以及后視鏡等附件亦有明顯的裝飾性。車身內(nèi)部裝飾件包括儀表板、頂篷、側(cè)壁、座椅等表面覆飾物，以及窗簾和地毯。在轎車上廣泛采用天然纖維或合成纖維

28、的紡織品、人造革或多層復(fù)合材料、連皮泡沫塑料等表面覆飾材料；在客車上則大量采用纖維板、紙板、工程塑料板、鋁板、花紋橡膠板以及復(fù)合裝飾板等覆飾材料。 車身附件有：門鎖、門鉸鏈、玻璃升降器、各種密封件、風(fēng)窗刮水器、風(fēng)窗洗滌器、遮陽板、后視鏡、拉手、點(diǎn)煙器、煙灰盒等。在現(xiàn)代汽車 上常常裝有無線電收放音機(jī)和桿式天線，在有的汽車車身上還裝有無線電話機(jī)、電視機(jī)或加熱食品的微小爐和小型電冰箱等附屬設(shè)備。 表2-1 車身內(nèi)、外飾及附件分類類型外部裝飾裝飾條、車輪裝飾罩、標(biāo)志、浮雕式文字等內(nèi)部裝飾儀表板、頂篷、側(cè)壁、座椅等表面覆飾物，以及窗簾和地毯附件門鎖、門鉸鏈、玻璃升降器、各種密封件、風(fēng)窗刮水器、風(fēng)窗洗滌器

29、、遮陽板、后視鏡、拉手、點(diǎn)煙器、煙灰盒等2.2 車門類型及功能要求2.2.1 車門的種類車門有多種類型。不同類型的車門可分為車門本體、車門附件兩部分。車門本體屬白車身范疇，指作為一個(gè)整體涂漆、未裝備狀態(tài)的鈑金焊接總成，包括車門內(nèi)外板、加強(qiáng)板和窗框等，是實(shí)現(xiàn)車門整體造型效果、強(qiáng)度、剛度及附件安裝的基礎(chǔ)框架。而附件則是為滿足車門的各項(xiàng)功能要求，在白車身上裝配的零件及總成，其中包括車門鎖、鉸鏈、限位器、玻璃、拉手、操縱鈕、出風(fēng)口、密封件及內(nèi)外裝飾件等，另外還有一些其它的在車門上裝備的附件，如煙灰盒、揚(yáng)聲器、放物袋、限位塊和行程開關(guān)等（圖2-3）。 圖2-3 車門結(jié)構(gòu) 根據(jù)不同車型的需要車門按照開啟方

30、式、結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)方式和有無窗框可分為：旋轉(zhuǎn)門、折疊門、拉門、整體式車門、分開式車門、有窗框和無窗框車門等類型。從而滿足不同車型的要求，來滿足不同類型汽車的要求，并保證其車內(nèi)通風(fēng)性能，駕駛員及其成員的安全性，以及良好的視野性能（表2-2）。 表2-2 車門分類分類方式類型特點(diǎn)及常用車型開啟方式旋轉(zhuǎn)門用于大多汽車折疊門多用于客車?yán)T多用于輕型客車結(jié)構(gòu)整體式車門剛度高、質(zhì)量好、隨形性好分開式車門鈑金件小，材料利用率高，視野性能好。窗框有窗框車門用于大多數(shù)汽車，可為獨(dú)立窗框或整體式窗框。無窗框車門敞篷車、硬頂車、運(yùn)動(dòng)車使用旋轉(zhuǎn)方向順開式安全性好，車門誤開時(shí)不會(huì)因氣流作用開門，較常用逆開式較少采用，僅為方

31、便上、下車上開式用于轎車和輕型車的背門，也用于低矮的汽車按照老師指定的設(shè)計(jì)題目和車門在車身上的不同功用，選用上開式拉門，以保證背門開啟的方便性。由于背門面積較前門大，為了保證汽車背門的剛性和外形的完整性選用整體式車門的設(shè)計(jì)方式。這樣不但保證了車門與車身結(jié)構(gòu)上的完整還能加大背門的強(qiáng)度。2.2.2 車門的結(jié)構(gòu)車門本體主要由板制零件構(gòu)成，也叫鈑金件，鈑金件由薄鋼板經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成，一般采取增加板料厚度，采用高強(qiáng)度鋼板，合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋及拉延結(jié)構(gòu)等措施以使鈑金件自身具有高強(qiáng)度、剛度14。而對(duì)車門結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，除制件本身合理結(jié)構(gòu)的應(yīng)用外，構(gòu)件的整體組合效果更為重要。對(duì)窗口部位的加強(qiáng)對(duì)車門本體而言，內(nèi)、

32、外板構(gòu)成一個(gè)封閉的盒體結(jié)構(gòu)，窗口線部位為實(shí)現(xiàn)玻璃升降必須提供一個(gè)通道，為非封閉結(jié)構(gòu)。這一部分的剛度明顯低于其它封閉結(jié)構(gòu)處的剛度，易產(chǎn)生變形而影響玻璃升降及該處密封性。因此，一般應(yīng)在該處分別對(duì)內(nèi)、外板進(jìn)行加強(qiáng)。為增強(qiáng)剛度，加強(qiáng)板一般都有橫的壓筋，類似“ 瓦楞板”形狀。加強(qiáng)板與內(nèi)、外板的焊接方式不同，與內(nèi)板沿接觸處沿周焊接，但與外板除窗口翻邊處有窗口密封條裝飾可焊接外，為確保外表面質(zhì)量與外板下部不能用焊接方式而采用粘接。窗框與下部連接處的加強(qiáng)由于設(shè)置車門窗口及車門玻璃， 窗框部位的剛度明顯比下部要低。另外，車門的承力點(diǎn)鉸鏈、門鎖均在下部， 而上部窗框在車身上沒有這樣的支撐點(diǎn)，對(duì)上部窗框的定位也不利

33、, 為使窗框能與密封條可靠接觸, 并在行車和振動(dòng)時(shí)起到對(duì)玻璃的支撐保護(hù)和與門洞間的密封作用，必須使窗框具有足夠的剛度。在輥壓窗框結(jié)構(gòu)處理上，一般應(yīng)使窗框下端盡量增大連接界面并設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的連接件，以便增大該部位的剛度、強(qiáng)度。因車門外板是車身外表面件, 中部不應(yīng)該有焊點(diǎn), 以免影響外觀質(zhì)量, 這樣外板中部剛度就較差,行車時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪聲, 因此必須對(duì)外板剛度進(jìn)行加強(qiáng), 采取的措施有在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝清板設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁,與外板柔性粘接。一般緩沖件通常采用毛氈或泡沫,雙面膠帶粘貼, 以起支撐作用。加強(qiáng)梁下部可與內(nèi)板下部焊接,上部與外板加強(qiáng)板焊接,若結(jié)構(gòu)允許也可與內(nèi)板焊接,但是應(yīng)該以不影響玻璃升降為原則,

34、例如, 帶有三角窗的車門在三角窗下部, 或無升降玻璃的拉門窗及旅行車背門等。另外,車門外裝飾條也可設(shè)計(jì)成為加強(qiáng)件,也可利用外板壓印及外形裝飾線加強(qiáng)外板剛度。如對(duì)轎車側(cè)門強(qiáng)度有明確的法規(guī)要求,通常在門腔內(nèi)部設(shè)計(jì)縱向的管狀或方形加強(qiáng)梁。2.2.3車門的功能車門與車窗、駕駛艙、乘客艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和行李艙等部件共同組成車身。車門作為汽車車身的重要組成部件，對(duì)乘客安全，汽車整體性能，行駛平穩(wěn)性有重要作用。因此，對(duì)車門總成的功能要求，一方面，車門作為車身結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其造型風(fēng)格、強(qiáng)度、剛度、可靠性及工藝性等必須滿足車身整體性能要求15，另一方面，車門開關(guān)及上下車的方便性又是車門結(jié)構(gòu)首要滿足的要求，而

35、車門結(jié)構(gòu)自身的視野性、安全性、密封降噪等性能，又對(duì)整個(gè)車身結(jié)構(gòu)性能影響較大，也是車門功能要求的重要部分（表2-3）。表2-3 車門功能要求功能要求使用方便性1. 開關(guān)方便性：靈活、輕便、自如，有最大、中間兩檔開度，并能可靠限位。2. 上下車方便性：開度應(yīng)足夠，一般不少于60躲著開度不小于650mm。視野性1. 盡量加大車門窗口及玻璃的尺寸。2. 合理布置三角窗位置、大小、形狀?？煽啃园踩?. 足夠的強(qiáng)度、剛度。不允許因變形、下沉而影響車門開關(guān)的可靠性；開關(guān)車門是不允許有振動(dòng)噪聲。2. 部件性能可靠、部件間不干涉。3. 撞、翻車時(shí)不能自行開門，以保證成員安全。4. 滿足側(cè)撞時(shí)對(duì)乘員的保護(hù)要求密

36、封性雨、雪、塵不能進(jìn)入車內(nèi)，應(yīng)具備良好的氣密封性。工藝性維修性1. 易于生產(chǎn)制造。2. 拆裝方便。2.2.4 車門內(nèi)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)車門本體主要有鈑金件組成，鈑金件由薄鋼板（板厚0.7mm3mm），經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成，一般采取增加板料厚度，采用高強(qiáng)度鋼板，合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋及拉延結(jié)構(gòu)等措施以使鈑金件自身具有高強(qiáng)度、剛度。因車門外板（圖2-4）是車身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就較差，行車時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪聲，因此必須對(duì)外板剛度進(jìn)行加強(qiáng)，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁（圖2-4），與外板柔性粘接。一般緩沖件通常采用毛氈或泡沫，雙面膠帶粘貼，以起支撐作用

37、。加強(qiáng)梁下部可與內(nèi)板下部焊接，上部與外板加強(qiáng)板焊接，若結(jié)構(gòu)允許也可與內(nèi)板焊接。另外，車門外裝飾條也可設(shè)計(jì)成為加強(qiáng)件，也可利用外板壓印及外形裝飾線加強(qiáng)外板剛度14。由于背門為大面積覆蓋件，用時(shí)為了保證其整體性和強(qiáng)度選用了整體式的車門結(jié)構(gòu)，這樣就會(huì)在車門內(nèi)外板之間形成許多打的間隙，室內(nèi)外板不能很好的固定在一起，并且還容易產(chǎn)生形變和振動(dòng)。為了避免振動(dòng)和形變一般在內(nèi)外板之間加入一定數(shù)量的加強(qiáng)筋，從而能加強(qiáng)內(nèi)外板之間的剛性，使車門整體更加穩(wěn)固。圖2-4汽車背門外板及加強(qiáng)梁 2.3 本章小結(jié)汽車車身是轎車、載貨車和大客車整車中的重要部分,車身是汽車上乘人和載貨的容器,乘人的容器,乘人的車身要求具有舒適性和

38、安全性。車門直接關(guān)系到乘員操作與上下車的方便性、空氣動(dòng)力特性、密封性，以及噪聲大小和車身造型等。車門上附件較多，開關(guān)頻繁，因此對(duì)性能及可靠性要求甚高。章3章 CATIA建模 第3章 CATIA建模3.1 CATIA簡(jiǎn)介CATIA是英文ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication的縮寫。是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM一體化軟件。在70年代DassaultAviation成為了第一個(gè)用戶，CATIA也應(yīng)運(yùn)而生。從1982年到1988年，CATIA相繼發(fā)布了1版本、2版本、3版本，并于1993年發(fā)布了功能強(qiáng)大的4版本，現(xiàn)在的CATIA軟件

39、分為V4版本和V5版本兩個(gè)系列。V4版本應(yīng)用于UNIX平臺(tái)，V5版本應(yīng)用于UNIX和Windows兩種平臺(tái)。V5版本的開發(fā)開始于1994年。通過使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求的反應(yīng)。自1999年以來，市場(chǎng)上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。CATIA是汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。CATIA 在造型風(fēng)格、車身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端（end to end ）的解決方案。CATIA 涉及產(chǎn)品、加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。CATIA 的可伸縮性

40、和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間7。CATIA是汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。CATIA在造型風(fēng)格、車身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端（endtoend）的解決方案。CATIA涉及產(chǎn)品、加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。CATIA的可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。年開始重新開發(fā)全新的CATIAV5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趨強(qiáng)大，并且開創(chuàng)了CAD/CAE/CAM軟件的一種全新風(fēng)格。模塊化的CATIA系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、

41、機(jī)械加工、分析和模擬。 3.2 模型分析車身本體主要由板制零件構(gòu)成，也叫鈑金件，鈑金件由薄鋼板經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成，一般采取增加板料厚度，采用高強(qiáng)度鋼板，合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋及拉延結(jié)構(gòu)等措施以使鈑金件自身具有高強(qiáng)度、剛度16。車身表面覆蓋件的形狀復(fù)雜、尺寸大，因此一般經(jīng)過數(shù)到工序才能夠完成。本可以是進(jìn)行汽車背門外板的建模處理，而車門是車門總成中面積較大的沖壓覆蓋板件，需要經(jīng)過落料、拉深、修邊、翻邊和沖孔整形等工序才能完成。汽車背門外板作為整體式的大面積車身表面覆蓋件，在進(jìn)行3D建模時(shí)應(yīng)對(duì)已有的模型進(jìn)行修改，將模型上的出現(xiàn)的裂縫、重疊、斷裂以及其他的一些缺陷進(jìn)行修改，并將原有的模型上的各個(gè)片體進(jìn)行結(jié)

42、合處理，將原有模型組合成一個(gè)完整的背門外板模型。然后根據(jù)修復(fù)的模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。并且根據(jù)修復(fù)完成的模型進(jìn)行沖壓工藝的分析，由于背門外板為整體沖壓形成的覆蓋板件，其沖壓工藝初步制定為：落料、拉伸、脹型、翻邊、沖孔和整形。然后根據(jù)以上制定的工藝流程和測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)背門外板進(jìn)行模型的初步建立。3.3 CATIA建模根據(jù)車身制造中工藝順序并根據(jù)已有的3D模型進(jìn)行汽車背門外板的3D建模，首先要處理已有的模型中的縫隙、重疊等問題，然后將以后的模型進(jìn)行初步的修復(fù)，使其原來未連接的片體連接在一起形成一個(gè)整體的板件，然后將板件的缺陷部分進(jìn)行修正。并根據(jù)修改的模型進(jìn)行模型尺寸的測(cè)量，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行重新的建

43、立。其建立的具體操作為：(1)根據(jù)已有汽車背門圖形（圖3-1）進(jìn)行測(cè)量分析，研究汽車背門整體結(jié)構(gòu)和各部分的組成關(guān)系，初步制定設(shè)計(jì)圖形參數(shù)，并對(duì)軟件進(jìn)行初步熟悉，掌握一定的操作指令。(2)對(duì)背門圖形進(jìn)行拆解，分析背門結(jié)構(gòu)，確定背門內(nèi)、外板及其鉸鏈的位置，了解內(nèi)、外板之間的接合原理，并將圖中背門內(nèi)板(圖3-2)和背門中間的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)及其鉸鏈（圖2-4右）刪除，保留圖中的外板結(jié)構(gòu)（圖2-4左）。得到背門外板的模型圖，然后將模型中存在的一些問題進(jìn)行修復(fù)處理將已有的模型接合成一個(gè)整體模型，得到背門外板整體視圖。(3)對(duì)背門外板進(jìn)行片體建模，在已有的背門外板上創(chuàng)建與模型相垂直的平面，利用平面與模型進(jìn)行相交然

44、建立模型的的曲線，然后將在建立一條與此曲線相垂直的樣條線，根據(jù)兩條生成的樣條線通過掃略功能建立片體，再根據(jù)模型的輪廓形狀將已經(jīng)生成的大片體修剪整型成背門外板的形狀（圖3-3）。(4)通過沖壓功能對(duì)模型中凹槽進(jìn)行加工，并對(duì)背門上的孔進(jìn)行沖孔加工，初步完成背門外板中的沖壓形狀（圖3-4）。(5)對(duì)完成的模型進(jìn)行集合和修復(fù)，將已經(jīng)建立的獨(dú)立散裝模型接合成一個(gè)整體模型。并對(duì)模型進(jìn)行修邊翻邊操作，完成模型設(shè)計(jì)和繪制（圖3-5）。(6)在裝配設(shè)計(jì)工作界面中將背門外板、背門內(nèi)板及其中間加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和鉸鏈進(jìn)行裝配，制成汽車背門總裝圖（圖3-6）。(7)將已經(jīng)裝配的背門總裝圖轉(zhuǎn)換成工程圖，并通過網(wǎng)格線標(biāo)注出背門尺寸

45、和定位尺寸以及焊點(diǎn)位置（圖3-7）。圖3-1背門原圖 圖3-2 背門內(nèi)板 圖3-3 繪制片體結(jié)構(gòu)過程 圖3-4 繪制車牌凹坑及沖車燈孔圖3-5 背門外板成圖圖3-6 背門總裝圖 圖3-7背門工程圖3.4 本章小結(jié)CATIA系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的3D設(shè)計(jì)和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。同過對(duì)汽車背門外板進(jìn)行3D建模處理，了解到了很多關(guān)于CATIA軟件的功能，并且對(duì)汽車車身有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)背門的結(jié)構(gòu)有了清楚的了解，對(duì)背門各部件的功能和作用以及連接方式有了新的認(rèn)識(shí)。而通過軟件的使用使得自己了解了更多的軟件應(yīng)用知識(shí)，熟練了軟件

46、中的基本功能，并且進(jìn)一步學(xué)習(xí)了其它繪圖軟件的下關(guān)功能的使用。章4章 沖壓工藝制定 第4章 沖壓工藝制定汽車車身外形是由許多輪廓尺寸較大且具有空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成，因此對(duì)覆蓋件的尺寸精度和表面質(zhì)量有較高要求。車身覆蓋件要求表面平滑、按線清晰，不允許有皺紋、劃傷、拉毛等表面缺陷，此外還要求具有足夠的剛性和尺寸穩(wěn)定性17。車身表面質(zhì)量的好壞取決于覆蓋件拉伸的結(jié)果，而拉伸模是拉出合格覆蓋件的關(guān)鍵。由于影響拉伸件質(zhì)量的因索主要是起皺、開裂、拉毛和回彈，所以從編制沖壓工藝到模具設(shè)計(jì)都必須認(rèn)真考慮。模具制造完畢，在拉伸模調(diào)試過程中，還必須對(duì)拉伸件的起皺和開裂現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)分析與研究，并采取相應(yīng)的措施。

47、4.1 汽車覆蓋件拉深成型原則汽車背門外板是整體式的大面積沖壓覆蓋件，其表面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成型工序較多，在進(jìn)行工藝加工的時(shí)候容易產(chǎn)生斷裂、褶皺等缺陷，所以在進(jìn)行背門外板的拉深工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下的設(shè)計(jì)原則：(1) 盡可能用一道拉深工序成形出覆蓋件形狀。因?yàn)槎卫罱?jīng)常會(huì)發(fā)生拉深不完整的情況，造成覆蓋件表面質(zhì)量惡化。(2)覆蓋件的拉深深度應(yīng)盡可能平緩均勻，使各處的變形程度趨于一致。在多道工序成形時(shí)，預(yù)先要很好的考慮前后各工序間的相互協(xié)調(diào)，并保證使各個(gè)工序的成形條件達(dá)到良好狀態(tài)。（3）拉深表面較為平坦的覆蓋件時(shí)，其主變形方式應(yīng)為脹形變形。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置拉深筋、拉深檻和設(shè)計(jì)合適的壓料面，以調(diào)整各個(gè)部位

48、的材料變形流動(dòng)狀況，達(dá)到良好的效果。(4)覆蓋件主要結(jié)構(gòu)面上往往有急劇的凸凹折曲和較深的鼓包等局部形狀，在形狀設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能合理拉深成形條件的要求。在制定拉深工藝時(shí)，可以通過加大過渡區(qū)域和過渡圓角、預(yù)加工藝切口等辦法，改善材料的流動(dòng)和補(bǔ)充條件。(5)覆蓋件的焊接面不允許存在皺折、回彈等質(zhì)量問題，對(duì)不規(guī)則的形狀只能考慮拉深出焊接面。(6)覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件拉深成形后沖出，以預(yù)防預(yù)先沖制的孔在拉深過程發(fā)生變形，如孔位于零件上不變形或變形極小的部位時(shí)，也可在零件拉深前制出。(7)覆蓋件拉深的壓料圈形狀設(shè)計(jì)，應(yīng)使材料不發(fā)生皺折、翹曲等質(zhì)量問題為原則，保證壓料面材料變形流動(dòng)順利。同時(shí)，壓料面的形

49、狀還應(yīng)保證坯料定位的穩(wěn)定性、可靠性和送料、取件的方便性、安全性。(8)覆蓋件在拉深工序之后，一般為翻邊、修邊等工序，在進(jìn)行拉深工序的坯料形狀尺寸和拉深工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮為后續(xù)翻邊、修邊等工序提供良好的工藝條件，包括變形條件、模型結(jié)構(gòu)、零件定位、送料、取件等。(9)坯料的送進(jìn)和拉深件的取出裝置應(yīng)安全、方便，有利于覆蓋件的自動(dòng)化、流水線生產(chǎn)。當(dāng)拉深模具的內(nèi)表面與坯料發(fā)生干涉時(shí)，有必要在模具內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向裝置。4.2 汽車表面覆蓋件拉深特點(diǎn)拉深工序是制造覆蓋件的關(guān)鍵工序，它直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)效率和制造成本。覆蓋件拉深具有一下特點(diǎn):(1)無論覆蓋件分塊有多大，形狀有多復(fù)雜，盡可能在一次

50、拉深中成形出全部空間曲面形狀及曲面上的棱線、筋條和凸臺(tái)。否則很難保證覆蓋件幾何形狀的一致性和表面光滑。(2)覆蓋件形狀復(fù)雜，深度不勻，且又不對(duì)稱，壓料面積小，因而需要采用拉深筋來加大進(jìn)料助力；或利用拉深筋的合理布置，改善毛坯在壓料圈下的流動(dòng)條件，使各個(gè)區(qū)段金屬流動(dòng)趨于均勻，才能有效的防止起皺和拉裂。(3)覆蓋件的拉深不僅要求一定的拉深力，還要求在拉深過程中具有足夠的、穩(wěn)定的壓料力。由于覆蓋件往往輪廓尺寸大，普通帶氣墊的單動(dòng)壓力機(jī)不能滿足其對(duì)壓料力的要求。因此，在大量生產(chǎn)中，覆蓋件的拉深均在雙動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行。(4)覆蓋件的拉深要求材料的塑性好，表面質(zhì)量高和尺寸精度高。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.05%0.1

51、5%的低碳鋼具有延伸率高（），屈強(qiáng)比?。ǎ軡M足復(fù)雜的、拉深變形程度很大的覆蓋件的拉深工藝要求。(5)覆蓋件拉深時(shí)，為減少板料與凹模和壓料圈的摩擦，降低材料內(nèi)應(yīng)力以避免破裂和表面拉毛的現(xiàn)象，常需要在壓料面上涂抹特質(zhì)的潤(rùn)滑劑，它能夠很好地附著在鋼板表面上，并形成一層均勻的、具有相當(dāng)程度、足以承受相當(dāng)大的壓力的潤(rùn)滑膜，并要求潤(rùn)滑劑在拉深后對(duì)鋼板不產(chǎn)生腐蝕，并易于清洗。由于背門外板為大面積的覆蓋拉深件，而且形狀復(fù)雜，汽牌部位拉伸深度較深，容易產(chǎn)生褶皺、拉裂等工藝缺陷，所以在拉深是采用在車窗部位和車牌拉伸位置設(shè)置工藝孔和工藝切口，保證拉伸時(shí)候板件完整性1。4.3 背門拉深工藝圖4-1所示為微型車背門

52、外板，其材料為St14，料厚0.8mm。從圖可以看出，該零件形狀復(fù)雜，高差較大，局部成形較多，板料的變形不是單純的拉延成形，而是存在一定程度的脹形變形，是典型的汽車覆蓋件。圖4-1 背門外板沖壓圖圖4-1中的A和B處，由于車牌坑部分進(jìn)行內(nèi)工藝補(bǔ)充后，形成了零件的反成形形狀，這部分形狀的成形一般不能靠外部材料進(jìn)行補(bǔ)充，只能靠該部分板料的脹形成形來實(shí)現(xiàn)，脹形成形深度較深，A和B處大約有50mm左右，且轉(zhuǎn)角部R較小，因此在拉延成形過程中很容易出現(xiàn)破裂。并且車窗兩側(cè)部分拉伸機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，所以在進(jìn)行拉伸加工過程中應(yīng)該在車窗玻璃位置加工工藝切口，是容易破裂的區(qū)域從變形區(qū)域內(nèi)部得到材料的補(bǔ)充。其切口的位置應(yīng)

53、該靠近容易破裂的區(qū)域，并且切口應(yīng)位于修邊線以外，并且不能影響覆蓋件的整體結(jié)構(gòu)和形狀。并在拉伸加工時(shí)應(yīng)該沿其加工情況進(jìn)行一次或多次拉伸從而保證加工件不會(huì)因此出現(xiàn)褶皺，破裂等缺陷，保證拉伸后工件的完整性。在拉伸結(jié)構(gòu)位置應(yīng)該設(shè)置壓邊圈，保證拉伸工件結(jié)構(gòu)和形狀的完整。綜上所述，后門外板是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的拉伸板件，其沖壓拉伸工序復(fù)雜，并且容易產(chǎn)生形變，褶皺，破裂等工藝缺陷。為了避免上述缺陷的產(chǎn)生應(yīng)該在沖壓過程中設(shè)置壓邊圈，并且加工一定數(shù)量的工藝切口和工藝孔補(bǔ)充拉深時(shí)板料的不足。4.4 工藝方案制定4.4.1 沖壓工藝產(chǎn)品沖壓成形工藝的確定過程，就是分析和預(yù)測(cè)板料在變形過程中可能產(chǎn)生的缺陷，并采取一定的措施

54、，以消除和防止沖壓缺陷，同時(shí)考慮制造能力、沖壓設(shè)備、投資成本等因素。根據(jù)本零件的工藝性和本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，背門外板的工藝過程如下：下料；拉深；脹型沖孔；切邊修邊沖孔；整形翻邊；修邊整形沖孔。拉深工序是覆蓋件沖壓成形的關(guān)鍵工序，覆蓋件的大部分形狀是在此工序形成的，拉延成形的好壞將直接影響覆蓋件質(zhì)量。該工序一方面將成形出零件的大部分形狀，同時(shí)在拉深過程中還將對(duì)坯料進(jìn)行切角，減少落料模具，降低成本。拉深件在拉深過程中，其凸緣部分由于切向壓應(yīng)力過大，造成材料失穩(wěn)，使得拉深件沿凸緣切向形成高低不平的皺紋，這種現(xiàn)象稱為起皺。拉深件的起皺直接影響其表面質(zhì)量及尺寸精度，起皺嚴(yán)重時(shí)，還將引起板料

55、在拉深過程中難于通過凸模和凹模之間的間隙，增大拉深變形力，甚至拉裂。在生產(chǎn)中主要從改變沖壓件拉深變形時(shí)的變形方式，以及受力特點(diǎn)出發(fā)，采用有效措施來防止起皺，具體措施如下：(1)采用壓料裝置;(2)采用反拉深;(3)采用拉深筋;(4)采用軟模拉深;(5)采用錐形凹模。背門外板屬于大面積覆蓋件且要求表面平整，所以采用壓料裝置和拉深筋來保證去表面質(zhì)量。從而減少在拉深和沖壓過程中出現(xiàn)的斷裂、褶皺等工藝缺陷。提高產(chǎn)品的合格率，降低產(chǎn)品的成本。拉裂是拉深工藝中出現(xiàn)的主要問題之一，當(dāng)筒壁處所受拉應(yīng)力超過了材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件就會(huì)拉裂，裂口一般出現(xiàn)在凸模圓角稍上一點(diǎn)筒壁處。為了防止工件嚴(yán)重變薄和拉裂，在擬定

56、拉深工藝、設(shè)計(jì)模具及進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，采取有效措施防止拉裂，具體措施如下：(1)合理選用材料;(2)正確確定凸凹模圓角半徑;(3)合理選取拉深系數(shù);(4)正確進(jìn)行潤(rùn)滑。結(jié)合零件的工藝性，在拉深工序中對(duì)零件的某些部分作如下處理：在零件的A和B處可采取以下方式來消除破裂：第一方案，增大A和B處的相應(yīng)模具圓角，以減小材料流動(dòng)阻力，后工序再對(duì)相應(yīng)部分作整形;第二方案，利用在窗框的適當(dāng)部位沖切工藝切口的方法，使容易破裂的區(qū)域從相鄰區(qū)域里得到材料補(bǔ)充，從而改善該區(qū)域的變形情況，避免破裂的產(chǎn)生。拉深工序工藝的制定包括拉深方向的選擇、工藝補(bǔ)充和壓料面的設(shè)計(jì)等。選擇合理的拉深方向應(yīng)考慮以下原則：(1)保證凸模能夠進(jìn)入

57、凹模，需拉深的部位一次成形; (2)凸模與毛料接觸面積要大，接觸部位對(duì)稱于中心線;(3)保證凸模有良好的接觸狀態(tài);(4)使各部位拉深深度均勻;(5)同時(shí)要考慮后工序內(nèi)容和模具結(jié)構(gòu)。綜上所述，結(jié)合車門內(nèi)板本身特點(diǎn)，拉深工序的沖壓方向如圖4-1所示。合理的壓料面形狀應(yīng)遵循以下幾個(gè)主要設(shè)計(jì)原則：(1)壓料面應(yīng)為平面、單曲面或曲率很小的雙曲面，不允許有局部的起伏或折棱，當(dāng)毛坯被壓緊時(shí)，不產(chǎn)生褶皺現(xiàn)象，而且要求塑流阻力小，像凹模內(nèi)流動(dòng)順利;(2)在拉延過程中壓料面任一斷面的展開長(zhǎng)度要小于拉延件內(nèi)部相應(yīng)斷面的長(zhǎng)度;(3)壓料面應(yīng)使成形深度小且各部分深度接近一致。結(jié)合本零件的特點(diǎn)，壓料面沿零件四周的變化趨勢(shì)

58、順延成曲面。在進(jìn)行工藝補(bǔ)充時(shí)，應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)原則：(1)盡量簡(jiǎn)化拉延件結(jié)構(gòu)形狀;(2)工藝補(bǔ)充部分盡量小，以提高材料利用率，降低成本;(3)對(duì)后工序有利原則，如定位、修邊等。由于后工序全部有沖孔動(dòng)作，出于模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化的目的考慮，窗框型面部分采用向下整形，并保證合適的切邊角度。其余部分順著產(chǎn)品延伸出來。工藝切口的大小和形狀要視其所處的區(qū)域情況和其向外補(bǔ)充材料的要求而定。由于脹形時(shí)板料處于雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，板料不會(huì)產(chǎn)生壓縮失穩(wěn)，主要是防止拉伸破裂。脹形是否超過成形極限，以制件是否發(fā)生破裂來判別。影響脹形成形極限的因素：變形區(qū)應(yīng)變分布；制件的形狀和尺寸；材料的延伸率和拉深極限系數(shù)；潤(rùn)滑條件、變形

59、速度以及板料厚度。4.4.2沖壓工序加工工藝：下料；拉深；脹型沖孔；切邊修邊沖孔；整形翻邊；修邊整形沖孔。(1)落料根據(jù)模型圖測(cè)量出模型長(zhǎng)和寬尺寸，按照工藝要求計(jì)算出落料尺寸為12501450（mmmm），并進(jìn)行落料加工，制成最初板件。(2)拉深沖孔拉深及沖孔，如表4-1中2所示對(duì)車牌凹坑和車窗兩側(cè)進(jìn)行拉深，對(duì)車門等位置進(jìn)行沖孔加工，并在車窗靠近底部位置技工切口。(3)脹型及切邊對(duì)工序二加工完成的工件進(jìn)行脹型處理使得形成符合車身外覆蓋件的形狀，并且根據(jù)工件輪廓將工件外部和車窗內(nèi)部多余的部分進(jìn)行切邊處理，初步完成背門外板形狀加工。(4)修邊沖孔按照工件尺寸形狀要求將工件沿其形狀邊線進(jìn)行切除，從而

60、得到光滑平順的邊緣，并且對(duì)工件上的雨刷電機(jī)軸位置和其他設(shè)施位置進(jìn)行沖孔加工，從而完成背門覆蓋件的幾本沖壓工藝。(5)翻邊整形將工序四中完成的工件進(jìn)行翻邊處理，沿工件邊緣按照內(nèi)外板接合方式進(jìn)行翻邊，并對(duì)工件各部分進(jìn)行初步的整形處理。(6)整形修邊側(cè)沖孔將上一工序中的到的工件進(jìn)行車牌位置的側(cè)沖孔處理，并對(duì)車窗附近位置進(jìn)行修邊，從而得到較為圓滑的邊線，并且將工件進(jìn)行最終整形，使工件符合成品要求，達(dá)到能與內(nèi)板和加強(qiáng)筋進(jìn)行粘接或焊接的要求。車門內(nèi)板是典型的汽車覆蓋件，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，預(yù)測(cè)了拉延過程中可能出現(xiàn)的缺陷，為模具設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，減少了模具試模次數(shù)，有效降低了設(shè)計(jì)和制造成本，縮短了生產(chǎn)周期，所生產(chǎn)的制件質(zhì)量高，提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并且使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行3D建模設(shè)計(jì)能更加直觀的看到制造的工件的各個(gè)部分，能避免因視角盲區(qū)造成的錯(cuò)誤，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)能夠更加的人性化，提高了所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的直觀性，降低了設(shè)計(jì)者的工作量，提高了工作的效率。表4-1 沖壓工藝卡工序工藝說明簡(jiǎn)圖1下料12501450（mmmm）2拉深及沖孔3脹型及切邊4修邊沖孔