試論三維數(shù)字化與沖壓模具設(shè)計(jì)

趙巖 郭洵

沈陽(yáng)來(lái)金汽車零部件有限公司

試論三維數(shù)字化與沖壓模具設(shè)計(jì)

趙巖 郭洵

沈陽(yáng)來(lái)金汽車零部件有限公司

交通的便捷令人們對(duì)汽車的需求持續(xù)增加，而汽車安全則成為人們愈來(lái)愈關(guān)心的話題。汽車沖壓模具作為汽車生產(chǎn)開(kāi)發(fā)上市前的重要環(huán)節(jié)工具，也需要不斷地更新與創(chuàng)造，結(jié)合數(shù)字化的汽車沖壓模具無(wú)疑使汽車生產(chǎn)檢測(cè)環(huán)節(jié)更加精確，提升了汽車的安全性能與質(zhì)量。

汽車沖壓模具 數(shù)字化開(kāi)發(fā) 技術(shù)流程

在汽車車身生產(chǎn)活動(dòng)中心，沖壓模具的有優(yōu)點(diǎn)十分突出，其特點(diǎn)在于質(zhì)量高、效率高，節(jié)約資源，不僅可以使汽車零件加工的質(zhì)量要求得到滿足，同時(shí)企業(yè)的生產(chǎn)成本也得到降低，產(chǎn)品生產(chǎn)更加高效，因此對(duì)于汽車制造領(lǐng)域而言有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。在汽車車身制造中，這一工藝裝備非常重要，這是決定車身質(zhì)量的關(guān)鍵。而數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用則將傳統(tǒng)板料成型特點(diǎn)進(jìn)行了改變，尤其是汽車沖壓件的設(shè)計(jì)，而數(shù)字化開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)數(shù)字化技術(shù)的核心，通過(guò)數(shù)字化開(kāi)發(fā)，汽車沖壓模具設(shè)計(jì)與制造在成本、效率上都得到了極大的提升。因此我們非常有必要對(duì)此展開(kāi)研究，并提出更好的改進(jìn)方法，為提高車身制造質(zhì)量與效率提供強(qiáng)有力的保障。

一、汽車車身沖壓模具的分類

汽車車身覆蓋件的成形通常就是使用拉延和成形的復(fù)合模。沖模結(jié)構(gòu)根據(jù)零件形狀和壓力機(jī)類型而定，但主要使用雙動(dòng)拉深?；蚍聪蚶幽?。沖裁模通常就是落料和沖孔復(fù)合模，有時(shí)也受零件形狀或工序數(shù)的限制等含翻邊模成為組合模具。為了保證模具質(zhì)量及延長(zhǎng)壽命，要解決好沖模變形部分的問(wèn)題。彎曲成形按成形方法分為擠壓成形和剪切成形。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其轎車的開(kāi)發(fā)，提高汽車車身制造水平和質(zhì)量已引起人們的重視。影響汽車車身制造水平和質(zhì)量的原因就是多方面的(如原材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、附配件、制造和檢測(cè)、工裝設(shè)計(jì)與制造等)。我們認(rèn)為提高汽車車身的制造技術(shù)水平和質(zhì)量，應(yīng)把各方面的因素作為車身制造技術(shù)的系統(tǒng)工程來(lái)研究。在整個(gè)汽車車身制造系統(tǒng)工程中，沖壓就是基礎(chǔ)，在沖壓件制造水平低，質(zhì)量差的條件下，焊裝和涂裝工藝再先進(jìn)，也不能生產(chǎn)出高質(zhì)量的車身。

二、汽車沖壓模具數(shù)字化應(yīng)用

盡管非接觸式三維測(cè)量系統(tǒng)能得到非常密集的點(diǎn)云，但并不是所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都能用于曲線、曲面重構(gòu)。過(guò)多的數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)運(yùn)行、存儲(chǔ)和操作的低效率，生成曲線、曲面模型需要消耗更長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)硬件和軟件的要求也更高。同時(shí)，過(guò)于密集的點(diǎn)云會(huì)直接影響重構(gòu)所得曲線及曲面的光順性，而光順是對(duì)汽車沖壓產(chǎn)品的主要要求之一。為避免上述問(wèn)題，就需要?jiǎng)h除部分測(cè)量數(shù)據(jù)，即對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行精簡(jiǎn)處理。常用的數(shù)據(jù)點(diǎn)云精簡(jiǎn)方法有Martin等提出的均勻方格法，廣泛用于圖像處理；Chen等提出的減少三角網(wǎng)格數(shù)目從而刪除部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)的方法，該方法需首先生成STL模型，適用于排列規(guī)則的測(cè)量數(shù)據(jù)；均勻法、曲率法等也常常用于大量數(shù)據(jù)點(diǎn)云的精簡(jiǎn)處理。

三、汽車沖壓模具數(shù)字化開(kāi)發(fā)

汽車沖壓模具數(shù)字化開(kāi)發(fā)技術(shù)是一種新方法，它通過(guò)分析汽車沖壓件產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)的拉裂和起皺兩個(gè)成形缺陷產(chǎn)生的機(jī)理，根據(jù)數(shù)字化開(kāi)發(fā)的理論背景知識(shí)，為數(shù)字化開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。由汽車沖壓模具數(shù)字化開(kāi)發(fā)能夠建立起模具數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)，可直接利用CAD/CAM/CAPP/CAE等多種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模具的高精度修復(fù)、標(biāo)準(zhǔn)化成批生產(chǎn)及新模具開(kāi)發(fā)等功能，既節(jié)省大筆生產(chǎn)制造費(fèi)用，又能節(jié)約模具備件的準(zhǔn)備、減少庫(kù)存，還可以極大提升進(jìn)口模具的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，對(duì)汽車制造企業(yè)有重要意義。用于工程分析（CAE）或汽車沖壓模具三維測(cè)量中不可避免地會(huì)引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和特征邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周圍的曲面片偏離原曲面，所以應(yīng)對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括噪聲點(diǎn)去除、數(shù)據(jù)點(diǎn)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)光順等步驟。

（一）汽車沖壓模具數(shù)字化開(kāi)發(fā)重點(diǎn)

在汽車沖壓模具數(shù)字化開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，有以下幾項(xiàng)重點(diǎn)。第一，沖壓是車身的基本組成部分，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)整車性能的影響十分明顯。而拉延工藝的好壞又直接影響到整個(gè)沖壓的質(zhì)量。利用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)可以方便的實(shí)現(xiàn)拉延工序數(shù)模的制作以及修改。第二，針對(duì)數(shù)字化分析中常出現(xiàn)的問(wèn)題，通?？梢砸来尾扇∫韵路绞竭M(jìn)行設(shè)計(jì)修改：沖壓工藝設(shè)計(jì)、工藝補(bǔ)充面、拉延筋、材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更。第三，零件不同，數(shù)字化分析的著眼點(diǎn)和數(shù)字化設(shè)計(jì)難易程度也不同：外板件要求材料完全脹形變形以滿足剛度要求，而不產(chǎn)生破裂、滑移，但各工序的模具設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單；內(nèi)板件對(duì)次應(yīng)變要求不嚴(yán)格，但工序模具設(shè)計(jì)較復(fù)雜。第四，數(shù)字化分析與設(shè)計(jì)技術(shù)之間相輔相成。分析結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計(jì)工藝修改，甚至是產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更；數(shù)字化設(shè)計(jì)好壞取決于分析能否達(dá)到要求，最終決定了模具設(shè)計(jì)的好壞。

（二）汽車沖壓模具數(shù)字化開(kāi)發(fā)注意事項(xiàng)

由于光學(xué)測(cè)量?jī)x由于其自身的特性，測(cè)量過(guò)程中易受外界光線的干擾而產(chǎn)生毛刺點(diǎn)、跳點(diǎn)；測(cè)量?jī)x器在拍攝過(guò)程中由于鏡頭、支架的抖動(dòng)等因素會(huì)產(chǎn)生干擾點(diǎn)；測(cè)量實(shí)施時(shí)由于周圍物體的影響會(huì)產(chǎn)生不屬于被測(cè)物體上的數(shù)據(jù)點(diǎn)。以上得到的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)稱為噪聲點(diǎn)（Noise）。噪聲點(diǎn)的存在會(huì)干擾后續(xù)的曲面重構(gòu)，同時(shí)大量噪聲點(diǎn)的存在也影響到后續(xù)處理的效率，因而必須予以去除。為使經(jīng)擬合得到的曲線或曲面具有良好的品質(zhì)，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行光順處理很有必要。光順處理實(shí)際上是在誤差范圍內(nèi)按某一準(zhǔn)則對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，由用戶根據(jù)實(shí)際使用要求確定誤差。如果對(duì)精度要求較高，則允許的誤差小一些；如果對(duì)光順要求不高，則可將誤差放大一些。常用數(shù)據(jù)點(diǎn)的光順?lè)椒ㄓ星史?、回彈法、最小二乘法、能量法、基樣條法、磨光法等，各種光順?lè)椒ǖ闹饕獏^(qū)別在于不同的目標(biāo)函數(shù)以及每次調(diào)整型值點(diǎn)的數(shù)量。

四、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)汽車車身沖壓技術(shù)的問(wèn)題分析，進(jìn)一步確定了沖壓技術(shù)在汽車車身中的重要性。沖壓模具在汽車車身的生產(chǎn)活動(dòng)中具有優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)材節(jié)能特點(diǎn)，一方面能滿足汽車零件加工質(zhì)量要求，另一方面還能降低企因此，在汽車制造的后續(xù)發(fā)展中，要加強(qiáng)車身沖壓技術(shù)水平的提高，促進(jìn)汽車制造業(yè)的發(fā)展。

[1]劉英海.國(guó)外汽車沖壓技術(shù)汽車工廠設(shè)計(jì)[J].企業(yè)文化，2016.

[2]李延錄.汽車車身覆蓋件沖壓工藝現(xiàn)狀及發(fā)展[J].汽車工藝與材料，2015.