基于虛擬制造技術(shù)汽車覆蓋件模具的開發(fā)研究

劉東靜 樊亞松 李明楓 潘瑩瑛 趙亮亮

摘要：針對模具專業(yè)實踐教學(xué)成本高、開發(fā)周期長和實訓(xùn)多樣性差等問題，本文基于虛擬制造技術(shù)提出汽車覆蓋件模具的開發(fā)流程和實踐教學(xué)運行模式。以車門模具設(shè)計為案例進(jìn)行分析，為汽車覆蓋件的設(shè)計和開發(fā)新產(chǎn)品提供方法。該研究內(nèi)容有利于我國培養(yǎng)拔尖和高層次應(yīng)用型人才，符合新工科建設(shè)要求。

關(guān)鍵詞：虛擬制造；汽車覆蓋件；模具開發(fā)；課程實驗

一、 引言

隨著科技的進(jìn)步，美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)對先進(jìn)制造技術(shù)提出了更高的要求。九項先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)運而生，即：綠色制造技術(shù)、應(yīng)用RMP的快速制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、工藝過程計算機(jī)模擬技術(shù)、分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、汽車安全技術(shù)和汽車排氣污染控制技術(shù)。由此可見，針對汽車制造已經(jīng)從粗放型發(fā)展模式逐步過渡到精益型發(fā)展模式來提高產(chǎn)品的質(zhì)量和水平。汽車覆蓋件模具，如汽車車體、車門等是汽車車身生產(chǎn)的重要工藝裝備。相比一般沖壓件來講，覆蓋件的特點是結(jié)構(gòu)尺寸大、材料薄、表面質(zhì)量要求高等特點，生產(chǎn)過程中對其壓鑄模、沖壓模的質(zhì)量、壽命和復(fù)雜程度要求變得苛刻。汽車覆蓋件模具的設(shè)計好壞直接關(guān)系著汽車的使用壽命，因此需要開發(fā)一種成本低、能夠快速改進(jìn)汽車覆蓋件模具的工藝方法。虛擬制造技術(shù)的提出可以把汽車模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、虛擬設(shè)計、部件裝配和性能優(yōu)化等四位一體融合在一起。該方法通過考慮汽車車身總體外觀布局和局部零部件的相互銜接，改變模具幾何尺寸來提高產(chǎn)品的技術(shù)性能。該方法大大縮短了模具的開發(fā)周期，提高了模具的及格率，減少企業(yè)的開發(fā)成本。本文以汽車覆蓋件車門為案例，采用基于虛擬制造技術(shù)進(jìn)行模具開發(fā)研究，為汽車覆蓋件設(shè)計制造提供新思路。

二、 基于虛擬制造技術(shù)汽車覆蓋件車門模具的開發(fā)

（一） 虛擬制造技術(shù)

虛擬制造技術(shù)又稱擬實制造，該技術(shù)把信息技術(shù)、仿真技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)三體合一，實現(xiàn)實際制造過程中的人、物、信息及制造過程的仿真模擬，該過程可以提前發(fā)現(xiàn)制造過程中會出現(xiàn)的問題，來減少或減低產(chǎn)品的不良率，做到制造產(chǎn)品的一次性成功。該方法的好處在于可以大大降低制造成本，能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。該技術(shù)在教學(xué)實訓(xùn)中也發(fā)揮著舉足輕重的作用，如通過汽車零部件虛擬模具的拆裝，來提高同學(xué)對模具拆裝過程的認(rèn)識和掌握。汽車覆蓋件也是汽車專業(yè)和模具專業(yè)學(xué)生必須了解和掌握的重要知識點，因此在認(rèn)知實踐學(xué)習(xí)過程中采取虛擬制造技術(shù)方法開展實驗，能夠快速、方便地讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握該內(nèi)容。

（二） 開發(fā)流程

為了節(jié)約汽車覆蓋件的開發(fā)時間和成本，通過虛擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合自頂向下的設(shè)計思路，對汽車車門進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，汽車覆蓋件模具虛擬設(shè)計開發(fā)過程如圖1所示。

在設(shè)計的過程中，首先依據(jù)客戶的需求進(jìn)行概念設(shè)計，然后進(jìn)行加工設(shè)計各零部件，再進(jìn)行虛擬裝配成完整的汽車覆蓋件模具，對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評定，如果符合客戶的需求再投入到實際制造生產(chǎn)過程中，對生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測，完成虛擬設(shè)計生產(chǎn)過程。如果不符合客戶需求再重新進(jìn)行概念設(shè)計，直至符合客戶需求。

圖1汽車覆蓋件模具虛擬設(shè)計流程圖

（三） 汽車覆蓋件車門模具設(shè)計

汽車覆蓋件是指覆蓋發(fā)動機(jī)、底盤，構(gòu)成駕駛室、車身的金屬薄板制成的空間形狀的表面或內(nèi)部零件。依據(jù)其功能和部件的位置一般分為三類：外部覆蓋件、內(nèi)部覆蓋件和骨架覆蓋件。圖2所示為本文所設(shè)計的汽車覆蓋件車門。

車門一般由門體、車門附件和門內(nèi)飾組成。門體是車門的重要組成部分，一般又分車門內(nèi)/外板、車門加強(qiáng)橫梁/板和窗框構(gòu)成；車門附件主要包括鉸鏈、開度限位器、門鎖機(jī)構(gòu)及內(nèi)外手柄、玻璃升降機(jī)和密封條等；門內(nèi)飾依據(jù)汽車使用的目標(biāo)人群由廠家設(shè)計。依據(jù)虛擬設(shè)計的開發(fā)流程進(jìn)行汽車覆蓋件的開發(fā)和設(shè)計，以滿足客戶需求為前提，評定設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量，反復(fù)修改設(shè)計過程，直至產(chǎn)品滿足設(shè)計的目的。

圖2汽車覆蓋件車門設(shè)計圖

三、 結(jié)論

運用虛擬制造技術(shù)進(jìn)行汽車覆蓋件設(shè)計，就是充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方法，解決傳統(tǒng)設(shè)計中生產(chǎn)周期時間長、耗費成本大的問題。本文針對虛擬制造技術(shù)進(jìn)行介紹，提出汽車覆蓋件模具虛擬設(shè)計流程，以車門為案例進(jìn)行虛擬設(shè)計分析。通過高校開設(shè)實踐課程有助于加速我國汽車覆蓋件設(shè)計的創(chuàng)新及其后續(xù)新車型的推出，為我國培養(yǎng)拔尖和高層次應(yīng)用型人才提供有效途徑，符合我校新工科建設(shè)要求。

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作者簡介：

劉東靜，樊亞松，李明楓，潘瑩瑛，趙亮亮，廣西壯族自治區(qū)桂林市，桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院。