劉東靜 樊亞松 李明楓 潘瑩瑛 趙亮亮

摘要：針對(duì)模具專業(yè)實(shí)踐教學(xué)成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)和實(shí)訓(xùn)多樣性差等問(wèn)題，本文基于虛擬制造技術(shù)提出汽車覆蓋件模具的開(kāi)發(fā)流程和實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行模式。以車門模具設(shè)計(jì)為案例進(jìn)行分析，為汽車覆蓋件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品提供方法。該研究?jī)?nèi)容有利于我國(guó)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(kāi)發(fā)；課程實(shí)驗(yàn)

一、 引言

隨著科技的進(jìn)步，美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)提出了更高的要求。九項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(guò)程計(jì)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(jiàn)，針對(duì)汽車制造已經(jīng)從粗放型發(fā)展模式逐步過(guò)渡到精益型發(fā)展模式來(lái)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(lái)講，覆蓋件的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)尺寸大、材料薄、表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)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(jì)好壞直接關(guān)系著汽車的使用壽命，因此需要開(kāi)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(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、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(guò)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(lái)提高產(chǎn)品的技術(shù)性能。該方法大大縮短了模具的開(kāi)發(fā)周期，提高了模具的及格率，減少企業(yè)的開(kāi)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(kāi)發(fā)研究，為汽車覆蓋件設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)

（一） 虛擬制造技術(shù)

虛擬制造技術(shù)又稱擬實(shí)制造，該技術(shù)把信息技術(shù)、仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)三體合一，實(shí)現(xiàn)實(shí)際制造過(guò)程中的人、物、信息及制造過(guò)程的仿真模擬，該過(guò)程可以提前發(fā)現(xiàn)制造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，來(lái)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(kāi)發(fā)周期，同時(shí)增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。該技術(shù)在教學(xué)實(shí)訓(xùn)中也發(fā)揮著舉足輕重的作用，如通過(guò)汽車零部件虛擬模具的拆裝，來(lái)提高同學(xué)對(duì)模具拆裝過(guò)程的認(rèn)識(shí)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(shí)點(diǎn)，因此在認(rèn)知實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程中采取虛擬制造技術(shù)方法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，能夠快速、方便地讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握該內(nèi)容。

（二） 開(kāi)發(fā)流程

為了節(jié)約汽車覆蓋件的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，通過(guò)虛擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合自頂向下的設(shè)計(jì)思路，對(duì)汽車車門進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，汽車覆蓋件模具虛擬設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程如圖1所示。

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

圖1汽車覆蓋件模具虛擬設(shè)計(jì)流程圖

（三） 汽車覆蓋件車門模具設(shè)計(jì)

汽車覆蓋件是指覆蓋發(fā)動(dòng)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(jì)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(kāi)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(jì)。依據(jù)虛擬設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行汽車覆蓋件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，以滿足客戶需求為前提，評(píng)定設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量，反復(fù)修改設(shè)計(jì)過(guò)程，直至產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)的目的。

圖2汽車覆蓋件車門設(shè)計(jì)圖

三、 結(jié)論

運(yùn)用虛擬制造技術(shù)進(jìn)行汽車覆蓋件設(shè)計(jì)，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(jì)中生產(chǎn)周期時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)成本大的問(wèn)題。本文針對(duì)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(jì)流程，以車門為案例進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)分析。通過(guò)高校開(kāi)設(shè)實(shí)踐課程有助于加速我國(guó)汽車覆蓋件設(shè)計(jì)的創(chuàng)新及其后續(xù)新車型的推出，為我國(guó)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(jiǎn)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。