基于虛擬制造技術汽車覆蓋件模具的開發研究

劉東靜 樊亞松 李明楓 潘瑩瑛 趙亮亮

摘要：針對模具專業實踐教學成本高、開發周期長和實訓多樣性差等問題，本文基于虛擬制造技術提出汽車覆蓋件模具的開發流程和實踐教學運行模式。以車門模具設計為案例進行分析，為汽車覆蓋件的設計和開發新產品提供方法。該研究內容有利于我國培養拔尖和高層次應用型人才，符合新工科建設要求。

關鍵詞：虛擬制造；汽車覆蓋件；模具開發；課程實驗

一、 引言

隨著科技的進步，美、日等發達地區對先進制造技術提出了更高的要求。九項先進制造技術應運而生，即：綠色制造技術、應用RMP的快速制造技術、虛擬制造技術、工藝過程計算機模擬技術、分散網絡化生產系統、數控技術、工業機器人、汽車安全技術和汽車排氣污染控制技術。由此可見，針對汽車制造已經從粗放型發展模式逐步過渡到精益型發展模式來提高產品的質量和水平。汽車覆蓋件模具，如汽車車體、車門等是汽車車身生產的重要工藝裝備。相比一般沖壓件來講，覆蓋件的特點是結構尺寸大、材料薄、表面質量要求高等特點，生產過程中對其壓鑄模、沖壓模的質量、壽命和復雜程度要求變得苛刻。汽車覆蓋件模具的設計好壞直接關系著汽車的使用壽命，因此需要開發一種成本低、能夠快速改進汽車覆蓋件模具的工藝方法。虛擬制造技術的提出可以把汽車模具的結構設計、虛擬設計、部件裝配和性能優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品的技術性能。該方法大大縮短了模具的開發周期，提高了模具的及格率，減少企業的開發成本。本文以汽車覆蓋件車門為案例，采用基于虛擬制造技術進行模具開發研究，為汽車覆蓋件設計制造提供新思路。

二、 基于虛擬制造技術汽車覆蓋件車門模具的開發

（一） 虛擬制造技術

虛擬制造技術又稱擬實制造，該技術把信息技術、仿真技術和計算機技術三體合一，實現實際制造過程中的人、物、信息及制造過程的仿真模擬，該過程可以提前發現制造過程中會出現的問題，來減少或減低產品的不良率，做到制造產品的一次性成功。該方法的好處在于可以大大降低制造成本，能夠縮短產品的開發周期，同時增強企業的競爭力。該技術在教學實訓中也發揮著舉足輕重的作用，如通過汽車零部件虛擬模具的拆裝，來提高同學對模具拆裝過程的認識和掌握。汽車覆蓋件也是汽車專業和模具專業學生必須了解和掌握的重要知識點，因此在認知實踐學習過程中采取虛擬制造技術方法開展實驗，能夠快速、方便地讓學生學習掌握該內容。

（二） 開發流程

為了節約汽車覆蓋件的開發時間和成本，通過虛擬技術進行設計，結合自頂向下的設計思路，對汽車車門進行結構設計和優化，汽車覆蓋件模具虛擬設計開發過程如圖1所示。

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

圖1汽車覆蓋件模具虛擬設計流程圖

（三） 汽車覆蓋件車門模具設計

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

車門一般由門體、車門附件和門內飾組成。門體是車門的重要組成部分，一般又分車門內/外板、車門加強橫梁/板和窗框構成；車門附件主要包括鉸鏈、開度限位器、門鎖機構及內外手柄、玻璃升降機和密封條等；門內飾依據汽車使用的目標人群由廠家設計。依據虛擬設計的開發流程進行汽車覆蓋件的開發和設計，以滿足客戶需求為前提，評定設計開發產品的質量，反復修改設計過程，直至產品滿足設計的目的。

圖2汽車覆蓋件車門設計圖

三、 結論

運用虛擬制造技術進行汽車覆蓋件設計，就是充分利用現代科學技術方法，解決傳統設計中生產周期時間長、耗費成本大的問題。本文針對虛擬制造技術進行介紹，提出汽車覆蓋件模具虛擬設計流程，以車門為案例進行虛擬設計分析。通過高校開設實踐課程有助于加速我國汽車覆蓋件設計的創新及其后續新車型的推出，為我國培養拔尖和高層次應用型人才提供有效途徑，符合我校新工科建設要求。

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作者簡介：

劉東靜，樊亞松，李明楓，潘瑩瑛，趙亮亮，廣西壯族自治區桂林市，桂林電子科技大學機電工程學院。