发动机仓盖外板逆向设计

摘  要：如今，科技创新已成为了衡量一个国家综合实力的重要标准。在加入WTO后，面对激烈的市场竞争，中国汽车工业发展迅猛，逐步融入了世界汽车工业体系。要提高在世界汽车工业体系中的地位，中国汽车行业必须获得自主创新的能力。随着经济全球化的发展，中国的汽车行业要生存，必然要从“中国制造”迈向“中国创造”。近些年，国内一些具备一定实力的汽车厂家已经逐渐走上了自主研发道路，尝试自主研发设计新的车型。在汽车设计的过程中，覆盖件的逆向设计至关重要。汽车覆盖件的逆向设计都比较特殊，不仅要满足功能上的要求，还要求做到美观。发动机仓盖外板设计是汽车覆盖件设计的一部分。研究发动机仓盖外板逆向设计对研发新车型具有重要的意义^[1]。

关键词：发动机仓盖/外板/逆向设计

1发动机仓盖外板研究概述

仓盖外板工艺设计方案是否合理对逆向的设计和使用具有重大的影响。因此，在设计逆向结构前，要对仓盖外板的生产工艺设计进行研究。一般而言，汽车覆盖件成型需要经过落料（或剪切）、拉延、修边、翻边、整形、冲孔等基本工序。在生产过程中，考虑到生产成本，生产工艺方案应当在满足覆盖件性能要求的基础上尽量简化生产工序。总的来说，发动机仓盖外板成型的基本工序依次为落料、拉延、修边、翻边和侧翻边。其中，拉延工艺设计是最关键的一道工序。合理的拉延尺寸可以为后续工序提供良好的工艺条件，反之亦然。发动机仓盖外板的拉延工艺设计时，要考虑冲压方向、拉延筋设计、压边力和变薄率等因素^[2]。

合理的拉伸冲压方向可以在拉延过程中充分发挥板材的性能，避免出现裂纹和变形等质量问题，使得拉出的拉伸品符合设计要求。确定拉伸冲压方向时，应当注意以下几个方面^[3]：

第一，要在一次冲压中完成所有需要拉伸的部位。

第二，在拉伸前凸模和拉伸毛要留有大的接触面积。第三，压料时要注意进料阻力均匀。第四，要选择有利于防止产生表面缺陷的拉伸冲压方向。

第二，设置拉延筋有利于防止压料在拉伸时发生起皱和开裂。拉伸筋通过改变结构尺寸以及拉伸筋与槽之间松紧度来调节材料流动阻力，满足冲压过程中压料面上需要的流动阻力，以达到保证材料变形充分、刚度更高的目的。拉延筋种类繁多，包括整体筋、圆形嵌入筋、半圆形嵌入筋、双筋、方形嵌入筋等。其中，圆形嵌入筋、半圆形嵌入筋、方形嵌入筋的使用率比较高。

第三，压边力是影响发动机仓盖外板板料拉延效果的一个重要因素。在拉延成形过程中，通过对压边力进行改变，可以调整约束力大小，从而控制发动机仓盖外板板料拉延效果。由于压边力会对发动机仓盖外板成型产生影响，过小或过大都会诱发起皱或破裂的危险，因此，选取的压边力大小要适当，在保证成形尺寸精度的同时实现板料的充分变形，尽量减小成形后的回弹量。

第四，为确保设计参数合理，发动机仓盖外板制件拉延成形后要对变薄率和主应变进行分析。变薄率包括角部变薄率和局部变薄率。当这二者的系数小于一定参数时，说明材料存在开裂风险，需要根据情况进行处理或者在后期生产时通过微调来解决^[4]。

2逆向工程研究概述

2.1逆向工程的结构体系  

逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建^[5]。

1 、数据采集：数据采集是逆向工程的第一步，其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据，影响到重构的CAD 实体模型的质量，并最终影响产品的质量^[6]。  

2、数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前，必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。  

3、模型重建：将处理过的测量数据导入CAD 系统，依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。传统的产品设计过程是在市场调研的基础上，根据功能和用途来设计产品，得到图纸或CAD模型，然后根据图纸和CAD模型制造模具，最终到产品。这种开发模式被称为“规范模式” ，此类开发工程亦被称为“正向工程”^[7]。

2.2逆向工程技术在车身设计中的要点  

在汽车工业领域的实际应用中，逆向工程技术主要涉及以下几个方面:  

(1)初始概念设计阶段的油泥模型数字化。目前，许多外形设计师还难以直接用计算机进行设计，而是更倾向于油泥或泡沫塑料造型。另外，尽管计算机具有越来越逼真的模型上光着色功能，但大型物体，如轿车，还是要做成1:l的实物模型才能鉴定其外观效果^[8]。  

(2)己有零件的复制、新零件的设计、丢失图纸的己有的产品，主要是指产品的仿型和改型设计。在我国，许多生产制造商收到的是实物，没有原始的数字模型，而要用于生产就必须去再现原产品的设计意图，这就存在变实物为CAD模型的问题。另外，由于工艺、材料、美观等方面的原因，人们经常要对相应的生产模具作局部修改，需要将扫描获取的实物模型数据输入到计算机，利用逆向工程构造出一个与实物相对应的CAD模型，然后对该CAD模型进行修改。  

(3)逆向工程技术得出数字化模型用于检测，例如检验生产模具、产品的变形分析以及与初始三维数据的比较。例如覆盖件模具的形状精度验证，通过采集模具上的数据点，与几何三维数据对比，可对模具质量做出评价^[9]。

3发动机仓盖外板逆向设计应用

发动机仓盖外板生产逆向包括拉延模、修边模和翻边模。拉延逆向通过拉延工序将板料加工为立体空间工件。修边逆向通过修边工序修掉部分或全部半成品工件上的工艺补充部分。翻边模的主要作用是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转。其中，拉延模对仓盖外板生产有着至关重要的作用。拉延工序是仓盖外板生产的一道关键工序，而只有合格的拉延模才能保证拉延工序的顺利进行。因此在发动机仓盖外板逆向设计时要着重考虑拉延模的设计^[10]。

汽车覆盖件拉延模主要有单动拉伸模、双动拉伸模和多动拉伸模三种结构类型。单动拉伸模一般适用于形状简单、深度小的覆盖件。双动拉伸模一般适用于形状复杂、深度大的覆盖件。当前两种逆向都不适用时或者制件形状比较特殊时，才考虑采用多动拉伸模。由于发动机仓盖外板深度较小、形状简单，因此一般采用单动拉延模^[11]。

发动机仓盖外板生产逆向由上模座、下模座、压料圈、凸模部分、凹模部分、定位销、定向导柱导套、限位装置等主要结构组成。发动机仓盖外板逆向的装配方式比较特殊，要采用自顶向下的方式，也就是凸模和压料圈在下，凹模在上。因此，设计时要依照下模、压边圈、上模的设计顺序进行^[12]。

在过去的拉延模设计中，下模的铸件部分为一体结构。下模座与成型凸模采用的材质是相同的。这种逆向设计方法的缺陷在于会提高生产的成本。如果要保证在成型过程中零件不因为承受成型力而拉毛，必须采用高强度材料。而由于承受零件成型时的成型力的只有凸模，而其他的模座部分不承受，采用铸成一体的结构必然会提高生产的成本。为了节约生产成本，拉延模的设计采用了分体凸模的设计，使用不同材料铸成凸模和下模座，再用螺钉连接起来。压边圈的设计要考虑拉延模的导向问题，设计出导向装置。拉延模的导向分内导向和外导向。压边圈既要考虑上模导向又要考虑下模导向。一般来说，压边圈与下模之间的导向设置采用四角导向，压边圈与上模之间的导向设置采用导向腿导向。上模是拉延逆向的重要组成部分，主要包括上模座、吊耳、起重棒、耐磨板、到底标记和防尘盖板。与下模相比，上模的结构设计相对简单^[13-15]。

4. 总结

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。我国汽车行业在自主创新的道路上必然会越走越远。随着汽车制造技术的日益成熟、模具设计日益优化，发动机仓盖外板质量将会不断地提高，生产成本也将大幅度地降低。

参考文献

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[2] 江维键, 冷冲压模具设计，华南理工大学出版社，2005

[3] 郭焱嗣等, 冲压模具技术与制造技术，北京出版社， 1994

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[5] 李德群， 中国模具设计大典，南昌：江西科学技术出版社，2003  

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[15]张心怡, 王成勇, 王思艳,等. 基于逆向推算法的发动机盖外板坯料波浪轮廓优化[J]. 锻压技术, 2015, 40(10):49-54.