我國現(xiàn)在每年還要進(jìn)口3-5 億美元的汽車覆蓋件模具以滿足市場需求。中國的汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)在軟件和基礎(chǔ)環(huán)境上，如模具材料、標(biāo)準(zhǔn)件供應(yīng)、加工精度、設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品檢測等方面差距仍舊很大。特別是模具的設(shè)計(jì)上存在更明顯的差距，這將成為制約我國汽車工業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸性的問題。

基于逆向工程的汽車覆蓋件快速模具設(shè)計(jì)就是為了解決這個(gè)瓶頸問題而提出的。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，逆向工程是從零件的原形出發(fā)到產(chǎn)品CAD模型再到成產(chǎn)品的零件，它以現(xiàn)有的產(chǎn)品或是技術(shù)為研究對象，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)、計(jì)量學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識為基礎(chǔ)，以解剖、掌握研究對象的關(guān)鍵技術(shù)為目的，最終實(shí)現(xiàn)了對研究對象的認(rèn)識、再現(xiàn)及創(chuàng)造性的開發(fā)。由此我們可以看出它是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造工程的相反的信息流工程?；谀嫦蚬こ痰钠嚫采w件快速模具設(shè)計(jì)的研究有助于企業(yè)大縮短開發(fā)周期、降低成本為企業(yè)建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心競爭力的技術(shù)和開發(fā)平臺(tái)，使國產(chǎn)汽車在激烈的市場競爭中立于不敗之地，為我國汽車工業(yè)的發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)和提供規(guī)范、系統(tǒng)的技術(shù)理論與方法的支持和幫助。

1 汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)主要流程

在汽車整車產(chǎn)品中，覆蓋件特別是車身的覆蓋件的市場周期短，變化頻繁，而且一般具有材料薄、形狀復(fù)雜、多為空間曲面、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量高等特點(diǎn)，所以它的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是整車開發(fā)中的一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。覆蓋件開發(fā)從汽車造型開始，經(jīng)過零件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具制造、試模，到能成功生產(chǎn)出產(chǎn)品為止，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中逆向工程技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。

在使用逆向工程技術(shù)進(jìn)行汽車覆蓋件的模具設(shè)計(jì)主要流程如圖1所示。

從上述過程我們可以看出，車身逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)在于三個(gè)方面:一方面是實(shí)物模型表面數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，即數(shù)字化測量技術(shù);一方面是車身的曲面重建技術(shù)(曲面構(gòu)造技術(shù));另一方面是覆蓋件的快速模具設(shè)計(jì)。

1.1 車身逆向工程中三坐標(biāo)測量技術(shù)

一般來說表示一個(gè)物體的尺寸即是長、寬、高，一次測量儀如游標(biāo)卡尺、測微儀等，只能做直線方式長度測量;二次測量包括投影儀、工具顯微鏡，因其只能作X 、Y 方向量測，具有二坐標(biāo)測量功能。對于逆向工程來說，要測繪表達(dá)一個(gè)空間零件，必須測量其長、寬、高，用圖形學(xué)來說，即前視圖、上視圖、側(cè)視圖，合起來變?yōu)?/SPAN>-個(gè)立體圖，這樣才能制成成品，因此必須有三坐標(biāo)系統(tǒng)對車身進(jìn)行測量才能獲取車身零件的全部信息。

目前測量技術(shù)研究有兩個(gè)發(fā)展方向，一是測量規(guī)劃為主導(dǎo)，以測量前的合理規(guī)劃來提高曲面測量的效率和精度，另一種是實(shí)際測量程序?yàn)橹鲗?dǎo)，針對不同的測量機(jī)應(yīng)用相應(yīng)的測量程序來進(jìn)行快速高效的曲面測量。相比較而言，后一種方法在現(xiàn)場的實(shí)際測量中應(yīng)用最廣泛，也最實(shí)用。而前一種方法更多的是出現(xiàn)在一些論文中，實(shí)際應(yīng)用不廣。

1.2 車身的曲面重建技術(shù)

根據(jù)曲面的數(shù)據(jù)采集信息來恢復(fù)原始曲面的幾何模型，稱為曲面重鉤。根據(jù)曲面重構(gòu)方法的不同，可以分為:函數(shù)曲面擬合法、矩形域參數(shù)曲面擬合法、三角曲面擬合法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合法。

浙江大學(xué)的柯映林教授通過對不同曲面重構(gòu)方法的分析，提出了基于特征與約束的逆向工程CAD建模框架，給出了逆向工程中特征與約束的定義、分類及表達(dá)，將特征建模技術(shù)應(yīng)用在了逆向工程領(lǐng)域，很好的解決了逆向工程CAD建模的問題。

1.3 覆蓋件的快速模具設(shè)計(jì)

汽車覆蓋件特別是外覆蓋件的可見表面不允許有波紋、皺紋、凹陷、邊緣扣，痕及其他破壞表面完美的缺陷，同時(shí)由于形狀復(fù)雜、立體面多的特點(diǎn)，其幾何尺寸和曲面形狀必須符合圖樣或是實(shí)物的要求。所以在覆蓋件的沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)和模具制造工藝的確定上有一定的難度。為了解決這一問題，CAE分析得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，虛擬裝配，成型模擬，從而實(shí)現(xiàn)了事前的有效分析和預(yù)防。

2 工程實(shí)例分析

我們現(xiàn)在以某型號的汽車前圍板為例說明逆向工程在汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。

2.1 前圍板數(shù)字掃描

前圍板是帶有自由曲面的異形件，測量的關(guān)鍵在于自由曲面的測量。在實(shí)際的測量中我們使用了德國GOM公司的ATOS光學(xué)掃描儀對前圍板進(jìn)行測量。

在測量的時(shí)候?yàn)榱说玫綔?zhǔn)確的產(chǎn)品邊界，我們多測量了與前圍飯相連的兩個(gè)側(cè)握，這樣為后面的CAD模型重建提供了參考。

2.2 前圍板CAD模型重構(gòu)

前圍版CAD重建的關(guān)鍵在于曲面的重構(gòu)以及與周圍平面、孔特征的結(jié)合。在設(shè)計(jì)時(shí)我們首先對所獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行處理，去噪、剔除雜點(diǎn)、數(shù)據(jù)插補(bǔ)、數(shù)據(jù)平滑等處理，接著對數(shù)據(jù)進(jìn)行分剖，把屬于同一類型的數(shù)據(jù)點(diǎn)劃分到同一區(qū)域。對劃分的區(qū)域選取特征截面、建立特征線、建立特征線網(wǎng)格，再對網(wǎng)格線進(jìn)行光順，是后由曲線擬合曲面。圖2為使用IMAGEWARE軟件進(jìn)行曲面重構(gòu)的圖形。

2.3 前圍板拉延模設(shè)計(jì)

覆蓋件的拉延模的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于沖壓方向的確定、工藝補(bǔ)充面的選擇、壓料面的設(shè)計(jì)和拉深筋的設(shè)計(jì)。其中工藝補(bǔ)充而分布在零件的四周，在成型后一般作為廢料予以切除，它的存在能改善材料成型時(shí)的流動(dòng)，直接關(guān)系到成型的好壞;而拉延筋則可以改善材料成型時(shí)的受力狀況。

通過對前圍板的CAD結(jié)構(gòu)的分析，我們發(fā)現(xiàn)其成型時(shí)易出現(xiàn)問題的位置在兩個(gè)懸臂的閱角和后側(cè)的突起部分。通過應(yīng)用AUTOFORM軟件的分析，我們發(fā)現(xiàn)在圓角處R值加大0.5mm即可改變圓角拉裂狀況，而在后側(cè)突起部分可以通過成型模擬結(jié)果找到材料流入的最佳狀態(tài)。通過CAE分析，我們可以找到了最合理的工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)和拉延筋的位置。具體設(shè)計(jì)如圖3。

3 總結(jié)

逆向工程技術(shù)應(yīng)用于汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)，不但縮短了模具的設(shè)計(jì)制造周期，而且大大地降低了模具的生產(chǎn)成本，保證了模具的加工質(zhì)量，提高了數(shù)控設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)了模具的快速制造。

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