佛山市南海区第一职业技术学校
摘要：文章根据汽车覆盖件的特点进行分析设计，从传统加工的模具设计和新技术3D打印设计两个方面，针对如何实现覆盖件快速设计做以研究说明。在利用模具设计时，首先分析实际设计特点，然后利用参数化特征和对装配过程进行优化等来完成设计；而使用3D打印技术自由设计时，首先针对覆盖件所要实现的功能进行分析，去除不必要的结构，然后通过计算机建模，最后使用满足性能所需的材料打印而成。
关键词：汽车覆盖件 模具设计 3D打印技术 快速设计 发动机盖
1 汽车覆盖件快速设计简介
汽车覆盖件是由薄板金属构成的零件，主要包括：发动机和底盘的覆盖保护，以及车身部件和驾驶舱组成部分，可以按照位置将汽车覆盖件划分为：外部覆盖件、骨架覆盖件和内部覆盖件三种类型。
产品快速响应设计 (简称快速设计)是近年来提出的一种新的设计理念，其主要目的是提高企业对市场的快速响应能力，缩短产品设计开发周期，提高设计质量。如何实现覆盖件的快速响应设计技术，是促进汽车行业快速发展的重要课题。
2 基于传统方式的覆盖件快速设计
在传统的工艺中，在许多方面都有对模具的设计和利用。汽车覆盖件模具是生产汽车覆盖件的主要工艺装备，其设计、制造周期长，是制约轿车更新换代的瓶颈环节。根据覆盖件的冲压工序，汽车覆盖件模具可分为拉延模、修边模、整型等；按模具轮廓尺寸的大小，可分为大型和中小型冲模，研究对象主要为结构尺寸较大的或外部（内部）形状复杂的大型汽车覆盖件模具。
2.1 按照自上而下的方式进行设计
在生产汽车零件和整装汽车部件的进程中，将会涉及到大量模具的使用。在传统的模具设计进行过程中，一般采用串行和自下而上的设计方法进行模具设计。但是汽车覆盖件形状多样，并具有较大的结构尺寸，对协调性及配合性的条件要求较为苛刻，并且汽车覆盖件对模具的精度要求比较高。在汽车的覆盖件模具研发的过程中，一般采用自上而上的设计方法，而且这种设计方式在汽车覆盖件模具的设计中具有良好的反响。在采用自上而下的模具设计方式进行设计时，具有以下突出优势：一、在进行设计前期，可以完成针对模具整体的结构功能进行详细的分解。二、在布局阶段，可以提高各个功能部件和整体装配时的整体协调问题，有效的解决模具整体性设计问题；三、在设计阶段，可以完成对所涉及到的零件更进一步的优化分析工作，为设计出更为合理、更加实用的模具打下良好基础。覆盖件模具是具有特定功能的机械部件，它是由相对分离的子部件根据一定的管理组合而成，其自身功能是通过装配体中的各个零部件间的相互运动而实现的。同时该运动通过零件间管理量的相对变化而产生，因此一定要保证装配体安装正确且质量良好，并且还要保证零件关系的正常，才能保证其功能的有效实现。
2.2模具设计
从覆盖件模具设计整个过程来看，由于设计理念和实际应用两者存在着差别。如何做到把设计运用到实际中，这是一个相对困难的步骤。而采用自动化设计可以有效促进将模具设计到实际的实现。因此，为了达到模具设计工作中进一步自动化的目标，减少对模具制造上的依赖程度，减轻模具制造者的工作负担，必须做好根据覆盖件的设计来做好软件的开发。在目前阶段，比较成功的当属CAD。
采用CAD系统完成对覆盖件模具设计的工作，应该基于数值模拟合格的覆盖件的表面来完成设计，在此基础上构建覆盖件与模具部件之间的关系图。并且，利用自上而下的设计方式相对完美的完成模具模型的构建工作，再针对模具的整体结构进行相关的设计工作。如果需要更换CAD表面，首先，必须通过使用相应的算法，在案例数据库中通过查找的方式找到相应的案例模型；然后，在相关设计者的有效干预下进行工作。这时的软件系统可以重新生成该表面相应的模具结构，满足该模具在实际运用中的要求。
此外，利用计算机和设计人员的有效结合来设计覆盖件模具不仅有效地提高了模具结构设计的水平，而且还提高了模具的整体质量，并在一定程度上延长了模具的使用时间。因此，在目前阶段，学术界的焦点之一就是对覆盖件模具的设计。
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3 基于3D技术的覆盖件快速设计
3.1 3D打印技术
在传统的机械零件设计中，要对零件加工和装配等问题考虑的面面俱到。3D打印技术有别于传统的减材或等材制造工艺，它是一种增材一次性成型的制造工艺。它可以实现由多个零件组成的机械部件的一次性加工成型。
由于3D打印的特性，决定了它具有以下三个方面的优势：一、三维模型设计完成后不需要进行二维图的绘制和加工条件的标注，减少了设计周期。二、面对复杂结构时，传统制造工艺往往手足无措，而由于3D打印是把各个二维层面进行叠加后得到三维零件，所以，复杂的结构只要模型构建好，切好二维模型切片，越复杂，越是可以体现出它的优势所在。三、3D打印在整体成型方面区别于传统制造，传统制造是利用焊接或者螺栓连接完成零件的成型组装工作。而3D打印可以一体化成型，无需焊接或者栓接装配，节约大量时间。
可以看出，3D打印技术在加工制造过程比传统加工简单，成型过程迅速，因此整个过程可以节约大量时间。所以，汽车覆盖件快速设计中，合理使用3D打印技术将使得覆盖件的设计与加工过程耗时有所减少。
3.2 基于3D技术下的覆盖件设计
汽车覆盖件具有的特点是：内部结构或外部形状复杂。在复杂结构的设计加工中，更能凸显3D打印技术的优越性。传统的加工工艺需要装夹，由于装夹的精度控制比较困难，所以零件加工的失败率较高。在使用3D打印技术对箱体类零件进行加工时，不需要装夹，成型路线极其简单。在保证尺寸精度的同时，控制加工成本，提升加工成功率。利用3D打印技术完成汽车覆盖件的设计加工时，可以将焊接结构以及某些法兰连接结构进行一体化设计，实现结构的简化。
以发动机盖为例进行分析，发动机盖的中间夹层是隔热材料，由于材料的不同，在使用传统加工时需要分步进行，而在利用3D打印对发动机盖进行设计加工时只需要在打印的过程中更换材料即可满足材料多样性的要求。设计加工步骤如下：第一步，对机盖的功能进行分析研究，发动机盖需要满足：隔热隔音、自身质量轻、刚性强的要求；第二步，根据功能设计三维模型，简化不需要的部分，优化三维模型；第三步，把三维模型的相关数据导入，等待零件加工成型；第四步，对成型的零件进行全方位的清洗工作，由于发动机盖外表面对光滑度要求较高，然后根据要求，去除表面残留毛刺；第五步，等待发动机盖的加工相关工作完成后，对完成的发动机盖进行检验。
在利用3D打印技术对覆盖件的加工时，可以提高汽车覆盖件的成品率，一次成型减少加工步骤，节约时间，降低材料的浪费，在未来的前景十分广阔。
4总结
近年来，汽车行业快速发展，现有的覆盖件快速设计方式已经很难满足要求，众多车企在汽车覆盖件的快速设计方面提出了更高的要求。由于3D打印技术的快速发展，给传统的模具制造行业带来了一定的挑战。使用模具具有一次成模，可以多加利用，3D打印是针对单个零件的设计加工上具有得天独厚的优势。因此，要加强研究如何利用好传统技术与新技术相融合，从而使用最合理的方法进行快速设计，缩短汽车覆盖件加工工艺的周期，进而提升汽车生产水平，更好的推动汽车行业发展。
参考文献
［1］魏啟金，袁三红，马朝阳等．汽车外覆盖件模具铸钢镶件消失模铸造工艺研究及应用［C］．第十届中国铸造协会年会论文集，2012:478～484．
［2］王自刚，金领强，王海东等．汽车大型覆盖件模具的调试之我见［J］．城市建设理论研究(电子版)，2015，5(13):1455．
［3］赵文龙，王子良，张飞等．汽车覆盖件模具制造技术［J］．城市建设理论研究(电子版)，2015(17):6393～6394．
［4］金领强，王自刚，郭洞双等．浅析汽车覆盖件模具自动化加工关键技术［J］．城市建设理论研究(电子版)，2015，5(12):1328～1329．
[5]魏宁，郑誉煌，林舒静，等.机械工件3D打印关键技术的研究[J].福建电脑，2017，33（4）：63.
[6]夏端武，薛小凤.3D打印技术对机械制造业产生的影响[J].机械设计与制造，2016，（12）：184-186.
论文作者:张国锋
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
标签：模具论文; 汽车论文; 加工论文; 发动机盖论文; 零件论文; 传统论文; 快速论文; 《科技新时代》2018年11期论文;