1 绪 论
1.1引言
今年 1 月 11 日汽车工业协会公布了 2009 年中国汽车产销统计，2009 年我国汽车产销量分别完成了 1379.10 万辆和 1364.48 万辆，同比 08 年分别增长 48%和46%。中国以 300 多万辆的优势，首次超越美国，成为世界汽车产销第一大国，比原先预计的提前了 5~6 年，中国成为全球最主要的汽车消费市场。汽车覆盖件(简称覆盖件)是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部的汽车零件，属于非旋转体大尺寸薄板曲面零件，这类零件的外形尺寸大、板料相对厚度小、表面质量要求高且形状复杂。从工艺角度上讲，将薄金属板料变成具有一定空间形状的零件一般要经过拉延、修边、翻边整形等几道工序，相应的模具分为拉延模、修边模、翻边整形模等几大类。虽然各类模具的功能不同，但在结构上有很大的相似性，拉延模一般由凸模、凹模、压边圈这三大部分组成，而修边模、翻边整形模一般由上模、下模、压料器三部分组成。
模具工业是汽车工业的重要支撑产业，每一辆汽车大约有 60%的零部件是采用模具加工的，每个车型的覆盖件总数有 200～300 件，需要模具总数大约在 600～1000 副。模具设计、制造速度的效率直接影响着汽车业的发展。随着 CAD/CAM/CAE 在模具行业应用越来越广泛，模具设计的质量和制造水平得到很大的提高。大型汽车覆盖件冲压模具结构设计一般有二维和三维设计两种方法，各有优缺点。二维设计速度较快、对计算机硬件配置要求不高，是一种投资小、见效快的方法，现在国内模具生产企业广泛应用；但二维设计缺点是不直观，错误不易被发现，设计表达不统一，很大程度依赖于设计者的空间想象，并且二维设计不能直接用于后序分析和加工，目前 AutoCAD 是二维设计中最常用的软件。三维设计与二维设计相比，具有参数化、基于特征、全相关等许多优点，利用尺寸驱动产品模型，使产品在设计时易于修改，同时也使得并行工程成为可能。三维设计形象、直观，其三维模型可以直接用于分析和后序加工制造、检测，易于数据的管理。
目前常用的软件有 CATIA、UGS NX、Pro/E 等。参数化建模一直都是模具设计人员探索的主要问题，主体思想是用几何约束、数学方程式与关系式来表达说明产品模型的形状特征。参数化建模的关键是利用实体的特征参数控制和创建三维模型，当特征参数发生改变时，三维模型随之自动更新。三维设计软件的参数化功能对提高模具设计水平、缩短模具设计与制造周期具有到很大帮助作用。
模具设计中的一个很重要的问题是修改困难。产品中很小的改动可能就会引起整付模具的修改。模具的修改不仅工作量大，而且在修改过程中容易造成设计错误。在模具结构设计中使用参数化技术，对模具结构进行整体驱动，可以有效的解决模具的修改问题。因此，三维参数化设计是发展模具行业，提高模具设计水平和生产质量的一个重要途径。
1.2课题来源
宜宾普什模具有限公司为了适应技术的发展需要和客户的技术要求，本着“公司技术能力向数字化与信息化集成方向发展”的技术部门拓展思路，宜宾普什模具有限公司技术部努力寻求新技术和新方法的开拓和创新。宜宾普什模具有限公司技术部门、重庆大学、重庆聚欧科技发展有限公司和西门子软件公司进行紧密合作，着手完善 3D 设计标准，建立 3D 标准件库和标准模架库，搭建 PDM 体系的基本框架。宜宾普什模具有限公司技术部成立“3D 模具设计”项目，主要建立 3D 标准件库(包含标准模架库)，进行模具设计的标准化过程，并逐步建立和完善“普什设计知识库”。
1.3国内外模具 CAD 技术比较
随着计算机技术的快速发展和计算机的普及，CAD(计算机辅助模具设计)技术是近 20 年来发展最快的技术之一。CAD 技术的发展带来了设计、制造和生产水平质的飞跃，己经成为企业现代化、信息化和集成化的关键手段。在工业发达国家，CAD 技术已发展成为解决模具设计薄弱环节的有效手段、模具自动化的重要工具。在汽车行业 CAD 技术的应用水平状况直接影响了企业的发展水平。
20 世纪 70 年代以来，飞机和汽车工业的蓬勃发展，曲面造型与实体造型技术发展迅速，新一代的 CAD 软件均是实体造型与曲面造型兼备的系统，能适用于各种复杂曲面模具的设计和制造，在模具行业得到了广泛应用。CAD/CAM/CAE 软件取代了传统的手工设计与制造方法，设计方面采用人机交互进行了三维图形处理、工艺分析和设计工作，并最终完成装配图，生成零件图、材料表以及工序、成本等文件。系统还包括一些专用工具，如工艺补充面的设计、成形分析、回弹控制与曲面零件外形的展开等，这些工具部分有的已用于生产，有的还在进一步的研究、完善当中。
国际上最早开展汽车覆盖件冲压模具 CAD/CAM/CAE 系统研究与开发的是各大汽车制造公司。1965 年日本丰田汽车公司已将数控技术用于汽车覆盖件的模具加工，取得了很好的效果。80 年代丰田公司所采用的汽车覆盖件 CAD/CAM/CAE系统包括了 NTDFB 和 CADETT 两个设计软件及加工凸、凹模的 TINCA 软件，可完成车身外形设计、车身结构设计、冲模 CAD、主模型与冲模加工以及夹具加工等任务。本世纪丰田公司又采用了 PTC 公司基于 Pro/E 软件平台开发面向拉延模具设计的专业化软件 Pro/Dieface。
2 覆盖件冲压模具设计
2.1 引言
汽车覆盖件(简称覆盖件)指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部的汽车零件。覆盖件属于非旋转体大尺寸薄板曲面零件，覆盖件和一般冲压件相比较，具有相对厚度小、形状复杂、多为空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。覆盖件冲压工艺、模具设计和模具制造工艺也具有独自的特点，因此对覆盖件及其模具需要作为一类特殊的问题来研究。覆盖件按作用和要求可分为三类：外覆盖件、内覆盖件和骨架件。一般有以下工艺要求：
①表面质量覆盖件的可见表面不允许有波纹、皱纹、凹痕、边缘拉痕、擦伤及其它破坏表面完美的缺陷。覆盖件上的装饰棱线、装饰筋条要求清晰、平滑、左右对称及过渡均匀。覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，还要满足表面装饰的美观要求。
②几何尺寸和表面形状覆盖件形状复杂、立体曲面多，其几何尺寸和表面形状必须符合图纸和主模型的需要。立体曲面中，一种是覆盖件本身的立体曲面，主要考虑造型及美观需要；另一种立体曲面是在装配时由两个或两个以上相互衔接的覆盖件共同构成。
③刚性覆盖件拉延成形时，由于其塑性变形的不均匀性，造成覆盖件的一些部位刚性差，在受到振动时产生空洞声。若用这样的覆盖件装配汽车，就会在汽车行驶过程中发生振动，造成覆盖件的提前损坏。
3 NX 参数化设计及二次开发................. 41-57
3.1 引言................. 41
3.2 NX 各功能模块................. 41-46
3.2.1 CAD 模块 .................41-45
3.2.2 CAM 模块 .................45
3.2.3 CAE 模块 .................45-46
3.2.4 其他模块................. 46
3.3 NX 二次开发简介................. 46-52
3.4 NX 标准件库................. 52-56
3.5 本章小结................. 56-57
4 NX 的覆盖件冲压模具设计................. 57-67
4.1 引言 .................57
4.2 NX 模具设计模块 .................57-64
4.3 模具参数化3D 设计................. 64-65
4.4 本章小结................. 65-67
5 应用实例................. 67-73
5.1 模型准备................. 67-68
5.2 建立模具工作部分................. 68-70
5.3 创建模座 .................70-71
5.4 装配标准件................. 71-72
5.5 检查和文件整理................. 72-73
结论
本文通过国内外大量参考文献研究了 NX 系统的各个模块功能、二次开发技术、架构及开发方法，研究实际覆盖件冲压模具结构和设计过程，通过利用ＮＸ系统的模具设计模块、开发的模具结构标准特征和创建的三维标准件库，创建覆盖件模具的三维模型。本文的目的在于通过提出的三维参数化的设计方法，降低模具三维设计的难度，提高模具设计的效率和质量。并且利用基于特征的参数化技术，当修改模具设计时，可以通过修改尺寸参数驱动几何图形，更新模具结构，减少模具修改的工作量，并保证修改质量。基于上述研究，本文主要取得了以下研究成果：
①典型的覆盖件冲压模具主要由上模、下模、压边圈或压料器三大部分组成，每个主要部分的模具结构由主特征、辅特征和标准件组成。其中主特征和辅特征构成模具的主体部分，标准件是由专业标准件公司提供。主特征通过 NX 系统的模具设计模块创建，辅特征通过 NX 的实体建模和特征操作进行创建操作，标准件通过二次开发建立的标准件库进行调用。最后利用 NX 的装配功能进行模具的装配，使模具完成总装图。
②利用的标准件工具建立基于 NX 的常用三维参数化标准件库。该标准件库完全按照 PUNCH、MISIMU、Sankyo 等市场上标准件公司的标准建立了汽车覆盖件模具常用标准件库。该标准件库中有 3000 余种系列零部件，包含导向件、定位件、取料件、限位件、起重件、弹性元件、冲头、斜楔等，可以满足一般模具设计的需要。
③利用 NX 的二次开发工具，对之进行开发，开发出覆盖件冲压模具设计中常用的模具标准特征，包含压板槽、吊耳、键槽、销孔、凸台等，并集成与 NX的工具条和菜单中，实现与 NX 的无缝结合，设计人员可以使用该工具快速的创建常用的辅特征。
④以汽车引擎盖外板为例，利用 NX 系统模具设计模块、本文开发的常用的标准特征和三维标准件库创建基于装配环境的拉延模的三维模型。并通过 NX 的分析功能对模具结构进行运动和干涉分析，检查模具结构设计的合理性。从此实例的设计过程中可以得出，利用本文开发的模具标准特征和三维标准件库可以大大提高模具三维设计的效率和质量，使设计人员专注于模具结构的总体设计，而不必重复设计这些常用的结构和标准件。
参考文献
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