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论先进技术在汽车设计中的应用
摘要
阐述了数字化技术在汽车设计和制造中的应用.介绍了逆向工程技术的概念.讨论了数字化技术在汽车覆盖件设计与制造中,特别是在模具设计中的应用情况,此外,在产品的开发中,设计人员往往根据个人的想象和构思进行汽车原型的设计,并一般采用油泥塑造出满意的汽车模型,然后通过三坐标测量机完成对汽车模型三维数据的采取.包括拉延面的设计和拉延模的结构设计,最后讨论了数字化技术在汽车设计制造中的优点。
关键词:
数字化,汽车,设计,制造
Abstract
Thisarticleexpatiatesupontheapplicationofaigitaltechnologyinautomobiledesignandmanufacture,discussestheconceptofreverseengineeIing,demonstratestheapplicationofreverseengineeringtothedigitalizationdesignandmanufacturetechnologyofautomotiveouterpanels.Inaddition,thearticlediscussesthemoulddesignandmanufactureinautomobileanddiscussestheailvantagesofdigitaltechnolotechnologYapplicationinautomobile。
、
Keywords:
digitalization,automobile,design,manufacture
目录
1引言1
2数字化技术在汽车设计中的应用1
2.1逆向工程技术概述1
2.2逆向工程技术应用1
3数字化在汽车覆盖件模具设计中应用2
3.1设计概述2
3.2拉延模型面设计2
3.3拉延模结构设计5
4数字化在模具制造中的应用7
4.1数字化模具概述7
4.2生成NC刀具轨迹8
5结束语10
参考文献:
11
致谢12
1引言
近年来,汽车工业得到了迅猛发展.为了适应激烈的市场竞争,必须尽量缩短新产品的开发周期,在最短的时间内,以最少的成本开发出满足客户要求的高质量的汽车产品.这就要求各个研究开发部门运用新的设计制造技术来满足市场需求.为了加快产品的设计开发和制造,需要在汽车的设计制造过程中进行CAD/CAM的集成,实现汽车设计和制造的数字化,这主要包括汽车设计的数字化、模具设计和制造的数字化。
2数字化技术在汽车设计中的应用
2.1逆向工程技术概述
目前,逆向工程技术已经成为新产品开发过程中各种先进技术的纽带,被广泛应用于家用电器、汽车、摩托车、飞机等产品的改型与创新设计中,成为消化、吸收先进技术,实现新产品快速开发的重要技术手段。
[1]
2.2逆向工程技术应用
逆向工程技术常常用于对原有产品进行快速仿制或修改,然后进行再设计,并制造出新的产品的过程中,以满足产品更新速度越来越快的要求.简而言之,逆向工程技术就是一种反向设计方法.根据逆向工程技术所采集到的离散实体点云和数据,拟合成一张复杂的自由曲面,然后就可以在曲面反求软件中进行反求设计,之后再将其导入uG或ProE等实体化设计软件中进行设计.[2]逆向工程技术已经在激光快速成型制造中起着越来越重要的作用.此外,在产品的开发中,设计人员往往根据个人的想象和构思进行汽车原型的设计,并一般采用油泥塑造出满意的汽车模型,然后通过三坐标测量机完成对汽车模型三维数据的采取.三坐标测量机分为接触式和非接触式2种.非接触式三坐标测量因为具有测量速度快、适范围广的特点得到了广泛应用.本文中所研究的汽车车身就是采用此技术而获得的车身三维数据.由于采入的数据都不可避免地会带入噪声点,特别是在尖角和边界附近较为明显,另外激光扫描所获取的海量数据也会严重影响曲面重建算法的效率,因而必须对其进行数据处理.由于许多测量系统软件本身就可以对点云进行预处理,包括排除噪声数据和异常数据、数据压缩和归并多余数据、遗失点补齐、三角面片化等,因此可以根据需要对获得的数据进行简化,进行截面获取和坐标变换等操作图2-1为利用数字化进行的整车设计方案。
图2--1
3数字化在汽车覆盖件模具设计中应用
3.1设计概述
在汽车覆盖件模具设计中,空调冷气开关需借助暖气风扇开关进行搭铁。
也就是说,只有暖气风扇运转,空调冷气开关才能作用。
[4]然后这一搭铁信号经由恒温器开关、空调压力开关至ECU。
ECU获此“空调请求信号”后才有可能触发电磁离合器继电器吸合。
与此同时,冷气开关的闭合会令两个散热风扇继电器的控制端线路经一个二极管后搭铁,使风扇同步运转。
根据此思路,通过测量找到这条“空调请求信号”线,按动冷气开关,可在12V与0V间变换。
接下来测量ECU的电磁离合器继电器控制线路,它与继电器的端子连接良好。
至此说明,故障与空调系统的外部线路无关。
数字化也得到很好的应用.[7]拉延模型面没计是一个在覆盖件产品三维模型基础上进行边界条件设计的创造性过程.可以在数字化软件平台上进行工艺补充面、压料面、拉延筋、凹模圆角的设计.工艺补充面、压料面、拉延筋、凹模圆角,加上覆盖件产品模型,就形成了一个完整的拉延模型面几何模型。
3.2拉延模型面设计
在工艺补充面设计时,首先确定冲压方向,尽量使各处的拉延深度相似,有利于拉延成形.发动机ECU对压缩机离合器的控制是有条件的,如节气门角度开启的速率、发动机温度等。
70年代末,日本生产的微型汽车开始进入中国市场,因其具有小巧、实用、价廉、省油的特色受到用户青睐。
80年代开始,调整轻、中、重型载货汽车(商用车)产品结构比例,发展微型汽车生产,适应市场需求变化,实施老产品换型,引进产品和制造技术,扩大和建设新的生产能力,主要有:
南汽引进依维柯;[5]北京、沈阳和天津轻型载货汽车引进国外驾驶室产品技术和冲压模具转产新车型;北京第二汽车制造厂引进日本五十铃N系列轻型汽车产品动态技术;西南三省(川、滇、黔)一市(重庆)引进日本五十铃汽车制造技术。
适应了市场需求,汽车产品结构调整表明提高了轻型汽车(含微型汽车)的生产比例。
从60年代初到90年代初,中国汽车工业通过商用车产品结构调整,发展轻型汽车和重型汽车,建设轿车工业,结束了“缺重少轻、轿车几乎空白”的生产格局。
其中水温信号为影响因素之一,在重庆市"十一五"规划中已明确:
到2010年汽车产销量将达到150万辆(其中乘用车达120万辆,整车销售收入达到1350亿),届时将占中国整个汽车工业产销量的15%。
根据规划,重庆将以长安、庆铃、红岩三大骨干体系为依托,到2007年形成100万辆的整车生产规模;到2010年形成150万辆的生产规模,并建立具有核心竞争力的汽车技术研究体系和试车场地;并最终形成4-5家具有较强实力的整车生产大型企业集团;到2020年,全市的整车产量将达到260万辆,工业总产值达到200亿元。
(渐凉)
在核心区块构筑方面,浙江选择了杭州、宁波、温州、台州、金华、绍兴、嘉兴等7个地区,作为重点培育发展的"种子选手",形成沪杭甬、甬台温、杭金高速公路沿线的汽车及零部件产业集聚带。
按照规划,各区域发展的主导产品是:
杭州以汽车零部件、中高档客车、电动汽车等为主;宁波以经济型轿车、汽车零部件等为主;台州以经济型轿车、汽车零部件等为主;金华以中高档客车为主;温州、绍兴、嘉兴则以汽车零部件为主。
通过测量,我国政府推出了一揽子振兴经济的政策措施来应对历史罕见的国际金融危机并取得良好效果,一季度经济触底后逐步回升,全年经济增长速度达到8.7%,国家年初制定的经济“保八”的目标圆满完成。
2009年在相关优惠政策“护航”的情况下,汽车工业取得了长足发展。
相关部门以汽车产业调整和振兴规划为核心,先后出台了取消养路费、购置税减半、“汽车下乡”以及以旧换新等一系列鼓励汽车消费的政策措施。
2009年我国汽车工业实现超高速增长,全年生产汽车1379.10万辆,同比增速达到48.3%,国产汽车产销量跃居全球第一。
2010年1-2月份,汽车产销累计更是分别高达282.10万辆和287.57万辆,同比增幅高度达92.40%和83.87%;同期汽车出口表现也相当抢眼,1-2月份汽车累计出口6.61万辆,同比增长58.02%,累计出口金额8.71亿美元,同比增长23.08%。
“如火如荼”的汽车市场激发了企业大规模扩张产能的动力,公开数据显示,国内14家主要汽车生产企业2010年产能已接近1800万辆,而这14家汽车生产企业2010年汽车销量预计为1300万辆左右,产能闲置率将接近30%,“产能过剩”这一现阶段出现频率较高的名词也有可能因此而与汽车产业产生密切联系。
综合目前情况来看,今后几年国内汽车工业发展仍将保持增长态势,但是增速会较2009年有所降低,主要是考虑到汽车保有量的增加带来的基数增大和宏观面调控政策变化的因素。
得知发动机的水温传感器信号处于正常的电压值范围内,[3]发动机系统自诊断也无故障码输出。
综合分析,故障应在ECU本身,更换新件,故障彻底排除。
故障总结:
本田这一问题较多。
由于更换ECU费用昂贵,因此可将ECU针脚的“空调请求信号”线与电磁离合器控制线接在一起。
另外,根据电路图控制特点,这种连接方法不会对ECU造成损坏,同时因为外部线路有二极管的串联,与风扇控制线路不会相互影响,因此是一种较为经济的解决方案。
压料面设计采用扫描法、边界法和延展法3种方法.拉延筋设计方法为:
首先生成近似半圆弧的二维特征曲线,再用扫描方法生成拉延筋曲面,最后倒圆角使拉延筋与两侧曲面光滑桥接.拉延筋尺寸根据成形需要变化.凹模圆角设计过程为:
对压料面和工艺延伸面的相交线分段进行变尺寸倒圆角,圆角大小的数值视该处金属流动性能而定.图3-1为利用UG冲模工程设计的汽车覆盖件模具工序图。
图3--1
3.3拉延模结构设计
拉延模模具结构设计主要是对凸模、凹模和压边圈三大件进行设计.根据压力机的特征,确定拉延模三大件的高度.在汽车维修维修行业中,判断一个企业服务质量的好坏。
归根结底是要看企业修理技术设备的先进程度,修理工程师的实际经验和技术水平的高低,在现代高技术汽车当中,由于各种电子装备的日益增多、日益先进,各种新材料、新技术的不断应用,新车型的不断问世。
使得望、闻、问、听的传统方法显得捉襟见肘。
为解决这一问题,目前世界上各大公司都在开始生产各种形式的故障诊断专家系统,也就是利用计算机强大的信息处理功能,制成的一个计算机修理系统,并利用现代各种汽车传感技术,让微机自动而迅速地完成汽车的技术检验和故障诊断工作,甚至详细告知故障部位及维修方法,从而从本质上提高了汽车维修的质量。
如同一台散热器。
中国汽车工业起始于20世纪50年代初,起步相对滞后于工业发达国家的汽车工业,在相当一段时期处于发展中的幼稚工业。
经过几代人半个世纪的艰苦奋斗,中国汽车工业经历了创建、成长与全面发展的进程,建立了汽车制造与科研、专业教育和人才培养相结合的体系,形成了产品种类较齐全、生产能力不断增长、产品水平日益提高、市场用户持续拓展、营销服务网络完善建设的汽车工业体系,但是,从当今经济全球化的进程来看,中国汽车工业必将继续奋进、抓住机遇、与时俱进、同国际接轨、加快提高国际竞争力,才能屹立于世界汽车工业之林。
[9]
液态的制冷剂经膨胀阀雾化后进入蒸发器的管道内,温度降低,鼓风机推动空气流过蒸发器的散热器片,被散热器片吸收热量后,变成冷风,送入车内。
散热器管道内的制冷剂吸收热量后,转化为低压下面以凹模设计为例介绍设计过程.首先生成凹模二维特征轮廓曲线,"十一五"期间,安徽省将对汽车工业投入300亿元以上,加大技术进步和技术创新力度,力争使全省汽车销量在全国位次排前1~2位。
"十五"以来,安徽省对汽车工业累计投资190亿元,初步形成从产品设计、试制、试验到验证的整车及关键零部件研发生产体系,提升奇瑞、江淮、华菱、昌河等一批有竞争能力的自主品牌汽车。
奇瑞、江淮累计投入研发费用近30亿元,投入强度达3%~5%。
其中2005年研发投入分别达销售收入的7.8%和8.6%,位居全国同行业前列,高于国际平均水平。
"十一五"期间,安徽省汽车工业产销规模将在全国"争三保五";实现整车产能200万辆以上,其中轿车达120万辆以上;力争汽车产销量占全国总量10%以上,汽车行业主要经济指标占全省工业经济的10%以上;2010年实现销售收入1500亿元以上,成为省内第一支柱产业。
通过拉伸生成实体,再用拉延模型面剪去不需要的部分.在此基础上,运用布尔运算,增补和删除其它局部特征,如挖孔(减轻模具重量)、建凸台(安置别的零件等)和导柱(定位导向作用),以及在局部部位加上加强肋板等,然后再倒角,建好凹模.按类似方法,设计凸模和压边圈.最后设计顶杆、垫块、挡料销等零件.图3-2为利用数字化软件设计的冲压模具。
图3--2
4数字化在模具制造中的应用
4.1数字化模具概述
数字化技术在汽车的自动化制造中的应用越来越多广泛.除了可以进行计算机动态仿真,加工时可显示加工的走刀路径外,还可以进行及时修改,这样不仅可以减少在机床上编程和空运行的辅助时间,膨胀阀用于降低液态制冷剂的压力和温度,使其成为低温低压的饱和液体。
[8]膨胀阀将高压管路与低压管路分开。
膨胀阀上设有节流孔,限制高压制冷剂进入低压管路的数量,控制蒸发器的吸收的热量。
并且当高压制冷剂流经节流阀后,形成喷雾状,利于制冷剂的蒸发。
另外,膨胀阀上还有毛细管与温度传感器相连。
随着温度的变化控制膨胀阀节流阀的开度,改变制冷剂的喷雾流量,使制冷能力变化。
膨胀阀与蒸发器安装在一起。
把上述生成的汽车覆盖件模具保存成汽车制造业列为国民经济支柱产业,《汽车工业产业政策》颁布实施《中华人民共和国国民经济和社会发展第七个五年计划(1986-1990)》中提到:
“把汽车制造业作为重要的支柱产业。
按照高起点、大批量、专业化和联合发展的原则,以骨干企业为龙头,形成长春第一汽车制造厂、湖北第二汽车制造厂、济南重型汽车制造厂以及军工部门等汽车制造基地,同时改建扩建一批技术比较先进的汽车零部件专业化生产企业”。
1990年,中共中央十三届七中全会《关于十年规划和“八五”计划的建议》中再次指出:
“汽车制造业在整个经济发展中占有重要地位,应当在全国范围内统筹规划、合理布局,促使其健康发展”。
1993年中共十四大进一步确立了“发展汽车制造业,使其成为国民经济支柱产业”的地位。
1994年7月,《汽车工业产业政策》正式颁布实施,这是中国汽车工业的第一部政策性法规,也是中国工业行业出台的第一部政策性法规。
《汽车工业产业政策》颁布实施,标志着中国汽车工业进入了一个新的历史阶段。
产量快速发展,生产集中度提高,规模经济初见端倪,“八五”、“九五”时期(1991-2000年)全国汽车工业共投资1723.8亿元,为汽车工业创建38年以来(1953-1990年)累计投资277.2亿元的6.2倍;“八五”、“九五”汽车工业投资额,占全国投资总额的0.85%;汽车工业投资力度加大,对形成企业规模经济、扩大产能批量、提升产品水平、发展车型品种、确保产品质量和完善服务用户等诸多方面,都起到了至关重要的作用。
据《人民日报》及中国汽车工业协会提供的消息,2005年我国汽车市场继续保持平稳较快增长,通用的文件格式,在调入数字化设计软件中,主要设置工件毛坯、加工原点及原材料等.选择工件设置对话框选项进行工件设置,建立加工坐标系和设定毛坯尺寸外形,然后对刀具号、下刀量、冷却量等参数进行相应调整,对刀具材料、名称等进行编辑校核。
4.2生成NC刀具轨迹
数字化设计软件中设有多种走刀模式.根据模具的特点,走刀模式宜采用平行切法.采用平行切法不仅加工质量好,而且加工时间和代码长度也较短.上述有关设置完成后,系统即可自动生成刀具轨迹,然后将刀具轨迹离散成刀位点,处理后产生数控加工程序.冷故障现故障现象一象,在充注完制冷剂后,压缩机仍然不吸合。
综观我国汽车工业的现状喜忧参半,展望我国汽车工业的未来风险与机遇并存。
改革开放以来,特别是近几年我国汽车工业发展势头强劲。
据中国汽车工业协会统计,2009年1至7月,汽车全行业完成工业总产值3723.82亿元,同比增长29.44%:
产品销售收入3598.88亿元,同比增长31.05%:
利润总额221.90亿元,同比增长51.14%。
主要经济指标增长都比较大,实现了增产增收。
汽车产业作为国民经济支柱产业的地位越来越突出。
去年交通运输设备制造业对工业增长的贡献率首次跃升至40个工业行业之首。
以汽车制造业为主的交通运输设备制造业已取代电子信息通信业,成为名副其实的领头羊。
随着市场需求的不断扩大,我国汽车工业的发展潜力也非常之大。
据有关部门分析,近几年我国汽车消费市场的消费结构已发生了很大变化。
载货汽车的需求量仍将持续增长,特别是次发达地区,如西部地区对中重型货车、多种专用汽车、矿用车和大中型客车的需求将明显增加。
农村汽车市场对轻、微型客货车需求也会有较大增长。
随着国家有关鼓励私人购车政策的出台,预计个人购车比例将逐年快速增长。
特别是轿车、客车,尤其是微型客车的需求量会有较大增长,市场份额将进一步提高。
为此,国家将积极发展售价八万元左右的经济型轿车,以满足中国家庭的需要。
此外,国家还将大力推进发展汽车工业的相关环境:
至2005年,中国公路里程将增加至160万公里,其中高速公路2.5万公里。
各地还将加大发展城市基础设施建设,增加停车场地等交通配套设施。
所有这些,都无疑会大大促进我国汽车工业的发展。
故障诊断:
运转发动机,按下空调面板的冷气开关,散热器后方的冷却风扇和冷凝器风扇可随之运转,只是压缩机不吸合。
找到压缩机电磁离合器继电器,短接30与87号端子,离合器能够吸合;在该继电器座上的85与86号端子间串接一试灯进行检查,得知故障的直接原因是发动机控制单元ECU未执行吸合指令。
为了验证冷气开关信号是否已到达ECU。
在前乘客脚底板下找到ECU控制单元,发现其针脚与现有的电路图资料不符。
但同为一种车系,应具有相同的控制特点,这里要注意的是:
如果曲面的曲率半径小于数控加工时所选用的球头铣刀半径就会产生过切.[10]另外,刀位点到某些曲面的距离如果小于刀具半径,在实际加工中就会发生过切.如发生过切,可对加工参数重新进行修正,过切的局部区域采用抬刀或绕行的办法进行解决.之后生成加工程序,通过坐标变换程序把模具下模的坐标系变换成与所用机床的坐标系一致,这样就可以对模具进行粗加工.模具的粗加工模拟结果如图4-1所示。
图4--1
5结束语
数字化技术不仅可以大大缩短汽汽车设计、调试和制造周期,还可以降低汽车的生产成本,提高汽车的设计质量和可靠性,并最终提高汽车制造的精度、质量与效率,为汽车的新品上市打下良好的基础。
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