1 绪 论
1.1 课题的来源、背景和意义
当今世界汽车工业作为国家国民经济的一个不可缺少的重要支柱，其地位也越来越重要。近年来，汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇，据有关资料显示，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，汽车模具在整个模具产业中占有一半左右的份额。而在我国，仅有三分之一左右的模具产品服务于汽车制造业，因此，汽车模具市场有相当大的发展空间，而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分。各家汽车公司为了提高市场占有率，几乎每年都有款式新颖、质量优良、性能先进、装饰舒适的新车型面市。而在激烈的市场竞争中取胜的决定因素：一靠先进的设计加工技术减低成本，二靠先进的管理缩短产品的设计加工周期。在汽车的车型设计→汽车模具设计与加工→直至汽车的生产与销售的整个周期中，汽车模具设计与加工约占了三分之二的时间，成为新型汽车投放市场的制约因素，而覆盖件模具的设计与制造又是汽车新产品开发的关键环节之一。
随着我国汽车工业的迅速发展，新车型更新换代的速度也不断加快，传统的设计制造方法已不适应产品发展的要求。覆盖件模具作为汽车车身生产的工艺装备，将直接制约着汽车产品的质量和新产品的开发。汽车覆盖件在冲裁、弯曲时, 受力情况复杂, 变形后零件上的孔位和孔形的变化具有一定的不确定性。而斜楔机构灵活多变，工作时传动准确、平稳、无噪音、具有自锁、省力、速比大和容易改变构件的运动方向和方式等特点。导致斜楔机构的设计是覆盖件模具设计中的难点。传统的斜楔机构设计依赖设计人员的经验,分析计算复杂，经常反复修改，设计工作量大、设计周期长, 不能适应市场对产品更新换代的要求。因此采用模具 CAD 技术，必然成为汽车覆盖件斜楔机构的设计趋势。将大量繁杂的人工计算和易错的重复性劳动，用计算机来实现，可以极大地提高覆盖件模具的加工制造水平。但由于覆盖件斜楔模的多样性和复杂性，加上工艺的标准化、典型化程度低，致使模具设计效率低，影响了整个生产的效率。纵观国内汽车模具公司，还没有行之有效的汽车覆盖件斜楔机构系统，汽车覆盖件斜楔机构应用 CAD 的程度普遍较低，实用化程度不高。
1.1.2 课题的目的和意义
随着社会的发展、科技的进步，人们的生活水平也在快速提高。汽车作为人们主要的出行工具，也越来越多地出现在人们的日常生活中。社会对汽车日益增长的需求，带动汽车工业乃至整个国民经济的快速发展。随着需求的不断增长，人们对汽车的质量要求也不断提高，给汽车工业带来巨大的挑战；必然要求汽车设计和生产周期减小，设计和加工质量提高。由于汽车覆盖件自身具有尺寸大、厚度薄、形状结构复杂等特性，加工方法必须采用一次成形的方法成形。因此覆盖件加工工艺的复杂性导致其模具结构也必然复杂。
在整个汽车模具设计中，汽车覆盖件模具设计是重点。而斜楔机构设计是汽车覆盖件模具设计中的难点。汽车覆盖件斜楔模具设计在汽车模具设计中占据汽车覆盖件模具中极其重要的位置。斜楔模具的设计决定汽车覆盖件整套模具的生产质量，产品周期，生产成本。传统的覆盖件斜楔模具设计中，设计人员利用三维图形软件的绘图功能设计出大致形状结构，根据设计手册标准、反复计算、修改、迭代最终设计出合适的斜楔模具。这样的设计对设计人员的实际经验依赖程度较高，设计质量差，设计效率较低；成为制约汽车覆盖件模具工业发展的瓶颈。
因此研究斜楔机构关键技术，开发汽车覆盖件斜楔机构设计系统工具。通过计算机技术将繁杂的人工重复劳动用计算机实现，对汽车覆盖件模具行业具有举足轻重的地位；同时该课题也是国内诸多汽车覆盖件模具厂家一直倾力研究的课题。本课题的目的在于研究汽车覆盖件斜楔机构设计的关键技术，并对其进行分类、标准化、受力分析、行程分析，并进行计算机辅助设计、参数化造型建立标准库，最后开发出实用的汽车覆盖件斜楔机构系统软件，将大幅提高覆盖件斜楔模的设计水平和生产效率。
2 汽车覆盖件模具
斜楔机构汽车覆盖件又简称为覆盖件，是指覆盖发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄钢板异形体的表面零件和内部零件，包括外覆盖件、内覆盖件和支持件三大部分。汽车覆盖件多为空间立体曲面，形状结构复杂，具有厚度薄和表面质量要求高的特点。覆盖件模具主要的特点有：高精化，工艺复杂化，多工序复合化，形状结构高度复杂化，协调配合性高等。当某些覆盖件零件冲压加工时，由于结构形状等原因，竖直的冲压结构解决不了型面的侧向冲压成型问题，就应当采用斜楔机构。把压力机冲压的竖直运动通过斜楔机构转化为任意方向的侧向运动，完成零件特殊方向的冲压加工工艺。尤其是覆盖件侧向冲孔、切槽、弯曲、翻边、修边模具中广泛采用斜楔机构。如下图 2-1 所示的覆盖件中的斜楔冲孔模具图。
2.1 斜楔机构的作用与结构
汽车覆盖件模具由于其形状结构复杂，工艺精度要求高。一般汽车覆盖件冲压工艺如冲孔、切边、翻边、弯曲等由于形状、结构、受力原因，压力机垂直方向上冲压加工满足不了这些工艺要求。汽车覆盖件斜楔模具一般通过斜楔传动机构将压力机冲压方向力转化成任意方向上的力，从而能够实现汽车覆盖件任意方向加工工艺。因而斜楔模具广泛地用在汽车覆盖件模具中。
水平式斜楔也称平动式斜楔或者卧式斜楔，在汽车覆盖件中是最为常用的斜楔机构。冲压加工方向为与压力机冲压方向垂直，通过水平斜楔机构将压力机的竖直冲压力转化为水平冲压力，属于水平冲制制件。制件定位比较稳定，模具制造比较简单，产品稳定性好，操作性好，但水平翻边时要考虑取件问题。适用于汽车侧围外板和车身翼子板的冲孔、修边、翻遍等加工工艺。倾斜式斜楔的斜楔滑块工作方向与水平方向有一定的夹角(θ1)，根据倾斜的方向不同可分为下倾斜斜楔和上倾斜斜楔。下倾斜斜楔的滑块工作角(θ1)为正值；上倾斜斜楔也成为逆倾斜斜楔，其滑块工作角度(θ1)为负值。倾斜式斜楔普遍用在加工角度和回弹量比较大的制件加工中。在倾斜方向冲制制件，但制件在前后位置冲制时，操作性不好模具结构比较复杂。逆倾斜斜楔机构，只用于特殊情况的加工，会造成滑块表面压力增大，一般尽量不会采用。
3 汽车覆盖件斜楔机构设计系统.................... 27-44
3.1 斜楔机构的设计................... 27-33
3.2 统一斜楔的工作情况分析 ...................33-35
3.3 斜楔机构的设计优化................... 35-40
3.4 覆盖件斜楔机构设计系统开发平台................... 40-44
4 汽车覆盖件斜楔机构设计系统的实现................... 44-70
4.1 斜楔机构设计系统需求分析 ...................44-45
4.2 系统的基本功能和框架 ...................45-46
4.3 标准斜楔设计工具的实现 ...................46-51
4.4 自制斜楔设计工具的实现 ...................51-59
4.5 关键算法 ...................59-63
4.6 设计实例 ...................63-70
结论
汽车覆盖件模具是汽车模具设计中的重点，而斜楔机构是汽车覆盖件模具设计中的一个难点。斜楔机构设计的质量和效率是影响汽车产品开发的重要因素。在实际的设计斜楔机构设计过程中，设计师需要具有丰富的设计经验，并进行反复的计算试验才能设计出合格的斜楔机构。本文综合研究了汽车覆盖件斜楔机构设计的关键技术，将设计师的实际设计经验和工艺设计标准有机地结合起来，并利用 UG 平台和计算机辅助设计技术，将标准斜楔模型库和自制斜楔模板库融入到斜楔机构设计系统中，有效地提高了斜楔机构设计的质量和效率，提高了覆盖件斜楔机构设计的自动化和智能化程度。本文在汽车覆盖件斜楔机构设计方法和系统开发中取得的成果包括：
1、阐述了汽车覆盖件斜楔机构设计的相关知识、理论和实际设计经验。综合分析了斜楔机构的分类，总结了各种斜楔的结构、特点、力的传递、行程关系和适用情况。总结了斜楔机构的设计规范和设计流程，包括关键参数（如斜楔工作角度、驱动角度、工作行程、工作面大小等）的设计原则。分析了斜楔机构的基准点、基准坐标系，及斜楔图形的绘制及标注方法。
2、将所用的斜楔统一为典型形式的斜楔，并分析了其工作情况。对其进行工艺设计参数的优化，并将优化后的结果应用到斜楔机构设计系统中。
3根据汽车覆盖件模具设计对斜楔机构的需求，建立了 MISUMI、SANKO 和PUNCH 标准斜楔机构库。对于汽车模具行业中常用的自制斜楔，如自制吊楔、自制平楔和自制倾斜斜楔等，建立相应的模板。设计斜楔机构时由程序驱动模板通过修改编辑可使其满足工艺的要求。
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