[01289306]汽车零部件及其模具快速设计制造技术研究与应用

现代的产品设计是面向市场、面向用户的设计，企业制造出来的产品要面对激烈的市场竞争。一个企业对市场的响应速度的快慢，产品开发一次成功率的高低，不以决定着企业产品在市场上所占份额的大小，更决定着一个企业的命运。

产品设计是制造业的灵魂，因而快速设计制造技术应运而生。

本项目着眼于将快速原型和逆向工程技术应用到汽车零部件的快速设计中。主要攻关内容包括汽车零部件逆向工程技术和外国产品的国产化研究。研究中依据汽车零部件样件，展开快速设计制造相关理论与实践研究，针对具有复杂曲面的汽车零部件、异形结构件，研究其快速设计。

采用反求技术方法，用三维数字化仪、激光三维扫描技术或自动断层扫描技术等快速、自动、准确地测取实际产品的形状数据、零件表面和内部尺寸，在计算机内拟合成CAD模型，实现形体重构。然后对其进行精度检测和性能分析，提出产品修改建议并提供相应的修改功能。

项目在对汽车实物样件的数字化及精度、点云数据处理技术进行研究的基础上研究结构改进，加快了引进消化吸收国外产品的先进技术的进程，提高了产品创新效率和企业竞争力。

一、主要研究的关键技术

1)逆向设计关键技术。重点解决复杂曲面汽车零部件、异形结构件的数据采集与处理、曲面重构、精度分析和结构性能分析、快速制模方法、材料、相关研究中的工艺参数确定依据等。一方面加快进口产品的国产化进程，另一方面可实现复杂曲面汽车零部件的精确测绘。

2)激光熔覆技术。针对汽车零部件成型模具，利用虚拟设计和逆向建模进行模具的全生命周期数字化建模，建立数字化模具协同开发体系完成模具的数字化设计分析与仿真。围绕模具复杂曲面数控加工进行模具CAD/CAM一体化技术、数控加工工艺参数和加工轨迹优化等研究，构建了两大类模具高效的设计制造解决方案，确保模具设计制造效率和质量。

针对模具磨破损区域通过逆向建模技术，制定出快速有效数据处理算法，成功提取出破损区域点云数据并建立三维实体模型，并研究出精确轮廓控制算法，实现了不规则曲面的轮廓随动插补运动，成功对复杂曲面类模具、面齿轮类零件等进行了铁基、镍基粉末激光多层熔覆涂层修复。同时完成了模具的复杂曲面精确处理，以及数控加工配套的机电结合特种工艺装备的开发研制，对磨破损模具再制造修复设计出系统和完整的软硬件解决方案。

针对模具常用基材如铝合金、Q235和45号钢等，研究高性能的激光熔覆工艺，进行了与铁基、镍基、陶瓷粉末的单道、多道、多道单层、多道多层的激光熔覆实验，分别获得了最佳的稳定的工艺参数;在激光熔覆实验基础上，进一步开发金属快速成型技术，设计并完成了大型吹塑模具的金属冷却管路，建立了系统的成型方法和技术方案。

二、经济与社会效益分析

本项目的实施主体是辽宁工业大学数字化设计和制造团队，通过项目的实施团队的骨干得到了锻炼，培养锻炼了团队中的青年教师，2012年团队得到了国家教育部的资助。同时，为企业培训了相关技术人员，每年为合作企业举办数控技术、CAD/CAE/CAM技术和协同设计制造技术培训班。团队依托的“锦州CAD技术应用发展中心”是辽宁省三个制造业信息化中心之一、“汽车零部件设计与制造重点实验室实验室”被批准为省重点实验室，2015年“汽车及零部件关键技术工程研究中心”被辽宁省教育厅批准为辽宁省重大科技平台。团队有了多个科研平台，实验设备不断充实完善，创新团队引进了多名博士，队伍不断壮大，随着数字化设计和制造技术的不断成熟，逐渐形成了目前的几个稳定的研究方向。

这阶段团队逐渐成熟，几名科研骨干成为教授、副教授，研究生导师，曾红、张德强、段敏、何力佳、王海洋、刘淑芬等骨干参加了团队的所有国家、部和省级科研课题，分别主持了多项国家自然科学基金、省自然基金、省科技攻关、省教育厅和市科技局的科研课题。

这期间，团队完成了包括国家“十一五”科技攻关技术1项、国家科技支撑计划1项、国家自然科学基金项目5项、国家科技部科技创新基金2项、国家外专局项目1项及辽宁省自然科学基金项目、辽宁省重大科技攻关项目在内的多项科研项目，完成横向科研课题49项，发表学术论文200余篇，出版专著、教材22部，获得了辽宁省科技进步二等奖1项，三等奖8项，市科技进步一等奖10余项。