摘 要

随着节能减排要求的全球化推进，轻量化成为汽车行业发展的一种趋势，采用超高强度零件对于汽车轻量化具有重要意义。一般超高强度钢采用热冲压工艺回弹小，但由于局部受热不均匀，可能发生局部变形，导致精度偏低。有必要研究热冲压成形零件的精度控制。本文基于逆向工程实现了汽车前纵梁的型面模型重构与优化，该方法针对成形零件的精度控制具有一定的参考意义。

论文分析了汽车前纵梁具有的一系列特点，介绍了逆向工程技术及设备，分析了逆向工程技术在汽车设计中的重要意义。实验采用3DDS三维扫描仪为扫描工具，对汽车前纵梁进行扫描，得到前纵梁点云数据，通过点云数据拼合得到完整的前期模型，在此基础上通过Geomagic Studio软件进行了一系列数据处理及优化，最后重构汽车前纵梁CAD模型。然后使用Geomagic Qualify软件对重构的模型和原始CAD模型进行精度对比分析。最后把分析的结果作为改进依据，对模型的优化进行了设计，提高了汽车前纵梁的精度。

关键词：前纵梁；轻量化；逆向工程；型面重构；精度分析。

Abstract

With the globalization of the energy saving requirements,lightweight designs become a trend in the automobile industry. And using ultra-high strength material is important for automotive lightweight.Generally,high strength steel has small springback under hot stamping process,but local deformation may occur due to uneven heat. And too much springback leads to low precision.It is necessary to study the precision control of hot stamping parts. Based on reverse engineering,this paper achieve the front longitudinal beam surface model reconstruction and optimization.This method has a certain reference value for the precision control of the forming parts.

This paper analyzes a series of characteristics of the front longitudinal beam and introduces technology and equipment of reverse engineering.Reverse engineering technology has important significance in automobile design.Based on the point cloud data measured by 3DDS 3D scanner, the surface model of the front longitudinal beam is build by Geomagic Studio and CAD software. Then Geomagic Qualify software is used to compare the accuracy of the reconstructed model with the original CAD model.Finally the front longitudinal beam model by the analysis of the results is optimized,and its accuracy is improved.

Key Words：front longitudinal beam; lightweight; reverse engineering; model reconstruction; precision analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2国内外研究现状与存在的问题 1

1.3 研究内容及方法 2

第二章 汽车前纵梁材料性能与结构分析 4

2.1 引言 4

2.2 汽车前纵梁结构分析 4

2.3 汽车前纵梁材料分析 5

2.4 本章小结 6

第三章 基于逆向工程的汽车前纵梁型面模型重构 7

3.1引言 7

3.2 汽车前纵梁型面重构方法和步骤 7

3.2.1汽车前纵梁点云数据的采集 8

3.2.2汽车前纵梁点云数据的处理 10

3.3本章小结 20

第四章 汽车前纵梁成形精度分析与型面优化 21

4.1 引言 21

4.2 汽车前纵梁重构点云数据采集误差分析 21

4.3 汽车前纵梁型面重构模型与原始CAD模型之间的精度分析 22

4.4 汽车前纵梁结构优化 25

4.5 本章小结 26

第五章 结论与展望 27

5.1 结论 27

5.2 展望 27

参考文献 29

致 谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

随着科学技术的发展，现今，汽车已经成为人们出行不可或缺的交通工具之一。在这种情况下，汽车产量和保有数量持续增长，环境污染，能源危机，交通安全的问题也随之越来越严重。所以汽车的发展在整个大环境下不能脱离环保节能安全的主题。而汽车轻量化作为实现节能减排的重要一环，对整个汽车工业的可持续发展具有无可替代的意义^[1]。研究表明，轻量化是减少汽车的能源消耗，减少排放的最为有效的措施之一。例如，汽车每减少100kg，可节省燃油0.3-0.5 L/(100 km)，可减少CO2排放8一11 g/(100 km)^[2]。汽车的轻量化在汽车动力性及燃油经济方面都有明显的优化效果。整个世界都在倡导节能减排，我们国家也不例外，已经把汽车轻量化列为一项发展战略，减少温室效应气体排放，保护环境节约能源，推动可持续的汽车工业发展。

1.2国内外研究现状与存在的问题

汽车轻量化的前提是要保证车身强度和汽车安全性，然后尽可能地降低整车质量，提升汽车动力性，燃油经济性，实现节能减排的目的^[3]。轻量化的技术可以分为三个主要的方面：1结构优化设计；2轻量化材料的应用；3先进制造工艺的采用。汽车工业在经历了一个世纪，尤其是近年来的快速发展后，对于车身空间结构的布置已经相当的成熟合理，所以上面轻量化材料的应用及先进工艺的研究会是汽车工业轻量化研究方向的趋势^[4]。

对于材料的选用，钢铁在汽车上的使用是不可或缺的。在同等的强度要求下，采用超高强度钢可以最大限度地减少钢板厚度，降低车身质量^[5]。因为超高强度钢具有良好的力学性能，目前超高强度钢的应用俨然还是汽车轻量化最有效的手段。在未来的一段时间内，车身等的材料仍然会优先选择钢铁，超高强度钢主要用于结构件和安全件的生产，如前后保险杠，A/B/C柱等^[6]。本设计研究的保障汽车安全性的前纵梁部分就采用了超高强度钢。