基于UG的汽车覆盖件工艺补充面精细化设计方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华中科技大学 作者:吕东东

  为了高效、精细化地进行汽车覆盖件模面中的工艺补充曲面设计,通过参数化完成工艺截面线的设计后,将工艺补充面划分成3部分:紧接产品零件面、过渡面、侧壁面。对不同类型面,采用不同的曲面创建方法完成工艺补充面的设计。分析了引导线生成方式、截面线构成和曲面创建方法对生成的工艺补充面质量的影响,总结出一套实用设计方法,并采用基于UG软件平台的编程方法,开发出一个基于二维截面线库的工艺补充面的精细化设计模块。

  汽车覆盖件指汽车发动机内盖、底盘、构成驾驶室和车身的薄板异形体表面和内部零件。其具有形状复杂、材料薄、尺寸和质量要求高等特点。覆盖件一般采用一次拉延成形,而工艺补充是其中不可或缺的一道工序,并影响拉延件成形过程中起皱、破裂等缺陷的产生以及后续的修边、翻边等工艺。

  目前,在模具企业实际设计中,工艺补充面大都是手工创建。利用CAD 软件的曲面功能,如扫略、延伸、拉伸等功能创建出主要补充面形状,再利用网格曲面、桥接曲面、倒圆角等功能实现光滑过渡。这个造型过程十分复杂,对设计者的曲面造型经验要求很高,经验和知识的可移植性很低,设计结果的质量也难以保证。此外,设计结果是非关联的,修改非常困难,只能对局部进行再设计。基于此,业内进行了不少对于工艺补充面的研究:如清华大学的吴伯杰等进行的基于UGII汽车覆盖件工艺补充面的参数化设计;湖南大学的廖代辉等提出了基于进化算法的冲压模具型面参数优化设计方法;吉林大学的胡平等提出了基于B样条扫描曲面的工艺补充设计方法;上海交通大学的姚兴等建立了覆盖件拉深模工艺补充和压料面的截面特征库,并在UG平台上开发了基于二维截面特征库的工艺补充面和压料面参数化设计模块等。

  伴随着CAD/CAE技术的发展和研究的深入,出现了不少模具型面设计系统,如Autoform的Die Designer模块、DYNAFORM 的DFE (DIE FACE ENGINEERING)模块、Pro/E 平台的Pro/Dieface 模块、CATIA 平台的DieMaker系统、UG 平台的DieEngineer模块以及华中科技大学基于UG平台开发的PDCAPP系统。

  虽然CAE软件的模面设计模块都可用于快速成形模拟,而且DieMaker、PDCAPP系统等利用参数化技术也实现了模具型面的快速设计,但其设计出来的型面质量不尽人意,还未达到实用化的程度。而本文的研究是基于PDCAPP系统已有的功能的进一步研究,且只着重于工艺补充面的精细化设计,以弥补其不足,进一步完善模具型面设计系统,提高系统的实用性。

  1、PDCAPP系统

  PDCAPP系统是基于UG NX平台下的一个覆盖件模具型面闭环设计系统,可以半智能化地帮助工艺设计人员高效地完成工艺设计。目前,该系统已有较完整实用的补孔、定义冲压方向、压料面设计、工艺补充面设计、拉延筋设计等功能模块和多个实用的辅助设计小工具。虽然PDCAPP系统已采用参数化和变量化技术定义创建截面线,将截面线与表达式关联,并用表达式值的修改来驱动截面线形状的修改,使工艺补充面的修改十分容易,工艺设计的迭代过程也变得十分流畅,从而很大程度上提高了模具型面的设计效率。

  但从适用性角度来看,其生成的工艺补充面的质量达不到实际加工要求,只能用于CAE 分析,造成此现象的原因主要有以下几点。

  (1)由于截面线在拐角处均采用圆弧过渡来反映凸模和凹模圆角半径,再通过圆弧扫略创建过渡面,此缺点是使其构建的曲面不是真正的圆弧面。

  (2)工艺补充面的创建方式不够合理,如同种截面线间的过渡也是采用面扫略构建,而不能保证与相邻面的相切连续,需要进一步细化生成方案。

  (3)侧壁面的创建采用固定扫略方式,采用倒数第2条引导线和最后一条引导线为引导线串,这样使得两条截面线共同决定侧壁面的走向,当有一条引导线不光顺或者两条引导线走向不一致时,就会使生成的侧壁面变形。

  (4)系统在考虑一条截面线两次被用于创建工艺补充面时,为了保证面的线切连续性,在创建引导线时,在样条线的两端分别给了1个相切矢量方向,矢量方向是分别根据第1条截面线和最后一条截面线的定位坐标系计算出来的,从而使得同一截面线处的矢量方向始终相同,来保证先后创建的样条线相切,通过线创建的面也相切连续。但这样两端相切约束通过点来创建样条线会使样条线在中间的走势出现波动,从而使扫略出来的面出现变形。

  为此,本文提出了工艺补充面的精细化设计,以提高系统的实用性。

  结语

  继承了PDCAPP系统截面线的参数化设计等优点,使设计人员方便地调整和修改设计结果,达到快速完成工艺补充面的设计,缩减了覆盖件模具型面设计周期。其次,通过对截面线库的完善、修改引导线的创建方法以及各部分曲面的创建方式,提高了生成的工艺补充面的质量。同时,各部分曲面的生成由程序在后台自动完成,也减少了对设计人员曲面造型经验的依赖,使造型经验较缺乏的设计人员也可以设计出高质量的模具型面。

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