1 引言
修边工序是指:将为保证拉伸成形而在冲压制件的周围增加的工艺补充部分和冲压件内部增加的工艺补充部分冲裁剪切掉的冲压工序,是保证汽车覆盖件制件尺寸的重要工序,确定影响模具修边的因素是该工序的关键。
覆盖件修边模是特殊的冲裁模,按类型主要分为垂直修边模、斜锲修边模、垂直斜锲修边模,覆盖件修边模工作部件造型设计的难点主要集中在:
(1)所要修边的冲压件形状复杂,模具分离刃口所在的位置可能是任意的空间曲面。
(2)工作部分结构复杂,尺寸精度要求高。
(3)同时存在垂直、斜锲修边,情况复杂,修边的高度差变化大。
已知工作部件按结构形式主要有两种,整体式结构和镶块式。为解决这一系列问题,汽车行业修边镶块普遍采用镶块式结构,即沿工序制件的轮廓线分布的一系列相互邻接的镶块。这些镶块大小不一,形状各异,如果一块一块的造型,会给设计人员带来不小的麻烦。而本文提出的参数化造型方法,能有效地缩短设计周期,提升设计效率。
2 修边镶块的分类
不同的修边镶块有不同的结构形状,根据具体模具情况可以分为以下几类,如图1所示。
图1 修边镶块的分类
修边镶块在模具中的分布如图2所示。
图2 修边镶块的分布
虽然镶块的类型不同,结构也不同,但是通过分析和拆解,这些镶块的造型主要由刀口、波浪刃口、法兰、废料刀、加强筋、靠山、螺钉销钉组成,而每一种镶块的组成部分如表1所示。
表1 修边镶块的组成
其中,刀口、波浪刃口、法兰和废料刀是修边镶块的主体部分,加强筋、靠山和螺钉销钉是修边镶块的辅助部分。图中“√”的部分是镶块必须有的,空白的部分是镶块没有的,“?”的部分是根据要求选择性添加的。
3 修边镶块参数化设计思想
由表1和图3可以看出,虽然不同类型的修边镶块形状有很大的不同,但是通过分析和拆解后,它们有着几乎相同的组成部分,给予了我很大的启发。
一般来说,CAD造型的主要方法有两种,串行造型法和并行造型法。
3.1 串行法
串行造型法像串联电路,从起点到终点只有一条主线,串行法的优点是:①步骤简单易懂;②整体关联性较强。但是它也有缺点:①造型的顺序很重要,越靠近起点的部分,对结果的影响越大;②由于关联性太强,在复杂体中做出修改以后,出错的几率较大。
在修边镶块设计中,总体设计思想采用串行法的部分,主要是基于基准-线-面-体的设计方法。在确定几何输入信息以后,根据条件依次确定基准平面及基准轴、空间曲线组及平面曲线组、直纹面及片体、主几何体,最后通过修剪和布尔运算得到所需几何体,如图3所示。这样的设计方法,保证了镶块有完整的骨架结构以及关联性。
图3 串行的主线造型思想
3.2 并行法
并行造型法像是并联电路,从起点到终点有不同的支路,并行法的优点是:①各个支路相对独立互不影响,提升了容错率;②将整个复杂体分解成多个简单体求和,降低了造型难度;③方便查找及修改错误。当然,并行法的不足是:①复杂体的分解需要经验和技术做支持,分解方法决定了造型的难度,并不简单易懂;②由于分解后的简单体相对独立,一般通过布尔运算连接,会在连接处产生一定的瑕疵,所以对于精度高的复杂体需要进行后期人工的修正。
在修边镶块总框架搭好之后,对于不同的镶块主要采用并行的造型方法,将镶块大体上分解为刀口、波浪刃口、法兰、废料刀、加强筋、靠山、螺钉销钉7个部分,最后通过布尔运算关联起来,如图4所示。
图4 并行的支线造型思想
4 修边镶块参数化设计与生成实例
为了方便理解各个部分,修边镶块三维结构示意图如图5所示。
图5 修边镶块三维结构示意图
本文以汽车备胎槽为设计实例,在给定输入条件的基础上进行修边镶块的参数化设计。在第三节中,描述了镶块分为了刃口、波浪刃口、法兰、废料刀、加强筋、靠山和螺钉销钉部分组成,那么运用串行与并行的方法进行参数化设计如下:
(1)镶块刃口的生成,如图6所示。
图6 镶块刃口部分
(2)镶块法兰的生成,如图7所示。
图7 镶块法兰部分
(3)镶块废料刀的生成如图8所示。
图8 镶块废料刀部分
(4)镶块主体部分布尔求和以后,如图9所示。
图9 镶块主体部分
(5)镶块主体加上辅助部分以后,最终如图10所示。
图10 修边镶块完成图
5 关键技术
5.1 参数化设计
参数化设计是利用尺寸表达式约束以及尺寸之间的关联来实现的,在建模的过程中,用户可以自定义尺寸表达式,生成所需尺寸的模型,而在尺寸修改与调节过程中,通过尺寸关联,可以达到模型牵一发而动全身的效果,方便快捷。
5.2 镶块自动识别技术
在第二节中,可以知道修边镶块主要有6类,在传统的提供用户选择镶块类型的基础上,特意在程序中加入了镶块自动识别的算法,用以减少用户的工作量。图11是自动识别的基本算法。
图11 镶块自动识别技术
(1)选择修边线以后,判断修边线的条数,如果是两条,则是双边式镶块。
(2)接着判断修边线是否封闭,如果是封闭的,则是周围式镶块或者法兰式镶块,再根据修边线投影后所得的平面封闭曲线所围面积的大小来判断具体类型。
(3)然后判断起点与终点的切矢夹角是否为钝角,如果为钝角,则是三边式镶块。
(4)接着判断是否带废料刀,如果有废料刀,则是带废料刀的外围式镶块,否则,是不带废料刀的外围式镶块,即一般外围式镶块。
在实际生产过程中,最常见的是一般外围式和带废料刀的外围式镶块,其次是周围式镶块,法兰式镶块,再次是双边式镶块和三边式镶块。
5.3 曲线优化
曲线优化是参数化设计过程中的主要关键点和难点,修边线通常是空间曲线,形状复杂且不能改动,如果直接对修边线进行偏置、拉伸或者直纹,可能会出现自相交、不连续等无法进行接下去的造型,为了解决这样的难题,第一个可行的方法是大致偏置,大致偏置有效解决了平面曲线可能出现的自相交问题,第二个方法则是对曲线进行光顺,具体的思路是将样条曲线根据精确度离散成各个点,再通过这些点重新拟合成一条新的曲线,曲线的光顺有效解决可能出现的不连续的问题。
6 结论
汽车覆盖件模具的参数化造型方法是汽车产品开发的重要因素,在实际的设计过程中,设计人员需要有丰富的经验,并通过反复尝试,只有这样才能设计出既符合要求、又节约成本的模具。在模具设计过程中,在造型过程中只有采用了合适的参数化造型方法,才能将复杂的产品分解成简单体的求和,才能大大减少人工重复操作,提高设计的效率。
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本文标题:基于NX的修边镶块参数化设计方法