汽车模具的三维CAD技术研讨与应用

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汽车模具的三维CAD技术研讨与应用
　三维实体设计的优势在于：可以直观反映设计的真实状态，经过运动模拟、干预检查等数字化分析手腕，在设计阶段就能防止以往在消费制造中才干发现的问题。标准件库可为模具构造设计提供可以直接装配的参数化、系列化的零件;冲压设备库、典型构造库为构造设计提供了可参考的模型;而根底构造库使模具设计愈加灵敏、智能。资源库与学问工程的有机别离，构成了模具构造设计的学问库，成为三维实体设计的根底。与3D-DL图技术、实体泡沫加工技术的别离，到达真正意义上的三维实体设计。并以此为契机，带动整个模具生命周期的技术提升。完成模具制造的CAE/CAD/CAM一体化，使模具消费越来越依赖于高科技手腕，最大限度地降低人工劳动的强度，进步模具的制造精度，缩短模具消费周期。
2 b  V  l3 f5 ~9 n& ?　　资源库、学问工程与学问资源库
: N4 v. m0 ?3 }, ~$ `% H& I3 |　　资源库包括：标准件库、冲压设备库、典型构造库及根底构造库四局部内容。它为实体设计提供了丰厚的资源：
) \+ w9 `. _( j! K) o　　◆标准件库
% c$ x8 a: n2 A% `　　现代模具设计的高度集成化，请求零件模型在设计制造的各个环节中具有统一性，关于大量具有系列的，由参数肯定的标准件，希望在标准件库中援用时只需选择零件规格参数，就可以得到正确的标准件。而不需求逐一重新建模，也就是完成参数化驱动。
　　CATIA软件，在管理标准件方面有着共同的优势，CatalogEditor(目录编辑器)是特地对标准件停止分类、管理、运用的工具。
: t6 m1 v1 c$ L% A) l# x. Y　　三维参数化标准件库的总体树立过程如下：
　　1)归结出共有的外形方式作为建库的根本元素，树立参数化特征。
5 j/ H# {" N' P2 N　　2)将规格数表结合到参数特征文件。使特征参数可以按照制定的系列变化。
　　3)运用CatalogEditor模块对成系列的特征文件停止分类、管理。
　　根据模具标准件的类型，可将标准件分为：安装衔接、导向、起重、限位、成翻安装、定位、压退料安装、进出料安装、侧冲安装、冲切、弹性元件、气动元件12类标准件。
: O) `0 p% `0 H' G　　别离标准件功用及运用特性，可以分为以下三类：
　　1.普通标准件
　　多标准，成系列是它的主要特性。应用Catalog停止标准件的管理，使查找和应用愈加便当、快捷。Catalog将大量成系列的标准件，按类型，分红了多个组，每个组下面又逐渐细化。使庞大的标准件库变得明晰且有条理。运用CatalogBrowser(目录阅读器)选择规格，插入到模具装配中后，可用快速挪动一次定位，非常便当。
7 ^& ]9 c' _0 P　　2.UserComponent(带布尔运算的标准件)
　　UserComponent(用户组合)是区别于CatalogBrowser(目录阅读器)的另一种标准件插入方式。它能将用户事前定义好的特征，在插入标准件的同时自动与指定特征做布尔运算。
; I, \6 A5 I& [　　很多标准件的安装台，是随其规格的变化而变化的。把标准件做成带有自动停止布尔运算功用，使其能在用UserComponent命令插入装配的同时，与其相对应的铸件局部也一并生成。
　　3.PowerCopy及UDF(局部标准构造)
6 X$ P3 K  E6 \3 ]$ p2 _　　PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)是CATIAV5的一种特征定义工具。经过它，设计者可以把一些在构造设计中经常运用的特征用户化。经过调用对应的特征文件，并设置相应的条件和调理参数就可以生成三维实体模型。
* `& _0 q9 c* O$ j# |5 o　　应用Powercopy制造的标准构造主要应用于铸件局部，如起重臂、压板台等。同普通标准件一样，他们也是成系列变化的。不同的是它们是“长”在模具主体构造上的。插入时需求指定一些定位元素及参数，并以布尔运算的方式直接参加到实体中。这样特征的修正和删除都是非常便当的。
　　用UDF定义的用户特征，是被封装成一个特征显现在构造树中的，减小了特征占用空间。而且UFD特征，可以被作为加工特征识别，这一特性，为之后的数控编程过程，提供了很大的便当。
; Q; `. _' Z! m% S! l　　PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)可以使构造建模简单化、标准化。进步了建模效率及精确程度，减少反复劳动。
' y" e7 v- V. A3 K　　◆冲压设备库
; n, ^9 i4 r, F5 h　　冲压设备库的树立改动了模具设计中反复核对冲压设备的情况。设计者直接在冲压设备的模型上停止构造设计，对模具的大小、平衡性等都有了直观的反映。在设计压板槽、托杆时，可直接应用压床模型停止空间布置。另外，这些冲压设备还可以参加到模具的运动模拟分析中，使运动分析愈加真实。
　　◆根底构造库
　　根底构造库是在CATIAV5环境下基于学问的智能化设计资源库，是学问工程与模具通用构造的有机别离。首先要根据原始信息树立模具的实体模型;然后别离设计经历和规则树立模具构造的设计学问集;最后，经过各种学问推理方法完成模具构造自动化设计。以单动拉延模根底构造的树立为例，首先可根据模具构造特性树立拉延模根底构架模型、定义驱动参数。这个模型越具有通用性、代表性越好。在树立的时分也要充分思索与学问规则的关联。然后将拉延模构造设计标准在CATIA中构成规则，并树立驱动参数与规则的衔接关系。最后再参加IF-THEN方式的推理构造就可以了。在拉延模的设计过程中，设计者只需求控制几个根本的特征参数，系统将会根据事前输入到计算机中的构造规则，自动提供出合理的构造方案;基于学问的根底构造库的树立，构成了模具构造的根底模板。确保了学问的积聚和重用。
" S: q( l- b  ~# _" b# K5 G, s3 M　　◆学问资源库小结
' _. }% f( J( V' p) {5 w　　标准件库为设计提供了大量可以直接装配的参数化，系列化的零件;冲压设备库、典型构造库为构造设计提供了实在的可参考的模型;而根底构造库使模具设计愈加智能。资源库与学问工程的有机别离，构成了模具构造设计的学问资源库，成为三维实体设计的坚实根底。
4 u% e$ W9 t" H+ d" d　　基于设计思绪的三维实体设计
7 g5 S- C4 N+ L' `# y/ P　　模具的实体设计过程是设计思想的过程。与普通的实体外型在思想方式上是截然不同的。单纯的实体外型，常常是在有参考实物或参考图纸的情况下停止的。制图员可以根据实物或图纸直接量取特征尺寸，一次将特征画对。而不存在设计中更改的问题，也谈不上构建流程。而真正的模具构造实体设计，重点在设计而非实体外型。设计是一个创造的过程，模具的每一个尺寸、每一个构造都需求设计员本人肯定，而且设计是一个反复的过程，每一个设计都需求反复论证、反复更改，才干获得较合理的结果。
　　模具的设计过程包括模具设计设想、模具设计、模具构造评审、校正及出图四个过程。在整个实体设计过程中，不断盘绕着两个问题：
　　1)如何将现有的学问资源在设计中有效应用，与设计员的设计思想相统一。
　　2)产品数模的修正信息能否能及时传送，模具构造修正能否便当。
　　以上两点，将直接影响到模具设计的质量和效率。为此，我们提出：基于设计思绪的关联建模理念，以下面四局部内容为根底。
5 {+ D/ m6 W: ?7 _　　◆构造的标准化
% n9 H5 V- |. {. O( S　　模具构造标准化思想是贯串整个建模理念的根底。尽量采用标准化的构造，使模具设计过程变成标准构造的垒积过程。将各个组成局部参数化、标准化、系列化。然后经过布尔运算相加到一同。最后构成一个完好的设计。但是由于模具产品本身的单件小批量的特性，在设计中只能尽量思索应用标准构造，完好完成标准构造的垒积组合的可能性是很小的。
# P6 c- c0 k; P; ]5 m　　在模具设计设想阶段，典型构造库为设计者提供了大量可参考的典型构造。这些构造有赖于以往设计资源的积聚，固然它们是为了特定的模具设计的，但是为以后的设计提供了思绪和参考。
' a4 d6 i# y! \" @( Z# Z　　◆基于学问资源库的根底构造
1 H8 t* g, A) f) k( t　　在模具设计的开端阶段，设计员开端勾勒模具的整体构造。这时，各种模具构架在设计员的脑中变化，这些思想常常是一闪而过，不能直观的反映出来。基于学问的根底构造库，可以灵敏的根据设计员的思绪，按照事前输入好的构造标准变化。设计员可直观地看到这些参数调整过程中模具构造发作的变化。这些功用关于模具初期的设计是非常有效的。首先可根据模具构造特性，选择恰当的根底构架模板，设计者只需求控制几个根本的特征参数，系统将会根据事前输入到计算机中的构造规则、校核规则，自动提供出合理的构造方案。另外，模具设计固然具有单件小批量消费特性，每一套模具都不相同。但是，在同一个项目中客户常常对同一类模具有统一的技术请求，很多模具有着类似的构造。我们把这些类似的构造根据客户的技术请求参数化、规则化，构成针对项目的根底构造库。既满足了客户的技术请求，又进步了设计效率。
　　◆基于关联的设计
　　CATIA的关联功用，可以使零件之间的互相援用变得愈加可靠。当零件乙援用了另外一个零件甲上的某些特征元素(例如，一个面或一条线)，若开启关联功用，零件甲发作改动时，则零件乙中援用的那个元素也会同时更新。这种关联功用保证了援用元素的同步性。使援用变得更为可靠。另外还有一种高级的关联功用——Publication。运用Publication树立的关联，仅识别Publication元素，而不强调是哪一个零件对象，这种Publication更为灵敏，应用也更为普遍。
  s+ j6 f3 H) S　　传统的模具设计流程为直线式流程，即DL图设计终了后停止模具构造设计。而采用Publication的关联设计，就可以在DL图草稿设计阶段，用暂时的DL草稿停止模具构造的初步设计。待DL图正式图完成后，将暂时的曲面更新成正式的DL图曲面，继续停止构造的完善工作。采用这种设计流程，完成了两个设计阶段的并行，不用紧缩DL图和构造设计时间，却能有效的缩短整个模具设计周期。
/ B) j+ c: \: x　　在模具构造设计中，我们把影响模具构造的最重要的根本元素(如草图、轴线、参数等)发布(Publication)出来。整个模具构造以此为援用主干，依次延伸设计。若模具构造需求调整，只需求修正这些根本元素，就可以到达牵一点而动全身的目的。采用这种关联设计方式，即明白了设计思绪，又为完成模具的快速修正，提供了很好的处理方式。
　　另外在模具设计过程中，产品数模的反复修正派常招致设计工作反复。采用关联设计后，构造设计员根本不用理会产品数模小范围的更改，CATIA的关联更新会自动停止。只需在产品数模变化较大的情况下，才需求设计员干预。
　　◆各类标准件的灵敏运用
　　在构造细化的过程中，POWERCOPY类型标准件提供了铸件本体的标准构造。可以自动布尔运算的UserComponent标准件，由于安装台和标准件是在一个PART零件中，安装台会随零件的挪动而挪动，更改非常便当。普通标准件操作简单，运用便当。
　　上述的内容掩盖了模具设计从设想到细化的整个过程，在每一个设计阶段，都有相应的资源、学问作为支持。以构造标准化为主导思想，运用参数化、智能化学问库，及和合理的布尔运算手腕，完成了设计思想与学问资源的有机别离，快速的将设计思想细致化。这些资源的灵敏运用，无论是设计前期的设想，还是后期的构造修正都提供了良好的操作环境，真正意义上进步了模具设计的质量和效率。
+ m1 W& x( |/ I* R$ c) S" S　　数字化分析手腕
　　采用截面检查、干预检查、相对运动干预检查、运动模拟等分析手腕，真实的反映模具的理论工作状态，保证了设计的可靠性。
　　◆截面检查
　　CATIA空间分析模块，提供了多种截面检查方式。可用于检查模具构造，审核模具设计能否合理等。另外，对设计员理解模具的内部构造、检查模具构造强度也有很大辅佐。
' J. x: S5 x, M, ]2 B　　◆干预检查
4 B. Y& g' q1 N* o4 v6 ~! P! ^　　CATIA空间分析模块提供了干预检查、接触检查、最小间隔检查等多种分析方式。可以有效的分析装配体中两个或多个零件的空间相对关系，并且计算出细致数值，生成空间分析结果报表。
& F8 s! ^) P. x. L　　◆运动模拟
1 l* S2 }2 G: z% {2 J8 X" H3 U* T　　CATIA-DMU电子样机运动仿真模块，可使设计者经过仿真模拟，考证机构的运动情况。基于零件间的约束关系，树立2D和3D运动副，组建运动机构停止仿真。此外还可对速度、加速度、干预、间隙等停止分析。
- V% D, d. o) D& V8 b+ d& R0 d, l　　上述是在长期的汽车模具实体设计中总结出来的宝贵经历。其根本目的，就是将各种资源、学问整合，效劳于设计。以各种理念和流程来标准、进步设计效率，将各种检测、管理工具综合运用，进步设计质量。树立高效率、高质量的实体设计平台。目前，此技术已被一汽模具普遍应用，完成了多个国内外项目。汽车模具三维实体设计技术的开发成功，优化了模具构造，进步了学问应用率，缩短了模具产出周期，从而进步了产品的质量和性能/价钱比。