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Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＤ／ＣＡＭ￣ＣＡＰＰ 栏且主持≮嶂 基于ＣＡＴＩＡ的汽车覆盖件拉延模型面设计 安徽工程科技学院机械工程系 （芜湖２４￣０００） 王建彬李震江本赤 汽车覆盖件由于其形状复杂、材料薄、尺寸大、表 面质量要求高等特点，相应地就要求其模具具有结构复 杂、体积大、重量大、制造成本高、周期长等特点。在 制造的过程中它们一般要经过落料、拉延、修边冲孔、 翻边整形等多道工序才能完成。而拉延模的制造周期在 整个汽车模具制造过程中的作用至关重要，在ＣＡＴＩＡ 环境下对拉延模进行型面设计将大大加速模具开发的进 度。本文就以发动机罩外板为例，探讨在ＣＡＴＩＡ环境 下的汽车覆盖件拉延模型面设计的一般过程。 的曲面都和此方向不产生负角为止，则这个方向就是拉 延方向。图１就是某汽车发动机罩外板拉延方向的选择 过程。 型面设计是拉延模设计的主要内容。目前，国内还 有大部分企业凭借设计人员的经验，来确定冲压方向、 工艺补充面等工艺参数，然后再进行绘图、制作模型等 方法来设计，最后要经过反复的修改和调试才能达到要 求；而在国外很多企业已经采用了计算机软件来完成这 些工艺参数的确定，不但节省了时间，也提高了精度。 图 １ ２．翻边展开，确定修边线 拉延方向确定以后就要以这个方向为基准把制件的 各个翻边进行展开，使制件不但能够有利于拉延，而且 还要便于后序的修边。同时，确定出合理的修边线也会 为后面的翻边整形等工序创造有利条件。在ＣＡＴＩＡ软件 １．冲压方向的确定 确定冲压方向就是确定制件在模具中的３个坐标位 置。正确确定冲压方向是确定拉伸方案首先遇到的问 题，它不仅决定能否拉伸出满意的拉伸件，而且影响到 工艺补充部分的多少及拉伸后各工序的方案。合理的冲 中就是创建翻边弯曲处的法平面，并运用Ｉｎｓｅｒｔ－－￣Ｗｉｒｅ－ ｆｒａｍｅ－￣Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ功能求出交线，把这个相交的曲线另存 到一个新的目录下并打开，用 Ｉ０１０ｋ一 棚Ｌｔｉ０ｌ璐一Ｊ 功 能把这个曲线连接起来，然后用Ｍｅａｓｕｒｅ Ｉｔｅｍ命令测出曲 线的长度，再用Ｏｐｅｒａｔｉｏｍ－－￣Ｂｏｕｎｄａｒｙ命令提取曲面边界 压方向应满足以下原则： （１）保证凸模能够顺利进入凹模，不出现凸模接触 不到的死区。 线，最后运用Ｉｎｓｅｒｔ－＋ｓｌｌ 嘲 Ｅｘｔ 命令的功能以提取 的曲面边界线为基准，向外延伸曲面的长度等同于所测 相交曲线的长度，则其边界线即为修边线。图２中的虚 线即为某汽车发动机罩外板翻边展开后的修边线。 （２）拉延开始时，凸模和毛坯的接触面积要尽量 大，接触部位应处于冲模中心。 （３）压料面各部位进料阻力要均匀。 （４）尽可能地减小拉延深度，且要使各部位的深度 均匀，防止深度过深导致开裂。 ＣＡＴＩＡ软件本身并没有提供直接选定冲压方向的功 能，为了保证凸模能够顺利地进入凹模，在人机交互设 计的情况下，我们可以三维数模的重心位置为原点，分 别在ｌ，轴和Ｘ－Ｚ面上建立两个坐标系统，并以ｌ，轴上 的坐标方向为中心，旋转Ｘ－Ｚ面上的坐标系统直到所有 图２ ３．合理增加工艺补充部分 汽车覆盖件种类繁多，一些覆盖件形状复杂，结构 囫 ｚ堡复！盟 ｗｗⅣ．，，茸ｄ懈懈．Ｏ鲫．ｃｎ 板ｌ 冷加工 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ａｐｐｚ ｃＡＤ／ｃＡ肘／ｃＡＰＰ 竺皇墨国圜 不对称，直接成形较困难，设置必要的工艺补充部分有 延筋；同一零件各部位拉延深度相差较大时，在深的部 利于改善拉延件的工艺性，提高拉延件的质量。工艺补 位不设拉延筋，浅的部位需设拉延筋；在进料阻力小的 充部分是拉延件不可缺少的部分，拉延以后要将工艺补 部位设置拉延筋；在需要进料少的部位设置拉延筋；在 充部分修掉，所以工艺补充部分也是工艺上必要的材料 容易起皱的部位设置拉延筋。拉延筋的方向一定要与拉 消耗。因此，确定拉伸件工艺补充部分应遵循以下原 伸毛坯的材料流动方向相垂直。图３是利用ＣＡＴＩＡ软 则：使拉伸深度尽量浅；尽量利于垂直修边；工艺补充 件的曲面造型功能创建的某汽车发动机罩外板拉延模型 部分应尽量小。在ＣＡＴＩＡ软件中，首先就是利用Ｔｏｏｌｓ 面的拉延筋。 一０ｐｅｒａｔｉ０ｎ Ｂ０ｕｎｄａｒｙ命令提取曲面边界线，然后再用 ｌｎｓｅ１－ｔ．＋Ｓｕｒ Ｉｃｅ —Ｆｉｌｌ创建填充曲面，把零件的所有孔、 洞补齐，然后沿着修边线运用Ｉｎｓｅｒｔ—Ｓｕｒｆａｃｅ！ｒ＋Ｅｘｔｒｕｄｅ 命令向外进行适当的曲面延伸。 ４．设计压料面 压料面是工艺补充的一部分，在增加工艺补充时必 须正确确定压料面的形状，它一般是指凹模圆角半径以 外的那一部分。在确定压料面形状时要尽量降低拉延深 图３ 度，使型面平缓，由于凸模对拉延毛坏要有一定的拉伸 ６．工艺孔和工艺切口的布置 作用，所以必须保证压料面展开长度比凸模展开长度 工艺孔和工艺切口主要是针对一些局部变形剧烈或 短，材料才能产生拉伸，如果压料面展开长度比凸模 存在反拉延的工件而采取的工艺手段，它必须分布在工 长，拉伸时可能会形成波纹或起皱。另外，在确定压料 艺补充上，在以后的修边冲孔工序中能将它们修除掉。 面形状时，还要特别注意压料面夹角必须大于凸模表面 工艺孔和工艺切口常设在拉应力最大的拐角处，且与局 夹角，才能避免产生波纹或皱纹。同时还要说明，这个 部凸起边缘形状相适应，以便材料合理流动。工艺孔和 夹角必须小于１８０。，如果压料面是制件本身的凸缘部 工艺切口一般有两种生成方法：一是在落料时冲出，它 分，则凹模圆角Ｒ要根据具体情况确定，因为制件圆角 一般用于局部成形深度较浅的场合；另一种是在拉延的 半径一般都比较小，直接作为凹模圆角半径不利于拉 过程中切出，这是最常用的方法，在拉延的过程中开始 伸，必须加大才不会导致拉延时起皱或破裂。加大后的 使材料充分变形，然后切出工艺切口，利用材料的切向 圆角可通过以后的整形工序来达到产品的要求。 延伸使成形更深一些。 压料有两种形式，一种是压料面就是制件本身的凸 ７．凸、凹模圆角半径的确定 缘面，这种压料面的形状是确定的；另一种是压料面由 凸、凹模圆角半径的大小对于能否获得理想的拉延 工艺补充部分组成的，对于这种压料面，压边圈将拉延 制件起着很大的作用。大型覆盖件拉延过程中常见的缺 毛坯压紧在凹模上，压料面不应产生皱纹和裂痕，从而 陷就是拉裂和起皱，当凸模圆角半径过小时，拉延毛坯 保证凸模对拉延毛坯的拉延，否则在拉延的过程中会形 的直壁部分与底部的过渡区的弯曲变形加大，使危险断 成波纹和皱纹，甚至产生开裂。因此，压料面形状一般 面的强度受到削弱，而当凹模圆角半径较小时，毛坯侧 应由平面、圆柱面、圆锥面等组成。 壁传力区的拉应力相应增大，这两种情况都会使拉延系 ５．拉延筋的设置 数增大，板料的变形阻力增加，从而引起总的拉延力的 覆盖件在拉延的过程中出现的问题主要有起皱和开 增加和模具寿命的降低。若凸模和凹模的圆角半径过 裂，为了解决这个问题必须设置拉延筋以增加进料阻 大，板料的变形阻力小，金属的流动性好，但也会减小 力，调节材料的流动。拉延筋的数量及位置主要根据覆 压边的有效面积，使制件容易起皱。因此确定凸、凹模 盖件的外形及拉延深度而定的，拉延深度大的制件在直 半径时必须与制件的变形特点、拉延筋及凸、凹模具圆 线部分一般要布置１３根拉延筋，而在圆弧部位不设拉 角半径的大小等因素综合考虑。 缸板ｌ 冷舡 ．生复！ 圈 ｗ＿—ｒ．Ｊ，茸ｄＩ ．姗．ａ１ 维普资讯 http://www.cqvip.com
哆锄 ， ＡＭ Ｇ缱Ｐ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三维软件在桥梁模型 壳体设计中的应用 哈密桥梁工厂 （８３９００１） 吴江平 铁路专用桥梁由于其外形复杂，尺寸较大，精度要 模型各部外形，尺寸精度较高。以桥梁的端部为例，通 求较高，截面复杂，这给桥梁模型壳体的设计和制作厂 过逆向思维设计方法，首先在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中设计出铁路 家提出了较高的要求，通常是采用万吨级压力机直接将 桥梁的实体模型如图１。 腹板壳体压制成形，再进行后续加工制作，这导致一套 桥梁模型制作成本很高，且影响生产工期。为了在现有 条件下加工制作桥梁模型，我厂采用现场拼焊腹板壳体 的方法进行设计和加工制作。由于腹板壳体外形复杂且 截面变化较大，二维设计绘图无法准确直观地反应各个 截面的尺寸，造成设计困难，设计人员的强度加大，设 计周期加长，且设计的腹板壳体的各部下料尺寸误差较 大，直接影响了模型制作的质量和进度。 Ｓ ｄｗｏｒｋｓ三维软件可有效地解决上述问题，设计 图１ 强度大大降低，设计速度提高数倍、且能实际有效反映 其次再对桥梁实体模型进行抽壳处理，在特征工具 ｌｌ◆ＩＩｌｌｉｌｌｌｌｉｌＩｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌＩｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌＩＩｌｉｌｌｌｌ＇ｔｌｌｌｌｌｌＩｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌＩｌｌｉｌｌｌｌ＇ｔｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌＩｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌ…◆川Ｉ◆川Ｉ◆川Ｉ◆ ◆川Ｉ◆川Ｉ◆川ｌ◆ｌｆＨ◆…Ｉ◆川ｆ．ＩＩＩｌｉｌｌｌｌｉｌｌｌｌｉｌｌ ８．定位形式的确定 在制定覆盖件的拉延工艺时，必须考虑到后面的工 序要有好的定位方式，以确保制件的表面不产生损伤， 尺寸精度不受影响等。常见的定位形式主要有三种方 式：一是面定位，它主要是利用工件的内外表面形状来 实现定位，外覆盖件大多采用这种定位方式；二是孔定 位，它一般是利用制件上的孔或者工艺孔来实现定位， 它要求孔的间距要尽可能地远，内覆盖件大多采用这种 图４ 定位方式；三是孔面结合定位，就是利用制件的表面形 多数厂家还比较注重于设计人员的设计经验，计算机软 状和工艺孔相结合的定位形式，很多制件由于形状复杂 件辅助设计的应用程度还不是很高。文章中运用ＣＡＴＩＡ 采用此种定位方式。 软件进行拉延模的型面设计大大地加速了模具设计制造 总之，汽车大型覆盖件拉延模的型面设计需要考虑 的进程，为模具工业能够适应汽车产业的迅速发展提供了 诸多因素，具有丰富经验的设计人员如果能够结合先进 有利条件。随着计算机产业技术的飞速发展，作为一项新 的计算机辅助设计软件如ＣＡＴＩＡ软件等，将会大大地 技术的计算机辅助设计在汽车覆盖件模具型面设计领域也 提高工作效率，快速地设计出高质量的模具。图４即为 必将有巨大的潜力可挖。因此，大力开发模具ＣＡＤ的专业 某汽车发动机罩外板拉延模型面设计实例。 化和智能化以及模具结构的通用化和模具零件的标准化将 目前，针对汽车大型覆盖件模具的型面设计国内大 是我们未来探索的领域。ｌ； （收稿日期：２００６１０１０） 囫趔ｚ生复！ 缸板ｌ一‘：冷加工 ＷＷＷ．，，啊ｄ．咖．０ｎ