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钢材知识——汽车模具的三维CAD技术研究与应用

汽车模具的三维CAD技术研究与应用

发布时间:2016-5-11     新闻来源:上海西鼎模具钢

三维实体设计的优势在于:能够直观反映设计的真实状态,通过运动模拟、干涉检查等数字化分析手段,在设计阶段就能避免以往在生产制造中才能发现的问题。标准件库可为模具结构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、典型结构库为结构设计提供了可参考的模型;而基础结构库使模具设计更加灵活、智能。 资源库与知识工程的有机结合,形成了模具结构设计的知识库,成为三维实体设计的基础。与3D-DL图技术、实体泡沫加工技术的结合,达到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。实现模具制造的CAE/CAD/CAM一体化,使模具生产越来越依赖于高科技手段,最大限度地降低人工劳动的强度,提高模具的制造精度,缩短模具生产周期。 资源库、知识工程与知识资源库 资源库包括:标准件库、冲压设备库、典型结构库及基础结构库四部分内容。它为实体设计提供了丰富的资源: ◆标准件库 现代模具设计的高度集成化,要求零件模型在设计制造的各个环节中具有统一性,对于大量具有系列的,由参数确定的标准件,希望在标准件库中引用时只需选择零件规格参数,就可以得到正确的标准件。而不需要一一重新建模,也就是实现参数化驱动。 CATIA软件,在管理标准件方面有着独特的优势,CatalogEditor(目录编辑器)是专门对标准件进行分类、管理、使用的工具。 三维参数化标准件库的总体建立过程如下: 1)归纳出共有的形状模式作为建库的基本元素,建立参数化特征。 2)将规格数表联结到参数特征文件。使特征参数能够依照制定的系列变化。 3)使用CatalogEditor模块对成系列的特征文件进行分类、管理。 根据模具标准件的类型,可将标准件分为:安装连接、导向、起重、限位、成翻装置、定位、压退料装置、进出料装置、侧冲装置、冲切、弹性元件、气动元件12类标准件。 结合标准件功能及使用特点,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点。应用Catalog进行标准件的管理,使查找和应用更加方便、快捷。Catalog将大量成系列的标准件,按类型,分成了多个组,每个组下面又逐步细化。使庞大的标准件库变得清晰且有条理。使用CatalogBrowser(目录浏览器)选择规格,插入到模具装配中后,可用快速移动一次定位,非常方便。 2.UserComponent(带布尔运算的标准件) UserComponent(用户组合)是区别于CatalogBrowser(目录浏览器)的另一种标准件插入方式。它能将用户事先定义好的特征,在插入标准件的同时自动与指定特征做布尔运算。 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进行布尔运算功能,使其能在用UserComponent命令插入装配的同时,与其相对应的铸件部分也一并生成。 3.PowerCopy及UDF(局部标准结构) PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)是CATIAV5的一种特征定义工具。通过它,设计者可以把一些在结构设计中经常使用的特征用户化。通过调用对应的特征文件,并设置相应的条件和调节参数就可以生成三维实体模型。 利用Powercopy制作的标准结构主要应用于铸件部分,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”在模具主体结构上的。插入时需要指定一些定位元素及参数,并以布尔运算的形式直接加入到实体中。这样特征的修改和删除都是十分方便的。 用UDF定义的用户特征,是被封装成一个特征显示在结构树中的,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,这一特点,为之后的数控编程过程,提供了很大的方便。 PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)可以使结构建模简单化、标准化。提高了建模效率及准确程度,减少重复劳动。 ◆冲压设备库 冲压设备库的建立改变了模具设计中反复核对冲压设备的状况。设计者直接在冲压设备的模型上进行结构设计,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,可直接利用压床模型进行空间布置。另外,这些冲压设备还可以加入到模具的运动模拟分析中,使运动分析更加真实。 ◆基础结构库 基础结构库是在CATIAV5环境下基于知识的智能化设计资源库,是知识工程与模具通用结构的有机结合。首先要依据原始信息建立模具的实体模型;然后结合设计经验和规则建立模具结构的设计知识集;最后,通过各种知识推理方法实现模具结构自动化设计。以单动拉延模基础结构的建立为例,首先可根据模具结构特点建立拉延模基础构架模型、定义驱动参数。这个模型越具有通用性、代表性越好。在建立的时候也要充分考虑与知识规则的关联。然后将拉延模结构设计规范在CATIA中形成规则,并建立驱动参数与规则的连接关系。最后再加入IF-THEN形式的推理结构就可以了。在拉延模的设计过程中,设计者只需要控制几个基本的特征参数,系统将会根据事先输入到计算机中的结构规则,自动提供出合理的结构方案;基于知识的基础结构库的建立,形成了模具结构的基础模板。确保了知识的积累和重用。 ◆知识资源库小结 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、典型结构库为结构设计提供了切实的可参考的模型;而基础结构库使模具设计更加智能。资源库与知识工程的有机结合,形成了模具结构设计的知识资源库,成为三维实体设计的坚实基础。 基于设计思路的三维实体设计 模具的实体设计过程是设计思维的过程。与普通的实体造型在思维方式上是截然不同的。单纯的实体造型,往往是在有参考实物或参考图纸的情况下进行的。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。而真正的模具结构实体设计,重点在设计而非实体造型。设计是一个创造的过程,模具的每一个尺寸、每一个结构都需要设计员自己确定,而且设计是一个反复的过程,每一个设计都需要反复论证、反复更改,才能取得较合理的结果。 模具的设计过程包括模具设计构想、模具设计、模具结构评审、校对及出图四个过程。在整个实体设计过程中,始终围绕着两个问题: 1)如何将现有的知识资源在设计中有效利用,与设计员的设计思维相统一。 2)产品数模的修改信息是否能及时传递,模具结构修改是否方便。 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:基于设计思路的关联建模理念,以下面四部分内容为基础。 ◆结构的标准化 模具结构标准化思想是贯穿整个建模理念的基础。尽量采用标准化的结构,使模具设计过程变成标准结构的垒积过程。将各个组成部分参数化、标准化、系列化。然后通过布尔运算相加到一起。最后形成一个完整的设计。但是由于模具产品本身的单件小批量的特点,在设计中只能尽量考虑应用标准结构,完全实现标准结构的垒积组合的可能性是很小的。 在模具设计构想阶段,典型结构库为设计者提供了大量可参考的典型结构。这些结构有赖于以往设计资源的积累,虽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路和参考。 ◆基于知识资源库的基础结构 在模具设计的开始阶段,设计员开始勾画模具的整体结构。这时,各种模具构架在设计员的脑中变化,这些思维往往是一闪而过,不能直观的反映出来。基于知识的基础结构库,可以灵活的根据设计员的思路,按照事先输入好的结构规范变化。设计员可直观地看到这些参数调整过程中模具结构发生的变化。这些功能对于模具初期的设计是非常有效的。首先可根据模具结构特点,选择适当的基础构架模板,设计者只需要控制几个基本的特征参数,系统将会根据事先输入到计算机中的结构规则、校核规则,自动提供出合理的结构方案。另外,模具设计虽然具有单件小批量生产特点,每一套模具都不相同。但是,在同一个项目中客户往往对同一类模具有统一的技术要求,很多模具有着相似的结构。我们把这些相似的结构根据客户的技术要求参数化、规则化,形成针对项目的基础结构库。既满足了客户的技术要求,又提高了设计效率。