CAD辅助设计在冲压模凹R角预处理中的应用

(整期优先)网络出版时间:2021-04-21
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CAD辅助设计在冲压模凹 R角预处理中的应用

张小虎

惠州市博罗中等专业学校,广东惠州 516000

摘要:本文主要针对冲压模处理圆角时,存在研磨工作量大、效率低且质量难以保证等问题。为此,通过对用户模具型面设计过程的调研与分析,在三维CAD辅助设计软件中使用凹R角预处理功能,提供模面预处理、自动调整圆角、手工调整圆角等功能,在软件中预先实现型面圆角的处理,来提高冲压模型面设计的效率。通过六家大型冲压模具用户现场应用情况表明,凹R角预处理功能满足了冲压模具企业高效、灵活的型面设计需求,用户给出了高度的评价。

关键词冲压模、模具型面、CAD辅助设计、凹R角预处理

在日常生产中经常发现,大型覆盖件成型模具的圆角对冲压件的最终质量、合模率影响很大,减小凹圆角半径是模具企业常用的方法,是不可缺少的设计环节。传统方法主要由钳工手工研磨模具的凹圆角,劳动强度大、效率低且质量难以保证。目前已经普遍采用CAD软件进行辅助设计,在数控加工前预先减小型面中凹圆角半径,主要有以下两种方法:(1)选择所有的凹圆角,沿着负Z方向落下一定距离;(2)应用曲面变形功能减小凹圆角,凸圆角保持不变,使上下贴合存在缝隙,产品靠凸模成型。在当前设计方法中,只能逐个处理圆角,导致操作繁琐、设计周期长,无法处理侧部圆角,导致后续增加研磨工作量,同时生成圆角面的质量较差。

目前提供圆角解决方案的软件很少,仅有Tebis、NX两款国外软件,提供逐个圆角的处理方法,设计效率低,而且价格非常昂贵。因此,为了提高大型覆盖件成型模的设计制造效率和圆角质量,基于国产三维CAD系统研发高效、灵活的圆角处理功能是非常必要的。

一、系统设计

在模具型面设计时,设计人员需要将上游企业提供的模具型面数据导入到CAD软件中,首先是准备工作,需要先打散整个模面,使其分解为单个面,由于第三方数据的原因,会产生多余的顶点,为了便于后续的圆角调整,需要删除这些顶点;然后,最关键的是圆角检索和调整处理,用户需要批量减小圆角,来提高圆角的处理效率,此阶段是整个解决方案的重中之重;再次,针对一些无法自动处理的圆角,需手工辅助进行调整或删除;最后,保存文件,并导出数据。在整个工作流程中,保证处理圆角的成功率是最重要的,也是解决用户最实际的问题。

通过上述业务需求的分析,结合实际工作流程,可以将凹R角预处理功能分解为三部分。模面预处理部分是圆角处理的基础,有利于提高自动处理圆角的成功率;自动调整圆角部分是核心功能,实现批量圆角的检索、分割和减小处理;手工调整圆角部分起到辅助作用,针对一些特殊无法自动处理的圆角面,需要通过手工方式来修补圆角面。在整个凹R角预处理功能中,三部分相辅相成,缺一不可。

二、系统实现

1. 模面预处理

由于模具用户的模面数据大部分都是来源于CATIA、NX等软件,中间数据交换格式文件都是以IGES为主,当读入IGES数据时都会自动把片体打散为单个面[10],面法向可能存在不一致。但有些数据可能来自STEP文件,由于STEP文件不会自动打散片体。因此,需要将这些曲面先打散,保持所有面法向一致。

经分析发现,在模面预处理部分需提供以下两个命令:

  1. 分离:实现打散一整张片体,分解成分散的单个面。

  2. 面反转:调整面法向,保持一致。

2. 自动调整圆角

目前CAD软件在处理圆角过程中,只能逐个选择圆角,操作复杂繁琐,为了方便用户操作,增强功能的易用性,需要软件能够按照圆角尺寸、凹凸性等条件自动检索识别出来,同时为了方便管理圆角面,需归类识别出所有圆角面,最大化满足用户的使用要求。

此外,由于型面数据的精度问题,不能完全保证识别出所有的圆角面,还需要对不能自动识别的圆角进行分割处理,使其大部分面变成规则圆角面,便于后续提高圆角调整的成功率。通过自动批量处理的方法,实现快速的调整圆角,提高圆角的处理效率,同时也要提供多种应用方法来满足不同场景的圆角。因此,在自动调整圆角部分需提供以下三个命令:

(1) 圆角检索

把曲面中符合条件的圆角面检索出来,根据面的UV方向计算距离是否在允许公差范围内,判断识别是否是圆角面。从需求实现角度来看,主要实现以下功能:

检索对象:把指定面作为检索对象,检索出面中所有的圆角面。

检索设置:检索一定半径范围内的所有凸或凹圆角面。

颜色和图层设置:检索出的圆角面指定颜色和分配图层。

(2) 圆角分割

把曲面中不规则的圆角面分割为规则和不规则的圆角面,不规则的圆角面将不能再被分割,主要实现功能:根据面的几何拓扑关系,自动分割圆角面。

(3) 圆角减小

参照圆角周围面的延长面,根据减小的圆角半径值,重新创建圆角面,实现圆角的减小处理,主要实现以下功能:

调整方式:提供按比例缩小、指定半径值、指定减小值三种调整方式,可自定义相关参数。

颜色和图层设置:减小的圆角面指定颜色和分配图层。

圆角分割:针对不规则的圆角,增加自动分割圆角处理功能。

三、应用实例

凹R角预处理功能已经在国产三维CAD系统SINOVATION中实现,并已经应用到六家大型冲压模具设计制造企业。以调整变形车门模面上的圆角为例,首先根据设置的参数,如图1所示,检索车门模面中的所有凹圆角面;随后,圆角半径按比例缩小20%,自动批量减小所有的圆角面。通过现场的调试和验证,用户给出了高度的评价,非常认可凹R角预处理功能的实用性和准确性。从整个设计过程分析,减少了用户修改圆角工作量的80%左右。通过凹R角预处理功能,可以清晰查看到圆角减小后的变化效果。

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图1 圆角检索处理

通过内部测试和用户现场测试凹R角预处理功能,分析出凹R角预处理功能可以处理的所有圆角类型,可以自动减小R角的类型有平直R角、圆弧R角、单边渐变R角、双边渐变R角,需要手工调整R角的类型有合流部位R角。

四、结束语

本文通过分析冲压模具用户的实际生产设计需求,在国产三维CAD系统SINOVATION中实现了凹R角预处理功能的研发,基于传统的手工调整圆角方法,增加了自动批量处理圆角的方法和特殊圆角面的分割处理,为模具型面的设计提供了一套完整的圆角预处理功能,使用户能够在软件中预先减小各种类型的圆角面,省去了后期繁琐的手工研磨过程,提高了型面的设计效率。经过现场用户验证,相比传统方法,修改圆角工作量减少了80%左右,得到了用户的高度评价。

参考文献

  1. 程迎潮, 刘罡. 国内外轿车覆盖件冲压模具设计概览[J]. 上海汽车, 2004, (5): 26-28.

  2. 李钝, 陈小圻. 工程CAD软件系统开发[M]. 武汉: 武汉工业大学出版社, 1997: 31-33.

  3. 吴山洪, 成艾国. 汽车覆盖件成型模式模调整时R角不良问题处理[J]. 机电产品开发与创新, 2004, (4): 50-52.

  4. 朱正德. 汽车覆盖件检具的原理及应用[J]. 工具技术, 2000, (1): 30-34.

  5. 段磊, 蔡玉俊等. 汽车覆盖件成形回弹仿真及模面优化研究[J]. 锻压技术, 2010, (2): 34-35.