基于UG的汽車覆蓋件工藝補(bǔ)充面精細(xì)化設(shè)計(jì)方法
為了高效、精細(xì)化地進(jìn)行汽車覆蓋件模面中的工藝補(bǔ)充曲面設(shè)計(jì)，通過參數(shù)化完成工藝截面線的設(shè)計(jì)后，將工藝補(bǔ)充面劃分成3部分：緊接產(chǎn)品零件面、過渡面、側(cè)壁面。對(duì)不同類型面，采用不同的曲面創(chuàng)建方法完成工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)。分析了引導(dǎo)線生成方式、截面線構(gòu)成和曲面創(chuàng)建方法對(duì)生成的工藝補(bǔ)充面質(zhì)量的影響，總結(jié)出一套實(shí)用設(shè)計(jì)方法，并采用基于UG軟件平臺(tái)的編程方法，開發(fā)出一個(gè)基于二維截面線庫(kù)的工藝補(bǔ)充面的精細(xì)化設(shè)計(jì)模塊。
汽車覆蓋件指汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)蓋、底盤、構(gòu)成駕駛室和車身的薄板異形體表面和內(nèi)部零件。其具有形狀復(fù)雜、材料薄、尺寸和質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。覆蓋件一般采用一次拉延成形，而工藝補(bǔ)充是其中不可或缺的一道工序，并影響拉延件成形過程中起皺、破裂等缺陷的產(chǎn)生以及后續(xù)的修邊、翻邊等工藝。
目前，在模具企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)中，工藝補(bǔ)充面大都是手工創(chuàng)建。利用CAD 軟件的曲面功能，如掃略、延伸、拉伸等功能創(chuàng)建出主要補(bǔ)充面形狀，再利用網(wǎng)格曲面、橋接曲面、倒圓角等功能實(shí)現(xiàn)光滑過渡。這個(gè)造型過程十分復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)者的曲面造型經(jīng)驗(yàn)要求很高，經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的可移植性很低，設(shè)計(jì)結(jié)果的質(zhì)量也難以保證。此外，設(shè)計(jì)結(jié)果是非關(guān)聯(lián)的，修改非常困難，只能對(duì)局部進(jìn)行再設(shè)計(jì)�；诖�，業(yè)內(nèi)進(jìn)行了不少對(duì)于工藝補(bǔ)充面的研究：如清華大學(xué)的吳伯杰等進(jìn)行的基于UGII汽車覆蓋件工藝補(bǔ)充面的參數(shù)化設(shè)計(jì);湖南大學(xué)的廖代輝等提出了基于進(jìn)化算法的沖壓模具型面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;吉林大學(xué)的胡平等提出了基于B樣條掃描曲面的工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)方法;上海交通大學(xué)的姚興等建立了覆蓋件拉深模工藝補(bǔ)充和壓料面的截面特征庫(kù)，并在UG平臺(tái)上開發(fā)了基于二維截面特征庫(kù)的工藝補(bǔ)充面和壓料面參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊等。
伴隨著CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，出現(xiàn)了不少模具型面設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如Autoform的Die Designer模塊、DYNAFORM 的DFE (DIE FACE ENGINEERING)模塊、Pro/E 平臺(tái)的Pro/Dieface 模塊、CATIA 平臺(tái)的DieMaker系統(tǒng)、UG 平臺(tái)的DieEngineer模塊以及華中科技大學(xué)基于UG平臺(tái)開發(fā)的PDCAPP系統(tǒng)。
雖然CAE軟件的模面設(shè)計(jì)模塊都可用于快速成形模擬，而且DieMaker、PDCAPP系統(tǒng)等利用參數(shù)化技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了模具型面的快速設(shè)計(jì)，但其設(shè)計(jì)出來的型面質(zhì)量不盡人意，還未達(dá)到實(shí)用化的程度。而本文的研究是基于PDCAPP系統(tǒng)已有的功能的進(jìn)一步研究，且只著重于工藝補(bǔ)充面的精細(xì)化設(shè)計(jì)，以彌補(bǔ)其不足，進(jìn)一步完善模具型面設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。
1、PDCAPP系統(tǒng)
PDCAPP系統(tǒng)是基于UG NX平臺(tái)下的一個(gè)覆蓋件模具型面閉環(huán)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以半智能化地幫助工藝設(shè)計(jì)人員高效地完成工藝設(shè)計(jì)。目前，該系統(tǒng)已有較完整實(shí)用的補(bǔ)孔、定義沖壓方向、壓料面設(shè)計(jì)、工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)、拉延筋設(shè)計(jì)等功能模塊和多個(gè)實(shí)用的輔助設(shè)計(jì)小工具。雖然PDCAPP系統(tǒng)已采用參數(shù)化和變量化技術(shù)定義創(chuàng)建截面線，將截面線與表達(dá)式關(guān)聯(lián)，并用表達(dá)式值的修改來驅(qū)動(dòng)截面線形狀的修改，使工藝補(bǔ)充面的修改十分容易，工藝設(shè)計(jì)的迭代過程也變得十分流暢，從而很大程度上提高了模具型面的設(shè)計(jì)效率。
但從適用性角度來看，其生成的工藝補(bǔ)充面的質(zhì)量達(dá)不到實(shí)際加工要求，只能用于CAE 分析，造成此現(xiàn)象的原因主要有以下幾點(diǎn)。
(1)由于截面線在拐角處均采用圓弧過渡來反映凸模和凹模圓角半徑，再通過圓弧掃略創(chuàng)建過渡面，此缺點(diǎn)是使其構(gòu)建的曲面不是真正的圓弧面。
(2)工藝補(bǔ)充面的創(chuàng)建方式不夠合理，如同種截面線間的過渡也是采用面掃略構(gòu)建，而不能保證與相鄰面的相切連續(xù)，需要進(jìn)一步細(xì)化生成方案。
(3)側(cè)壁面的創(chuàng)建采用固定掃略方式，采用倒數(shù)第2條引導(dǎo)線和最后一條引導(dǎo)線為引導(dǎo)線串，這樣使得兩條截面線共同決定側(cè)壁面的走向，當(dāng)有一條引導(dǎo)線不光順或者兩條引導(dǎo)線走向不一致時(shí)，就會(huì)使生成的側(cè)壁面變形。
(4)系統(tǒng)在考慮一條截面線兩次被用于創(chuàng)建工藝補(bǔ)充面時(shí)，為了保證面的線切連續(xù)性，在創(chuàng)建引導(dǎo)線時(shí)，在樣條線的兩端分別給了1個(gè)相切矢量方向，矢量方向是分別根據(jù)第1條截面線和最后一條截面線的定位坐標(biāo)系計(jì)算出來的，從而使得同一截面線處的矢量方向始終相同，來保證先后創(chuàng)建的樣條線相切，通過線創(chuàng)建的面也相切連續(xù)。但這樣兩端相切約束通過點(diǎn)來創(chuàng)建樣條線會(huì)使樣條線在中間的走勢(shì)出現(xiàn)波動(dòng)，從而使掃略出來的面出現(xiàn)變形。
為此，本文提出了工藝補(bǔ)充面的精細(xì)化設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的實(shí)用性。
結(jié)語
繼承了PDCAPP系統(tǒng)截面線的參數(shù)化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，使設(shè)計(jì)人員方便地調(diào)整和修改設(shè)計(jì)結(jié)果，達(dá)到快速完成工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)，縮減了覆蓋件模具型面設(shè)計(jì)周期。其次，通過對(duì)截面線庫(kù)的完善、修改引導(dǎo)線的創(chuàng)建方法以及各部分曲面的創(chuàng)建方式，提高了生成的工藝補(bǔ)充面的質(zhì)量。同時(shí)，各部分曲面的生成由程序在后臺(tái)自動(dòng)完成，也減少了對(duì)設(shè)計(jì)人員曲面造型經(jīng)驗(yàn)的依賴，使造型經(jīng)驗(yàn)較缺乏的設(shè)計(jì)人員也可以設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的模具型面。
