面向汽車覆蓋件的拉延?？焖僭O(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)

柳　偉， 葉福田， 萬友浩， 周雄輝

(1. 上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心，上海 200030；2. 東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，廣東 東莞 523460)

面向汽車覆蓋件的拉延?？焖僭O(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)

柳偉1， 葉福田2， 萬友浩1， 周雄輝1

(1. 上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心，上海 200030；2. 東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，廣東 東莞 523460)

覆蓋件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)是汽車制造業(yè)的重要組成部分，以覆蓋件拉延模的快速設(shè)計(jì)為研究目標(biāo)，具體產(chǎn)品為導(dǎo)向，在設(shè)計(jì)模板的基礎(chǔ)上，智能化修改與替換部分關(guān)鍵組件而形成新的設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到最小化工作量的目的。首先根據(jù)汽車覆蓋件拉延模的實(shí)際模型和工藝，對拉延模組成零件進(jìn)行合理分類并建立嵌入設(shè)計(jì)知識的模板，新的設(shè)計(jì)替換模板中關(guān)鍵組件，系統(tǒng)自動根據(jù)需要加入工藝信息，修整模型曲面以適應(yīng)實(shí)際需要。實(shí)踐證明，該方法可以有效地重用既往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，減少設(shè)計(jì)錯誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

覆蓋件；拉延模；智能設(shè)計(jì)；工藝替換；模板

汽車覆蓋件既包括外觀裝飾性的零件，也包括封閉薄殼狀的受力零件。覆蓋件按作用和功能主要分為三大類：外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和骨架結(jié)構(gòu)件。一般而言，覆蓋件產(chǎn)品兼具力學(xué)高性能和藝術(shù)美感，同時還有外觀尺寸大、厚度小，曲面復(fù)雜、剛度強(qiáng)度大及表面質(zhì)量高等特點(diǎn)。

沖壓模具是覆蓋件產(chǎn)品生產(chǎn)的主要裝備，一套合格覆蓋件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，需要綜合落料、拉延、修邊、沖孔、翻邊、整形等多種工藝。拉延是其中關(guān)鍵的一道工藝，其過程是利用模具型面將平板毛胚或工序件變?yōu)榍嫘螤?，而此曲面主要依靠位于凸模底部及壓邊圈上部的板料變薄延伸形成。在汽車覆蓋件的制造中，一般有且只有一道拉延工序，并且拉延模的上、下模座和凸模、凹模及壓邊圈等大多數(shù)采用鑄件結(jié)構(gòu)，因此整套拉延模既要讓板料在復(fù)雜的力學(xué)狀況下發(fā)生無缺陷的精確塑性變形和流動，又要滿足重量輕強(qiáng)度高的自身設(shè)計(jì)要求。

拉延作為覆蓋件制造中必不可少的加工工藝，一方面形成覆蓋件的永久塑性變形，另一方面還要為后續(xù)的切邊、翻邊等工藝創(chuàng)造便利條件，如為修邊工序預(yù)先沖工藝孔、工藝缺口等。目前部分CAE軟件為拉延工藝分析提供了一定的支持，如AutoForm軟件可讀取CAD模型及相關(guān)數(shù)據(jù)，并據(jù)此快速得到覆蓋件工藝補(bǔ)充面和壓料面等。但在實(shí)際情況中，汽車覆蓋模板料變形情況較為復(fù)雜，還難以用確定的數(shù)學(xué)方法及合理的邊界條件設(shè)置得出完全符合現(xiàn)實(shí)的計(jì)算結(jié)果，通常需要根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型及3D數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝預(yù)分析，以工藝補(bǔ)充來構(gòu)建合理的拉延模面，因此在設(shè)計(jì)過程中需要豐富的經(jīng)驗(yàn)。

為此，提高汽車覆蓋件拉延工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率不能簡單地依靠加大模具設(shè)計(jì)人員的投入，如果能將設(shè)計(jì)及分析過程加以歸納總結(jié)和凝練，達(dá)到去繁化簡的效果，并將其蘊(yùn)含的經(jīng)驗(yàn)融入進(jìn)軟件，則可極大節(jié)約設(shè)計(jì)時間，提高工作效率。本文以汽車覆蓋件設(shè)計(jì)為背景依托，從模板提取和設(shè)計(jì)知識重用兩個方面對此進(jìn)行研究探討，探索此類模具的快速設(shè)計(jì)理論和方法。

1　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前諸多CAD軟件除了功能方面不斷增強(qiáng)外，也競相融入領(lǐng)域知識，以滿足特定設(shè)計(jì)的需求。如推出了針對沖壓過程的模擬分析模塊，在其中增強(qiáng)了復(fù)雜曲線曲面處理算法，添加了典型工藝補(bǔ)充型面、拉延筋及模具特征結(jié)構(gòu)功能，以及集成了具有一定CAE分析功能的組件等，為提高汽車覆蓋件設(shè)計(jì)智能化奠定了較好的平臺基礎(chǔ)。Lin等[1]研究了針對拉延模的自動設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并在CATIA及NX平臺都進(jìn)行了試用和推廣，該系統(tǒng)使用腳本語言和知識工程，能依據(jù)設(shè)計(jì)輸入的分模線、模面、壓力機(jī)參數(shù)等信息快速輸出拉延模模具結(jié)構(gòu)中的主要部件，如上模、下模和壓邊圈等。系統(tǒng)包含用戶界面和內(nèi)置搜索引擎，能準(zhǔn)確快速地完成覆蓋件拉延模的主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。但此系統(tǒng)后期需要大量的精力來進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及配套標(biāo)準(zhǔn)間的布置與裝配。王祥剛[2]提出了基于UG軟件開發(fā)汽車覆蓋件模具模板化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思想，建立了三維參數(shù)化汽車覆蓋件模板庫的總體方案設(shè)計(jì)，能一定程度提高覆蓋件模具設(shè)計(jì)效率。蔣亮[3]針對目前汽車覆蓋件模具CAD設(shè)計(jì)與CAE分析獨(dú)立的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)字模型和 CAE 分析模型的“接口式”關(guān)聯(lián)，由此提出了同步仿真的概念及其實(shí)現(xiàn)原理，并通過實(shí)例分析驗(yàn)證了同步仿真的可行性和有效性。陳煒等[4]提出采用特征分析技術(shù)設(shè)計(jì)拉延模型面的方法，將覆蓋件拉延模型面設(shè)定為特征體，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行組裝建模，同時也將成形工藝分析法集成在型面特征設(shè)計(jì)中。閆衛(wèi)京[5]開發(fā)了基于CATIA 平臺的汽車覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計(jì)可成形性同步仿真系統(tǒng)(blank estimation wizard，BEW)，實(shí)現(xiàn)CAD與CAE模型的同步更新，減少了產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)初期CAE 反復(fù)建模時間，避免模型數(shù)據(jù)丟失和精度損失。Ma等[6]建立一套提取幾何特征集中共有特征的機(jī)制，能快速重用到新的設(shè)計(jì)任務(wù)中，并能快速通過再次編輯進(jìn)行調(diào)整和修改。黃星梅等[7]研究了離散型面模成形技術(shù)在大型汽車覆蓋件模具型面的設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，首先采用經(jīng)過預(yù)處理的模具型面離散數(shù)據(jù)，用雙三次B樣條曲面對模具型面進(jìn)行重構(gòu)，然后據(jù)此計(jì)算離散型面模成形裝置上的沖壓頂桿高度，最后在實(shí)際制造中進(jìn)行驗(yàn)證。

在知識工程與智能設(shè)計(jì)方面，Naranje和Kumar[8]針對軸對稱部件的拉深模具構(gòu)建了智能化的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，基于VB 6.0開發(fā)工具和AutoCAD平臺，該系統(tǒng)能自動完成拉深件的可制造性評估、板料排樣設(shè)計(jì)、多步拉深工序分析、模具特征建模及組裝等主體設(shè)計(jì)流程，具有交互性強(qiáng)、柔性大及應(yīng)用成本低的優(yōu)點(diǎn)。Lin和Kuo[9]針對拉延模大型模架中承重肋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出多目標(biāo)優(yōu)化的方法，在設(shè)計(jì)中融合有限元分析及 Fuzzy-based Taguchi方法協(xié)調(diào)承重肋板的強(qiáng)度、剛度和模架重量關(guān)系。Leake等[10]開發(fā)了基于實(shí)例推理的集成性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，可用于覆蓋件的加工可行性分析及推薦相應(yīng)設(shè)計(jì)參考案例，類似于沖壓工藝專家顧問。陳濤和李光耀[11]使用離散三角面片模型，在CAE的前處理軟件中進(jìn)行參數(shù)化的工藝補(bǔ)充面和壓料面設(shè)計(jì)。同時提供參數(shù)化的真實(shí)拉深筋的模型建模手段，模擬拉深筋的形狀和拉延過程中拉深筋的力學(xué)行為。龔志輝等[12]將汽車覆蓋件沖壓模具的工作型面分割為凸型面和凹型面，利用沖壓過程中只有凸型面接觸坯料的特點(diǎn)，在凸凹模工作型面上只保留凸起的型面。在保證沖壓質(zhì)量的前提下，有效地減少模具需要精細(xì)加工的工作型面面積，減少凸凹模拉延型面研配區(qū)域。呂健等[13]針對產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過程知識表征，提出基于圖解語義認(rèn)知的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程知識模型，結(jié)合可拓學(xué)基元理論構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的知識表征基元模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程——設(shè)計(jì)生長、設(shè)計(jì)收斂及設(shè)計(jì)優(yōu)化的知識表征，為產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)提供一種形式化與量化相結(jié)合的設(shè)計(jì)參考方法。

圖1　車蓋前板及其工藝數(shù)模圖

2　拉延模結(jié)構(gòu)與工藝分析

汽車覆蓋件的工藝設(shè)計(jì)主要是完成產(chǎn)品壓面料、工藝補(bǔ)充、拉延筋(檻)、沖壓方向及定位的設(shè)計(jì)。經(jīng)過以上過程，得到包含產(chǎn)品的模面的沖壓工程規(guī)劃圖(die layout，DL)，為覆蓋件模具的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，如圖1所示。

拉延模是復(fù)雜的裝配整體，一套完整的拉延模包含眾多不同類別的零部件，其中部分可以在不同拉延模中通用，這類結(jié)構(gòu)可稱之為拉延模的典型結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)品的尺寸大小和使用的壓力設(shè)備，汽車覆蓋件拉延模分為雙動拉延模和單動拉延模。盡管二者結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，但其在模具中的典型結(jié)構(gòu)有很大的相似性。因此，總結(jié)歸納拉延模的典型結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行特征關(guān)聯(lián)化設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，并充分發(fā)揮基于模板的快速設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，同時使設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得到充分的沉淀，以便重復(fù)利用。

根據(jù)拉延模的結(jié)構(gòu)特征，本文將其主要構(gòu)成零部件分為標(biāo)準(zhǔn)件、凸模、凹模和壓邊圈四類進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)構(gòu)建模板化的參數(shù)化模型庫，其中后三者是拉延模的主體功能部件，如圖2所示。

(1) 標(biāo)準(zhǔn)件。任何一套覆蓋件模具中都包含了大量的標(biāo)準(zhǔn)件，拉延模中更為突出，甚至還包含L型定位板、感應(yīng)定位器、氮?dú)鈴椈?、電子氣壓表等特殊的?biāo)準(zhǔn)件。這類零件一般由第三方供應(yīng)商提供，無需單獨(dú)設(shè)計(jì)。

(2) 凸模。對汽車覆蓋件來說，凸模是拉延模的主要成型部分，其輪廓尺寸和深度體現(xiàn)產(chǎn)品的內(nèi)表面形狀特征，而其型面可直接由產(chǎn)品工藝模面生成。在具體設(shè)計(jì)中，將凸模型面關(guān)聯(lián)到產(chǎn)品工藝模面上，以分模線為邊界，且沿壓面料設(shè)定一段的直壁面，并采用斜面與凸模退讓面進(jìn)行過渡。底面設(shè)定方形規(guī)律加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋中設(shè)定減重孔。凸模根據(jù)有無安裝底座分整體式和分體式結(jié)構(gòu)。

(3) 凹模。拉延模中凹模的主要作用是與凸模、壓邊圈配合形成凹模壓料面、凹模圓角和凹模型腔，將毛胚經(jīng)凹模圓角引入內(nèi)腔形成凸模的形狀。凹模內(nèi)腔尺寸即為產(chǎn)品要求的外表面尺寸，內(nèi)腔型面由產(chǎn)品工藝型面關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)而成，壓料面也為產(chǎn)品工藝壓料面的基礎(chǔ)上延伸一段距離確定。同樣，凹模的設(shè)計(jì)需設(shè)置大量的支撐筋和減重孔并采用參數(shù)化將其關(guān)聯(lián)。

(4) 壓邊圈。壓邊圈主要是與凹模形成合理的壓扁力，控制胚料的流動及變形。壓邊圈的型面按壓料面設(shè)計(jì)，包括拉延筋(檻)等結(jié)構(gòu)，寬度應(yīng)以毛胚末端加上合適距離為準(zhǔn)。其設(shè)計(jì)高度、厚度等都有設(shè)計(jì)準(zhǔn)則參考，比較利于參數(shù)關(guān)聯(lián)。

除了少數(shù)特例外，覆蓋件拉延模具大都包含上述相似結(jié)構(gòu)。在構(gòu)建智能化快速設(shè)計(jì)框架之前，總結(jié)拉延模各個部件或特征的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能，建立功能清晰、分類詳細(xì)的部件構(gòu)成圖，特別是加強(qiáng)各設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性及參數(shù)化，對后續(xù)數(shù)據(jù)調(diào)用及調(diào)整有重要作用。拉延模具的結(jié)構(gòu)分為 3個關(guān)聯(lián)的部分：信息結(jié)構(gòu)、承重結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)，如圖 3所示。

圖2　前蓋外板拉延模組成零部件

圖3　拉延模結(jié)構(gòu)歸類

信息結(jié)構(gòu)是指胚料邊線(blanking lines)、模面(die faces)、切邊線(punch open lines)、壓機(jī)信息(press data)等，此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要依據(jù)工藝信息；承重結(jié)構(gòu)是傳遞拉延力的加強(qiáng)筋(rib)、導(dǎo)板座(panel guide seat)、避空(avoiding structure)等結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)尺寸來源于CAE優(yōu)化，適合于關(guān)系式控制設(shè)計(jì)；功能結(jié)構(gòu)是指常見的溝槽(grooves)、限位座(stopper seats)、吊鉤(hook)等，此類結(jié)構(gòu)已形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，可采用參數(shù)化的方式建模。

3　快速設(shè)計(jì)模塊的構(gòu)建

基于上述對汽車覆蓋件拉延模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和知識信息分類，本文建立了有效的適用于快速化設(shè)計(jì)的模板數(shù)據(jù)庫，同時采用人工智能、實(shí)例推理和知識重用等方法能搭建拉延模主體功能結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)模塊，其主要設(shè)計(jì)框架與技術(shù)路線如圖4所示。

圖4　設(shè)計(jì)框架與技術(shù)路線

3.1模板構(gòu)建

建立模板化數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)模具廣義知識(包括工藝知識和幾何特征知識)重用最主要的方式，其核心是設(shè)計(jì)信息的重用和參數(shù)化的變異。通過調(diào)用模板數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員能直接接觸到已有的案例及其攜帶的可靠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工藝知識，結(jié)合新產(chǎn)品的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行改造性設(shè)計(jì)，達(dá)到快速設(shè)計(jì)的目的。覆蓋件拉延模設(shè)計(jì)工作，其應(yīng)用模板技術(shù)有以下原因：

(1) 模具整體結(jié)構(gòu)以組合化的設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)過程有較為成熟穩(wěn)定的套路和模式，體現(xiàn)出一定設(shè)計(jì)共性；

(2) 拉延模結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一定程度的不唯一性，因人、因地、因時表現(xiàn)出靈活的可變性，不局限于單一的設(shè)計(jì)結(jié)果，因此也存在靈活性。

歸納而言，基本結(jié)構(gòu)的相似性和具體細(xì)節(jié)的繁瑣雜亂性是覆蓋件模具設(shè)計(jì)引入模板的根本原因。規(guī)律性和靈活性的折中，讓使用者有很好的控制權(quán)。模板讓許多底層工作簡化，通過向?qū)Чδ?，引?dǎo)用戶準(zhǔn)確和快速使用模板，以較高的效率完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

3.2實(shí)例推理驅(qū)動單元

推理驅(qū)動單元是本文設(shè)計(jì)框架的一個難點(diǎn)，依據(jù)設(shè)計(jì)者的輸入信息檢索并驅(qū)動模板數(shù)據(jù)構(gòu)建拉延模的主體特征造型。本文采用實(shí)例推理機(jī)制作為驅(qū)動器，其機(jī)制是當(dāng)前比較成熟的一種人工智能推理模式，并結(jié)合CAD的發(fā)展形成了基于實(shí)例的設(shè)計(jì)技術(shù)(case based design，CBD)。

在實(shí)例推理器中，為順利地完成模型重建和知識重用設(shè)置了4個相互輔助的功能單元，分別是模型生成單元、局部特征選擇單元、造型計(jì)算單元和驅(qū)動協(xié)調(diào)單元，如圖5所示。

圖5　驅(qū)動器的各單元

(1) 模型生成單元：根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)、類型、數(shù)量、位置、尺寸以及空間曲面函數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行 3D造型、可視化及編輯；

(2) 局部特征選擇單元：實(shí)現(xiàn)對局部特征進(jìn)行反選編輯調(diào)整和依據(jù)設(shè)計(jì)法則進(jìn)行激活處理；

(3) 造型計(jì)算單元：檢測模型能否順利生成，檢測可能遇到的幾何相容性問題，該單元基于工藝參數(shù)和模板設(shè)計(jì)歷史判斷幾何特征的合理性。鑒于存在空間曲面曲線的干涉和沖突會引起最終造型失敗的情況，造型計(jì)算單元能有效的提高系統(tǒng)的實(shí)用性；

(4) 驅(qū)動協(xié)調(diào)單元：服務(wù)其他3個功能單元和控制其工作順序，并觸發(fā)相應(yīng)CAD平臺的刷新和重構(gòu)機(jī)制，直至完成新模型的全部構(gòu)建。

3.3設(shè)計(jì)知識重用

設(shè)計(jì)知識重用的關(guān)鍵在于對工藝信息和幾何特征的廣義重用，在快速設(shè)計(jì)拉延模具的過程中，即繼承和重用模具通用特征結(jié)構(gòu)、CAE優(yōu)化的承重支撐結(jié)構(gòu)，有很多對工藝知識的重用，如設(shè)備信息、生產(chǎn)工序、材料拉延性能表述等。采用自上而下的樹形設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將坐標(biāo)系、參數(shù)、關(guān)系式、判斷法則、工藝知識及所有的幾何知識能清晰全面地表示。上述所有的知識內(nèi)嵌于模板數(shù)據(jù)中，以便在設(shè)計(jì)新的產(chǎn)品時充分利用已積累的知識，并將獲取的廣義知識進(jìn)行長遠(yuǎn)有效地利用。在模具設(shè)計(jì)的模架和功能特征調(diào)整階段，可運(yùn)用知識工程中對幾何特征知識進(jìn)一步的修改和創(chuàng)新，如圖6所示。

4　應(yīng)用實(shí)例

針對汽車覆蓋件拉延模結(jié)構(gòu)，本文根據(jù)零件類型、壓機(jī)類型及生產(chǎn)方式詳細(xì)對模板數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，在CATIA平臺上構(gòu)建了18套模板，覆蓋了某知名汽車企業(yè)大多數(shù)設(shè)計(jì)要求，如前蓋外板單動拉延模、前蓋內(nèi)板雙動拉延模、翼子板雙件單動拉延模等。在模板數(shù)據(jù)中嵌入工藝數(shù)據(jù)和模架結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，形成以工藝數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)思路，加強(qiáng)模具功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)化，模板數(shù)據(jù)的可調(diào)整性得到了充分地研究和合理地解決。在上述設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，輸入若干有限的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過知識推理，獲取最貼合設(shè)計(jì)的模板，達(dá)到最優(yōu)的知識重用效果。

通過 CATIA中“Publications”接口將工藝數(shù)據(jù)與拉延模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行過渡關(guān)聯(lián)，在工藝數(shù)據(jù)發(fā)生調(diào)整或替換時，模具結(jié)構(gòu)特別是模腔結(jié)構(gòu)能同步進(jìn)行更新；而在工藝數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?；虮粍h除時，“Publications”接口能保證模具結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并及時提醒設(shè)計(jì)者修整工藝數(shù)據(jù)。如圖7中所示，汽車側(cè)圍內(nèi)板的工藝數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到模型數(shù)據(jù)中，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)模具主體功能結(jié)構(gòu)?！癙ublications”接口容納建立曲線、曲面、草圖、實(shí)體等多種元素，因此也能加強(qiáng)多種數(shù)據(jù)類型之間的關(guān)聯(lián)。而對于模型中的功能結(jié)構(gòu)，在模板數(shù)據(jù)中進(jìn)行完全參數(shù)化的設(shè)計(jì)，利于后續(xù)靈活調(diào)整。

圖6　多種知識信息在模型中的表現(xiàn)

圖7　工藝及模型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖

如圖8所示為U型固定座的參數(shù)化設(shè)計(jì)造型。整體來說模板造型中幾乎所有的設(shè)計(jì)都由設(shè)定的參數(shù)控制，例如前蓋內(nèi)板拉延模的設(shè)計(jì)參數(shù)就達(dá)到257個，其參數(shù)通過分層及名稱區(qū)分，設(shè)計(jì)者在調(diào)用過程中能通過造型快速定位到相應(yīng)的參數(shù)，做相應(yīng)的調(diào)整和修改便能達(dá)到其設(shè)計(jì)意圖。

圖8　U型固定座設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖

新設(shè)計(jì)項(xiàng)目首先根據(jù)覆蓋件具體產(chǎn)品分類選定相應(yīng)的設(shè)計(jì)模板，其關(guān)鍵是利用已有設(shè)計(jì)模板中基本設(shè)置、數(shù)據(jù)及主要結(jié)構(gòu)，將新設(shè)計(jì)單元替換進(jìn)模板，充分融合已有經(jīng)驗(yàn)，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度。工藝知識替換是其關(guān)鍵的一步，在 CATIA裝配設(shè)計(jì)模塊中以組件為裝配鏈接點(diǎn)，如工藝知識需要批量替換，則可直接進(jìn)行組件替換達(dá)到此目的。工藝知識替換完成后，模型更新觸發(fā)實(shí)例推理機(jī)制，使模板模型根據(jù)新工藝知識發(fā)生關(guān)聯(lián)調(diào)整，如圖9、10所示。

圖9　系統(tǒng)主要功能

經(jīng)過幾何替換，新設(shè)計(jì)部分幾何特征可能與原始模板之間存在幾何沖突，為了使新設(shè)計(jì)正確有效，必須對沖突部分進(jìn)行處理，如對某些特征需要進(jìn)行延伸或者修剪處理。

后續(xù)工作主要包括工藝信息的完善、模架結(jié)構(gòu)的調(diào)整及細(xì)節(jié)功能結(jié)構(gòu)的參數(shù)修改，在多個階段中數(shù)據(jù)模型可進(jìn)行交互，同時在界面之外對模型做反選編輯，以便支持較好地完成快速及高質(zhì)量的設(shè)計(jì)，如圖11所示。

本系統(tǒng)工具內(nèi)嵌于 CAITA平臺之中，且與CATIA形成無縫連接。在完成模板庫選擇與設(shè)計(jì)替換、工藝關(guān)聯(lián)及參數(shù)化模型等知識工程的應(yīng)用、界面的設(shè)計(jì)后，將每個獨(dú)立的板塊按照技術(shù)路線鏈接成相互協(xié)調(diào)的整體，其主要工作在于將上述板塊引入CATIA功能接口，由對應(yīng)的API函數(shù)來執(zhí)行，將快速調(diào)用、知識替換及模型更新等功能形成CATIA內(nèi)嵌式設(shè)計(jì)功能模塊，如圖12所示。

圖11　設(shè)計(jì)界面

圖12　汽車前蓋內(nèi)板拉延模設(shè)計(jì)案例

5　結(jié)　論

針對汽車覆蓋件生產(chǎn)中的拉延模設(shè)計(jì)，首先對汽車覆蓋件拉延模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和梳理，將其構(gòu)成零部件分為四個類別，并在此基礎(chǔ)上組建若干設(shè)計(jì)模板。新的設(shè)計(jì)在已有模板的基礎(chǔ)上替換掉關(guān)鍵組件，并自動將設(shè)計(jì)信息附加并延伸于其上，充分利用已有知識，快速完成設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明本文方法可以有效地提升設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)錯誤。

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Rapid Design and Implementation of Technics in Drawing Die Oriented by Automobile Covering Components

Liu Wei1,Ye Futian2,Wan Youhao1,Zhou Xionghui1
(1. National Engineering Research Center of Die & Mold CAD, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China; 2. Hengli Mold Technology Development Co. Ltd, Dongguan Guangdong 523460, China)

Design and manufacture of the covering components is an important issue in automobile industry. Aiming at its rapid design, this paper achieves the goal using the minimal workload by modifying and replacing certain key components within the pre-designed templates according to practical needs for the actual production to obtain the expected design result. Firstly the parts in covering components are classified into four types, according to which the templates are created with technics and design knowledge embedded. Faced with a new design, the most important operation is to replace the key components in the template, and then the system will automatically append the related information onto them. Related curved surfaces are then extended or trimmed to adapt to the needs. Later experiments validate that the proposed method can effectively reuse the past experiences, reduce errors and finally improve the quality of design.

covering component; drawing die; intelligent design; technics replace; template

TP 391

A

2095-302X(2015)06-0846-10

2015-06-24；定稿日期：2015-07-21

柳偉(1979–)，男，湖北武漢人，副研究員，博士。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)、模具智能設(shè)計(jì)。E-mail：liu-wei@sjtu.edu.cn