基于UG和MATLAB的連桿模具異形型腔的離散化研究

宋艷斌 陶麗佳 袁海平 王斌正 王琪

摘要：作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)件——連桿，其主流加工方式是模鍛工藝，其重要加工裝備之一是模鍛模具，由于連桿外形復(fù)雜導(dǎo)致其模具型腔復(fù)雜，為提高連桿鍛造模具異形型腔的加工精度，本文對(duì)連桿鍛造模具異形型腔的離散化進(jìn)行研究?？紤]到連桿體鍛模的型腔加工以數(shù)控加工為主，據(jù)此本文提出了基于三次參數(shù)樣條函數(shù)的用于高速銑削加工的異形曲面的離散化方法，并通過(guò)仿真對(duì)比驗(yàn)證了該方法的可行性，為企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)連桿的工藝制定提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鍛模;異形型腔;離散化;刀具軌跡

中圖分類號(hào)：TP391.73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）12-0237-03

1引言

連桿的主流加工方式是模鍛工藝，其重要加工裝備之一是模鍛模具，由于連桿外形復(fù)雜導(dǎo)致其模具型腔復(fù)雜，而模具型腔的制造精度直接影響著連桿的加工精度。因此模具型腔的精密加工是連桿鍛造中的關(guān)鍵技術(shù)。模具的異形型腔常廣泛采用高速銑削方式加工，即先對(duì)型腔曲面分層后離散化，再選擇一定直徑的球頭銑刀沿著模具型腔曲面的各個(gè)分層面的離散點(diǎn)做直線擬合運(yùn)動(dòng)，因此模具型腔的加工精度直接取決于其離散精度，為獲得較高精度的模具型腔，有必要對(duì)其進(jìn)行離散化分析。

Bezier曲面、B樣條以及非均勻有理B樣條（NURBS）、三次參數(shù)樣條等被用來(lái)離散復(fù)雜的曲面。王可采用三次參數(shù)樣條函數(shù)求解離散點(diǎn)一階導(dǎo)數(shù)的方法，解決了三次樣條函數(shù)擬合區(qū)間不單調(diào)、曲率大于100時(shí)擬合容易失真的問(wèn)題。穆安樂(lè)等則采用積累弦長(zhǎng)三次樣條函數(shù)求離散點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)值，不受曲線形狀的限制，避免了三次樣條函數(shù)在大撓度坐標(biāo)系下擬合精度不高的缺點(diǎn)。張光輝等人利用累積三次樣條函數(shù)法計(jì)算工件和刀具上離散點(diǎn)的傾斜角，對(duì)比分析了累積三次樣條函數(shù)法及三次參數(shù)樣條函數(shù)法下的成形刀具的計(jì)算誤差。曹鋒等人利用理查森外推法求解型值點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是將初始步長(zhǎng)取得稍大，有助于抑制擬合函數(shù)的計(jì)算誤差的進(jìn)一步擴(kuò)散，同樣解決了曲線的大撓度問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)連桿鍛造模具異形型腔的精密加工，本文基于模具異形型腔的設(shè)計(jì)圖紙分析了異形型腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于Matlab對(duì)異形型腔的結(jié)合所選的合適的異形曲面的離散化方法進(jìn)行了連桿模具型腔的離散化研究。

2連桿鍛造模具型腔的離散化流程

連桿鍛造模具型腔（如圖1所示）形狀復(fù)雜，型腔由多段直線和曲線構(gòu)成，尤其在連桿大頭處有大量的不規(guī)則曲線，同時(shí)，在桿身處有窄小的凹槽，這就要求在其加工過(guò)程中需根據(jù)曲線的曲率選擇合適直徑的刀具進(jìn)行加工。