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成组技术在汽车冲压模具设计中的应用
Nov 14, 2012  来源:  作者:北京工业大学 刘志峰李琳娜王建华杨文通安

      0引言

 

      汽车工业是国民经济的支柱产业,汽车的更新换代主要取决于车身的开发周期,而车身开发的关键在于汽车冲压模具的设计与制造。在汽车覆盖件中,特别是中高档轿车覆盖件中,个性化、表面精度高的产品较多,且更新换代周期越来越短,因而对汽车冲压模具的设计和制造要求也越来越高。在汽车覆盖件中不同程度地存在系列化的问题,虽然汽车型号各不相同,但对各种型号汽车的车身、车门等覆盖件而言,均具有几何拓扑结构相同或类似的特征。由于只是曲面形状不同,冲压模具设计人员常因不同的曲面形状而重复进行设计,设计效率低,模具开发周期长。作者利用成组技术对汽车冲压模具进行分类编码,实现汽车冲压模具的系列化,在UG平台上进行二次开发实现汽车冲压模具的全参量化设计,从而缩短产品的设计周期,提升设计水平和设计效率。

 

      1成组技术的原理

 

     成组技术(GroupTechnology,简称GT)是按照事物的相近性,将许多不同但具有相近的事物依照一定的准则分类成组,使类似的事物能够采取相同的解决办法,以达到节省时间、精力和费用的目的。它研究如何识别和发掘生产活动有关事物的相似性,并在零件设计和制造中充分地利用他们的相似性,相似零件被列入一个零件组或零件族。成组技术能把相似的问题归类成组,寻求解决这一组问题的最优方案,以取得所期望的经济效益。

  

      成组技术最基本的原理是相似性,即产品零件的几何形状、结构特征的相似性,制造零件工艺规程的相似性,材料毛坯的相似性等。只要充分利用这一特点,就可将零件按相似原理划分为具有共性的一体,在加工中以群体为基础集中对待,从而使多品种小批量的生产转化为近似大批量的生产。

 

      成组技术的关键是按照一定的规则进行分类编码,实现产品的数字化表示。机械零件分类编码系统,就是用数字、字母或符号,将机械零件图上的各种特征进行描述和标识的一套特定的法则和规定。

 

      2系统开发平台

  

      在汽车冲压模具的生产中,广泛采用UG软件进行汽车冲压模具的设计、分析和加工,UG软件实现了设计优化技术与基于产品和过程的组合,显著地改进了汽车冲压模具的生产率。此外,UG还提供了CAD/CAE/CAM业界最先进的编程工具集UG/Open,用来满足用户二次开发的需要,以开放性架构面向不同的软件平台提供灵活的开发支持,因此,本设计选择UG软件作为开发平台。

 

      UG中提供了丰富的建库工具,本设计综合运用 UG/OpenMenuScript、UG/OpenUIStyler、UG/Open  API、VisualC++60和Access数据库等开发工具利用程序设计法建立汽车冲压模具参数化系统。如图1为汽车冲压模具参数化系统开发程序流程图。

 

1

 

      3     汽车冲压模具参数化系统设计

 

      3     1     汽车冲压模具零件分类

 

2

 

      如前所述,成组技术的核心是利用零件的相似性,将相似问题归类成组以便提出统一的解决方案。利用成组技术的原理,对中国模具工业协会2002年版汽车冲模标准汇编中的零件按构件结构相似性和其属性的相似性分类成组,分为模座、导向装置、安装装置、起重装置、限制装置、成翻装置、定位装置、进出口料装置、紧固元件、冲切装置10大类,每一大类中分为若干个子类,每个子类又包含若干个具体系列的零件。这种分类组织形式非常适合采用分类树来组织零件进行建库。用户可以根据需要对分类树进行扩充、修改或删除等操作。图2为汽车冲压模具零件分类树。   

 

      32汽车冲压模具零件的编码规则     

 

      为了既便于计算机检索又能正确反映零件的整体信息,将零件的特征信息编码分为3层:第1层代码是汽车模具标准代号,共7位,第7位为个别标准代号,如标准代号为QM15041的起重棒,它的第1层代码为QM15041;标准代号为QM1101的下模座,它的第1层代码为QM11010。第2层是零件编号,共4位,如标准代号为QM1101下模座的第一个零件,它的第2层代码为0001。第3层是零件属性编号,实体模型为A,参数化后的模型为B,由实体模型修改后的模型为C。如图3表示标准代号为QM1101下模座第一个零件,属性为实体模型。

 

3

 

      33汽车冲压模具参数化系统设计     

 

      汽车冲压模具参数化系统总体分为零件参数库、装配模型参数库和模型管理3个部分,零件参数库中主要包含模具设计的各个零件及其参数;装配模型参数库中包含装配完成后的整套模具及其参数,主要采用自顶向下的装配方式;模型管理中包含各零件及装配模型的资料。

 

      331零件参数库设计

 

      零件参数库中,按照之前的分类和编码,利用UG软件的特征造型技术,每一种标准号的零件均手工建立一个模型,并在造型过程中完成对模型的几何约束和尺寸约束定义,同时对需要尺寸驱动的特征尺寸定义相应的变量,以便程序访问,实现尺寸驱动。零件参数库采用数据库来存储零件的各种参数。当用户在进行产品设计时,如果需要某一型号的零件,则通过用户界面的零件库或模型管理系统调用对应零件模型并检索数据库得到零件的驱动参数,直接对零件模型进行尺寸驱动,生成需要的零件模型。图4为汽车冲压模具参数化设计菜单,图5为标准号QM1101的模型参数对话框,图6为给定参数后的模型。

 

4

 

5

 

6

 

      332装配模型参数库设计

 

      在装配模型中包括已设计好的几种冲压模具装配模型,设计员可以直接调用,也可以根据需要修改其中的参数和结构来使用,模具中各个零件利用UG/WAVE技术参数关联,可实现模型总体装配的快速自动更新。在该模块设计中,首先,计算模具主要空间尺寸,完成总体参数的设计;其次,根据总体产品参数进行子系统的参数设计,并由继承的参数分别生成凸模子构件、凹模子构件和压边圈子构件,可进行并行工程的设计。各子系统之间又有一定的约束关系,通过WAVE的几何连接器和关联拷贝建立约束条件,以完成子构件的参数化联动;然后,通过继承子构件的参数模型进行详细的产品设计,对于凸模和凹模,可建立加强筋、铸造孔、空刀槽等;最后,添加辅助装置,可以通过调用零件参数库中的模型进行装配,以完成整套模具的设计。图7为汽车冲压模具的控制结构和基本设计流程,宽箭头表示参数的继承关系,直线箭头表示部件之间的几何相关性。

 

7

 

      333模型管理库设计

 

      在模型管理库中包含零件及装配模型的编号、名称、属性、材料、热处理、技术条件及存储路径的各种详细资料,可以通过查找、修改、删除、新建等操作来完成模型管理库的管理,也可直接在模型管理库中调用所需模型并进行修改。图8为模型管理对话框。

 

8

 

      4结束语

 

      (1)根据成组技术的相似性原理,结合汽车冲压模具的结构特点对汽车冲压模具进行分类编码,将汽车冲压模具分成10大类,若干小类,建立了分类编码规则,使汽车冲压模具的分类标准化。

 

      (2)选择UGNX40作为开发平台,开发汽车冲压模具参数化系统,该系统分为零件参数库、装配模型参数库和模型管理3个部分,可以实现汽车冲压模具的零件和装配模型的快速调用。

 

      (3)成组技术与汽车冲压模具图形数据结合,实现对汽车冲压模具的集中管理和快速检索,减少了重复设计,缩短了设计时间,提高了工作效率。

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