常影明哲佟沐霖楊珊珊張瑞軍、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院水利與土木工程學(xué)院、江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系

基于CATIA的汽車懸架控制臂模具設(shè)計(jì)研究

常影1明哲1佟沐霖1楊珊珊2張瑞軍3
1、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 2、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院水利與土木工程學(xué)院3、江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系

汽車零部件曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅建模周期長(zhǎng)，模具的設(shè)計(jì)也很復(fù)雜。CATIA軟件具有強(qiáng)大的曲面建模功能，也因此在汽車領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。本文應(yīng)用CATIA軟件對(duì)汽車懸架控制臂進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，不僅減少多個(gè)軟件更換不兼容的問題，還可以應(yīng)用CATIA軟件中的干涉檢測(cè)功能檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)汽車類復(fù)雜零件的模具設(shè)計(jì)研究起到一定的借鑒作用。

汽車懸架控制臂；CATIA軟件；模具設(shè)計(jì)；干涉分析

1 引言

汽車懸架控制臂的曲面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且是影響汽車行駛性能的重要零件之一［1］。模具是影響汽車懸架控制臂加工精度的重要因素，因此，如何能夠快速有效地設(shè)計(jì)和加工模具非常重要。CATIA軟件因具有強(qiáng)大的曲面造型功能，在汽車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用CATIA軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)研究，提高了設(shè)計(jì)的效率，降低了成本［2］。

2 汽車懸架控制臂的模型

圖1 三維模型實(shí)體

汽車懸架控制臂是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、加工難度較大的零件，傳統(tǒng)的加工方法常采用鍛造工藝進(jìn)行加工，因此模具的加工精度對(duì)生產(chǎn)的零件有至關(guān)重要的影響。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)過程復(fù)雜、周期長(zhǎng)且成本高。應(yīng)用CATIA軟件基于模型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，得到汽車懸架控制臂的三維模型實(shí)體，如圖1所示，并在理論上驗(yàn)證模具的合理性，不僅縮短了設(shè)計(jì)的周期，且降低了成本［4］，尤其對(duì)于微小企業(yè)，在低成本的情況下可以通過合理的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證，最終進(jìn)行生產(chǎn)，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3 模具設(shè)計(jì)

應(yīng)用CATIA軟件，采用“core-cavity”工作臺(tái)對(duì)汽車懸架控制臂模型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)如下：（1）明確汽車懸架控制臂液態(tài)模鍛模具的開模方向，并通過分割命令得到模具的型芯、型腔和滑塊區(qū)域面；（2）通過拉伸、填充等命令完成型芯、型腔和滑塊分型面的定義；（3）在零部件設(shè)計(jì)工作臺(tái)下，得到汽車懸架控制臂模具的各個(gè)零件。

3.1 導(dǎo)入模型

打開CATIA軟件，進(jìn)入“core-cavity”工作臺(tái)下，導(dǎo)入模型，收縮率數(shù)值為1.005，然后添加縮放后的實(shí)體。

3.2 定義主開模方向

選擇“PullingDirection”命令，設(shè)置坐標(biāo)系，根據(jù)模型的特點(diǎn)，鎖定開模方向（圖2）。

圖2 定義主開模方向

3.3 分割模型區(qū)域

（1）選擇“平面定義”命令，然后定義參數(shù)，創(chuàng)建平面；（2）選擇“草圖”命令，在圖形區(qū)選擇所創(chuàng)建的平面為草繪平面，完成草圖的繪制；（3）選擇“投影定義”對(duì)話框，定義投影類型為沿某一方向，然后定義并創(chuàng)建投影曲線和支持面；（4）選擇“Split Mold Area”命令，選取要分割的面及分割元素，并定義分割區(qū)域顏色，完成分割區(qū)域1的創(chuàng)建，重復(fù)上述操作，完成所有的區(qū)域分割。

3.4 移動(dòng)元素

選擇“Transfer”命令，系統(tǒng)將彈出“Transfer Element”對(duì)話框。定義型腔區(qū)域，選擇“Cavity.1”選項(xiàng)，然后選取面。依次定義型芯和Other.1區(qū)域。

3.5 定義滑塊開模方向

選擇“Slider Lifter…”命令，然后定義對(duì)話參數(shù)，DX、DY和DZ的文本框接受系統(tǒng)的默認(rèn)值，在模型上選取所有的“Other”曲面。

3.6 集合曲面

選擇“Aggregate Mold Area…”命令，然后選擇要集合的區(qū)域，在下拉列表中選擇“Core.1”，然后選擇“Create a datum Join”，完成型芯曲面的集合，然后依次集合型腔和Other區(qū)域。集合型芯曲面，如圖3所示。

圖3 集合型芯曲面

3.7 創(chuàng)建爆炸曲面

選擇“Explode View…”命令，在“Explode Value”文本框中定義移動(dòng)距離為100，完成爆炸曲面的創(chuàng)建。

3.8 模型修補(bǔ)

選擇插入“幾何圖形集”命令，名稱為“other-surface”，接受文本框中的默認(rèn)“MoldedPart”選項(xiàng)，然后確認(rèn)。選擇“Fill…”命令，選取填充邊界，完成填充。

3.9 創(chuàng)建分型面

首先創(chuàng)建“other-surface”面，將“other-surface”定義為工作對(duì)象，選擇偏移平面，完成平面創(chuàng)建，在平面上繪制草圖；然后通過邊界、投影以及“Curve on Surface”等命令繪制曲線；最后通過拉伸、填充及掃掠等命令繪制面，再通過接合命令將所得的面接合成一個(gè)面。然后創(chuàng)建core-surface面和創(chuàng)建cavity-surface面。

3.10 模具分型

首先創(chuàng)建型芯，定義“core-part”為工作對(duì)象，選擇分割命令，并選取接合“core-surface”為分割元素，完成模具型芯的創(chuàng)建。然后創(chuàng)建型腔和創(chuàng)建滑塊，最后創(chuàng)建模具分解視圖，通過分解視圖可以進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的合理性，如果有沖突則需要重新對(duì)模具進(jìn)行修改，最終得到模具三維模型（圖4）。

圖4 模具的三維模型

4 模具的干涉檢測(cè)

為了檢驗(yàn)?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的合理性，應(yīng)用CATIA軟件的干涉檢測(cè)功能，直接觀察到模具設(shè)計(jì)的好壞，減少了以往直接加工出模具實(shí)體進(jìn)行檢驗(yàn)的成本和時(shí)間，使得加工成本減少了。選擇間隙+接觸+碰撞為干涉類型，并選擇所有部件以及所有狀態(tài)進(jìn)行分析，并輸出干涉矩陣排列形式。如果檢測(cè)結(jié)果有干涉，則需要對(duì)模具進(jìn)行修改，直到檢測(cè)結(jié)果干涉數(shù)目為0（圖5）。

圖5 模具修改后干涉分析

5 結(jié)論

本文應(yīng)用CATIA軟件對(duì)汽車懸架控制臂的結(jié)構(gòu)及模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索與研究，相對(duì)于以往傳統(tǒng)的建模和模具設(shè)計(jì)，本文應(yīng)用逆向工程進(jìn)行建模，然后應(yīng)用CATIA軟件針對(duì)模型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，不僅保證了加工質(zhì)量，還提高了生產(chǎn)效率，從而降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］張海波，張瑞軍，常影.基于ANSYS的汽車懸架控制臂有限元分析［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014（3）：150～151，155.

［2］韓志仁，胡燁，許增輝.汽車模具沖壓運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（4）：183～185.

［3］張海波，常影，范紅媛，涂方喜.基于CATIA的汽車懸架控制臂逆向造型研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2013，35（11）：100～101.

［4］周澤明，章志兵，柳玉起.基于 CATIA的覆蓋件模具智能化符形空開系統(tǒng)［J］.精密成形工程，2015，7（2）：71～75，82.

常影，1988年出生，長(zhǎng)春人，碩士，助教，研究方向：模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工及逆向建模等。

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院青年基金項(xiàng)目（吉農(nóng)院合字［2015］第212號(hào)）。