文/王震,陳世濤,徐肖·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

基于UG NX6.0的某皮卡車型側(cè)圍外板修沖整形復(fù)合設(shè)計(jì)

文/王震,陳世濤,徐肖·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

本文基于UG NX6.0的裝配建模功能，對(duì)某SUV側(cè)圍修邊整形復(fù)合模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。模具設(shè)計(jì)包含工作部分的設(shè)計(jì)與模具模座的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮的因素有很多。例如:工作部分的強(qiáng)度，沖壓件生產(chǎn)的聯(lián)線需求，自動(dòng)化生產(chǎn)廢料排出等等。另外利用UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)還能使設(shè)計(jì)過程大大簡(jiǎn)化，提高生產(chǎn)效率。

汽車外覆蓋件與其他沖壓件相比具有材料薄,形狀復(fù)雜,且多為立體曲面, 表面質(zhì)量高等特點(diǎn),外板覆蓋件的好壞將直接影響整車的外觀和質(zhì)量。

側(cè)圍外板是車身核心外覆蓋件，側(cè)圍反映整輛車的整體造型，具有承載其余零部件的作用，在整車開發(fā)過程中，絕大部分的開發(fā)是圍繞側(cè)圍展開的。我公司選擇側(cè)圍模具自主設(shè)計(jì)的原因有以下幾點(diǎn)：其一是模具開發(fā)周期在眾周期中最長(zhǎng)，影響整車開發(fā)周期，因此我們選擇了自主設(shè)計(jì)，讓開發(fā)的主動(dòng)權(quán)掌握在我們手中；其二是模具設(shè)計(jì)技術(shù)難度高，模具包含大量的斜楔裝置，自動(dòng)化裝置；其三是技術(shù)保密程度最高，側(cè)圍自主設(shè)計(jì)整個(gè)零件的數(shù)模僅在本公司內(nèi)部進(jìn)行流轉(zhuǎn)，防止商業(yè)機(jī)密外泄。

UG軟件是一個(gè)集成化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件，它為工程設(shè)計(jì)人員提供了非常強(qiáng)大的應(yīng)用工具。這些工具可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、工程分析、繪制工程圖、編制數(shù)控程序等。

DL圖預(yù)處理過程

DL信息的獲取

DL圖即Die Layout圖，反映了模具的工序內(nèi)容，是模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。在設(shè)計(jì)側(cè)圍修邊沖孔復(fù)合模具之前要讀懂DL圖內(nèi)容。包括修邊線位置、整形線位置、斜楔位置，有無其他特殊要求。圖1為某車型側(cè)圍外板第二序工藝內(nèi)容。

DL圖預(yù)處理過程

工藝數(shù)模處理包括以下幾個(gè)步驟：縫合模面,采用UG默認(rèn)的0.0254公差進(jìn)行縫合，以確保模具圖紙與模具的符合性。采取0.0254的公差縫合修邊線，在每段修邊線范圍內(nèi)通過光順曲線來把每條曲線的控制點(diǎn)數(shù)量控制在100個(gè)以內(nèi)。并在保存好相對(duì)坐標(biāo)的前提下將處理好的DL圖原點(diǎn)移動(dòng)至絕對(duì)坐標(biāo)系下面。圖2所示為DL圖處理參數(shù)設(shè)計(jì)。

圖1 側(cè)圍外板DL圖

圖2 DL圖處理參數(shù)設(shè)計(jì)

圖3 鑲塊設(shè)計(jì)以及參數(shù)設(shè)計(jì)

三維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鑲塊設(shè)計(jì)

鑲塊在設(shè)計(jì)中要考慮以下三點(diǎn)：

⑴項(xiàng)目總體要求，在不同的項(xiàng)目當(dāng)中由于產(chǎn)品的生命周期不盡相同，導(dǎo)致鑲塊的結(jié)構(gòu)式樣不同；

⑵鑲塊鑄造，加工的需求：鑲塊鑄造要求鑲塊設(shè)計(jì)要符合鑄造工藝性，加工要保證加工刀具可以加工到每個(gè)加工面；

⑶一個(gè)整車項(xiàng)目，在整個(gè)周期中設(shè)變的次數(shù)是很頻繁的，修邊線常常改動(dòng)，在設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)留有余量。

基于以上三點(diǎn)考慮，利用UG中的鑲塊制作工具來進(jìn)行鑲塊設(shè)計(jì)，此種帶參數(shù)鑲塊設(shè)計(jì)的方法可以克服以上三點(diǎn)中的所有問題。一個(gè)鑲塊的形狀控制有以下幾點(diǎn)：刃口形狀，規(guī)格式樣，安裝平面。有了以上幾點(diǎn)，可以任意制作鑲塊，較原有周期相比，可以節(jié)約時(shí)間一半以上。

“WAVE幾何鏈接器”是一款用于新組建與裝配中的其他組件建立幾何關(guān)聯(lián)性的工具。其他組件中的對(duì)象鏈接到工作部件后，是以特征的形式存在的。利用“WAVE幾何鏈接器”可引用其他部件中的幾何對(duì)象到當(dāng)前工作部件中，再利用這些幾何對(duì)象生成幾何體。這樣既提高了設(shè)計(jì)效率，又保證了部件之間的關(guān)聯(lián)性，便于參數(shù)化設(shè)計(jì)。圖3為鑲塊設(shè)計(jì)以及參數(shù)設(shè)計(jì)。有了參數(shù)化設(shè)計(jì)，如果發(fā)生數(shù)據(jù)變更或者優(yōu)化，只需要更改圖3中的參數(shù)，即可完成調(diào)整，而不用再對(duì)實(shí)體進(jìn)行操作，從而節(jié)約了時(shí)間。

斜楔設(shè)計(jì)

根據(jù)沖壓標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況，沖壓修邊角度往往在正負(fù)15°以內(nèi)，否則就會(huì)產(chǎn)生毛刺，或者出現(xiàn)刃口容易破損等質(zhì)量問題。這樣在設(shè)計(jì)過程中，就需要利用斜楔，來進(jìn)行有角度的修邊。側(cè)圍修邊整形模具采用了3處非標(biāo)斜楔,如圖4所示。

圖4 斜楔設(shè)計(jì)

對(duì)于斜楔設(shè)計(jì)要保證斜楔受力的穩(wěn)定性，其要點(diǎn)有下面幾點(diǎn)：下導(dǎo)滑面要投影在上導(dǎo)滑面以內(nèi)，以平衡下導(dǎo)滑面產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭力。鑲塊安裝面中修邊刀塊受力線要投影在上導(dǎo)滑面上，用以保證斜楔的穩(wěn)定性。圖5為CAM2自制斜楔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 CAM2自制斜楔結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：模具工作時(shí)，側(cè)沖機(jī)構(gòu)隨上模座下行，直到V形導(dǎo)板與驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板接觸，在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板作用下，整個(gè)斜楔機(jī)構(gòu)沿滑動(dòng)導(dǎo)板與上模座產(chǎn)生側(cè)向位移。綜合運(yùn)動(dòng)為側(cè)修機(jī)構(gòu)沿驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板運(yùn)動(dòng)，最終由修邊刀塊實(shí)現(xiàn)修邊。修邊完成后上模抬起，氮?dú)鈴椈赏苿?dòng)側(cè)修機(jī)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向位移，直到復(fù)位完成，準(zhǔn)備下一次修邊。

此處的注意事項(xiàng)：因三處側(cè)修機(jī)構(gòu)相互交錯(cuò)工作，此時(shí)的非標(biāo)斜楔要采用合理的措施來與其他斜楔避讓開，保證正側(cè)和反側(cè)交刀都能正常的完成。

本體設(shè)計(jì)

模具本體的設(shè)計(jì)充分考慮送料高度，自動(dòng)化線的廢料排出，以及鑄件本身的鑄造工藝性。為了保證本體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以及提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)過程中利用大量的參數(shù)化設(shè)計(jì)。例如為了保證廢料刀的強(qiáng)度，需要在廢料刀下面設(shè)置立筋，利用UG的鏈接功能鏈接廢料刀的底平面，再通過底平面來制作立筋，這樣后期出現(xiàn)設(shè)變，只要替換廢料刀修邊線，模具加強(qiáng)筋就會(huì)保證同步移動(dòng)，從而大大節(jié)約了修改設(shè)變的時(shí)間。圖6為本體設(shè)計(jì)過程以及利用參數(shù)來控制設(shè)計(jì)圖。

圖6 本體設(shè)計(jì)過程以及利用參數(shù)來控制設(shè)計(jì)

依據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理，可以設(shè)計(jì)出拉延類本體、修沖類本體、翻邊類本體，以及斜楔的模板，如此設(shè)計(jì)效率將會(huì)大大提高，出錯(cuò)率也會(huì)大大降低。這也是通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的一個(gè)體現(xiàn)。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證

斷面驗(yàn)證

斷面驗(yàn)證主要是截取模具的每個(gè)斷面并對(duì)模具的活動(dòng)部件、鑄造工藝性、加工工藝性進(jìn)行審查。主要審查采取自查與互查的方法，形成一系列的斷面檢查清單，以備后續(xù)人員使用。

加工刀具驗(yàn)證

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的加工設(shè)備制作了加工刀具的數(shù)模，以及刀具路徑，用以檢查刀具是否干涉，加工面是否到位等情況。圖7所示為刀具加工檢查過程。

圖7 刀具加工檢查過程

生產(chǎn)驗(yàn)證

生產(chǎn)驗(yàn)證主要是對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)化要求進(jìn)行驗(yàn)證，本次側(cè)圍模具設(shè)計(jì)要求廢料必須排出到模具外側(cè)。本次設(shè)計(jì)利用了UG的仿真功能對(duì)排廢料進(jìn)行了驗(yàn)證。另外生產(chǎn)驗(yàn)證還需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行干涉曲線的驗(yàn)證、行車起吊安全性驗(yàn)證、機(jī)床臺(tái)面校核、轉(zhuǎn)運(yùn)平板車校核、模具清洗間校核等等一系列工作。圖8為廢料排出驗(yàn)證。

行程驗(yàn)證

保證沖孔完成后，斜楔回程時(shí)壓料芯可以取出，圖9所示為斜楔與壓料芯的工作行程圖。為保證斜楔回程，沖頭能完全退出壓料芯，需要做沖頭的回退驗(yàn)證處理。當(dāng)壓料芯即將離開下模型面時(shí)，沖頭已經(jīng)完全退出，即保證了壓料芯的安全取出。

圖8 廢料排出驗(yàn)證

圖9 斜楔與壓料芯的工作行程圖

結(jié)束語(yǔ)

本文論述了基于UG NX6.0的某側(cè)圍修邊整形模具的設(shè)計(jì)過程與方法，其具有參數(shù)化設(shè)計(jì)以及三維模擬功能，給設(shè)計(jì)過程帶來了很強(qiáng)的方便性，這是一種未來設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。主機(jī)廠掌握側(cè)圍等關(guān)鍵零件的自主設(shè)計(jì)方法，可以有效的提高自己的技術(shù)能力以及研發(fā)水平。同時(shí)對(duì)整車開發(fā)也能起到推動(dòng)作用，譬如對(duì)整車家族譜系可以實(shí)現(xiàn)通用化，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化。

王震，工程師，主要從事汽車覆蓋件的沖壓成形工藝、模具開發(fā)及生產(chǎn)調(diào)試工作，主要研究方向?yàn)槠囃飧采w件及高強(qiáng)鋼零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)，獲安徽省科技研究成果1項(xiàng)，3項(xiàng)發(fā)明專利。