面向功能的覆盖件模具设计理论与方法的分析

面向功能的覆盖件模具设计理论与方法的分析

发表时间：2018-12-03T16:52:40.077Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：张彩艳

[导读] 覆盖件模具设计是一个相当复杂的过程。基于UG开发了一个面向功能的覆盖件模具CAD系统

张彩艳

麦格纳技术与模具系统(天津)有限公司天津 300000

摘要：覆盖件模具设计是一个相当复杂的过程。基于UG开发了一个面向功能的覆盖件模具CAD系统。系统支持从上到下的设计过程，缩短了覆盖件模具设计周期，使设计出的覆盖件模具符合用户功能需求，保证了设计质量。

关键词：面向功能；覆盖件；模具设计；分析

1导言

汽车覆盖件模具作为加工汽车车身零件的主要工艺装备,模具所完成的加工工艺是它的主要功能。覆盖件模具的功能建模的步骤分为3步:首先是完成汽车产品模型上的形状特征以及工艺特征的映射,再完成工艺特征的组合以形成覆盖件模具的主功能,最后对主功能进行划分得到覆盖件模具的其他子功能。

2面向功能的模具装配设计的思想

传统的CAD设计方法是以几何特征作为设计过程的主导，整个设计过程都是造型或绘图，以此表达零件和组件的形状。这种模具CAD 系统存在以下问题。设计方式不能对模具设计与制造全过程进行支持，覆盖件模具形状复杂，功能部件繁多，采用传统的CAD方法难以表达设计意图，导致设计周期变长，设计结果难以符合用户要求。装配设计中，由于零件的位置关系复杂，此时设计者思路往往还不清晰，装配效率低。如果从面向功能的角度出发，这一过程的显著特点就是其起点为功能需求，终点功能提交。作者提出的面向功能的覆盖件模具设计，将功能贯穿整个设计过程，可对覆盖件模具进行全生命周期的支持。其中，功能需求是覆盖件模具设计的起点，其结果是功能的实现，设计制造过程则是功能到结构、材料、工艺等的映射过程。面向功能的覆盖件模具设计需要解决的两个问题，一是如何在各个结构层次上对功能进行分解；二是功能信息如何在后序的模具设计制造中得到保持和实现。功能和结构密不可分，几何结构都具有功能的意义，是功能的表现形式。把功能和结构作为统一体进行研究，这就是功能结构单元的概念。需要引入的几个相关概念意义如下：功能结构单元；是具有单一功能的几何结构，可以是装配体、零件、或零件的几何特征。基零件；功能结构单元必须装配在模具的主体零件上，后者称为基零件。相关几何特征；在覆盖件模具设计中，基零件上与功能结构单元有装配关系的几何结构特征称之为相关几何特征。

3功能分解与结构求解

覆盖件模具的总体功能是由部件所完成的子功能、零件的基本功能以及零件结构特征的功能组合而成的。覆盖件模具的功能具有层次性。功能分解的目的是将设计问题模块化、结构化,从而将设计问题转化成一系列容易求解的子问题。通过功能分解使覆盖件模具设计思路在功能层次上得到抽象描述,从而使设计活动集中于满足功能要求。功能分解时所应遵循的原则包括：一是在每一级分解中,各子功能都应当是本级中最基本的功能；二是同级各基本功能之间应当是正交的,即互不重叠的。在功能分解的基础上可建立功能结构库和功能结构映射表。当要实现某功能时,通过查找功能结构映射表,结合相关模具知识从功能结构库中调入符合要求的功能结构。

4覆盖件模具功能的描述方法

讨论由功能驱动的汽车覆盖件模具的设计方法,它有两个重要的问题要解决；一是功能设计时如何在各个层次结构对功能进行分解；二是功能信息如何在后序的模具设计制造过程中得到保持与实现从覆盖件模具的设计过程来讲,就是如何完成其功能建模,以及在结构设计中保证这些功能得以实现,这就需要认真研究功能的描述方法。覆盖件模具功能的描述方法应该满足以下要求：首先功能描述是可理解的,能为后序的设计过程所认知,只有在此基础上,才能完成功能到结构、工艺和加工方法的映射。其次功能的描述要能反映用户对质量、成本、结构复杂性和加工精度等多方面的综合要求。再次对覆盖件模具而言,其功能是由具体的结构来实现的。因此功能的描述方法能方便地实现功能到结构的映射,并能在结构的设计过程得以体现。最后功能建模与功能划分是在概念设计阶段完成的,功能的描述方法应能用于概念设计阶段对汽车覆盖件模具的功能进行定义。从以上分析可知,功能是设计的出发点和归宿,但功能是非常抽象的表现形式,它只有通过模具的几何结构直观地表现出来,可以说功能和结构是密不可分的。它本身具有两个方面的意义,一是几何结构是功能的表现形式,二是几何结构都具有功能的意义。把功能和结构作为统一体进行研究,这就是作者提出的功能结构单元。功能结构单元就是具有单一功能的几何结构,几何结构可以是一个装配体、一个零件或者是零件的几何特征。覆盖件模具的功能结构单元是面向功能的覆盖件模具设计的基本单元,模具的装配关系从功能结构单元集中产生,零件的设计信息,尤其是和其他零件有关的几何特征,可从功能结构单元集中分解得到,除此以外,它还具有对功能的抽象描述。

5覆盖件模具的功能建模

5.1形状特征到工艺特征的映射

一是直接映射：原象特征与象特征之间一一对应,结构与语义（数据的含义就是语义(semantic)。简单的说，数据就是符号。数据本身没有任何意义，只有被赋予含义的数据才能够被使用，这时候数据就转化为了信息，而数据的含义就是语义；语义可以简单地看作是数据所对应的现实世界中的事物所代表的概念的含义，以及这些含义之间的关系，是数据在某个领域上的解释和逻辑表示。）完全一致。二是投影映射：原象特征经过投影变换,提取有用信息后得到象特征,后者是前者的一个子集。三是共轭映射：原象特征与象特征互为共轭,后者可由前者通过几何推理得到。四是组合映射：由相关原象特征组合构成象特征。对于直接映射,由于在原象特征空间和象特征空间中可以找到具有相同语义的特征,因而可直接存取和使用。对于共轭映射和组合映射,由于象特征空间的特征是原象特征空间中特征信息的派生物,因而要求依据一定规则进行特征层的几何推理。投影映射是通过对原象特征空间的特征信息进行信息抽象而实现的,投影变换后,往往产生多个象特征。例如,覆盖件主形面上的孔可直接冲出,它们的形状和位置只依赖于零件的形状,因而可直接映射。翻边上的孔为共轭映射的一个例子,由于拉延时要求翻边展开,孔的空间位置也随之发生变化。覆盖件的翻边在设计时常分多段设计,而成形时常常组合在一起,用一道工序完成,因此可采用组合映射。

5.2工艺组合

一般来讲,由覆盖件形状特征映射得到的工艺特征都对应一种冲压工艺加工方法,覆盖件的冲压工艺方法包括拉延、修边、翻边、成