汽车锻造模具的计算机三维造型

汽车锻造模具的计算机三维造型

前言：随着计算机的飞速发展，越来越多的锻模也开始利用计算进行三维设计和制造，锻模的三维设计是锻模 CAD/CAM/CAE 一体化的基础，但是锻模型腔的工艺特点：拨模斜度、过渡圆角和分模面以及工艺形状所要求的光滑过渡的曲面数目较多，因而增加了三维造型的复杂性。本文介绍了汽车锻造模具的种类及以 DELCAM 的 POWERSHAPE 软件为基础，以曲轴模具的为代表的三维造型方法及拔模斜度的处理方法。

关键词：汽车锻模、 POWERSHAPE 软件、三维造型、曲轴、拔模斜度

一汽车锻造模具的分类

1 、按汽车锻件的种类来分类：

⑴圆饼类：如齿轮、轮毂

⑵杆类：如连杆、转向锤臂

⑶曲柄类：如曲轴、凸轮轴

⑷轴类：如前轴

⑸叉类：如转向节、凸缘叉

2 、按工艺用途分类：

我厂主要是锻压机生产汽车锻件，因此根据我厂生产工艺的特点主要分为：

⑴辊锻模具：一般杆类零件才有此模具，如连杆

⑵镦粗模具：此类模具圆饼类零件居多

⑶预锻模具：基本上所有锻件都有此工步，因此该模具总是存在；

⑷终锻模具：每个零件必须有此模具，这是最终成型模具；

⑸切边、冲孔模具：除闭式锻造外，所有锻件都要切边，个别锻件需要冲孔；

⑹校正模具：这个模具也是基本每个锻件都要用到，因为锻件热处理后存在变形

3 、按分模面的数量分类

⑴单个平面分模面

⑵单个曲面分模面

⑶多向曲面分模

二计算机三维造型软件的概论

1 软件的分类

随着计算机的发展， CAD/CAM 软件的种类繁多，并且新软件仍在层出不穷，从软件的规模上可以分为 3 大类。

第 1 类为 CAD/CAM/CAE 一体化软件。实力最强大的软件是法国达索公司

开发的 CATIA 软件。

第 2 类为面向制造的软件系统，该类软件一曲面造型为主，主要突出 NC 编程的特色，并且简单易学；其代表为英国 DELCAM 公司开发的 POWERSHPER 和 POWERMILL ，专用于模制产品和模具的数控和高速铣加工；其次有以色列的 CIMATRON 等。

第 3 类是专用的小型的 CAD 软件。该类软件以实体造型为主， SOLIDWORKS 是这一类软件的代表，还有德国 VRETZ 公司的辊锻软件—— VeraCAD 软件系统。

2 软件的技术种类

三维造型技术从 1981 年发展至今经历了 4 个阶段：

线框造型——曲面造型——实体造型——特征造型。

由于线框造型的功能有限，已经自然消失，而没有人继续使用；而特征造型正处于起步阶段，仍在研究开发之中，在某些软件中把这一技术嵌套在 NC 加工中，如 POWERMILL

软件中的特征加工就是

应用了特征造型，对于一些凸台、孔类等标准几何体，不用预先三维造型，只要给出几何

体的特征参数即可加工成型。

因此，目前现有的三维造型软件均采用曲面造型和实体造型这两种方式。这两种造

型方式又分为参数化和非参数化两种类型。

3 POWERSHAPE 软件的特点

面对种类繁多，功能各异的 CAD/CAM 软件，应用者要从适合自己产品的特点和所要达到的目标、数控加工的设备要求、配套企业、技术培训和技术支持、性能价格比等多

方面来考虑选择何种软件。

2003 年东风锻造有限公司引进了 Delcam 公司的 POWERSHAPE 和 POWERMILL 软件。我们利用该软件中的 POWERSHAPE 模块进行模具型腔的三维造型，然后把三维图形导

入 POWERMILL 模块中，进行 NC 模拟加工。

PowerSHEPER 是英国 Delcam 公司 CAD/CAM 专业化软件模块之一。 Delcam CAD/CAM 系列软件被广泛地应用于航空航天、汽车、船舶、家用电器、轻工产品和模具制造等行业。 1991 年 Delcam 产品首次进入中国市场。 1997 年在北京成立 Delcam （中国）有限公司。多年来， Delcam 一直保持 CAM 软件开发研究的世界领先地位。虽然PowerSHEPER 是附带三维加工的造型模块，而且是一个非参数化软件，但是曲面造型功能比较强大，我厂应用 5 年来，所有各种锻件均能快速、准确地产生三维造型。

三 POWERSHAPE 软件造型锻模的基本步骤

⑴建立用户基准坐标系

建立坐标系，使其 X 、 Y 、 Z 的坐标原点位于世界坐标系的零点。复杂的锻件有时要建立两个或多个坐标系，有时还要根据已有的几何体建立所需要的坐标系。这里一定要注意的是，建立多个坐标系的情况下作图，一定要在当前坐标系中产生，否则会出现

错误的作图。（如图 1 ）

⑵根据图纸输入曲线

如图 2 可以根据需要选择圆弧、直线等功能，经过修剪后留下需要的符合图纸的

复合线框（如图 3 ）

⑶产生曲面

该软件的曲面造型分为两个部分，一部分是标准体素曲面，它们分别是平面、矩形块、球、圆柱、圆锥和圆环。这些标准体素可以自动产生，很多锻模设计可以从这些标准

体素曲面开始进行裁减或合并而成。

另一部分的做法有很多种，经常用到的有驱动曲面、双轨曲面、线框曲面、填充曲面、分离曲面等。如图 3 所示是用两分离的曲线产生的分离曲面。

该软件的曲面是有方向性的，而且用颜色区分，金黄色的一面是曲面的外面，而红色的一面是曲面的里面，根据自己需要里、外可以进行反向。

⑷拔摸面

拔模面可以通过一条复合曲线产生，也可以通过一组曲面产生。拔模面要么投影到当前用户坐标系的 XY 平面上；要么投影到另一个预先指定的曲面上（一般用于曲面分模）。

如图 4 所示，是采用复合曲线拔模投影到当前的 XY 平面上，因为它是平面分模。

⑸导圆角

POWERSHPAER 即可以产生凹面圆倒角，也可以产生凸面圆倒角。凹面圆倒角是所有的圆倒角面的指向均向外的圆倒角曲面，也即曲面均阴影呈金黄色；凸面圆倒角则相反。

如图 5 是凸圆角。

还有该软件倒圆角功能之一是：可以同时选择多个曲面，同时进行倒圆角；之二是：可以进行变圆角倒圆角，就是两个曲面之间的倒圆角可以从 R5 变到 R10 。