汽車覆蓋件包邊模工作部件參數化設計

胡 琪，俞玲娜，李躍民，王義林

（1.華中科技大學 模具技術國家重點實驗室，湖北 武漢430074；2.上海賽科利汽車模具技術應用有限公司，上海201203）

1 引言

采用參數化設計方法，在計算機上進行模具結構的參數化設計，大大縮短了模具設計周期，降低了成本。本文在UG 平臺上利用設計變量與編程技術實現對包邊模工作部件參數化設計，可幫助用戶有效快速地進行包邊模結構設計，提高模具設計質量，大大節省設計時間。

包邊模是實現車門包邊的模具，包邊工藝則是將零件上翻邊或下翻邊包彎壓平，使零件內外板連接在一起的一種裝配工藝。包邊時，首先將外板立邊從90°翻折至45°，稱之為預包邊；然后將其從45°翻折至0°并壓實，稱為終包邊[2]。板料包邊順序如圖1 所示。

圖1 板料包邊順序圖

2 包邊模工作部件設計

包邊模具主要由預推刀機構、主壓機構、剛性固定機構、退料升降機構、凸模等組成，如圖2 所示[3]，主壓機構可在上模也可在下模，本文中主壓機構在上模。

圖2 包邊模結構

圖3 工作部件結構示意圖

包邊模工作部件主要是指凸模、側壓刀和正壓刀。包邊凸模主要用來放置和固定料片，而且要求避免與刀塊發生干涉，故一般凸模的外圍存在一個與料片成45°～90°的角度。刀塊設計時將包邊刀塊分為側壓刀和主壓刀，首先側壓刀在推力的作用下將待包邊繞翻邊線翻折45°，側壓刀需避免與凸模產生干涉，需設計如圖3 所示的空刀，且與料片不接觸部分為螺釘銷釘打孔區，主壓刀在垂直方向力的作用下將預包后的邊壓至所需的位置，也就是包邊工藝所需達到的最終狀態，而且主壓刀需要保證包邊長度。圖3 所示就是包邊模工作部件的形狀尺寸要求。

3 基于參數化結構設計的原理及方法

3.1 參數化設計原理

參數化設計是指通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現尺寸對圖形的驅動，其中進行驅動所需的幾何信息和拓撲信息由計算機自動提取[4]。

3.2 基于特征的參數化建模

參數化設計是在設計對象結構比較定型的基礎上，用一組參數來表示尺寸值和約束關系，其核心是尺寸驅動[5]。

（1）特征建模。特征是一種包含加工信息的幾何原型外形，也是一種封裝了各種屬性和功能的功能要素。在造型設計過程中是一種信息表示方法，包括幾何特征和加工特征。建模特征的分類，如圖4 所示。

圖4 建模特征分類

（2）參數建模。參數化建?？梢源蟠筇岣甙吥＝Y構設計的效率，用一組參數約束該幾何圖形的一組尺寸序列和參數與設計對象的控制尺寸對應[6]。

當賦予不同的參數時，可驅動原有幾何模型生成新的幾何圖形，完成高效建模和模型修改。設計一個復雜的參數化零件，必須對零件進行分析，確定該零件的各個特征、參數及其之間的關系。如圖5 所示。

圖5 參數建模流程

4 包邊刀塊參數化設計

下面以側壓刀的設計為例說明參數化實現過程及設計過程中的關鍵技術。

4.1 側壓刀參數化設計實現

側壓刀是包邊模預彎機構的工作部分，是實現片體繞翻邊線45°的折合的預彎機構刀塊，由第二節分析可知其形狀特征。在設計之初，分析側壓刀刀塊相對凸模和主壓刀的位置關系，其尺寸和位置都能協同變化，圖6 是根據側壓刀的結構特征來提取參數化設計時的設計變量的示意圖，可以看到本文中提取了H1、H2、H3等8 個設計變量。

圖6 提取側壓刀設計變量

在創建實體的過程中，一般針對每個特征都提取相應的變量，以便于特征數據的管理，通過建立設計變量間的約束和修改來實現新刀塊的生成。

在UG 環境下創建側壓刀時，在創建的對話框中輸入側壓刀的定位條件和尺寸信息，系統自動獲得刀塊的幾何特征，創建實體。圖7 為UG 中側壓刀設計系統過程。

4.2 UG用戶自定義特征（UDF）造型

圖7 UG 中側壓刀設計系統過程

UDF 是UG 軟件提供的造型特征之一，即將用戶需求的特征用戶化，用戶可自定義特征參數。通過提取特征參數，設定特征參數間的約束條件，方便用戶修改和設計[7]。這是一種比較方便的設計方法，用戶可建立自己所需要的特征庫，然后在造型過程中使用。在側壓刀空刀部分成型過程中可見，采用UDF 可提高側壓刀造型效率。

在參數化造型中，設計者一般使用UG 的用戶自定義特征功能或通過計算機編程實現。第一種比較方便，但是沒法實現與用戶的交互；第二種可以實現模具的自動生成，比較智能，但編程的工作量大，對設計者編程要求比較高。

在空刀的設計造型中，結合了兩種方法的優點，空刀部分的特征建模采用UDF 方法建立UDF 庫，然后采用編程方法將UDF 進行導入然后定位，最后通過掃掠得到所需要的片體，通過裁剪實體得到所需要的空刀形狀，從而使設計更直觀，程序更簡潔。根據側壓刀形狀建立的特征part 如圖8 所示。

4.3 曲線優化

曲線優化是參數化設計過程中的難點，包邊線通常是空間曲線，形狀復雜，如果直接對包邊線進行偏置、拉伸，可能會出現自相交、不連續的面或線從而使造型無法進行。為解決該問題，采用對曲線進行光順，就是將樣條曲線根據精確度離散成各個點，再通過這些點重新擬合成一條新的曲線，得到的線比較平緩，有利于后續的造型。

圖8 空刀特征

5 結束語

本文以汽車覆蓋件包邊模側壓刀的設計為例，介紹了參數化設計在汽車覆蓋件模具設計中的具體應用。通過包邊模凸模、預包邊刀塊和正壓刀的參數化設計，達到模具的快速自動生成。但是，由于汽車覆蓋件模具空間結構復雜，在參數化設計時，有些料片質量不好的部分刀塊成型比較困難。今后需對結構復雜部分的設計作進一步研究，這也是參數化設計系統能否在企業推廣應用的關鍵。

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