冲压模具CAD系统中的关键技术

收稿日期:2001-12-17文章编号:1000-5323(2002)03-0250-04冲压模具CAD 系统中的关键技术李辉平1,栾贻国1,贺连芳2(1.山东大学 材料科学与工程学院,山东 济南 250061;2.济南尼克焊接技术有限公司,山东 济南 250001)摘 要:介绍了建立冲压模具CAD 系统的关键技术 根据冲压模具零件的特点,将其按GT 原理分类建库,并以后侧导柱上模板为例,说明了建库时应注意的问题;凹模外形设计是模具设计中的关键,用三角形方法对凹模外形进行了设计;针对模具装配图的消隐问题,提出了一种新的消隐方法 图形实体重构法;通过程序实现了明细表与零件指引线的联动关键词:冲压模具;CAD;凹模设计;装配图消隐中图分类号:TG385.2;TP311.1 文献标识码:AKey technology in the CAD system of stamping dieLI Hu-i ping 1,LUAN Y-i guo 1,HE Lian -fang 2(1.School of Material Science and Eng ineering ,Shandong U niversity,Jinan 250061,China;2.Jinan Uniarc Welding T echnolog y Limited Corporation,Jinan 250001,China)Abstract:In the paper,several key technolog ies for setting up the CAD system of stamping die are introduced.According to the principle of group technology ,the parts of stamping die are classified,and the problems noticed are explained during the foundation of graphics base.The outer shape design of die is the key w ork for mould design,so it is necessary to find out more reasonable method.In the paper,a triangle m ethod using to design dies is presented.Aiming at the hiding problem in the assembly draw ing of stamping die,a new hiding method the reconstruction of graphics entities is g iven.In order to achieve the linkage betw een the part lists and the part dow n-leads expediently,the program is developed,and the flow chart is given.Key words:Stamping die;CAD;Design of die;Hiding of assembly drawing0 引言在模具设计中,传统的人工设计方法存在以下缺点: 查阅数据表格需要花费较多的时间,影响了设计速度,而且在设计中经常出现某些错误; 在模具图绘制中,设计者必须绘制一些标准零件,把大量的时间用来从事一些重复、无创新性的工作计算机具有能迅速处理大量信息的优点,可在短时间内查阅多个数据库,确定设计人员所需要的数据,并根据查阅的数据,设计相应的冲压模具 美国、德国、英国、日本等不少国家,对冲压模具的计算机辅助设计及制造给予了很大的重视,并在冲压生产中获得广泛应用,取得了明显的经济效益 无论在提高效率、改2002年 6月 第32卷第3期 山东大学学报(工学版)JOURNAL OF SHANDONG UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENC E) Vol.32 No.3 Jun. 2002善质量方面,还是在降低成本、减轻劳动强度方面,模具CAD 技术的优越性都是传统的模具设计方法所无法比拟的1 模具零件分类模具零件的特征数量极多,按照成组技术(Group Technolog y)原理,我们可以将零件按照相似性程度划分为不同的相似级别,使同一类中的零件形状或功能等相似或基本相似 图1为典型的落料拉深复合模装配图,根据各种零件特征,模具零件可分为:图1 落料拉深复合模Fig.1 C ompound Blanking and Drawing Die(1)标准件,如图1中的模柄、导柱、导套等 它们的共同特点是:主导参数少,参数化程度高,只需两个或三个参数便可确定一种零件(2)半标准件,如图1中的上模座、下模座等 该类零件的外形尺寸有明确国家标准,但其内部的各种型孔尺寸要根据设计时的实际情况确定(3)非标准件,如图1中的凸模、凸凹模等 该类零件的外形尺寸没有标准规定,但它们要与半标准件的孔相关联,外形与所要加工的零件尺寸相关联(4)型孔不属于任何一类零件,它只是板类零件中的必要几何要素,但若要建立模具CAD 系统,有必要将其单独划分为一类,提高软件的通用性和灵活性,提高软件的模块化程度 2 模具零件图的生成2.1 模具标准件及半标准件的生成运用成组技术分类后,同一子类的模具零件及其相关图素有一定的规律可循,便可将同一子类的模具零件建立参数化模型,并把图库以程序和数据库及数据文件的形式存储,采用程序参数化的方法建立其参数化图形库 模具零件由尺寸参数和技术参数确定,当参数变化时,零件的形状和特性也随着改变,根据此特点可建立起模具图形库,用户只需输入参数化程序所必需的主导参数,系统将从数据库中查出其他的参数,完成同一子类模具零件模型的设计,一个参数化程序便可非常方便地产生一组模具零件以冷冲模国家标准中后侧导柱上模座为例,此零件总共有17个参数,只有L 、B 、D 0和t 为主导参数,其中L 、B 和t 是凹模周界为方形的上模板的主导参数,D 0和t 是凹模周界为圆形的上模板的主导参数 因而只要通过三个参数便可确定某种凹模周界为方形的后侧导柱上模座,通过两个参数便可确定某种凹模周界为圆形的后侧导柱上模座,利用一个数据库和参数化程序即可完成80余种后侧导柱上模座的计算机辅助设计2.2 模具凹模设计凹模的外形形状和外形尺寸决定了模架的大小及形式,并影响模具的整体结构 如果冲裁件轮廓不规则,而且形状比较复杂,要确定凹模的外形形状,可以采用图形旋转法 此法虽可确定凹模外形,但由于每旋转一个角度增量便需对冲裁件零件图进行一次多边形化处理,因而计算量极大 另外旋转的角度增量也不容易确定,往往由于旋转增量选择不合适,而漏过最佳的凹模外形尺寸2.2.1 用图形旋转法设计凹模用图形旋转法进行凹模外形设计的过程为:将冲裁件轮廓多边形化,做多边形的最小外接矩形或最小外接圆,求得最小外接图形面积一个值K 1,然后将冲裁件以一点为圆心旋转一定的角度后,再进行多边形第3期李辉平等:冲压模具CAD 系统中的关键技术251化并找出一个最小外接图形,求得最小外接图形面积值K 2,重复上述步骤,求得一系列最小外接图形及其面积K m ,比较K 1、K 2...K m 值的大小,找出其中最小的一个,与此值相对应的最小外接图形即为要求的最小外接图形2.2.2 用三角形法设计凹模[4]用三角形法确定了凹模的外形形状及外形尺寸后,选择适当的螺钉及销钉的数量,在凹模俯视图中合理地布置螺钉孔及销钉孔的位置,完成凹模俯视图的绘制 要生成冲裁凹模的主视图,必须先确定凹模的剖切位置,求剖切线与凹模内轮廓的交点,将剖切线、剖切后留下的那部分凹模内轮廓、凹模外轮廓、销钉孔、螺钉孔一起组成一个新的封闭轮廓,并将此封闭轮廓进行多边形化处理,求出此封闭轮廓的主视图投影,便可确定剖切后的凹模主视图将冲裁件外轮廓多边形化后,用三角形法求出多边形的最小外接圆,根据凹模强度要求求出凹模的最小边界,根据国家标准产生销钉孔和螺钉孔的数量及排列位置,生成凹模俯视图 在凹模俯视图中选定凹模的剖切位置,按照旋转剖的规则,对相应的图素进行旋转,求各剖切线与螺钉孔、销钉孔、凹模内轮廓、凹模外轮廓的交点,生成新的多边形 由于多边形中的许多顶点属于原来的切点,在生成主视图时,切点有的要产生棱线,有的不产生棱线,因而要从多边形顶点集中去除不产生棱线的切点 经过处理的多边形顶点集中的每个顶点在主视图中都对应着一条可见或被隐藏的棱线,棱线的位置由对应顶点的X 坐标确定,棱线的可见与不可见由对应顶点的X 坐标及此顶点与投影面的关系决定 在处理后的点集中任取一点,根据此点的X 坐标确定一条过此点且平行于Y 轴的直线,求此直线与多边形所有棱线的交点,并根据交点的数目及交点与点集中相应点的关系,确定棱线的可见与不可见性,具体方法在文献[5]中已详细介绍2.3 装配图的消隐技术模具CAD 系统的装配图消隐可采用三角剖分法、平面优先级法、平面图形裁剪法等方法得以实现,但是这些方法均需要对圆弧进行三角剖分,而且三角剖分的精度制约着消隐的精度 针对以上方法的缺点,提出了图形实体重构方法根据装配图的特点,由于装配图中所有图素都有直线和圆弧两类图素组成,因而可将模具装配图的消隐问题转化为求交点的问题,即搜索消隐边界求交点,判断直线及圆弧与消隐区域的位置关系 对于直线来图2 实体重构流程图Fig.2 Flow Chart of Reconstructing Graphic 说共有五种情况: 直线的起点在区域内,终点在区域外; 直线穿越封闭区域; 直线在区域内部; 直线起点在区域外,终点在区域内; 直线完全在封闭区域外 对第五种情况不必进行任何处理;对第三种情况,只需将直线从图形数据库中去除即可,问题的关键是如何处理其余的三种情况 考虑到模具装配图生成时消隐的准确性及程序执行过程的稳定性,对于第一、第二、第四种情况采用了图形实体重构法,即在求出了交点之后,利用交点信息,根据实体与封闭区域的关系,重新生成相应实体的描述信息,并把它添加到图形数据库中对于直线与圆弧、圆弧与圆弧及其它们之间的相互组合,所用的处理方法同上述的直线与直线的处理方法相同 此模块的流程图如图2所示2.4 装配图明细表的联动在用AutoCAD 软件包绘制模具装配图时,设计人员往往通过基本绘图命令生成明细表、零件指引线及零件标号,这对设计人员来说是一个繁琐的过程 要建立一个252 山东大学学报(工学版)2002年图3 明细表联动流程图Fig.3 Flow Chart of linkage between the part lists and thepart down -leads 完善的模具CAD 系统,必须考虑通过计算机自动生成明细表、零件指引线及零件标号,并能实现明细表、零件指引线及零件标号的联动,即插入或删除零件标号时,要在相应的位置插入零件的明细表及指引线或删除相应零件的明细表及指引线,并根据插入或删除情况,相应地调整其它零件的标号及明细表的位置 要实现此功能,可利用AutoCAD 软件包二次开发功能,利用V-isual LISP 语言进行开发,程序流程图如图3所示3 结语根据冲压模具零件的特点,按GT 原理对其分类,并通过程序建立了冲压模具的零件库;针对图形旋转法的缺陷,提出用三角形法取代图形旋转法设计圆形凹模;用实体重构法解决了冲压模具装配图的消隐问题;通过程序实现了零件指引线与明细表的联动参考文献:[1] 杨新军,盛自强,李建军,等.二维装配图消隐方法的研究[J].模具工业,1997,(3):3.[2] 孙知信,孙正兴,丁秋林.模具CA D 系统中装配图生成技术[J].模具工业,1997,(2):18.[3] 朱坚民,王铁军,周福章.参数化智能冲裁模CA D 系统[J].洛阳工学院学报,1999,(1):21.[4] 栾贻国,李辉平,贺连芳.冲裁凹模的自动设计[J].锻压机械,2000,(3):40.[5] 栾贻国,贺连芳,李辉平.冲模CA D 中非圆凸模和凹模的自动生成[J].锻压技术,1999,(4):46.李辉平作者简介:李辉平,男,1972出生,山东大学材料科学与工程学院讲师,研究方向主要有:产品/模具快速设计与制造、产品/模具反求技术、模具CAD/CAM /CAE 、金属塑性成形数值模拟等栾贻国,男,1958出生,山东大学材料科学与工程学院教授贺连芳,女,1972出生,济南尼克焊接技术有限公司助理工程师第3期李辉平等:冲压模具CAD 系统中的关键技术253。