覆盖件拉延模工艺补充面优化设计

于 昂

（无锡职业技术学院 机械技术学院，江苏 无锡 214121）

拉延工序是汽车覆盖件成形的首次工序，拉延工序的成形质量对覆盖件后续成型工序有着重大影响，为了获得好的拉延零件，就要进行适当的工艺处理。设置合适的工艺补充面，是设计中的重点和难点。它可以使板料成形的力学条件得到改善，使板料在拉延过程中不产生常见的起皱和破裂现象，尽量使板料发生均匀变形，同时还要考虑后续工序的定位、修边、翻边等情况。本文在研究现有的工艺补充面设计基础上，提出基于几何分析的工艺补充面优化设计方法。研究内容包括：一般工艺补充面设计和基于几何分析的补充面优化设计。

一、工艺补充面研究现状

在汽车覆盖件实际生产过程中，补充面的设计方法都是采用二维截面线构造曲面的方式。补充面的一般设计步骤有两步：第一步通过工艺计算将产品的翻边部分展开，获得修边轮廓线；第二步沿修边线一周设置一系列补充面截面线，再生成工艺补充面，将其称为两步法[1]。现有的工艺补充面方法主要有以下三个方面的问题。

（一）定性设计

在补充面的设计过程中，补充面的设计好坏，完全取决于设计人员的设计经验，对于年轻的设计工程师是一个很大的挑战。

（二）设计质量难以保证

翻边部分都是在产品边界，在产品边界设置工艺补充面，要求曲面之间光顺连接，以保证拉延工序的质量。一般工艺补充面设计方法先将产品的边界和翻边部分的展开光滑连接，然后再使补充面部分和前两张光滑连接，使得设计难度增加。

（三）设计效率低

原因有两方面：一是补充面截面线由工艺人员在设计时手工创建，相当费时、费工；二是对设计结果的修改，由于没有采用参数化设计技术，导致修改效率低[2]。

为了优化补充面的设计效率和质量，常采用的方法有两种：一是建立补充面截面线库，二采用补充面参数化设计方法。它们采用的设计思路还是两步法设计，因此，补充面的设计效率和质量还是依赖于工程师的设计经验。

二、工艺补充面优化设计

为了提高设计效率和质量，本文提出工艺补充面优化设计框架如图1所示：

图1 工艺补充面优化设计框架

（一）定量设计

对产品模型边界进行分析，利用知识库进行推理和计算，生成补充面，从而克服定性设计的不足。

（二）产品边界、翻边部分和工艺补充面同时设计

在设计补充面时，往往步骤分得越多，曲面之间的衔接越难控制，曲面的质量越难以保证。为此，把设计的二维截面线直接设置到产品的边界上，从而使得工艺补充面一步设计，称为一步法。

（三）建立补充面截面线特征库

通过大量实例归纳建立截面线特征库，在设计时可以方便的调用从而提高补充面的设计效率。

（四）工艺补充面的优化设计过程

补充面优化设计过程的主要步骤如下：

（1）对产品边界轮廓线进行智能分析，创建关键点。

（2）通过关键点创建截平面，由边界轮廓线和截平面的交线，得到一系列所需的截面线；

（3）对所获得的截面线和关键点进行约束处理。

（4）利用三维造型软件中的曲面造型技术，获得工艺补充面。

三、工艺补充面设计实例

下面以图2为例介绍补充面的设计过程：

图2 产品边界轮廓线

图3 创建关键点

（1）读取产品的边界轮廓线，一般来讲它是一个空间的封闭曲线；

（2）创建关键点。将曲线离散化处理，通过知识库自动推理，找出一系列关键点。如图3所示。

（3）利用关键点创建截面线。利用关键点的切矢和法矢创建平面，所得平面和产品边界相交得到截面线。如图4所示；

图4 创建截面线

（4）将截面线上关键点进行约束处理，在知识库的推理下，选择截面线特征形式；

（5）继续创建其它的截面线，如图5所示；

图5 补充面截面线的设置

（6）利用三维软件的曲面造型功能，生成补充面，图6为补充面设计结果。

图6 补充面的生成

四、小结

（1）对工艺补充面的设计现状及其存在的问题进行分析，提出了优化工艺补充面的设计方法。

（2）运用具体实例介绍了工艺补充面的优化设计过程，大大提高了设计的效率和质量。

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