基于CATIA的汽车悬架控制臂模具设计研究

2016-09-10常影明哲佟沐霖杨珊珊张瑞军吉林农业科技学院机械工程学院吉林农业科技学院水利与土木工程学院江西工业工程职业技术学院机电工程系

河北农机 2016年6期

常影明哲佟沐霖杨珊珊张瑞军、吉林农业科技学院机械工程学院、吉林农业科技学院水利与土木工程学院、江西工业工程职业技术学院机电工程系

常影1明哲1佟沐霖1杨珊珊2张瑞军3
1、吉林农业科技学院机械工程学院 2、吉林农业科技学院水利与土木工程学院3、江西工业工程职业技术学院机电工程系

汽车零部件曲面结构复杂，不仅建模周期长，模具的设计也很复杂。CATIA软件具有强大的曲面建模功能，也因此在汽车领域应用非常广泛。本文应用CATIA软件对汽车悬架控制臂进行模具设计，不仅减少多个软件更换不兼容的问题，还可以应用CATIA软件中的干涉检测功能检验设计的合理性，对汽车类复杂零件的模具设计研究起到一定的借鉴作用。

汽车悬架控制臂；CATIA软件；模具设计；干涉分析

1 引言

汽车悬架控制臂的曲面结构较复杂，且是影响汽车行驶性能的重要零件之一［1］。模具是影响汽车悬架控制臂加工精度的重要因素，因此，如何能够快速有效地设计和加工模具非常重要。CATIA软件因具有强大的曲面造型功能，在汽车产业中应用广泛，应用CATIA软件进行模具设计研究，提高了设计的效率，降低了成本［2］。

2 汽车悬架控制臂的模型

图1 三维模型实体

汽车悬架控制臂是结构较复杂、加工难度较大的零件，传统的加工方法常采用锻造工艺进行加工，因此模具的加工精度对生产的零件有至关重要的影响。传统的模具设计过程复杂、周期长且成本高。应用CATIA软件基于模型进行模具设计，得到汽车悬架控制臂的三维模型实体，如图1所示，并在理论上验证模具的合理性，不仅缩短了设计的周期，且降低了成本［4］，尤其对于微小企业，在低成本的情况下可以通过合理的设计、验证，最终进行生产，增强了企业的竞争力。

3 模具设计

应用CATIA软件，采用“core-cavity”工作台对汽车悬架控制臂模型进行模具设计如下：（1）明确汽车悬架控制臂液态模锻模具的开模方向，并通过分割命令得到模具的型芯、型腔和滑块区域面；（2）通过拉伸、填充等命令完成型芯、型腔和滑块分型面的定义；（3）在零部件设计工作台下，得到汽车悬架控制臂模具的各个零件。

3.1 导入模型

打开CATIA软件，进入“core-cavity”工作台下，导入模型，收缩率数值为1.005，然后添加缩放后的实体。

3.2 定义主开模方向

选择“PullingDirection”命令，设置坐标系，根据模型的特点，锁定开模方向（图2）。

图2 定义主开模方向

3.3 分割模型区域

（1）选择“平面定义”命令，然后定义参数，创建平面；（2）选择“草图”命令，在图形区选择所创建的平面为草绘平面，完成草图的绘制；（3）选择“投影定义”对话框，定义投影类型为沿某一方向，然后定义并创建投影曲线和支持面；（4）选择“Split Mold Area”命令，选取要分割的面及分割元素，并定义分割区域颜色，完成分割区域1的创建，重复上述操作，完成所有的区域分割。

3.4 移动元素

选择“Transfer”命令，系统将弹出“Transfer Element”对话框。定义型腔区域，选择“Cavity.1”选项，然后选取面。依次定义型芯和Other.1区域。

3.5 定义滑块开模方向

选择“Slider Lifter…”命令，然后定义对话参数，DX、DY和DZ的文本框接受系统的默认值，在模型上选取所有的“Other”曲面。

3.6 集合曲面

选择“Aggregate Mold Area…”命令，然后选择要集合的区域，在下拉列表中选择“Core.1”，然后选择“Create a datum Join”，完成型芯曲面的集合，然后依次集合型腔和Other区域。集合型芯曲面，如图3所示。

图3 集合型芯曲面

3.7 创建爆炸曲面

选择“Explode View…”命令，在“Explode Value”文本框中定义移动距离为100，完成爆炸曲面的创建。

3.8 模型修补

选择插入“几何图形集”命令，名称为“other-surface”，接受文本框中的默认“MoldedPart”选项，然后确认。选择“Fill…”命令，选取填充边界，完成填充。

3.9 创建分型面

首先创建“other-surface”面，将“other-surface”定义为工作对象，选择偏移平面，完成平面创建，在平面上绘制草图；然后通过边界、投影以及“Curve on Surface”等命令绘制曲线；最后通过拉伸、填充及扫掠等命令绘制面，再通过接合命令将所得的面接合成一个面。然后创建core-surface面和创建cavity-surface面。

3.10 模具分型

首先创建型芯，定义“core-part”为工作对象，选择分割命令，并选取接合“core-surface”为分割元素，完成模具型芯的创建。然后创建型腔和创建滑块，最后创建模具分解视图，通过分解视图可以进一步检验模具设计的合理性，如果有冲突则需要重新对模具进行修改，最终得到模具三维模型（图4）。

图4 模具的三维模型

4 模具的干涉检测

为了检验模具设计的合理性，应用CATIA软件的干涉检测功能，直接观察到模具设计的好坏，减少了以往直接加工出模具实体进行检验的成本和时间，使得加工成本减少了。选择间隙+接触+碰撞为干涉类型，并选择所有部件以及所有状态进行分析，并输出干涉矩阵排列形式。如果检测结果有干涉，则需要对模具进行修改，直到检测结果干涉数目为0（图5）。