CADCAM在汽车灯具模具项目中的应用

国际金属加工网 2017年08月03日

汽车灯具模具的设计制造,作为复杂曲面注塑模具的高端应用,具有越来越广泛的市场需求和更高的利润,因而在我国已经逐步发展成为一个专门的行业,在深训、广州、江浙一带已有数个模具厂家转为灯具模具的专业制造企业。随着汽车行业在我国飞速发展,各汽车灯具制造厂迫切需要生产工具、设备的升级改造,以适应替代进口的要求,汽车车灯制品本身也向着品种更新快、曲面流线更加复杂、装配精度更高、透明度更佳的方向发展,要求车灯模具制造企业不仅需要引进更高精度的加工设备,更需要芫善高效的制造工艺。

这取决于高性能的集成CAD/CAM软件的应用

其中Pro/Engineer软件以其强大的造型功能、可靠的CAM及各功能模块的芫全集成度逐渐成为世界范围的主流。由于车灯模具设计制造的复杂性,涉及到的CAD/CAM模块几乎覆盖Pro/Engineer软件的全部功能,其中主要的专业模块包括Scantool、1Pro/Engineer逆向工程造型技术在车灯模具项目中的应用汽车模具的设计与生产过程一般都是经过由汽车主模型、工艺模型、模具设计、模具制造、模具质量检验,然后经试模、人工修改等过程。逆向工程是通过对实物模型的数据采集,进行三维模型重建的过程,它是整个汽车工业设计与生产过程中最重要的环节之一。根据逆向工程所生成的模型,进行产品设计、工艺设计、模具设计、模具制造及质量检验等后续生产过程。需逆向工程的实物模型都是非常复杂的几何形体,复杂形体的几何模型是有多曲面经裁剪、过渡等组合而成。其特征淹没在点云之中,欲将特征重新提取出来,是一个非常烦琐、专业性要求极高的工作。

逆向工程方法如所示。逆向工程系统将测量的点云数据,经过必要的编辑、多模型自动匹配、偏置、滤波、排序等优化处理,人工或半人工寻找结构特征线,根据结构线及域内点云拟合出各局部的曲面CAD模型。逆向工程处理结果的保型性(模型的几何精度)是最基本的要求,另一个非常重要的内容是便捷性。最新2001版Pro/Engineer软件中应用Scantoo丨和Sur- face两个模块结合,可以实现高效、高精度的逆向工程的技术。

L1灯罩透面的逆向工程技术应用几何模型的精度与曲面的光顺是一对不可调和的矛盾。操作者需调整模型以适应两方面的要求,也极大地影响了逆向工程的速度。由于灯罩透面的面积较大,曲率变化平缓,实际应用中选取曲面的外轮廓线和交叉的数条骨架线,在三坐标测量机上做连续扫描,得出的数据定义为ibl文件,用Pro/Engineer软件直接读取,产生结构线,定义为边界线和矢量线,用surface模块做出曲面,产生的结果如所示。这种方法在使用稀疏数据的或质量不好的数据产生曲面时比用这些数据直接产生模型的表面效果要好,精度也更高,比较好的解决了几何模型精度与曲面光顺的矛盾。通常直接使用这些数据做特征曲面产生的模型不够平整。

L2局部逆向技术在细节造型中的应用对于复杂曲面经光顺过度处理而形成的局部特征,测量方式应适应Pro/Engineer建模特点的要求,扫描数据时应按照特征的曲率变化趋势作测量,得出的特征线在Pro/Engineer构造曲面时作为矢量方向,以保证精度。

另外,应慎重选取特征曲面和补丁曲面的划分边界,选取恰当的模型放置角度即测量方向,以获取曲率变化平缓的最大面积的曲面在一次连续扫描测量中被覆盖。这样的操作目的是降低测量次数,降低缝合碎片时曲面边界发生的变形。从而极大的提高建模效率和精度。

对于复杂曲面中包含的标准特征,采用点位测量的办法提取特征数据,再用正向曲面建模的办法完成标准的建立。

从经过以上处理的测量结果中获取点云数据,在Pro/Engineer中按矢量方向处理为特征曲线,进一步生成快照面、特征曲面,再进行裁剪、缝合处理,得出准确、光顺的CAD产品模型,如所示。

2CAD/CAM对合模面精加工的影响受模方向的限制,车灯模具的合模面通常都是斜度很大的不规则曲面,如所示。根据灯罩注塑材料流动性能的要求,上下合模面的误差应控制在0.02mm以内,以免产生飞边。加工如此大面积的合模面不能仅在CAM阶段着手解决,在CAD造型阶段也要注意使用保持精度的可行手段。

CAD对精加工的影响并不直观,但是CAD模型可能并未真正定义出符合精加工要求的形状。

精加工常常遇到的主要问题之一是用于建立零件模型的公差要大于最终的加工公差。精度问题的主要产生于数据交换。IGES格式的文件转换在造型过程中会多次使用,这些转换导致精度的损失。由于这些损失是累积性的,因此,设计零件模型时应尽量减少格式转换的次数,并且在转换中确保将零件模型的公差设置得足够小,至少较精加工公差小10倍。

灯具CAD模型表面的复杂曲面都是由多个逆向曲面缝合而成。这些曲面边界的缝合精度直接影响到所产生的刀具路径质量。缝合部分可能会导致刀具路径中出现坐标的跳跃,使加工后的表面出现刀痕。这种问题通常是由于被缝合的曲面在分别造型时公差不一致产生。缝合过程中数据转换误差也可能导致精加工表面出现刀痕。

Z2CAM时精加工的影响影响模具制品外观质量的一个重要因素是模具内侧的圆倒角和拐角,注意不能使用相同直径的刀具直接加工。如果使用这种方法,则刀具直接切进尖锐拐角,使刀具负荷急遽增加而发生震跳,影响加工表面外观质量和精度。应在CAM中选用直径小于圆倒角几何尺寸的70%的刀具,使拐角处的刀具路径更加平顺,降低刀具负荷。

尽管小直径刀具的高速加工扩大了可直接铣削的特征范围,但对形状特别复杂的曲面,细节部分还是必须使用EDM加工,如所示。另外多数零件上会有许多孔,这些孔可直接钻出。如果供加工使用的CAD模型中包含了这些特征,则CAM生成的刀具路径中会包含这些不希望进行铣削加工的区域,如果不进行处理,则实际加工时刀具势必会切入这些孔或尖角中。操作者需花费很多时间来修正这些错误,以避免刀具损。应尽量将这些不希望进行铣削加工的特征从用于产生刀具路径的CAD模型中摘除。直接的办法是删除这些特征,必要时添加额外曲面将这些特征覆盖。

3计算机辅助模架结构设计了lld功能。它是一种高度集成化的塑料模具设计专家系统,它提供了包括顶杆、冲针、浇口、流道、水道设计的辅助工具,当其与Modeling、AssenWy和Manufacturing联合使用时,能提供模具设计所需的全部解决方案。它覆盖了从接受产品模型、绘制零件图、到编制材料清单、产生加工数据整个模具设计过程。使生产过程实现并行工程,在进行模具细节设计的同时,可以提早定购型腔和模架的钢材。

供应商提供的模具零部件数据库,如所示。操作者不仅可以通过它目录中选取零部件,铨要的是它包含模具零部件装配关系整个设计过程中,设计者能够试用不同的尺寸或部局,当一个零部件被修改fro/Enginee「提供的椟架:庠选择菜单时,其它相关零部件将会被自动修改更新。

随着设计的进行,Mold将建立一个三维模具模型。设计出的模型是一个具有基于特征的装配模型。它保存有每一零部件的几何功能信息。例如,如果在模型中增加一个顶杆,则它所经过的所有模板都将自动增加必要的孔并具有所需的间隙,包括模板上的密封孔。如果将此顶杆去掉,则所有相关的孔都将同时被自动删除。

随着设计的进一步展开,将产生模具的二维总装部局图,同时产生材料清单。芫成设计以后,可以通过Mold产生每一模具元件的零件图和装配图。

通过这种方法操作者可以得到所有的二维工程图。

车灯模具是工业用途的注塑模具中最复杂的应用实例,熟练应用CAD/CAM技术,会极大的提高模具设计制造效率,保证模具精度。


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