搜索CATIA V5功能建模技术在汽车零件结构设计中的应用
2016-11-08 by:CAE仿真在线 来源:互联网
目前,汽车上业主要是通过设计数据,构造零、部件CAD模型和模具CAD模型,再通过数控加工制造模具,进而再进行零件生产的设计制造流程。随着汽车工业的发展,全球采购已经初具雏形,一般都是汽车整车企业汽车研究机构对汽车进行总布置设计,以及对汽车的关键尺寸及外形进行设计,之后将数据通过实时协同功能传递给汽车零部件制造企业进行详细的结构设计、模具设计最终完成制造并供货。但是随着供应链的的复杂化,以及产品更新的频繁化,一些传统的三维设计方法在产品设计以及后期产品变更方面显得相当困难。该现状促成了CATIA V5功能建模在汽车行业的广泛使用。
功能建模技术在汽车领域主要应用是:1)汽车车身及底盘部件的结构设计;2)零件的动定模设计。
1 功能建模前的准备工作
CATIA软件在造型风格、车身等方而具有独特的长处,使用自动化的多表而曲率与切矢管理,可帮助用户快速进行风格造型和曲面造型。目前一些著名汽车制造商如Renault、Toyota、Kar2man、Volvo、Chrysler等已经100%的切换为CATIA设计,并且被各国的汽车零、部件供应商所认可。CATIA事实上已成为汽车行业CAD软件标准。本实例中,我们通过CATIA的逆向工程(reverse engine)及正向造型完成了外形曲面的设计。
2 CATIAV5功能建模在汽车零部件的结构设计中的应用
下面通过一个汽车方向盘转向柱罩的结构设计,说明功能建模的开发过程。
图1 汽车方向盘转向柱罩的结构设计
2.1 对主机厂提供的外形曲而进行校验并完成基础实体的创建
如图2所示,我们从主机厂获得汽车方向盘转向柱罩的外形曲面(图2中黄色的面)和相关的一些装配曲面,确认后开始进行设计,首先进行一个基础实体的创建,要保证这个基础实体能将汽车方向盘转向柱罩全部包容(图2的半透明区域)。
图2 汽车方向盘转向柱罩的外形曲面
2.2 对基础实体进行裁剪
利用汽车方向盘转向柱罩外形曲面对基础实体进行裁剪,并根据需要倒角。最后完成的的外形轮廓如图3所示。
图3 汽车方向盘外形轮廓
2.3 对汽车方向盘转向柱罩的结构件进行设计
首先我们根据需要,对这个实体模型进行抽壳。之后根据数据设计好汽车的点火钥匙孔、应急灯控制手柄安装孔、转向灯控制手柄安装孔等功能部件,并利用功能建模独有的“保护区域”命令进行保护区域的设计。在设置好“保护区域”后,任何后续的修改都不能对其特征产生破坏,因此也称避空区域。通过裁剪命令、外推等操作,自动地生成壁厚均匀的安装座。最后的效果如图4所示(红色半透明区域即是保护区域)。
图4 保护区域的设计效果
2.4 根据模具设计、制造及强度要求进行一些结构件的设计
首先通过分模面对这个腔体进行分割,在设计加强筋后设计一个公母卡扣用来装配过程中的固定。
在功能建模过程中,我们只需要一个命令就可以根据一个草图完成整个结构的加强筋设计,并利用draft选项设计一个拔模角(如图5);在倒角指令中,利用角中的选项:intersection with core完成加强筋与腔体内壁的全部倒角(如图6)。
图5 设计拔模角
图6 加强筋与腔体内壁的全部倒角
最后利用CATIA强大的知识工程能力调用一个预先使用powercopy形成的公母卡扣标准件,通过指定几个基本的定位及尺寸参数后完成卡扣的设计(如图7),指令简单、简洁。完成结构的设计。
图7 卡扣设计
3 功能建模在产品变更中的使用
在产品的设计末期以及产品的使用过程中往往暴露一些设计的缺陷,或者更换某些部件常常会导致一些产品变更。得益于CATIA的全参数化设计,在产品的设计变更中,通过功能建模完成的产品往往只需要经过简单的替换等操作,将原来的一些产品要素进行更新即可完成要求。而在传统的设计过程中,由于参数的不完全传递或者其他的一些因素导致参数丢失,在变更过程中往往要进行大量的工作才能实现,有时侯甚至不得不重新设计,浪费了大量的人力和时间,延长了产品的上市时间,给公司带来很大的损失。
下面通过我们前面的实例对变更的响应来了解功能建模的优势所在。
图8 产品设计变更
根据分析,从传统的设计思路来看必将面临着很人的困难,首先是外形的变化必将影响到所以与此相关的子特征;而楔形块位置的变化又牵涉到加强筋的牵移等等。而我们通过功能建模功能,只需将产生这些特征的原始特征进行replace替换更新便可以实现特征的传递。
图9 实现特征传递
4 结语
功能建模技术已经广泛应用于汽车零部件、电子、电器、消费品等基于模具制造的产品设计行业。功能建模方法能够提高设计师的灵活性及效率,使设计师可以将精力集中于要如何设计,而非如何建模。由于不受建模顺序影响因此建模稳定,不易出错。因此,在产品的结构设计模具设计行业均有广泛的应用前景。
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