CATIA软件在模锻设计中的应用

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吣mID吲GN数字化设计眉M■’—7．月，1，rflTD}GlTALDESlG，‘一JrU队．，-CATIA软件在模锻设计中的应用ApplicationofCATIASoftwareinStampForgingDrawingDesign中航飞机西安飞机分公司张兵宪朱增辉【摘要】传统的模锻件图、锻模图和冲切模图是用二维软件绘制的，绘制周期长而且不直观。尤其是复杂形状的模锻件图的设计过程更是一个长周期、低质量和高成本的过程。为了适应现代生产，将三维实体设计软件CATIA应用到模锻件图及锻模图和冲切模图的设计中，一方面提高了产品设计工艺的技术水平，另一方面也适应了锻模和冲切模数控加工的需要：关键词：CATIA模锻件图冷模锻件图热模锻件图锻、冲模图【ABSTRACTlThetraditionalstampworkdrawing，forgingmouldandpunchdiedrawingaredrawnbyusing2Ddrawingsoftware，sothecycleislongandnotdirect，especiallythedesignprocessofcomplexshapestampworkdrawingismoreofalongcycle，lowqualityandhighcostprocess．Inordertoadapttomodemproduction，3DentitydesignsoftwareCATIAisappliedtothestampworkdrawingandforgingmouldandpunchdiedrawing，ontheonehandtoimprovethetechnicalleveloftheproductde-signprocess，butalsotoadapttotheneedofforgingmouldandpunchdiedrawingCNCmachining．Keywords：CATIAStampworkdrawingColdstampworkdrawingHotStampworkdraw-ingForgingmouldandpunchdiedrawing为了适应现代化生产对热模锻开发的短周期、高质量、低成本的要求，将先进的设计理论与方法以及计算机技术，尤其是CAD技术引入传统的模锻件及锻模和冲切模设计过程是热模锻设计领域的必然趋势。另外，为适应现代企业发展的趋势，在模锻件图及锻模和冲切模图的设计中，在AUTOCAD二维设计软件比较成熟的情况下，将三维实体设计软件CATIA应用到模锻件图及锻、冲模图的设计中意义重大。1三维CAD技术在热模锻设计上的应用现状三维CAD及CAM辅助设计目前已经成为计算机辅助设计和制造的主流产品，大有取代二维平面设计的趋势。目前，较为流行的二三维CAD、CAM辅助设计软件有PRO／E、UG、MASTERCAD、CATlA、SOLIDWORK等。国际上先进的航空制造企业早在20世纪就已经在飞机设计上使用了CATIA软件，经过数十年的发展，模锻件的数字化已成为必然趋势。因为CATIA软件有较强的产品设计、制造、仿真与最优化及3D产品生命周期管理等功能，所以可使模锻件设计速度、质量以及随后的锻冲模的设计速度和质量大大提高，也方便了模具CAE，极大地缩短了模具制造周期。2CATIA软件在冷模锻件图设计中的应用在CATIA软件中，设计思想以参数设计为主，因此在冷模锻件图设计中，首先应对产品零件进行分析，结合车间的具体生产条件、锻件生产批量，选择合理的工艺方案。以某零件(图1)为例来说明：口Ⅻ-p*MI_∞*』■ja日膏二，矗，宅．曝孰磊+啼气q；曩曩'疆日吨．j曩．茸F母毋目’口南争“t蝎曰=～p日圈，、一‘同^≈～gp矗埋国伊●每p4矿o+◆乜，C．：n吕●●昌图1某零件Fig．1Onepart一般情况下，如果产品图的设计基准面与模锻件图的设计基准面相同，则以是否有产品零件三维数模分为两种情况。(1)有产品零件i维数模。这种情况时，因为产品数模设计时的坐标和草图都已经存在，所以在设计模锻件图时可以借用产品图现有的坐标和草图。这时就应该考虑锻造工艺和生产实际情况，在需要机械加工或有粗糙度要求时，在相应的尺寸上加机加余量；所有的工艺孔和锻造T艺不能满足的凹槽等凹陷部位，都应加上工艺敷料，还应考虑锻造公差、圆角半径等。当2014年第22期·航窄制造技术2l 数字化设计眦眦。吲GN然，在模锻件图设计前就应该考虑分模面的确定部位，并以分模面为基准面设计m模斜度等锻造T艺。这样就绘制出一张冷锻件图，它表示锻件的最后形状和尺寸，供锻件检验和生产管理使用：(2)没有产品零件三维数模。这种情况卡Hx,t于前者，只需增加坐标的选择和草图的绘制过程(图2)，其他设计过程与第一种情况相同。另外，如果是形状复杂的锻件，其形状是空间3个方向，而且设计其模锻件冈时，分模面是曲面分模，这时就不能简单地借用产品冈的设计思路，而是应该考虑锻造工艺的合理性。分模面的选择应保证锻件能从模膛中方便地取出，且应使模膛的深度最小和宽度最大。在宽而低的模膛中是以墩粗方式冲满的，容易成形；狭而深的模膛是以压人方式充满的，金属成型困难。另外，分模面应尽量做在锻件最大截面的中部。对模锻圆角半径的选择，为了便于金属在形槽内流动和考虑到锻模强度，锻件上凸出或凹下的部位都不允许呈锐角状，应当带有适当的圆角。这是因为凸圆角的作用是避免锻模在热处理时和模锻过程中因应力集中而开裂；凹圆角的作用是使金属易于流动充满型腔，防止产生折迭或型槽过早压塌，还应该考虑冲孑L连皮、斜底连皮等工艺，所以这样的锻件数模的设计是最复杂的。a”H口*--|mMm』』-)茸鼋毋嚣r蕾．，．晴杖手÷国qqj，。：皇．回国⋯)’’-6bo恤’毒c-’--、h’r_摹2■图2坐标选择和草图绘制Fig．2Choosingcoordinateandplottingsketch3CATIA软件在热模锻件图设计中的应用因为锻件是在模具终锻型槽中生产出来的，而终锻型槽是按照热模锻件网加丁制造和检验的，所以应先绘制热锻件图。热模锻件图设计以冷模锻件图为依据，但又有区别。首先，热锻件图的尺寸标注原则是高度方向尺寸以分模面为基准，便于锻模机械加工和准备样板；其次，考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的尺寸比冷锻件图中的相应尺寸有所增大，增加锻件材料的热缩量(钢为1．2％，铝合金为1．0％，钛合金为0．7％，铜合金为22航窄制造技术·2014年第22期1．3％，镁合金为0．75％)，设计的某零件对应的热锻件数模如图3所示。日钳t∞∞Ⅲmm¨¨』』二】茸日罩：、‘矗建+．嚼譬囊+E亭qq；匝童．品回q¨盟苴醪备口a氇I；．争。．．嚆回=：勺p田豳，‰粤立避X!叟一旦蔓c罾矿一毒白4g-’o÷令气’：on葛一0蛰图3某零件热锻件数模Fig．3Hotstampworkdrawingofonepart4CATIA软件在热锻模图设计中的应用常用的模锻设备有1l模锻锤、315t摩擦压力机两种，对应这两种设备已经形成4种标准夹具和4种标准模具镶块以及1t、2t两种整体模，所以在用CATIA软件设计热锻模图时，一般情况下，可先设计出这4种标准模具镶块及1t、2t两种整体模实体模型，把该实体模型作为模板，在设计热锻模时，可在实体模型上设计出终锻型槽及毛边槽、钳口等图4为某零件热锻模数模图‘】，’，‘0e口7二“扣目。’⋯～。曲^⋯t_^■Jo瞄J坷、?E。．：．÷：)·、i』Jj，÷守b’7．二且●6“J一曲n南·rnz“pⅦI‰‰o竺■^扁，)蕊翻冁嚣。图4某零件热锻模数模图Fig．4Hotforgingmoulddrawingofonepart5CATlA软件在冲切模图设计中的应用冲切模主要由冲头、阴模及卸毛边装置等组成。在设计阴模时，应注意阴模的刃口用来剪切锻件毛边，应设计成锐边。刃口的轮廓线按锻件图在分模面上的轮廓线设计，而且如为热切，则按热锻件冈设计；如为冷(下转第26页) 数字化设计。IG眦D吲GN图5CAPP系统与ERP系统的集成Fig．5IntegrationofCAPPandERPsystems采用中间数据库的方式能够有效和及时地读写数据。5结束语本文经过对航空发动机试验工厂业务特点的分析和对CAPP技术的研究，针对相应的工艺设计和生产特点，给出了CAPP系统的设计和实施方法。该方法的实施，实现了工艺设计与产品设计基于同一平台进行工作，在保证试验工厂快速反应要求的基础上，满足了设计与制造协同、单一数据源管理与工艺数据重用的要求，实现了CAPP系统与ERP系统的集成，完成了从产品设计到工艺设计，再到生产管理，最终到产品制造的整个产品研制过程的系统化连接，使航空发动机试验工厂的信息化进程向前迈进了重要的一步。参考文献【l】LiuM，BaiL．ZhangSS．ModelingintegratedCAPP／PPSsystems．Computers＆IndustrialEngineering．2004．46：275—283．【2】ManishK，SunilR．Integrationofschedulingwithcomputeaidedprocessplanning．JournalofMaterialsProcessingTechnology，2003．138：297·300．[3]GrabowikC．KalinowskiK，MonicaZ．IntegrationoftheCAD／CAPP／PPCsystems．JournalofMaterialsProcessingTechnology，2005，164／165：1358—1368．【4】LiL，FuhJYH．ZhangYF，eta1．Applicationofgeneticalgorithmtocomputer-aidedprocessplanningindistributedmanufacturingenvironments．RoboticsandComputer—IntegratedManufacturi“g，2005，21：568—578．[5]杜兵兵．CAPP在单件小批机械制造企业中的应用[D】．济南：山东大学，2012．(责编亿霖)26航空制造技术·2014年第22期(上楼第22页)切，则按冷锻件图设计。切边时，冲头起传递压力的作用，所以它与锻件需有一定的接触面积，且形状吻合。在设计冲头时，主要是把与阴模间的间隙设计在冲头上。图5为某零件冲切模数模图。口Ⅲ∞¨*-_M■mⅫ一∞』目二_)草品童；Ⅳo咆’．灌鲰毛士审qqj也回．固国书令南，r．：弧图5某零件冲切模数模图Fig．5Punchdiedrawingofonepart6结束语模锻件并不像最终的零件产品一样，外形规整，而是一个“四不像”的实心体，在设计时有其自身的特点。用CATIA软件设计模锻件图及锻、冲模图时，难点为分模面的绘制及出模斜面的绘制。CATIA软件的应用不但适应现代企业生产对热模锻开发的短周期、高质量、低成本要求，而且适应了现代企业发展的要求，还极大地提高了工艺技术水平。(责编叶枫)