CATIA V5功能建模技術在汽車零件結構設計中的應用

2016-11-08  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網

目前,汽車上業(yè)主要是通過設計數(shù)據,構造零、部件CAD模型和模具CAD模型,再通過數(shù)控加工制造模具,進而再進行零件生產的設計制造流程。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,全球采購已經初具雛形,一般都是汽車整車企業(yè)汽車研究機構對汽車進行總布置設計,以及對汽車的關鍵尺寸及外形進行設計,之后將數(shù)據通過實時協(xié)同功能傳遞給汽車零部件制造企業(yè)進行詳細的結構設計、模具設計最終完成制造并供貨。但是隨著供應鏈的的復雜化,以及產品更新的頻繁化,一些傳統(tǒng)的三維設計方法在產品設計以及后期產品變更方面顯得相當困難。該現(xiàn)狀促成了CATIA V5功能建模在汽車行業(yè)的廣泛使用。

功能建模技術在汽車領域主要應用是:1)汽車車身及底盤部件的結構設計;2)零件的動定模設計。

1 功能建模前的準備工作

CATIA軟件在造型風格、車身等方而具有獨特的長處,使用自動化的多表而曲率與切矢管理,可幫助用戶快速進行風格造型和曲面造型。目前一些著名汽車制造商如Renault、Toyota、Kar2man、Volvo、Chrysler等已經100%的切換為CATIA設計,并且被各國的汽車零、部件供應商所認可。CATIA事實上已成為汽車行業(yè)CAD軟件標準。本實例中,我們通過CATIA的逆向工程(reverse engine)及正向造型完成了外形曲面的設計。

2 CATIAV5功能建模在汽車零部件的結構設計中的應用

下面通過一個汽車方向盤轉向柱罩的結構設計,說明功能建模的開發(fā)過程。

圖1 汽車方向盤轉向柱罩的結構設計

2.1 對主機廠提供的外形曲而進行校驗并完成基礎實體的創(chuàng)建

如圖2所示,我們從主機廠獲得汽車方向盤轉向柱罩的外形曲面(圖2中黃色的面)和相關的一些裝配曲面,確認后開始進行設計,首先進行一個基礎實體的創(chuàng)建,要保證這個基礎實體能將汽車方向盤轉向柱罩全部包容(圖2的半透明區(qū)域)。

圖2 汽車方向盤轉向柱罩的外形曲面

2.2 對基礎實體進行裁剪

利用汽車方向盤轉向柱罩外形曲面對基礎實體進行裁剪,并根據需要倒角。最后完成的的外形輪廓如圖3所示。

圖3 汽車方向盤外形輪廓

2.3 對汽車方向盤轉向柱罩的結構件進行設計

首先我們根據需要,對這個實體模型進行抽殼。之后根據數(shù)據設計好汽車的點火鑰匙孔、應急燈控制手柄安裝孔、轉向燈控制手柄安裝孔等功能部件,并利用功能建模獨有的“保護區(qū)域”命令進行保護區(qū)域的設計。在設置好“保護區(qū)域”后,任何后續(xù)的修改都不能對其特征產生破壞,因此也稱避空區(qū)域。通過裁剪命令、外推等操作,自動地生成壁厚均勻的安裝座。最后的效果如圖4所示(紅色半透明區(qū)域即是保護區(qū)域)。

圖4 保護區(qū)域的設計效果

2.4 根據模具設計、制造及強度要求進行一些結構件的設計

首先通過分模面對這個腔體進行分割,在設計加強筋后設計一個公母卡扣用來裝配過程中的固定。

在功能建模過程中,我們只需要一個命令就可以根據一個草圖完成整個結構的加強筋設計,并利用draft選項設計一個拔模角(如圖5);在倒角指令中,利用角中的選項:intersection with core完成加強筋與腔體內壁的全部倒角(如圖6)。

圖5 設計拔模角

圖6 加強筋與腔體內壁的全部倒角

最后利用CATIA強大的知識工程能力調用一個預先使用powercopy形成的公母卡扣標準件,通過指定幾個基本的定位及尺寸參數(shù)后完成卡扣的設計(如圖7),指令簡單、簡潔。完成結構的設計。

圖7 卡扣設計

3 功能建模在產品變更中的使用

在產品的設計末期以及產品的使用過程中往往暴露一些設計的缺陷,或者更換某些部件常常會導致一些產品變更。得益于CATIA的全參數(shù)化設計,在產品的設計變更中,通過功能建模完成的產品往往只需要經過簡單的替換等操作,將原來的一些產品要素進行更新即可完成要求。而在傳統(tǒng)的設計過程中,由于參數(shù)的不完全傳遞或者其他的一些因素導致參數(shù)丟失,在變更過程中往往要進行大量的工作才能實現(xiàn),有時侯甚至不得不重新設計,浪費了大量的人力和時間,延長了產品的上市時間,給公司帶來很大的損失。

下面通過我們前面的實例對變更的響應來了解功能建模的優(yōu)勢所在。

圖8 產品設計變更

根據分析,從傳統(tǒng)的設計思路來看必將面臨著很人的困難,首先是外形的變化必將影響到所以與此相關的子特征;而楔形塊位置的變化又牽涉到加強筋的牽移等等。而我們通過功能建模功能,只需將產生這些特征的原始特征進行replace替換更新便可以實現(xiàn)特征的傳遞。

圖9 實現(xiàn)特征傳遞

4 結語

功能建模技術已經廣泛應用于汽車零部件、電子、電器、消費品等基于模具制造的產品設計行業(yè)。功能建模方法能夠提高設計師的靈活性及效率,使設計師可以將精力集中于要如何設計,而非如何建模。由于不受建模順序影響因此建模穩(wěn)定,不易出錯。因此,在產品的結構設計模具設計行業(yè)均有廣泛的應用前景。

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