引言
CATIAV5是法國達(dá)索公司基于微軟5widows系統(tǒng)開發(fā)的一款高端CAD/CAM軟件,在航空、航天、汽車、機(jī)械、船舶等各種領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。在國際上,波音、空客、寶馬、克萊斯勒等均以CATIA作為它們的主流軟件[l],且國內(nèi)的航空工業(yè)(AVIC）、一汽、上汽等業(yè)界領(lǐng)軍企業(yè)的主流開發(fā)平臺也均為CATIA。
CATIA GSD是CATIA主要的曲面設(shè)計和造型模塊,它集成了全面而強(qiáng)大的線框和曲面造型功能,在復(fù)雜外形和混合造型設(shè)計的曲面的建立、修改等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。由于CATIA GSD模塊設(shè)計曲面的主要方法是基于特征,故其設(shè)計環(huán)境具有高效、直觀等特點(diǎn),這也是CATIA區(qū)別于其他軟件的最大特點(diǎn)和優(yōu)勢所在。
確定脫模方向、模具分型設(shè)計是模具設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ),對于模具的成本控制和使用有著十分重要的意義。20世紀(jì)90年代以來,設(shè)計師們進(jìn)一步認(rèn)識到脫模方向和分型設(shè)計的重要性,并展開了一些研究,但相關(guān)研究成果在公開發(fā)表的文獻(xiàn)中并不多見。原吉林工業(yè)大學(xué)朱喜林教授等人在Aitoiwa等人提出的"接近錐"概念基礎(chǔ)上展開研究,提供了一種模具分模面的計算機(jī)輔助設(shè)計方法。筆者在朱喜林教授等人研究的基礎(chǔ)上,基于CATIA GSD模塊,針對某型無人機(jī)折疊獎葉成型模的設(shè)計進(jìn)行研究,總結(jié)了CATIA GSD在復(fù)雜復(fù)合材料成型模具分模面設(shè)計中應(yīng)用的思路、方法和步驟。
1獎葉基準(zhǔn)建立
某型無人機(jī)折疊獎葉采用碳纖維復(fù)材結(jié)構(gòu)設(shè)計,葉片的外型面是經(jīng)過氣動優(yōu)化的具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的異形面,根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計特征和工藝要求,獎葉以金屬主梁轉(zhuǎn)動平臺底面為豎向基準(zhǔn)面,以金屬主梁的內(nèi)端面為縱向基準(zhǔn)面,通過金屬主梁轉(zhuǎn)動軸垂直于縱向基準(zhǔn)面建立獎葉的主基準(zhǔn)面,如圖1所示。
圖1折疊獎葉的基準(zhǔn)確定
2分模面的設(shè)計
2.1型面的導(dǎo)入與脫模方向的確定
獎葉型面直接通過CATIA GSD模塊的"提取"命令從產(chǎn)品外表面直接提取,提取后用"結(jié)合"命令完成獎葉型面的整合。
確定脫模方向需要充分考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)和工藝性、經(jīng)濟(jì)性要求,脫模方向?qū)δ＞叩膹?fù)雜程度、制造成本和周期等都有著重大影響。基于朱喜林教授等人提出的基于"接近錐"概念確定開模方向的方法[2],結(jié)合上文所建立的獎葉基準(zhǔn),可以求得獎葉的最優(yōu)脫模方向為轉(zhuǎn)動軸線方向,如圖2所示。
2.2分模線的設(shè)計
確定復(fù)材制件分模線的位置和形狀是模具分模線設(shè)計的前提。文獻(xiàn)提出了分模線提取和設(shè)計的一些原則,在CATIA分模線設(shè)計中同樣需要遵循。
圖2折疊獎葉的產(chǎn)品型面與脫模方向
分模線與脫模方向相關(guān),確定脫模方向后,一般都比較容易找出分模線。
CATIA GSD模塊中沒有直接定義分模線的命令,這讓一些應(yīng)用CATIA進(jìn)行模具設(shè)計工作的設(shè)計人員比較困惑,其實應(yīng)用CATIA GSD模塊的"反射線"命令不僅可以創(chuàng)建分模線,而且功能較UG NX更為豐富,如圖3所示。
圖3CATIA GSD模塊中的"反射線"命令
下面對利用CATIA反射線功能設(shè)計分模線的方法作簡要介紹。
CATIA有關(guān)反射線命令的詳細(xì)說明可以查閱文獻(xiàn),限于篇幅本文從略。
應(yīng)用在分模線設(shè)計中,給定的光線方向)Direction）就是脫模方向,給定曲面（support）就是待確定分模線的產(chǎn)品型面,反射角度（Angle）與Normal按鈕是否打開有關(guān),一般選擇Normal為打開狀態(tài),則Angle輸入90o,所得的反射線就是所要確定的分模線。
本文中折疊獎葉的前緣型面通過CATIA反射線命令可以確定前緣分模線,后緣分模線就是獎葉型面的后緣下邊界線,直接提取即可。獎葉的兩端面都平行于脫模方向的平面,因此,創(chuàng)建兩條直線連接前后緣的分模線就是獎葉型面的完整分模線,如圖4所示。
圖4折疊獎葉的分模線
2.3分模面的設(shè)計
分模面的形狀取決于分模線特征,一般可分為兩類:（1）平面分模面,其分模線全為平面曲線,它通過分模線并垂直于脫模方向:（2）曲面分模面,其分模線包含空間曲線段,且考慮到成本等因素,曲面分模面一般都取通過其分模線的直紋曲面[2],且曲面的紋理方向與脫模方向垂直。
由此可見,分模面是由直線沿一定的軌跡運(yùn)動而形成的。具體到CATIA GSD模塊中,對應(yīng)的命令就是"拉伸"成形曲面,簡稱"拉伸面"。
利用2.2所確定的分模線,通過CATIA GSD的"拉伸"命令,可以創(chuàng)建獎葉成型模的分模面,其中前后緣的分模線為空間曲線,因此前后緣分模面分別由前后緣分模線沿"主基準(zhǔn)面"的法線方向（參考圖1）拉伸成型:獎葉外端的分模面為平面,由圖5的外端面分模連接線沿"縱向基準(zhǔn)面"（參考圖1）的法線方向拉伸成型。型面內(nèi)端面開敞,直接通過型面的內(nèi)邊界曲線拉伸成型。
分模面的設(shè)計結(jié)果如圖5所示。
圖5獎葉成型模的分模面
3成型模具的分型
在運(yùn)用CATIA進(jìn)行模具設(shè)計時,其關(guān)鍵就是分模面的設(shè)計,完成分模面設(shè)計后,后續(xù)的工作就顯得比較簡單了。
一般就是創(chuàng)建模具實體,用分模面切割實體形成模具型腔,這個過程就是應(yīng)用CATIA對模具進(jìn)行分型的過程。
本文中獎葉成型模是由下模、壓模構(gòu)成的組合模,通過基于草圖的實體設(shè)計創(chuàng)建模具實體,由圖5的分型面分別切割實體,得到成型模的下模、壓模如圖6所示。至此就完成了獎葉成型模具的分型。
圖6折疊獎葉模具的分型設(shè)計結(jié)果
4結(jié)語
分型設(shè)計是復(fù)材成型模具設(shè)計最關(guān)鍵、最核心的內(nèi)容,對于模具成本、加工工藝性及復(fù)材制件的成型質(zhì)量等均有著直接的影響。當(dāng)前,模具已經(jīng)普遍采用數(shù)控加工,故熟練應(yīng)用CAD/CAM軟件對于模具設(shè)計和制造意義重大,而CATIA GSD強(qiáng)大的曲面設(shè)計能力,為設(shè)計人員充分發(fā)揮才智提供了有力的保障,尤其是"反射線"命令所內(nèi)含的創(chuàng)建分模線的強(qiáng)大功能,設(shè)計人員應(yīng)該充分利用。
