基于CATIA的轻型客车内饰件模压模具型面设计

　　1 前言

　　CATIA是由法国Dassault公司开发的大型CAD/CAM应用软件，并应用于IBM的工作站上，与NX、Pro/E等软件相比，该软件在曲面造型方筒具有独特的优势，因而被广泛的应用于航天、汽车等行业的复杂曲面造型设计中。

　　轻型客车内饰件由于其形状比较复杂、材料薄、尺寸大、表面质量要求较高等特点，相应地就要求其模具具有结构复杂、体积大、重量大、制造成本高、周期长等特点。在制造的过程中它们一般要求经过模压成型、高压水切割、装配零部件等多道工序才能完成。而模压模具的制造周期在整个产品模具制造过程中的作用至关重要，在CATIA环境下对模压模具进行型面设计将大大加速模具开发的进度。本文就以曙光某轻型客车内饰件产品为例，探讨在CATIA环境下的汽车内饰件模压模典型面设计的一般过程。

　　型面设计是模压模具设计的主要内容。目前，国内还有大部分企业凭借设计人员的经验，来确定模压方向、工艺补充面等工艺参数，然后再进行绘图、制作泡沫模型等方法来设计，最后要经过反复的修改和调试才能达到要求;而在国外很多企业已经采用了计算机软件来完成这些工艺参数的确定，不但节省了时间，也提高了精度。

　　2 模压方向的确定

　　确定模压方向就是确定产品在模具中的3个坐标位置。正确确定模压方向是确定拉伸方案首先遇到的问题，它不仅决定能否压制出满意的合格件，而且影响到工艺补充部分的多少及拉伸后各工序的方案。合理的模压方向应满足以下原则：

　　(1)保证凸模能够顺利进入凹模，不出现凸模接触不到的死区。

　　(2)压料框架各部位进料阻力要均匀。

　　(3)尽可能地减小拉延深度，且要合各部位的深度均匀，防止深度过深导致开裂。

　　CATIA软件本身并没有提供直接选定模压方向的功能，为了保证凸模能够顺利地进出凹模，在人机交互设计的情况下，我们可以三维数模的重心位置为原点，建立一个子坐标系统，并以重心为中心，旋转予系统的X-Y平面的坐标系统直到所有的曲面都和此方向不产生负角为止，则这个方向就是模压方向。

　　对于无法实现一次成型的产品，只能做增加侧推的工艺补充方案进行模压成型。

　　3 边界展开，确定修边线

　　拉延方向确定以后就要以这个方向为基准把制件的边缘进行展开，使制件不但能够有利于模压，而且还要便于一次冲切下来。同时，确定出合理的修边线结构也会为后面的加工创造有利条件。在CATIA软件中就是创建边缘弯曲处的平面，用Operations-Boundary命令提取曲面边界线，运用Insert-Surfaces-Extrude命令的功能以提取的曲面边界线为基准，向模压方向拉伸出立面，其边界线即为修边线。

　　4 合理增加工艺补充部分

　　汽车内饰件种类繁多，一些内饰件形状复杂，结构不对称，直接成形较困难，设置必要的工艺补充部分有利于改善模压件的工艺性，提高模压件的质量。工艺补充部分是模压件不可缺少的部分。模压后要将工艺补充部分切割掉，所以工艺补充部分也是工艺上必要的材料消耗.因此，确定模压件工艺补充部分应遵循以下原则：拉伸变形尽量小，有利于材料成型，工艺补充部分应尽量小，以减少材料消耗。在CATIA软件中，首先就是利用Tools-Operations-Bolmdary命令提取曲面边界线，然后再用Insert-Surfaces-extrapolate创建曲率延伸曲面，把零件的所有孔、洞补齐，然后沿着修边线运用Insert-Surfaces-Extrude命令向外进行适当的曲面延伸。

　　5 设计压料框

　　压料框是工艺补充的一部分，在增加工艺补充时必须正确确定压斜面的形状，它一般是指随着凸凹模具外型延伸的那一部分，在确定压料框形状时要尽量降低拉伸深度，使型面平缓，在CATIA软件中，首先就是利用Tools-Operations-Boundary命令提取曲面边界线，然后再用Inser-Surfaces-Offset创建偏移曲面。另外，在确定压料框形状时，还要特别注意上下压料框的夹紧力设计，对于拉伸变形较大的部位，应适当增加压料框的间隙，以减小对材料流动的阻力，对于拉伸变形起伏不大的位置，应适当保持压料框间隙的均匀，以保证材料流动的均匀性。另外，在下压料框四角位置应设计相应的平行于模压方向的挂针，以保证基材铺放时的固定作用。

　　6 模具的收缩率

　　对不同的材料对模具数据相应采用不同的缩放值进行处理。

　　7 模具局部倒圆角的处理

　　由于内饰产品成型材料的特殊性，导致模压出来的产品，出现于数据不符的现象。其根本原因是材料在局部拉伸成型时，由于材料本身内应力导致材料变形，无法满足装车匹配的效果，为了有效的解决这一问题，在模具设计时，需要对产品数据进行分析，把影像产品匹配的位置确定出来，针对相应位置进行处理，达到成型后符合数据的要求。比如顶棚产品顶灯口处的圆角需要处理成尖角状态，才能满足产品的数据要求。

　　8 定位形式的确定

　　在制定内饰件的模压工艺时，必须考虑到后面的工序要有好的定位方式，以确保制件的表面不产生损伤，尺寸精度不受影响等。常见的定位形式主要有三种方式：一是面定位，它主要是利用工件的内外表面开头实现定位;二是孔定位，它一般是利用制件上的孔或者工艺孔来实现定位，它要求孔的间距要尽可能地远;三是孔面结合定位，就是利用产品的表面形状和工艺孔相结合的定位形式，很多内饰产品由于形状复杂采用此种定位方式。

　　总之，汽车内饰件模压模具的型面设计需要考虑诸多因素，具有丰富经验的设计人员如果能够结合先进和计算机辅助设计软件如CATIA软件等，将会大大地提高工作效率，快速地设计出高质量的模具。

　　结语

　　目前，针对汽车内饰件模具的型面设计国内大多数厂家还比较注重于设计人员的设计经验，计算机软件辅助设计的应用程度还不是很高。文章中运用CATIA软件进行拉延模的型面设计大大地加速了模具设计制造的进程，为模具工业能够适应汽车产业的迅速发展提供了有利条件。随着计算机产业技术的飞速发展，作为一项新技术的计算机辅助设计在汽车内饰件模具型面设计领域也必将有巨大的潜力可挖。因此，大力开发模具CAD专业化和智能化以及模具结构的通用化和模具零件的标准化将是未来探索的领域。