一汽大众：基于CATIA的通用拉深模参数化设计

1通用拉深模结构设计原理

模具结构设计是指以冲压工艺为输入前提，考虑机床适配性，实现合格零件以既定生产节拍生产的设计工作。拉深是汽车外覆盖件的首道成形工序，拉深模主要由上模座、下模座、压边圈和凸、凹模等关键部件及安装在相应部件上的标准件组成，如图1所示。其中上、下模座的设计与机床密切相关，模具的装夹、识别和动作均需与机床相匹配；压边圈和凸、凹模的型面主要与冲压工艺相关，随工艺的变化而变化，同时也需考虑机床特点。

图1 通用拉深模结构

1.1 上模座和下模座设计要点

以某整车企业模具结构设计标准树为基础，并以该企业相关生产线压力机配置为依据，确定主要控制参数。

1.1.1 模具尺寸

模具尺寸主要包括长度、宽度、闭合高度及宽度方向缩进量，其中闭合高度默认值为1 380 mm（该企业标准值），长宽尺寸由结构设计人员根据零件特点或起吊要求（吊转运模具时，通常有固定档位要求）输入，吊耳（标准件数模）尺寸参数根据设计标准与模具长度和宽度通过公式链接以实现同步更新，模具长宽尺寸输入值可根据机床台面尺寸设定上下限，避免模具尺寸设计过大或过小。图2所示为模具尺寸参数。

图2 模具尺寸参数

1.1.2 模座尺寸

模座尺寸主要包括上、下模座高度和上、下模座侧面缩进量，其中上、下模座高度由结构设计人员根据凸、凹模高度及送料高度设计，下模座侧面缩进量默认值为130 mm（该企业标准值，下模压板槽位置不得小于该值，以保证螺栓安装空间），上模座侧面缩进量默认值为150 mm（该企业标准值，上模压板槽位置不得小于该值，以保证设备快速夹紧器与模具不干涉）。图3所示为模座尺寸参数。

图3 模座尺寸参数

1.1.3 模具装夹尺寸

模具装夹尺寸主要包括上模感应面位置、下模快速定位位置和上、下模压板槽位置，其中上模感应面需与压力机传感器位置相对应，可直接以布尔操作形式集成到上模座本体中。压力机下模快速定位有多个位置可以选择，所以需设计为多个值参数供设计者选用。上、下模压板槽以参数化标准件的形式导入结构树中，并与模具尺寸进行参数化关联，其尺寸按照该企业标准执行。其位置与压力机参数相匹配，并可根据实际情况选用不同位置。图4所示为模具装夹尺寸参数。

图4 模具装夹尺寸参数

1.1.4 垫块尺寸

垫块模型以上模最大垫块尺寸为基准，根据防反设计原则，另一侧垫块按照单边-10 mm设计，下模座对应的凹槽也可通过参数与垫块尺寸关联，以实现同步更新。图5所示为垫块尺寸参数。

图5 垫块尺寸参数

1.1.5 标准件导入

标准件是模具设计的重要组成部分，可按照企业标准将拉深上、下模座中涉及的标准件数模（如限位块、定位键、定位销、导板等）提前导入CATIA结构树中，并按照企业标准规范件号及名称。同时将部分标准件位置与模具尺寸进行参数化关联，并利用CATIA坐标系准确控制标准件的位置，实现该标准件随模具尺寸变化的同步更新。对于位置随零件形状变化的标准件，仅进行数模导入即可，后期根据设计需求随时调整其位置，减少标准件导入和重命名的时间，提高设计效率。凸模、压边圈及凹模上的标准件参照此方法提前导入即可。

1.2 凸模设计要点

不同于模座的参数化设计，凸模的设计与冲压工艺强相关，结构设计人员在接收工艺设计人员的工艺输入后，需要从工艺中提取基准平面（坐标系）、分模线和模具零件型面，作为拉深凸模结构设计的输入参数，同时为方便后期调整，设定相关的凸模调整参数如表1所示。

表1 凸模调整参数

利用CATIA知识工程UDF模块，将工艺输入的点、线、面作为输入元素，制作生成凸模的模板Template_Punch即可快速一键生成凸模实体。图6所示为凸模参数输入及调整界面。

图6 凸模参数输入及调整界面

1.3 压边圈设计要点

压边圈的设计理念与凸模类似，结构设计人员在接收工艺设计人员的工艺输入后，需要从工艺中提取基准平面（或坐标系）、分模线、模具零件型面、坯料线，作为压边圈结构设计的输入参数，不同于拉深凸模设计，设计人员需根据零件特点，画出压边圈轮廓作为第5个输入参数（压边圈轮廓必须在模具零件型面内），才能生成压边圈模型。同时为方便后期调整，设定相关的压边圈调整参数如表2所示，图7所示为压边圈参数输入及调整界面。凹模的设计思路与压边圈类似，也需要以上5个参数作为输入，建模过程与压边圈的设计过程相同。

表2 压边圈调整参数

图7 压边圈参数输入及调整界面

2参数化模型使用方法

2.1 外部参数导入

以某车型顶盖为例，介绍该参数化模型的使用方法。首先打开模具结构设计标准树，将项目约定的生产线及备用线压力机数模（本例中生产线和备用线参数相同）和顶盖工艺导入结构树中，并将压力机数模和工艺数模与结构树中的基准点对齐，如图8所示。对工艺中用于结构设计的元素进行检查，检查无误后断开链接粘贴到PROCESS INPUT结构树下并发布。

图8 机床及工艺数模导入及对齐

2.2 基本参数调整

根据设备通过性要求及以往项目经验，调整Tip点高度（工艺设计基准点），并结合工艺要求（压边圈行程等）、零件尺寸和企业吊具天车档位要求，调整模具尺寸参数、上下模座尺寸参数和垫块尺寸参数等，并选择合适的压板槽位置，由此可得到上、下模座主体框架，如图9所示。

图9 模具尺寸调整

2.3 凸模及压边圈设计

在结构树对应位置导入定义好的凸模和压边圈模板，设定相关参数即可快速生成凸模和压边圈，如图10、图11所示，凹模生成方式与压边圈类似。

图10 凸模设计

图11 压边圈设计

2.4 标准件调整及优化

在完成主要部件的设计后，将预先导入的标准件根据设计需要调整到合适位置，并将标准件中的正负实体与对应本体进行布尔运算即可完成设计，如图12所示。过程中需要对之前设定的参数反复调整，以获得最优的设计方案。

图12 顶盖拉深模设计

3设计过程中的注意事项

该方法旨在用少量的参数定义和调整，实现快速设计，同时降低设计者对于软件和模型的使用门槛，并提高设计效率和质量；过于复杂的参数设计会造成数据更新频繁报错，设计者排查错误会浪费更多时间，得不偿失。为保证设计过程顺利且准确，使用此模型时需注意以下要点。

（1）工艺导入的模具零件型面必须足够大且能够用于裁切实体。

（2）原工艺必须以断开链接的形式粘贴到PROCESS INPUT结构树下并在此处发布，以保证后续工艺更新时方便替换且不易报错。

（3）调整Tip点高度时，需密切关注机床和工艺中Tip点的位置与基准点的关系，如有变化及时调整。

（4）模具尺寸修改完成后，需再次检查压板槽、上模装夹感应面、闭合高度等是否与机床相匹配，如有问题及时调整。

（5）工艺有更新需要替换数据时，必须保证新元素的方向与原元素保持一致，如不一致，会出现替换后的方向错误。

（6）理论上本模型可用于所有拉深模的设计，但由于不同零件的造型复杂程度各不相同，实际应用过程中需要设计者依据实际情况对参数和模型进行调整或修改；本模型中的模座部分亦可用于后工序模具的结构设计。

▍原文作者:刘鑫汪建余张红杰石亚鹏毕丽娟沈明浩

▍作者单位: 一汽-大众汽车有限公司