张小虎
惠州市博罗中等专业学校，广东惠州 516000
摘要：本文主要针对冲压模处理圆角时，存在研磨工作量大、效率低且质量难以保证等问题。为此，通过对用户模具型面设计过程的调研与分析，在三维CAD辅助设计软件中使用凹R角预处理功能，提供模面预处理、自动调整圆角、手工调整圆角等功能，在软件中预先实现型面圆角的处理，来提高冲压模型面设计的效率。通过六家大型冲压模具用户现场应用情况表明，凹R角预处理功能满足了冲压模具企业高效、灵活的型面设计需求，用户给出了高度的评价。
关键词：冲压模、模具型面、CAD辅助设计、凹R角预处理
在日常生产中经常发现，大型覆盖件成型模具的圆角对冲压件的最终质量、合模率影响很大，减小凹圆角半径是模具企业常用的方法，是不可缺少的设计环节。传统方法主要由钳工手工研磨模具的凹圆角，劳动强度大、效率低且质量难以保证。目前已经普遍采用CAD软件进行辅助设计，在数控加工前预先减小型面中凹圆角半径 ，主要有以下两种方法：（1）选择所有的凹圆角，沿着负Z方向落下一定距离；（2）应用曲面变形功能减小凹圆角，凸圆角保持不变，使上下贴合存在缝隙，产品靠凸模成型。在当前设计方法中，只能逐个处理圆角，导致操作繁琐、设计周期长，无法处理侧部圆角，导致后续增加研磨工作量，同时生成圆角面的质量较差。
目前提供圆角解决方案的软件很少，仅有Tebis、NX两款国外软件，提供逐个圆角的处理方法，设计效率低，而且价格非常昂贵。因此，为了提高大型覆盖件成型模的设计制造效率和圆角质量，基于国产三维CAD系统研发高效、灵活的圆角处理功能是非常必要的。
一、系统设计
在模具型面设计时，设计人员需要将上游企业提供的模具型面数据导入到CAD软件中，首先是准备工作，需要先打散整个模面，使其分解为单个面，由于第三方数据的原因，会产生多余的顶点，为了便于后续的圆角调整，需要删除这些顶点；然后，最关键的是圆角检索和调整处理，用户需要批量减小圆角，来提高圆角的处理效率，此阶段是整个解决方案的重中之重；再次，针对一些无法自动处理的圆角，需手工辅助进行调整或删除；最后，保存文件，并导出数据。在整个工作流程中，保证处理圆角的成功率是最重要的，也是解决用户最实际的问题。
通过上述业务需求的分析，结合实际工作流程，可以将凹R角预处理功能分解为三部分。模面预处理部分是圆角处理的基础，有利于提高自动处理圆角的成功率；自动调整圆角部分是核心功能，实现批量圆角的检索、分割和减小处理；手工调整圆角部分起到辅助作用，针对一些特殊无法自动处理的圆角面，需要通过手工方式来修补圆角面。在整个凹R角预处理功能中，三部分相辅相成，缺一不可。
二、系统实现
1. 模面预处理
由于模具用户的模面数据大部分都是来源于CATIA、NX等软件，中间数据交换格式文件都是以IGES为主，当读入IGES数据时都会自动把片体打散为单个面[10]，面法向可能存在不一致。但有些数据可能来自STEP文件，由于STEP文件不会自动打散片体。因此，需要将这些曲面先打散，保持所有面法向一致。
经分析发现，在模面预处理部分需提供以下两个命令：
(1)分离：实现打散一整张片体，分解成分散的单个面。
(2)面反转：调整面法向，保持一致。
2. 自动调整圆角
目前CAD软件在处理圆角过程中，只能逐个选择圆角，操作复杂繁琐，为了方便用户操作，增强功能的易用性，需要软件能够按照圆角尺寸、凹凸性等条件自动检索识别出来，同时为了方便管理圆角面，需归类识别出所有圆角面，最大化满足用户的使用要求。
此外，由于型面数据的精度问题，不能完全保证识别出所有的圆角面，还需要对不能自动识别的圆角进行分割处理，使其大部分面变成规则圆角面，便于后续提高圆角调整的成功率。通过自动批量处理的方法，实现快速的调整圆角，提高圆角的处理效率，同时也要提供多种应用方法来满足不同场景的圆角。因此，在自动调整圆角部分需提供以下三个命令：
(1) 圆角检索
把曲面中符合条件的圆角面检索出来，根据面的UV方向计算距离是否在允许公差范围内，判断识别是否是圆角面。从需求实现角度来看，主要实现以下功能：
检索对象：把指定面作为检索对象，检索出面中所有的圆角面。
检索设置：检索一定半径范围内的所有凸或凹圆角面。
颜色和图层设置：检索出的圆角面指定颜色和分配图层。
(2) 圆角分割
把曲面中不规则的圆角面分割为规则和不规则的圆角面，不规则的圆角面将不能再被分割，主要实现功能：根据面的几何拓扑关系，自动分割圆角面。
(3) 圆角减小
参照圆角周围面的延长面，根据减小的圆角半径值，重新创建圆角面，实现圆角的减小处理，主要实现以下功能：
调整方式：提供按比例缩小、指定半径值、指定减小值三种调整方式，可自定义相关参数。
颜色和图层设置：减小的圆角面指定颜色和分配图层。
圆角分割：针对不规则的圆角，增加自动分割圆角处理功能。
三、应用实例
凹R角预处理功能已经在国产三维CAD系统SINOVATION中实现，并已经应用到六家大型冲压模具设计制造企业。以调整变形车门模面上的圆角为例，首先根据设置的参数，如图1所示，检索车门模面中的所有凹圆角面；随后，圆角半径按比例缩小20%，自动批量减小所有的圆角面。通过现场的调试和验证，用户给出了高度的评价，非常认可凹R角预处理功能的实用性和准确性。从整个设计过程分析，减少了用户修改圆角工作量的80%左右。通过凹R角预处理功能，可以清晰查看到圆角减小后的变化效果。
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图1 圆角检索处理
通过内部测试和用户现场测试凹R角预处理功能，分析出凹R角预处理功能可以处理的所有圆角类型，可以自动减小R角的类型有平直R角、圆弧R角、单边渐变R角、双边渐变R角，需要手工调整R角的类型有合流部位R角。
四、结束语
本文通过分析冲压模具用户的实际生产设计需求，在国产三维CAD系统SINOVATION中实现了凹R角预处理功能的研发，基于传统的手工调整圆角方法，增加了自动批量处理圆角的方法和特殊圆角面的分割处理，为模具型面的设计提供了一套完整的圆角预处理功能，使用户能够在软件中预先减小各种类型的圆角面，省去了后期繁琐的手工研磨过程，提高了型面的设计效率。经过现场用户验证，相比传统方法，修改圆角工作量减少了80%左右，得到了用户的高度评价。
参考文献
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