摘 要：傳統(tǒng)模式的沖裁模具設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員人工查閱模具設(shè)計(jì)表格進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算，依據(jù)這些數(shù)據(jù)手動(dòng)在三維建模軟件中創(chuàng)建沖裁模具模型，煩瑣的數(shù)據(jù)計(jì)算和低效的手工建模嚴(yán)重影響沖裁模具設(shè)計(jì)周期。為提高沖裁模具設(shè)計(jì)速度，縮短沖裁模具設(shè)計(jì)周期，以CATIA/CAA二次開發(fā)技術(shù)為工具，將查閱設(shè)計(jì)表格、沖裁模具數(shù)據(jù)計(jì)算和沖裁模具三維模型自動(dòng)創(chuàng)建聯(lián)系起來，開發(fā)了一款沖裁模具快速設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了沖裁模具的快速設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，使用此軟件進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)模具生成和修改平均耗時(shí)為0.8h，與傳統(tǒng)人工沖裁模具設(shè)計(jì)平均耗時(shí)16.5h相比，使用此軟件進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)平均耗時(shí)約為傳統(tǒng)人工沖裁模具設(shè)計(jì)平均耗時(shí)的1/20，大幅節(jié)約了沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：沖裁模具；CATIA/CAA；快速設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG76" " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " 文章編號(hào)：1007 - 9734 （2024） 03 - 0005 - 07

0 引 言

在飛機(jī)各式結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了大量的鈑金件，它是飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造中必不可少的元素[1]。沖裁加工與其他機(jī)械加工方法相比具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、自動(dòng)化生產(chǎn)較為容易、操作人員培訓(xùn)更為簡單等優(yōu)點(diǎn)，故沖裁件在航空、儀器儀表及汽車等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，小至鐘表的齒輪、指針，大到汽車的載重大梁都可以由沖裁下料或直接制造成形。在沖裁件生產(chǎn)中沖裁模具是必不可少的工裝，其設(shè)計(jì)制造周期對沖裁件的制造周期有著重要影響，故縮短沖裁模具設(shè)計(jì)周期對沖裁件的生產(chǎn)有著重要的促進(jìn)作用。

沖裁模具的組成部分相對固定，一般的沖裁模具都由工作零件、定位零件、卸料與出件零件、導(dǎo)向零件、固定及支撐零件五大部分組成[2]。采用傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)沖裁模具時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員對沖裁件形狀進(jìn)行分析，確定采用何種沖裁方式獲得沖裁件，之后再依據(jù)沖裁件的形狀、尺寸、厚度、材料等參數(shù)查表獲取沖裁模具設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)，依據(jù)沖裁件的沖裁截面周長、面積和沖裁件制造精度等參數(shù)確定沖裁模具各部分構(gòu)建方案，根據(jù)沖裁模具各部分構(gòu)建方案確定的沖裁模具各部分零件結(jié)構(gòu)形式，將查表所得數(shù)據(jù)代入沖裁模具設(shè)計(jì)公式計(jì)算出零件尺寸數(shù)據(jù)，依據(jù)零件尺寸數(shù)據(jù)在建模軟件中對零件進(jìn)行草圖繪制、特征創(chuàng)建等操作，最后通過建模軟件的裝配功能將沖裁模具零件組合在一起，形成完整的沖裁模具。當(dāng)沖裁件發(fā)生變化時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要重新進(jìn)行上述所有操作，做了大量重復(fù)性工作，且傳統(tǒng)模式的人工設(shè)計(jì)具有建模速度慢、效率低和人工查閱計(jì)算數(shù)據(jù)易出錯(cuò)需要反復(fù)進(jìn)行核對等缺點(diǎn)，影響了沖裁模具的設(shè)計(jì)周期進(jìn)而影響了生產(chǎn)進(jìn)度。因此，基于建模軟件利用二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可用于實(shí)際生產(chǎn)的沖裁模具快速設(shè)計(jì)對沖裁件的生產(chǎn)就顯得尤為重要。

CATIA是由達(dá)索公司推出的一款集CAD、CAM、CAE于一體計(jì)算機(jī)軟件，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的航空、航天、船舶、汽車等領(lǐng)域的制造和設(shè)計(jì)。國內(nèi)外已經(jīng)有眾多學(xué)者對CATIA的應(yīng)用展開了研究，李奇涵[3]通過對沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)零件的研究，實(shí)現(xiàn)了基于CATIA沖壓模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)。劉明等[4]應(yīng)用CATIA/CAA（Component application architecture）二次開發(fā)技術(shù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)活塞建模過程中的形狀參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的建模速度。周進(jìn)[5]等通過對槳轂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，運(yùn)用CATIA/CAA技術(shù)開發(fā)出了槳轂參數(shù)化建模程序，實(shí)現(xiàn)了槳轂的快速建模。本文研究目的在于以對沖裁模具的分析為基礎(chǔ)，通過CATIA /CAA技術(shù)實(shí)現(xiàn)沖裁模具的快速設(shè)計(jì)。

1 沖裁模具結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的確定

沖裁是指通過沖裁模具的凸模和凹模對坯料施加沖壓力（材料垂直向壓力、剪切力、橫向擠壓力等）使板料分離產(chǎn)生所需零件的過程，在沖裁過程中可將板料變形過程分為三個(gè)階段，分別為彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂分離階段。在沖裁過程中根據(jù)沖裁模具各部分的作用將沖裁模具分為以下5個(gè)部分：

（1） 工作部件：工作部件分為凸模和凹模，在沖裁過程中直接與板料接觸，使板料產(chǎn)生分離，凸模和凹模的制造精度對沖裁件的質(zhì)量有重要影響，凸、凹模間隙值的大小是影響沖裁件質(zhì)量的主要因素[6]。

（2）定位零件：使板料或沖裁件在沖裁過程中處于正確的位置，保證凸模和凹模能準(zhǔn)確作用在板料的正確位置上，常見的定位零件有定位銷、導(dǎo)料板、側(cè)刃和導(dǎo)正銷等。

（3）卸料與出件零件：使沖裁件或廢料與模具分離，包括卸料裝置和出件裝置，常見的卸料裝置有彈壓卸料裝置和固定卸料板，常見的出件裝置有推件裝置和頂件裝置。

（4）導(dǎo)向零件：保證沖裁模具的上、下模在沖裁過程中具有正確的運(yùn)動(dòng)方向，常見的導(dǎo)向零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套。

（5）固定及支撐零件：用來將沖裁模具中所有零件連接起來構(gòu)成一個(gè)整體的沖裁模具，固定和支撐零件通常由上模座、下模座、固定板、墊板、螺釘和銷釘組成。

沖裁模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的確定主要分為沖孔和落料兩種情況，當(dāng)沖裁工藝為落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，以保證落料的尺寸精度；當(dāng)沖裁工藝為沖孔時(shí)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，以保證沖孔的尺寸精度。進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)凸凹模需要確定的數(shù)據(jù)，主要有凸模長度、凸模刃口尺寸、凹模壁厚、凹模刃口尺寸和凹模厚度，其計(jì)算公式如式（1）[7]：

[L=t1+t2+t3+1] （1）

式（1）中，L為凸模長度；t1為凸模固定板厚度；t2為卸料板厚度；t3為導(dǎo)料板厚度；l為附加長度，包括凸模進(jìn)入凹模的深度0.5mm—1mm，總修磨量6mm—12mm。凸模固定板與卸料板之間的安全距離為15mm—20mm。

[H=Kb ≥15mm] （2）

[C=1.5—2H ≥30mm]" （3）

b為凹模刃口最大寬度，單位為mm;K為因數(shù)，查表1可獲得；H為凹模厚度，最小值為15mm;C為凹模壁厚，最小值為30mm。

凸凹模刃口尺寸依據(jù)沖孔和落料分為兩種計(jì)算情況，其計(jì)算公式如式（4）（5）（6）（7）：

沖孔時(shí)，

[dA=dT+Zmin+δA0] （4）

[dT=dmin+x?0-δT]" " "（5）

落料時(shí)，

[DA=Dmax-x?+δA0]" （6）

[DT=DA-Zmin0-δT]" （7）

dA、dT分別為沖孔時(shí)凹、凸模刃口尺寸；DA、DT分別為落料時(shí)凹、凸模刃口尺寸；D、d分別為落料件或沖孔件基本尺寸；δA、 δT分別為凹凸模制造公差，查表2可獲得。

Zmin為凸凹模間隙，查表3可獲得；x為磨損系數(shù)，查表4可獲得；Δ為沖裁件公差。

2 沖裁模具快速設(shè)計(jì)方案

2.1" 沖裁模具自動(dòng)構(gòu)建方案

在傳統(tǒng)的沖裁模具設(shè)計(jì)過程中，沖裁模具構(gòu)建方案因沖裁件不同而不同，每次進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)都需要對沖裁模具的構(gòu)建方案重新進(jìn)行規(guī)劃，延長了沖裁模具的設(shè)計(jì)時(shí)間，影響沖裁模具設(shè)計(jì)效率。為解決此問題，本文提出一種沖裁模具構(gòu)建規(guī)則，以期通過程序的一系列判斷，自動(dòng)確定模具構(gòu)建方案。模具構(gòu)建方案規(guī)則如下：

凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案：根據(jù)沖裁件截面形狀的不同凸模分為圓形和非圓形兩種形式，其中圓形凸模已有國家標(biāo)準(zhǔn)。由程序?qū)_裁件Part文檔導(dǎo)入當(dāng)前設(shè)計(jì)界面后，通過CATIDescendants接口下的GetAllChildren方法獲取沖裁件的零件模型，通過CATBody接口下的GetAllCells方法獲取沖裁件零件模型的所有表面，再由CATIMeasurableSurface接口下的GetArea和GetCOG方法得到所有表面的面積和幾何中心，通過對面積大小和幾何中心的位置篩選自動(dòng)獲取沖裁件沖裁截面，通過程序自動(dòng)判斷沖裁截面形狀，若為圓形則遍歷標(biāo)準(zhǔn)庫，若已有此圓形凸模，直接在此標(biāo)準(zhǔn)庫中調(diào)用，若無則按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模并存入標(biāo)準(zhǔn)庫。若沖裁截面形狀為非圓形，由程序?qū)λ脹_裁截面面積進(jìn)行判斷，當(dāng)沖裁截面面積大于某個(gè)值S時(shí)，為降低模具制造成本，凸模采用組合式結(jié)構(gòu)，即凸模刃口部分采用模具鋼，基本部分采用普通鋼，當(dāng)沖裁截面面積小于S時(shí)，凸模結(jié)構(gòu)采用整體式結(jié)構(gòu)。凸模與凸模固定板之間采用臺(tái)肩固定的方法進(jìn)行固定。

凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案：凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式，與凸模設(shè)計(jì)方案相同，當(dāng)沖裁截面面積大于某值S時(shí)采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，當(dāng)沖裁截面面積小于S時(shí)采用整體式結(jié)構(gòu)。凹模刃口形式分為直筒式刃口和錐形式刃口，直筒式刃口強(qiáng)度高，易于加工，沖裁件質(zhì)量穩(wěn)定，但其沖裁廢料或沖裁件不易排出，主要用于精度高，尺寸較小的沖裁件，錐形式刃口強(qiáng)度低，沖裁廢料或沖裁件易于排出，主要用于精度較低，尺寸較大的沖裁件。凹模刃口形式的確定分為兩步：第一步為精度判斷，由設(shè)計(jì)人員在程序輸入框中輸入沖裁件公差，為保證沖裁件質(zhì)量，當(dāng)沖裁件公差小于某個(gè)值時(shí)，則采用直筒式刃口，不再進(jìn)行沖裁件尺寸判斷；否則進(jìn)行第二步尺寸判斷，由程序自動(dòng)得到?jīng)_裁截面的周長，當(dāng)其周長大于某值時(shí)采用錐形式刃口，小于某值時(shí)采用直筒式刃口。凹模與下模座采用銷釘進(jìn)行固定。

卸料零件設(shè)計(jì)方案：沖裁過程中卸料方式分為固定卸料和彈性卸料，卸料方式主要依據(jù)料厚確定，料厚由設(shè)計(jì)人員輸入，由程序自動(dòng)判斷，當(dāng)料厚大于0.5 mm時(shí)采用固定式卸料，小于等于0.5 mm時(shí)采用彈性卸料。當(dāng)為固定式卸料時(shí)，卸料板兼具卸料和導(dǎo)料作用（這種情況下不再設(shè)計(jì)導(dǎo)料板），固定于凹模上邊；當(dāng)為彈性卸料時(shí)，卸料板與上模坐相連，卸料板與凸模固定板之間添加彈性橡膠作為彈性元件。

模架選擇方案：模架及組成零件已標(biāo)準(zhǔn)化，綜合比較各種模架類型優(yōu)缺點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)中間導(dǎo)柱滑動(dòng)導(dǎo)向模架具有制造簡單、滑動(dòng)平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，故決定選用此類型模架。

除上述零件外沖裁模具的主要組成零件還有墊板、凸模固定板、檔料銷、固定螺釘?shù)攘慵?，這些零件是沖裁模具完成沖裁功能或保證沖裁件質(zhì)量的必要零件，一般來說其形狀較為固定且其尺寸大多和凸?；虬寄Ｓ嘘P(guān)，故在生成不同模具的時(shí)候依據(jù)凸凹模尺寸對這些零件重新進(jìn)行生成。

2.2" 尺寸數(shù)據(jù)快速計(jì)算

采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員通過沖裁件尺寸、板料厚度、板料材料等一系列參數(shù)進(jìn)行大量的查表、公式計(jì)算來確定凸模和凹模的間隙尺寸、凸模高度、凹模厚度和凹模壁厚等零件尺寸。查表和公式計(jì)算耗費(fèi)了設(shè)計(jì)人員大量的時(shí)間和精力，且在進(jìn)行查表和計(jì)算工作時(shí)出現(xiàn)人為錯(cuò)誤的概率較大，易導(dǎo)致設(shè)計(jì)出不合格或不合理的沖裁模具。為解決此問題，本文主要通過程序匹配Excel表格來對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速確定，其確定方法如下：

程序通過文件路徑打開Excel表格，得到所有已使用表格的數(shù)量，通過for循環(huán)遍歷所有表格，將表格內(nèi)容與所輸入內(nèi)容相匹配，當(dāng)輸入內(nèi)容與表格內(nèi)容相等時(shí)，得到此表格的行數(shù)或列數(shù)，并結(jié)束循環(huán)。通過特定的行數(shù)或列數(shù)定位到目標(biāo)表格，獲取所需的數(shù)據(jù)。

（1）最小沖裁間隙的快速確定：程序首先遍歷表3第一行材料名稱，將其材料名稱存儲(chǔ)在程序界面的一個(gè)下拉選擇列表中，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)人員在程序界面選擇材料和輸入厚度后，程序通過匹配材料名稱和厚度定位最小間隙的行數(shù)和列數(shù)得到最小間隙。同時(shí)此種方法還具有一定的可擴(kuò)展性，當(dāng)應(yīng)用新的材料時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需按照表3的格式將新材料的名稱及不同厚度對應(yīng)的最小間隙輸入表3，再重新運(yùn)行程序便可以在下拉選擇列表選擇新輸入的材料。

（2）磨損系數(shù)x的快速確定：自動(dòng)獲取沖裁件沖裁截面后，由程序拓?fù)涞玫經(jīng)_裁截面的邊，將這些邊進(jìn)行接合得到一個(gè)封閉的圖形，通過CATIMeasureablCircle接口判斷此封閉圖形是否為圓形，再通過設(shè)計(jì)人員輸入的沖裁件厚度和公差對表4進(jìn)行定位，得到磨損系數(shù)x。

（3）凸凹模公差的快速確定：獲取沖裁件沖裁截面后通過CATIMathBox接口得到?jīng)_裁件橫截面在X、Y方向的最大值和最小值，分別使X、Y方向的最大值減去X、Y方向的最小值，得到兩個(gè)差值，再比較兩差值的大小，采用較大的值作為沖裁件的公稱尺寸，通過此公稱尺寸對表2進(jìn)行定位，得到凸凹模制造公差。

（4）因數(shù)K的快速確定：將前三步得到的數(shù)據(jù)代入公式（4）或公式（6）可以得到凹模刃口尺寸，采用CATIMathBox接口，用與確定凸凹模制造公差一樣的方法得到其在X、Y方向的最大差值即凹模刃口最大寬度b，再通過設(shè)計(jì)人員輸入的厚度由程序?qū)Ρ?的b和厚度進(jìn)行匹配得到因數(shù)k。

（5）沖裁件基本尺寸的快速獲?。韩@取沖裁件沖裁截面后通過對沖裁件沖裁截面進(jìn)行拓?fù)涞玫酱私孛娴乃羞吘€，由CATIMeasurableCurve接口的GetLength方法可得到所有邊線的尺寸。至此，根據(jù)（1）—（5）步得到的數(shù)據(jù)便可以確定凸凹模所有的建模數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)去完成凸凹模的建模。

（6）其他主要零件尺寸的快速確定：沖裁模具中最重要的零件便是凸模和凹模，其他主要零件的尺寸和凸凹模的尺寸相關(guān)聯(lián)。其他零件尺寸確定如下，導(dǎo)料板的的長度和凹模一致，兩側(cè)距離為條料寬度+0.5 mm。卸料板外形尺寸與凹模一致，中間具有起到壓料作用的突起，突起高度為導(dǎo)料板厚度+1 mm，突起厚度與卸料板其余厚度之和為設(shè)計(jì)輸入的卸料板厚度。凸模固定板和墊板外形尺寸與凹模一致，厚度由設(shè)計(jì)人員輸入確定，在凸模固定板內(nèi)還具有一個(gè)與凸模形狀尺寸一致的凹槽。模架已形成國家標(biāo)準(zhǔn)，其建模尺寸由凹模周界尺寸和沖裁行程決定。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先在程序中寫好模架各零件建模尺寸，之后通過凹模周界尺寸和設(shè)計(jì)人員輸入的沖裁行程選擇正確的尺寸。

2.3" 基于CATIA/CAA的沖裁模具自動(dòng)建模

通過傳統(tǒng)模式進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)確定的尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行手工建模，在建模的過程中需要反復(fù)查看已計(jì)算出的尺寸數(shù)據(jù)來進(jìn)行草圖繪制、尺寸約束等一系列操作，此過程低效煩瑣。且在建模的過程中沖裁模具結(jié)構(gòu)和外形的設(shè)計(jì)主要依據(jù)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和水平高低，因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不同，就導(dǎo)致不同設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)和外形會(huì)有差異，不利于沖裁模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。為解決此問題，本文采用CATIA/CAA技術(shù)針對沖裁模具的設(shè)計(jì)對CATIA進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)沖裁模具零件的自動(dòng)建模及裝配。其建模和裝配方法如下：

基于CAA的零件自動(dòng)建模方法：使用CATDocumentServices：New（\"Part\"， pDoc）方法創(chuàng)建Part文檔，采用CATIContainerOfDocument接口得到?jīng)_裁模具各Part文檔的容器，由其GetSpecContainer方法得到文檔的結(jié)構(gòu)容器，由其結(jié)構(gòu)容器得到各Part文檔的CATIGSMFactory、CATISketchFactory和CATIPrtFactory。根據(jù)上文計(jì)算出的數(shù)據(jù)，采用CATISketchFactory進(jìn)行草圖的創(chuàng)建，由CATI2DWFFactory接口中的CreateLine（）、CreateCircle（）等方法進(jìn)行草圖繪制；由CATIPrtFactory接口下的方法對繪制完成的草圖進(jìn)行特征的創(chuàng)建，如CreatePad（）、CreateHole（）、CreatePocket（）用來創(chuàng)建凸臺(tái)、孔、凹槽這些特征；由CATIGSMFactory下的CreatePoint（）方法創(chuàng)建點(diǎn)作為裝配過程中的裝配約束元素，由CATIAlias接口下的SetAlias方法設(shè)置這些元素在Part文檔結(jié)構(gòu)樹上的名稱。零件自動(dòng)建模流程如圖1所示。

基于CAA的零件自動(dòng)裝配方法：本文實(shí)現(xiàn)零件間的自動(dòng)裝配主要基于以下方法，首先由CATFrmEditor接口的GetCurrentEditor（）方法得到當(dāng)前界面Product文檔，由當(dāng)前界面Product文檔通過CATIProduct接口的 GetChildren方法得到?jīng)_裁模具Product文檔，再由沖裁模具Product文檔使用CATIProduct接口下GetAllChildren得到所有Part文檔，然后通過CATIProduct接口的GetPartNumber 方法得到零件編號(hào)，通過匹配零件編號(hào)找到要進(jìn)行裝配約束的零件。得到要進(jìn)行約束的Part文檔后采用CATIDescendants接口下的GetAllChildren方法得到Part文檔中結(jié)構(gòu)樹上的所有元素，由CATIAlias接口下的GetAlias方法得到這些元素在結(jié)構(gòu)樹上的名稱，通過匹配元素名稱得到裝配約束元素。由GetProductConnector（）方法創(chuàng)建在相同Product文檔下兩個(gè)不同Part文檔中的裝配約束元素的鏈接，由CreateConstraint（）方法進(jìn)行不同Part文檔之間約束的創(chuàng)建，將相應(yīng)Part文檔中的零件模型約束到正確的位置。零件自動(dòng)裝配流程如圖2所示。

3 沖裁模具設(shè)計(jì)實(shí)例

本文所開發(fā)的沖裁模具快速設(shè)計(jì)軟件使用界面如圖3所示。設(shè)計(jì)人員雙擊打開選擇沖裁件文件存放路徑，將沖裁件導(dǎo)入當(dāng)前界面如圖4所示，之后選擇沖裁模具的類型、沖裁件的材料，輸入沖裁模具生成時(shí)所需要的各項(xiàng)參數(shù)后，點(diǎn)擊模具預(yù)覽按鍵，軟件得到設(shè)計(jì)人員在此對話框中所輸入的各個(gè)參數(shù)，并自動(dòng)查詢表1、表2、表3、表4得到生成沖裁模具所需要的數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算來控制沖裁模具的形狀，通過CATIA特定的接口對沖裁模具進(jìn)行草圖繪制、實(shí)體生成等操作，軟件運(yùn)行完畢后即可生成所需沖裁模具，如圖5所示。

與設(shè)計(jì)人員手動(dòng)設(shè)計(jì)的沖裁模具相比，此沖裁模具的功能、形狀、尺寸都能滿足該沖裁件的生產(chǎn)需求。選取三位設(shè)計(jì)人員分別采用傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)方法和使用該軟件對此沖裁件進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)，記錄每位設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)所用時(shí)間，將三位設(shè)計(jì)人所用時(shí)間取平均值作為參考，沖裁模具人工設(shè)計(jì)平均耗時(shí)與通過軟件快速設(shè)計(jì)平均耗時(shí)對比如表5所示。

4 結(jié) 論

本文針對以傳統(tǒng)方法進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)時(shí)存在的需查閱的數(shù)據(jù)量大、計(jì)算量大、建模時(shí)重復(fù)性操作多、操作煩瑣等問題提出了一種基于CATIA/CAA的沖裁模具快速設(shè)計(jì)方案，依據(jù)此設(shè)計(jì)方案開發(fā)出了沖裁模具快速設(shè)計(jì)軟件，該軟件在保證沖裁模具設(shè)計(jì)質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)了沖裁模具參數(shù)化、快速化建模。設(shè)計(jì)人員采用傳統(tǒng)人工方法進(jìn)行沖裁模具設(shè)計(jì)平均耗時(shí)16.5h，采用此軟件設(shè)計(jì)沖裁模具總計(jì)平均耗時(shí)0.8h，平均耗時(shí)約為傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)方法平均耗時(shí)的1/20，有效地縮短了沖裁模具設(shè)計(jì)的時(shí)間，為沖裁模具參數(shù)化快速設(shè)計(jì)提供了一種參考思路。

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責(zé)任編校：陳 強(qiáng)，裴媛慧

Rapid Design of Stamping Dies Based on CATIA/CAA

JIA Zhen1，2， ZHAO Zhenxing1，2， WANG Lei1，3

（1. College of Aerospace Engineering， Shenyang Aerospace University， Shenyang 110136， China;

2. Key Lab of Fundamental Science for National Defence of Aeronautical Digital Manufacturing Process， Shenyang Aerospace University， Shenyang 110136， China;

3. College of Energy and Environment， Shenyang Aerospace University， Shenyang 110136， China）

Abstract： The traditional mode of stamping dies design mainly relies on designers manually consulting mold design tables to calculate" stamping dies design data， and then manually creating mold models in 3D modeling software based on these data. The tedious data calculation and inefficient manual modeling seriously affect the mold design cycle. In order to improve the speed of mold design and shorten the mold design cycle， This article uses CATIA/CAA secondary development technology as a tool to connect the consultation of design tables， mold data calculation， and automatic creation of 3D models of molds. A rapid design software for stamping molds has been developed， achieving rapid design of stamping dies.Through practical examples， it has been verified that the average time required for mold generation and modification when using this software for punching mold design is 0.8 hours. Compared with the average time required for traditional manual punching mold design of 16.5 hours， the average time required for punching mold design using this software is about 1/20 of the average time required for traditional manual punching mold design， greatly saving punching mold design time.

Key words： stamping dies；CATIA/CAA；quick design

收稿日期：2023-12-18

基金項(xiàng)目：航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2018ZE54028）；遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2019ZD0240）

作者簡介：賈 震，遼寧沈陽人，博士，教授，研究方向?yàn)殁k金件數(shù)字化制造。