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发表于 2020-4-15 08:49:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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基于内饰件基础结构库的门饰板设计

袁智军1,2周 磊2梁海峰2危学兵2王 辉1
(1.武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,武汉430070;2.上汽通用五菱汽车股份有限公司,柳州545007)
中国汽车材料网【摘要】针对汽车门饰板B面设计中重复建模工作量大且易出错的问题,提出了基于内饰件基础结构库的门饰板设计方法。介绍了基于NX二次开发技术的内饰件基础结构库的建立,并在对门饰板B面基础结构进行分析和研究的基础上建立了门饰板的基础结构库组件。以某车型门饰板为例,运用基础结构库软件设计了门饰板上的大量重复基础结构。

1 引言

门饰板作为汽车内饰件的重要组成部分,具有包覆金属门板,提供满足人机工程、舒适性、功能性和方便性的优美外观的功能[1]。不同车型门饰板的B面基础结构大体相似。传统的设计方法是设计人员参照旧车型门饰板的B面结构重新设计结构或直接截取已有的相似结构复制到正在设计的门饰板中进行二次设计,这种方法的效率低且工作量大,难以标准化。针对此问题,本研究提出建立内饰件基础结构库并利用其进行门饰板设计的方法,此方法可有效缩短设计时间,保证产品设计质量并减少工作量。

2 基础结构库的建立

汽车门饰板的B面有诸多基础结构,这些基础结构有许多相同或相似的结构特征。为了提高这些基础结构的设计效率,将其进行归纳和分类,然后进行参数化设计,并基于NX的二次开发模块建立交互界面,然后导入对话框文件到C++工程,基于NX/Open API(Appli⁃cation Programming Interface)实现模型导入及变更操作,最后发布程序建立整个基础结构库。

2.1 基础结构库的开发平台

基础结构库的建立基于NX软件平台,它提供了NX/Open API[2]和NX/Open GRIP(Graphics InteractiveProgramming)[3]程序设计模块,还提供了菜单设计模块(MenuScript)和用户界面制作模块(UIStyler)用于辅助设计。NX/Open GRIP是内嵌的一种专用的图形交互开发语言,灵活性和扩充性差[3]。而NX/Open API是C语言实现的NX对象模型操作函数集,可与Visual C++集成开发,从而实现复杂可视化界面交互、底层运算和数据操作。

汽车内饰件基础结构库系统需要复杂的可视化界面交互、快速的数据检索、强大的模型数据存储与运算、实时的模型编辑与操作等功能,综合上述两种二次开发语言的特点,本文主要采用NX/Open API二次开发工具结合Visual C++开发平台来完成基础结构库系统的构建。

2.2 基础结构库要求

考虑到软件操作应方便、快捷,基础结构模型的导入和修改要高效实用,设计过程要清晰规范等因素,该基础结构库的建立具有以下特点:

a.便捷性。基础结构库基于NX平台开发,考虑了设计人员的工作习惯和设计思维,使用更加流畅;基础结构库的菜单直接嵌入NX菜单栏,如图1所示;结构库操作界面采用NX的对话框制作模块Block UI Styler 和UIStyler编辑,以便风格与NX相统一。

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[size=0.8em]图1 基础结构库菜单

b.实用性。运用NX二次开发功能可实现基础结构模型的自动导入、参数的实时调整和模型的动态更新;能够自动记录设计人员的操作及所输入的参数,在下次调用时不必重新设置。

c.规范性。建立了基础结构模型设计规则表,可自动读取并调用其中的设计经验和规则,使设计规范化。

3 门饰板B面基础结构分析

门饰板具有覆盖钣金、与相邻内饰件(如B柱、仪表板)配合的功能,其B面基础结构一般具有保证门饰板强度、门饰板定位以及门饰板与钣金等周围零件的紧固等功能。针对这些功能,对B面基础结构进行分类,从中分别提取出1种典型基础结构进行分析。在此基础上通过NX参数化建模方法建立门饰板的基础结构库组件,并将分析得到的设计参数关联关系固化到模型设计规则表中,通过规则表来驱动参数化基础结构组件。

3.1 加强筋

加强筋是保证门饰板强度的典型基础结构,其主要作用是增强门饰板的强度和刚度,也用于限位。

加强筋的厚度一般取决于门饰板的材料及厚度。门饰板本体一般选用改性聚丙烯(Polypropylene,PP)材料。饰板的常见厚度为2.5 mm,加强筋的根部厚度一般不超过饰板料厚的50%,即通常不超过1.25 mm。如果加强筋根部过厚,会使内饰板表面产生收缩痕、翘曲变形等问题,影响产品外观及感知质量。

考虑到门饰板的外观影响及注塑要求,门饰板的加强筋尺寸要求如图2所示。其中,t为门饰板壁厚;h为加强筋在拔模方向的高度;b为加强筋根部厚度;r为根部位置圆角半径,可防止应力集中;拔模角为0.5°,可减小脱模时的顶出力。

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[size=0.8em]图2 加强筋尺寸

3.2 定位销

定位销是门饰板上常用的定位结构。在门饰板的定位设计中,独立的定位销和卡扣均可使用。但由于定位销通常在门饰板上直接注塑成型,与卡扣定位相比更加精确,也更便于根据实际情况改变其长度,装配效果更好,生产效率更高,所以应尽量采用独立定位销定位的方式。

定位销可分四向定位销和两向定位销,如图3所示。四向定位销可用于门饰板前、后、上、下定位;两向定位销用于前、后定位,位于门饰板前端的上边缘。

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[size=0.8em](a)四向定位销 (b)两向定位销
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图3 定位销种类


3.3 卡扣及卡扣座

卡扣是门饰板上的常用紧固件,一般后端安装在门饰板卡扣座上,前端与钣金相连。卡扣作为塑料紧固件的一种,有别于传统的螺纹紧固件机械连接,其主要通过弹性变形卡入装配孔,装入后卡扣回弹与孔形成过盈配合实现固定连接[4]。不同类型卡扣采用的材料主要为聚酰胺6(Polyamide 6,PA6)、聚甲醛(Polyformaldehyde,POM)。PA6韧性好,但吸水性强而耐候性差;POM耐候性好,但韧性差,需要进行增韧。POM的成本远小于PA6,所以一般塑料卡扣优先选用POM。

卡扣座位于门饰板B面,与卡扣相连,根据不同用途其结构的设计也不同。如图4所示,短距卡扣及卡扣座用于门饰板B面与钣金距离较小的位置,长距卡扣座则用于门饰板B面与钣金距离较大的位置。一般通过调节卡扣座的高度来满足实际需求,同时用卡扣座也可解决门饰板A面的缩印问题,无需考虑卡扣壁厚与门饰板壁厚的关系。

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[size=0.8em]图4 卡扣及卡扣座

4 基于基础结构库的门饰板设计

前面分析了门饰板的几种典型基础结构,结合这些结构的设计案例,在NX中建立门饰板的基础结构库组件,并将其集成至内饰件基础结构库。以某车型的门饰板为例,以基础结构库的方式进行其基础结构的设计。某门饰板基础结构设计前的B面造型如图5所示。

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[size=0.8em]图5 某门饰板基础结构设计前B面造型

4.1 卡扣及卡扣座的设计

根据不同车型的需求,在基础结构库中建立了多种卡扣及卡扣座结构,如图6所示。该门饰板选用了其中第1种卡扣及卡扣座。

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[size=0.8em]图6 卡扣及卡扣座结构选择界面

选取合适的卡扣及卡扣座后,进入操作对话框,选择方向和定位点,同时可调整模型的导入位置、编辑参数等,如图7所示。选择拔模方向,根据钣金位置确定定位点,则可将其导入到工作空间,然后根据设计需求编辑参数,并将其与门饰板进行布尔求和。

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[size=0.8em]图7 卡扣及卡扣座结构导入操作对话框

在模型设计完成后,通过结构库编辑功能可重新调出操作对话框进行模型修改,如定位方向和定位点的更改以及参数修改等。如图8所示,图8a为重新调出的操作对话框;点击基础截面(Basic Cross-Section)按钮即可调出图8b所示对话框查看结构的具体尺寸,供设计人员分析和参考;点击编辑参数(Edit Parameter)按钮,则可调出如图8c所示的参数编辑对话框,可对相关参数进行更改;这些参数的当前值及表达式显示在左侧零件导航栏内,如图8d所示。

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P7_5448.jpg

[size=0.8em]图8 卡扣及卡扣座结构修改操作

重复上述操作即可完成门板所有卡扣及卡扣座的设计,基于基础结构库设计的某门饰板部分卡扣及卡扣座如图9所示。

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[size=0.8em]图9 部分卡扣及卡扣座结构

4.2 定位销及导向柱等结构的设计

定位销、导向柱及焊柱等结构的设计过程与卡扣及卡扣座的设计过程大致相同,但在结构的提取与导入上有一些不同。卡扣及卡扣座有单独的选择界面,在其他内饰件的设计中也可使用;定位销、导向柱等结构的选择界面如图10所示,是针对门饰板设计的,囊括了门饰板上所需的所有基础结构类型,如定位销、导向柱、焊柱、特殊卡子结构等。

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[size=0.8em]图10 门饰板基础结构选择界面

4.3 加强筋的设计

在门饰板的设计中,加强筋设计的规律性并不强,多为设计人员根据实际情况直接设计。实际上加强筋作为门饰板上重要的基础结构,其尺寸要求及布置形式都需要规范化。所以在对加强筋进行参数化建模时,不仅要考虑其尺寸要求,还要根据其布置形式的不同,建立多种类型的加强筋模型。

加强筋一般不采用直接十字交错,以免相交处壁厚增加而导致门饰板表面发生缩印。通常在门饰板的中部采用图11a的布置形式,在门饰板边缘采用图11b的布置形式。

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[size=0.8em]图11 加强筋布置形式

根据加强筋的尺寸和布置要求,进行多种类型的加强筋模型的参数化建模,在门饰板上进行加强筋设计时,通过基础结构库导入所需的类型。由于加强筋结构简单,设计人员无需通过结构库编辑功能调用操作对话框进行参数更改,可直接在导入的模型上进行二次设计以满足设计需求。

最后,基于基础结构库设计的某门饰板如图12所示。

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[size=0.8em]图12 基于基础结构库设计的某门饰板

基于基础结构库的门饰板基础结构设计流程可归纳为:打开设计对象;进入结构库,检索到需导入的对象;导入所需结构并进行定位与设计。设计人员可通过编辑功能对已导入的基础结构进行修改。

为了验证二次开发基础结构库的实用性与效率,选定两位门饰板设计工程师进行该门饰板草版数据设计。通过对比发现,采用基础结构库的设计周期明显缩短,因为采用基础结构库设计的工程师基本无需考虑连接结构的配合尺寸问题,只需考虑设计结构的位置和保证出模。而采用传统方法设计的工程师除调整结构位置外,还需不断查阅数据检查清单或根据经验确认配合尺寸是否满足设计要求,使设计复杂度增加。

5 结束语

提出基于内饰件基础结构库的门饰板设计方法,通过NX二次开发技术建立基础结构库,实现门饰板基础结构导入式快速高效设计。本方法减少了工程师重复建模工作;改变以往截取-拷贝的设计思路,规范了基础结构设计;使工程师摆脱局部细节设计,降低设计复杂性并提高设计效率。


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