基于Catia V5的汽車內飾網狀孔設計

孫大鵬，葉小勇

（福特汽車工程研究南京有限公司，江蘇 南京 211100）

引言

參數化設計（Robust Design）是指在數字模型設計過程中盡量把一些關鍵特征的參數設計的可編輯化、可替換化、可追溯化，同時這些影響關鍵特征的元素盡量做到獨立性，不受到特征的變化而產生變化從而導致無法編輯或者更新的狀況出現。參數化設計在日常的設計工作中能夠隨時、迅速地對目標特征的各個關鍵步驟進行修改調整，極大地提高了數字模型的設計效率和便捷性。

1 成品問題分析

在 3C產品和汽車內飾的設計中，揚聲器裝飾罩的造型設計是影響產品美觀和功能的重要因素。一方面，裝飾罩孔的形態和結構設計關乎到精致工藝和成型的最后效果；另一方面，在數據制作過程中，孔的制作過程繁瑣、單調、重復、數據量大、制作周期長，修改麻煩，如何高效、便捷地制作、修改孔的數據，是每個設計師亟待解決的問題。

通常音箱裝飾罩采用PC/ABS注塑工藝，拔模可以分為單面拔模和雙面拔模。單面拔模模具結構簡單，成本較低，但單面拔模容易在分型面附近產生飛邊，外觀上達不到精致工藝要求。為了解決這個問題，通常采用雙面拔模的方法，拔模分型線位置大約占到整體料厚的一半左右；把線分模轉換為面面相貼的面分模方式，就能有效地避免飛邊的出現。同時雙面拔模能夠有效避免單面拔模的孔根部面積縮小從而導致透音量變小的弊端的出現，可以一舉兩得地解決飛邊和透音量的問題，如圖1所示。

圖1 雙面拔模孔示意圖

2 設計準則

PC/ABS 帶孔塑料揚聲器孔的設計分為兩種：

（1）對于PC/ABS材料, 在開孔區域面積大于50%且形狀規則的情況

此種情況聲音的通過面積占比較高，分型線約占料厚的50%-60%（推薦值為 50%），最小通孔直徑為1.2mm，A面孔孔最小間距為0.7mm，如圖 2所示；孔最小拔模角度為5度，B側拔模孔的半徑比A側孔大0.1mm，便于消除飛邊，如斷面A-A所示。如果開孔區域料厚較薄，須用到加強筋，如圖 3中斷面B-B所示（CAE 分析合格除外），背面加強筋的厚度小于3.5mm，最優的設計是將揚聲器格柵直接置于部件本體上。在實際設計過程中，對于金屬或塑料揚聲器格柵孔（通孔面積越大越好）盡量設計成方孔（方孔的通過面積比圓孔大 27%）。對于其他可替代材料，須參考 PC/ABS的熔體流動速率與粘度的極限狀況來運用設計準則。

圖2 開孔區域面積大于50%的狀況

圖3 有加強筋的斷面： B-B

（2）對于使用PC/ABS材料，開孔呈現“不規則形狀”且面積小于50%的情況

此種情況聲音的通過面積占比較低，分型線約占料厚的50%-60%（推薦值為 50%），最小通孔直徑為1.2mm，A面孔孔最小間距為0.7mm ，孔最小拔模角度大于5度，B側拔模孔的半徑比A側孔大0.1mm，便于消除飛邊；開孔區域的壁厚須小于1.89mm，因為音箱開孔需要滿足“+1.5dB / -2.5dB音波穿透性測試”，太厚的壁厚容易導致音波的穿透性變差。見圖4中B情況。

圖4 斷面：A-A

3 設計實例與步驟演示

造型創意完成之后，造型設計師會提供造型數字曲面（A面），造型面包含了設計師的設計意圖，包括喇叭孔的形狀、大小、間距，孔基于的曲面的張度、光順度等等信息。在拿到造型面之后，如何迅速、便捷地復制為數眾多的小孔的各種特征，使所有造型孔都滿足設計準則要求、符合模具設計要求和精致工藝的要求，這給數據設計工作帶來諸多挑戰。

下面所有的步驟遵循一個大的設計思路，可以按照：1.提取造型孔＞2.加入 List＞3.定義 UDF＞4.通過 Loop 命令快速實例化 UDF＞5.布爾運算挖出孔特征。這每一個步驟基本上有參數可循，方便后期的修改和調整。

3.1 提取造型孔

圖5 提取造型孔

3.2 加入List

3.3 定義UDF

根據設計準則來制作挖孔特征。根據A面來設計出中間面和B面（一般整體料厚=2.5mm），除此之外還需要設計出單個孔輪廓和拔模方向，如圖6所示。通過模塊，結合設計準則設計出以下挖孔特征，如圖7所示。

圖6 設計中間面、B面

圖7 挖孔特征

把上一步設計挖孔特征曲面實體化，務必將實體通過布爾運算Add進BODY中，以便完成下一步的UDF特征創建。

下一步定義UDF(User Definition Feature自定義特征)，插入，選擇挖孔特征的，在Inputs中選擇構成挖孔特征的5個基本輸入要素：A面、B面、中間面、孔輪廓 、拔模方向，并將相關參數值發布（Publish）出來，方便后續的修改；如圖8所示。

圖8 User Definition Feature自定義特征

3.4 通過Loop命令快速實例化UDF

通過Loop命令，來實現批量化復制上述挖孔特征的過程，以減少大量重復冗繁的步驟。在 Input中選擇上述步驟中的5個基本要素（A面、B面、中間面、孔輪廓、拔模方向），由于是實現對實體的循環復制，需要新建BODY并在Context中選中。具體過程和編程命令如下：

UDF_$i$ isa HOLE_CUTTER_UDF {PROFILE =object:List.1[$i$];}

運行之后產生下面效果，所有特征細節都被賦予到每個造型特征孔上，如圖9所示。

圖9 通過Loop命令快速實例化UDF

3.5 布爾運算挖出孔特征

最后通過布爾運算從本體上挖掉孔的特征，得到最終效果，如圖10所示。

圖10 布爾運算挖出孔特征

4 總結

上述內容通過Catia V5中的：單個孔元素的設計＞自定義特征（UDF）的設置＞循環命令的定義與運行（LOOP）＞布爾運算得出結果這一流程，結合了設計、制造工藝和知識工程三個方面的知識，較為便捷地解決了這一類重復性工作類型的問題，同時每個步驟基本實現了參數化設計（Robust Design），方便后期數據不斷調整和修改，極大方便了工程師和設計師們的設計工作，供設計師們參考。