基于UG和MATLAB的連桿模具異形型腔的離散化研究

宋艷斌 陶麗佳 袁海平 王斌正 王琪

摘要：作為汽車發動機的主要運動件——連桿，其主流加工方式是模鍛工藝，其重要加工裝備之一是模鍛模具，由于連桿外形復雜導致其模具型腔復雜，為提高連桿鍛造模具異形型腔的加工精度，本文對連桿鍛造模具異形型腔的離散化進行研究。考慮到連桿體鍛模的型腔加工以數控加工為主，據此本文提出了基于三次參數樣條函數的用于高速銑削加工的異形曲面的離散化方法，并通過仿真對比驗證了該方法的可行性，為企業生產優質連桿的工藝制定提供了理論依據。

關鍵詞：鍛模;異形型腔;離散化;刀具軌跡

中圖分類號：TP391.73 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0237-03

1引言

連桿的主流加工方式是模鍛工藝，其重要加工裝備之一是模鍛模具，由于連桿外形復雜導致其模具型腔復雜，而模具型腔的制造精度直接影響著連桿的加工精度。因此模具型腔的精密加工是連桿鍛造中的關鍵技術。模具的異形型腔常廣泛采用高速銑削方式加工，即先對型腔曲面分層后離散化，再選擇一定直徑的球頭銑刀沿著模具型腔曲面的各個分層面的離散點做直線擬合運動，因此模具型腔的加工精度直接取決于其離散精度，為獲得較高精度的模具型腔，有必要對其進行離散化分析。

Bezier曲面、B樣條以及非均勻有理B樣條（NURBS）、三次參數樣條等被用來離散復雜的曲面。王可采用三次參數樣條函數求解離散點一階導數的方法，解決了三次樣條函數擬合區間不單調、曲率大于100時擬合容易失真的問題。穆安樂等則采用積累弦長三次樣條函數求離散點的一階導數值，不受曲線形狀的限制，避免了三次樣條函數在大撓度坐標系下擬合精度不高的缺點。張光輝等人利用累積三次樣條函數法計算工件和刀具上離散點的傾斜角，對比分析了累積三次樣條函數法及三次參數樣條函數法下的成形刀具的計算誤差。曹鋒等人利用理查森外推法求解型值點的一階導數，其優點是將初始步長取得稍大，有助于抑制擬合函數的計算誤差的進一步擴散，同樣解決了曲線的大撓度問題。

為實現連桿鍛造模具異形型腔的精密加工，本文基于模具異形型腔的設計圖紙分析了異形型腔的結構特點，基于Matlab對異形型腔的結合所選的合適的異形曲面的離散化方法進行了連桿模具型腔的離散化研究。

2連桿鍛造模具型腔的離散化流程

連桿鍛造模具型腔（如圖1所示）形狀復雜，型腔由多段直線和曲線構成，尤其在連桿大頭處有大量的不規則曲線，同時，在桿身處有窄小的凹槽，這就要求在其加工過程中需根據曲線的曲率選擇合適直徑的刀具進行加工。