1概述
1.1天线面板优化设计系统的开发背景
电子工业部第三十九研究所(NWIEE)是我国唯一的大中型天线系统专业性骨干研究所,集研究、设计、制造与一体,主要生产各种频段的通讯天线。近年来,随着生产的发展、竞争的日益激烈,新产品不断投产,对天线的生产质量提出了新的要求,而研究所的传统的天线设计、工艺技术、方法与效率严重制约了生产的发展,这就要求改进传统的设计、工艺方法,提高设计、生产的质量和效率,以适应目前天线设计、生产技术的发展要求。天线反射面板是整个天线系统的一个关键部件,其质量的提高对提高天线系统的质量至关重要。由于天线反射面板属于饭金零件,从目前的实际需要看,建立一个针对天线反射面板的工装优化设计系统以优化天线面板生产工艺参数与模具结构,提高天线的生产质量。不但可满足目前的生产需要,也为今后的技术发展提供了有利的环境,奠定了坚实的基础。
1.1.1天线面板制造特点与工艺
天线产品的制造属于技术密集型产业,天线系统具有自身的一些特点:产品结构比较复杂;结构与电讯性能密切相关.加工精度与系统电讯指针密切相关;在天线系统中,反射器是天线系统中的一个主要部分,其功能是用于反射无线电讯号,由主反射面、副反射面、筋条背架组成。天线系统的基本组成如图1一1所示。其中反射面板是其中的关键零件,其形状是根据天线适用的频段来设计的。反射面板的精度直接关系到天线的使用效果,尤其是在高频段天线的生产中,天线制造精度的影响尤为明显,所以天线反射面板的制造精度的提高是天线生产中的一个关键技术。
1..2本研究的相关现状
CAE是在计算机辅助设计CAD的基础上发展起来的,随着CAE技术特别是有限元分析技术的发展,使得在实际的试模以前检验模具和工艺的合理性成为可能。对于复杂的板料成形为了能全面预测毛料、模具和加工工艺的合理性,使用一个强有力的CAE系统来进行加工过程的模拟是必须的。目前,美国三大汽车公司通用、福特和克莱斯勒,德国的大众和宝马以及法国的雷诺等公司都已将金属板料成形过程的数值模拟作为汽车零部件设计过程中的一个标准工具。但是在工程设计中,分析只是此过程的一个部分,设计的任务不是在给定的工艺条件下确定结果如何,而是要发现能可靠加工出产品的工艺。从这种意义上来说,有限元分析技术还不能完全满足设计的需要。为了高效率的用CAE来指导CAD的设计,必须将CAD、CAE结合起来,形成集成设计系统,用CAE的模拟结果进行辅助决策。起到对模具结构成形工艺优化的作用。目前CAD/CAE的集成只是一种单向的集成,即仅仅从C八D到CAE的集成,而从CAE到CAD即如根据CAE的结果来修改设计是由设计者来完成的。因此,要真正加强CAE对金属成形过程设计的指导作用,应该建立CAD与CAE的双向集成。.
1.3研究的内容与方法
1.3.1研究的内容
针对以上的分析,本研究建立针对天线面板成形模具的优化设计系统。系统对天线面板成形模具的成型形面进行优化,优化的目标是修正天线反射面板成形模具型面,使所成形的天线面板与其理论曲面之间的误差在允许的范围之内。同时建立模具CAD系统,完成模具的结构设计。优化设计模块以CAE软件的分析结果为依据,建立CAE与CAD的集成方式,利用CAE的结果,以基于规则的知识表示给设计者提供对模具型面的进行回弹修正的工具。
模具结构设计部分包括模具结构设计模块与零件库、特征库。完成天线面板成形模具从概念设计到详细设计的过程。在结构设计模块中,在分析天线面板拉形模具结构的基础上,建立模具的装配模型,以支持模具结构从总体设计到详细设计的过程。
1.3.2研究路线
在建立模具成形型面优化设计模块时,对面板所用的材料进行试验后得到材料的性能参数,利用CAE软件作进行天线面板拉形过程的模拟分析,从分析结果得到天线面板回弹修正规律。再进行现有CAD软件的二次开发,以得到的回弹修正规律通过模具型面优化设计模块生成新的成形型面。本研究采用的CAE软件为Dynaform,该软件可以进行如下分析:材料的流动、厚度的变化、破裂、起皱、回弹,残余应力和应变,我们主要利用该软件对回弹的分析结果,如拉形后回弹量、己成形零件切边后的回弹量等,获得模具型面回弹修正规律,来修正模具的成形型面。由于CAE的结果是通过等值线或等值面、云图等形式表现出来的,虽然结果直观,仍需要设计者通过对系统的提供的某些参数的等值线或等值面的分析来形成设计的评价。再由设计者根据自身的知识和以往的经验来判断形成产品缺陷的原因,并对当前的设计进行合理的修改。这就对设计者的要求有较高的专业知识。因此优化设计模块应建立CAE与CAD的集成通道,实现CAE与CAD的集成。本研究中采用的CAD软件是美国PTC公司的PRO尼,利用其二次开发工具建立模具成形型面优化模块、模具结构模块。研究路线的流程如图1-6
1.4研究的意义
本研究主要针对天线反射面板的模具进行结构的设计和优化,目的在于建立一个集模具成成形优化与结构设计为一体的模具辅助设计系统,解决天线反射面板生产过程中由于回弹引起的精度不能满足要求的问题,提高模具设计设计质量与效率。本研究的意义在于两个方面:l)从实用的角度来讲在于解决目前电子工业部第39研究所天线面板的工装设计问题。2)从研究的角度,探讨并实现了一种利用CAE的分析结果来指导塑性成形工艺与工装设计的方法,在一定程度上实现CAE与CAD的集成。
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2系统实现方案
2.系统实现技术方案:
2.1.1系统组成部分
本系统的目的在于对天线面板拉形模具的成形型面进行优化,以优化后的成形型面为基准进行模具结构设计,采用如下的系统结构:
2.2系统开发平台介绍
2.2.1开发平台的特点
本系统采用国际著名的CAD软件公司一美国的的产品-Pro甩ngineer作为开发平台,该系统石零件几何建模,产品零、部件装配方面有较强功能。其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型,三维实体或线框造型、工程图产生。Pro尼ngineer是一个功义系统,即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现,其中包括:筋、、倒角(Ch别mfers)和抽空(Shells)等,采用这种手段来建立形体,无需采用复杂的几何设计方式。该系统的参数化功能是采用符号式的赋予形体尺寸,不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体,这样设计人员可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系,任何一个参数改变,其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便,可令设计优化更趋完美。Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件,是新一代的产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。.参数化设计和特征功能Pr。是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,可以勾画草图,比较方便的改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上的简易和灵活。单一数据库是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的据结构与工程设计的完整的结合,这一优点可以使设计更优化。
3型面优化模块
3.,天线面板拉形过程与回弹趋势
3.1.1天线面板拉形过程分析
大型天线面板属于曲率变化比较平缓的大型板件,在成形中采用拉形工艺。拉形是通过单向拉伸,是毛料的纤维产生不等量延伸的成形方法。拉形中材料拉应变,最大主应变和拉力作用方向一致。为了提高成形精度、减少回弹量,要在拉形结束时,最小延伸部位纤维的延伸量应超过金属的屈服极限。
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3型面优化模块………………19
3.1天线面板拉形过程分析与回弹趋势………………19
3.22CAD与CAE的集成………………22
3.3模具优化设计模块的实现………………28
4模具结构设计………………30
4.1天线面板模具结构设计采用的关键技术………………31
4.2模具结构设计模块的组成………………33
4.3模具典型装配结构的建立………………34
5系统介绍………………53
5.1天线反射面板理论曲面的输入与修正………………53
5.2模具结构的概念设计………………54
5.3模具结构的详细设计………………56
6结束语
6.1研究内容总结
塑性成形都是对材料的深度加工。成形的成功无疑将转化为显著的技术经济效益,而成形的失误往往导致全部前期劳动成果毁于一旦。随着经济和技术的发展,对饭金件的生产技术手段提出了更高的要求。在饭金成形中,模具占有特殊的地位,对于外形复杂、形状特殊的产品,模具的设计与制造水平是成形能否成功的关键之一。在目前的加工过程中的工艺分析及模具设计制造还主要依靠设计者的经验,为了避免饭金成形过程中出现断裂、起皱、颈缩、回弹等不良现象,需要反复修改成形加工的某些参数或修改模具形状。这样使得传统模具设计周期长、工艺设计效率低。以上饭金成形中的各种问题迫切需要一种有效的手段来指导解决,CAD、CAE的发展为问题的解决提供了可能。二者合理结合,是提高模具设计制造水平、饭金成形质量的有效手段。基于以上的分析并结合电子工业部第39研究所生产中的实际问题,本研究建立了一个模具优化设计系统,在实际应用中满足了生产的实际需要,同时从研究的角度也探讨了一种将CAE与CAD结合的方式。在本研究中根据天线面板成形过程的模拟结果和材料的试验结果,建立了天线面板成形型面的优化设计模块,利用CAE的模拟结果对塑性成形工艺设计的指导,对天线反射面板的理论曲面进行修正。建立了一种比较有效的利用CAE分析结果来指导塑性成形的方法,既利用了CAE的分析结果又避免了人工对CAE分析结果的判读。提高了模具设计的质量。本研究以提高模具设计效率为目的,针对天线反射面板拉形模具的特点,建立了一个基于典型模具结构的变形设计模块,使用户可以对模具的典型结构们-柔性的修改,既提高了效率又满足了不同情况下的特定需求。在模具结构设训模块主要作了以下的工作
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总结
目前本文中利用Pro/toolkit建立了基于特征的参数化常用零件库所建立的零件库,但是利用Pro/toolkit所提供的特征建模环境在建立零件库时比较繁琐,所以零件库的不易扩充。应进一步研究熟悉Pro尼NGINEER的特点,开发环境,采用有效的方法,根据生产的实际需要可以方便有效的扩充零件库。2)模具概念设计阶段完成后,概念设计阶段所产生的各部件的参数需要先提取,然后写入数据文件。在详细设计阶段设计零部件时还要打开相应的文件来读取概念设计所产生的参数,完成详细设计。这个过程比较繁琐,因此应进一步研究管理参数传递的方法。3)在模具装配模型中,零件之间的尺寸关系的建立上还需进一步完善和加强。在目在装配结构生成后,对于一些零件之间的相关尺寸之间的关系还需用Pro尼NGINEER的交互式建模工具加以完善。
参考文献（略）