基于UG和MATLAB的连杆模具异形型腔的离散化研究

宋艳斌 陶丽佳 袁海平 王斌正 王琪

摘要：作为汽车发动机的主要运动件——连杆，其主流加工方式是模锻工艺，其重要加工装备之一是模锻模具，由于连杆外形复杂导致其模具型腔复杂，为提高连杆锻造模具异形型腔的加工精度，本文对连杆锻造模具异形型腔的离散化进行研究。考虑到连杆体锻模的型腔加工以数控加工为主，据此本文提出了基于三次参数样条函数的用于高速铣削加工的异形曲面的离散化方法，并通过仿真对比验证了该方法的可行性，为企业生产优质连杆的工艺制定提供了理论依据。

关键词：锻模;异形型腔;离散化;刀具轨迹

中图分类号：TP391.73 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）12-0237-03

1引言

連杆的主流加工方式是模锻工艺，其重要加工装备之一是模锻模具，由于连杆外形复杂导致其模具型腔复杂，而模具型腔的制造精度直接影响着连杆的加工精度。因此模具型腔的精密加工是连杆锻造中的关键技术。模具的异形型腔常广泛采用高速铣削方式加工，即先对型腔曲面分层后离散化，再选择一定直径的球头铣刀沿着模具型腔曲面的各个分层面的离散点做直线拟合运动，因此模具型腔的加工精度直接取决于其离散精度，为获得较高精度的模具型腔，有必要对其进行离散化分析。

Bezier曲面、B样条以及非均匀有理B样条（NURBS）、三次参数样条等被用来离散复杂的曲面。王可采用三次参数样条函数求解离散点一阶导数的方法，解决了三次样条函数拟合区间不单调、曲率大于100时拟合容易失真的问题。穆安乐等则采用积累弦长三次样条函数求离散点的一阶导数值，不受曲线形状的限制，避免了三次样条函数在大挠度坐标系下拟合精度不高的缺点。张光辉等人利用累积三次样条函数法计算工件和刀具上离散点的倾斜角，对比分析了累积三次样条函数法及三次参数样条函数法下的成形刀具的计算误差。曹锋等人利用理查森外推法求解型值点的一阶导数，其优点是将初始步长取得稍大，有助于抑制拟合函数的计算误差的进一步扩散，同样解决了曲线的大挠度问题。

为实现连杆锻造模具异形型腔的精密加工，本文基于模具异形型腔的设计图纸分析了异形型腔的结构特点，基于Matlab对异形型腔的结合所选的合适的异形曲面的离散化方法进行了连杆模具型腔的离散化研究。

2连杆锻造模具型腔的离散化流程

连杆锻造模具型腔（如图1所示）形状复杂，型腔由多段直线和曲线构成，尤其在连杆大头处有大量的不规则曲线，同时，在杆身处有窄小的凹槽，这就要求在其加工过程中需根据曲线的曲率选择合适直径的刀具进行加工。