轮胎模具花纹造型设计关键技术VIP免费

收稿日期：2004-04-09作者简介：李晓武（1974-），男，河南镇平人，博士研究生，主要研究领域为CAD/CAM。轮胎是一种易耗消费品，拥有广泛的市场。随着人们物质生活水平的提高，轮胎的需求量急剧增加，从而要求进一步缩短轮胎产品投放市场的时间，这就对轮胎模具的设计和制造效率提出了更高的目标。轮胎模具的类型主要分为钢模和活络模两种，钢模主要由上模、下模、上模钢圈和下模钢圈组成，活络模的主要部件为底座、盖板和模瓣[1]。这些零件均为标准结构，只有轮胎表面的花纹形状是变化的。轮胎表面的花纹是按照一定的变化规律均匀分布在轮胎外表面的三维几何形状，一些文献把轮胎摸具的花纹部分又称为基模[2]。如何在旋转表面上正确绘制出三维的花纹，一直是轮胎模具造型设计和数控加工中的技术难题。传统的轮胎花纹生成方法是技术工人根据提供的花纹几何总图，采用手工绘制的方法把二维花纹“画”到旋转的轮胎模具表面上，然后再进行花纹加工。由于手工方法对轮胎设计的效率有极大限制，因此，需要借助计算机辅助设计工具来提高轮胎花纹的绘制效率[3]。在国外的高端CAD/CAM系统中，如Pro/E，UG，CATIA等，都有与轮胎花纹设计相关的功能。例如，Pro/E中是通过将布置有花纹形状的平板卷曲一周的方法获得轮胎花纹造型的效果；UG系统中是利用专用模块Tiremap将花纹平面展开图卷曲到胎顶曲面上，形成花纹空间曲线的形状，然后再利用这些空间曲线进行花纹造型[4]；在CATIA系统中则是直接在轮胎轮廓的旋转曲面上进行花纹绘制，然后再形成实体造型[5]。与国外相比，国内在轮胎花纹的设计能力方面还存在较大的差距，轮胎花纹基本上仍以仿制为主，通过测绘形成花纹总图，然后再绘制到轮胎表面上。因此，国外CAD系统提供的花纹造型方法并不完全适合国内轮胎花纹的设计过程。另外，高端CAD系统昂贵的价格也使国内众多轮胎模具厂商望而却步。为了适应国内轮胎模具设计的流程，快速进行轮胎花纹设计，从而提高轮胎模具造型的质量，国内也出现了一些轮胎模具CAD/CAM系统，如文献[1]给出了一种轮胎花纹曲面造型方法，利用该方法对一些简单的花纹形状可以快速2005年工程图学学报2005第4期JOURNALOFENGINEERINGGRAPHICSNo.4轮胎模具花纹造型设计关键技术李晓武，雷毅，王晓芳，王君(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083)摘要：轮胎花纹设计是轮胎造型设计中的技术难题，通过分析轮胎花纹的造型过程，归纳出轮胎模具造型设计的关键步骤，并给出具体的解决方案。详细分析了平面二维花纹向轮胎表面映射的关键技术，建立了映射的原理，并给出了具体的算法。对花纹直壁面生成和花纹沟槽构造等步骤也提出了相应的解决思路。造型结果显示该方法可以有效地构造轮胎花纹的形状，效果明显。关键词：计算机应用；花纹造型；映射；轮胎模具中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1003-0158(2005)04-0041-06地进行曲面造型，但是对于复杂的形状，则存在较大的精度问题。一些基于国外CAD系统二次开发的轮胎花纹造型系统，在通用性方面存在着很大的局限性。轮胎花纹造型的关键问题是平面花纹向旋转曲面的映射，文献[6]对平面图形向自由曲面的映射问题进行了详细的研究，并给出了相应的算法，对轮胎花纹的快速造型具有借鉴作用。作者研究了轮胎花纹的整个造型过程，总结出花纹设计需要的几个关键性步骤，对每个步骤需要的技术进行了深入分析，并给出了相应的算法。通过在国内CAD/CAM商品化软件——CAXA-ME（制造工程师）系统中的编程实现及企业中实际应用，显示轮胎模具花纹造型的结果可以完全满足后续的加工要求，从而验证了作者的研究成果。1轮胎花纹造型过程分析轮胎的几何结构设计包括轮胎截面形状设计和轮胎花纹形状设计两部分。轮胎截面形状通过旋转即可产生轮胎的表面部分。轮胎外表面的花纹几何形状来源于轮胎的花纹总图，如图1所示为一段轮胎的平面花纹示意图。轮胎花纹造型的主要目的：首先，根据花纹几何总图，在旋转的轮胎表面上绘制出轮胎花纹，即将平面二维花纹映射到轮胎表面上。接着，在轮胎表面上将花纹按照一定的斜度（即拔模角）拉伸成直壁面。然后，对直壁面进行处理，从而形...