袁　欣

[摘要]汽車覆蓋件模具種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。國內(nèi)大中型模具制造企業(yè)普遍采用三維設(shè)計(jì)。介紹UG軟件在模具三維設(shè)計(jì)中基本功能。介紹基于UG的三維模具設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，說明三維設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]汽車覆蓋件 模具 UG 三維設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310102－02

一、引言

Unigraphics（簡稱UG）是集CAD/CAE/CAM一體的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。汽車工業(yè)是全球制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著市場需求的改變，汽年的更新?lián)Q代速度日趨加快，其模具的設(shè)計(jì)、制造速度的快慢直接制約著汽車業(yè)的發(fā)展。采用模具三維設(shè)計(jì)，在整個(gè)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)無圖化生產(chǎn)是加快模具制造速度的最佳方法。

二、UG的特點(diǎn)

UG具有非常靈活的建模方式。模塊化裝配建模?？商峁┳皂斚蛳?top-down)、自底向上(bottom-up)兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義方式可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，零件可并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品中各自裝配零件。方便的二維繪圖。強(qiáng)大的CAM功能。一流的鈑金件制造。集成的數(shù)字分析。豐富的用戶開發(fā)工具。內(nèi)嵌的工程電子表格。UG提供了逼真的照片效果渲染?？煞蛛A段實(shí)施的數(shù)據(jù)管理。無圖生產(chǎn)的關(guān)鍵：CAD/CAM/CAE與PDM集成，可管理CAD數(shù)據(jù)以及整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)。

正因?yàn)閁G具有以上所述的強(qiáng)大的功能，因此可以在汽車覆蓋件模具的生產(chǎn)流程中采用基于UG的工藝分析、模具設(shè)計(jì)、編程加工等方法。在大多數(shù)采用UG三維實(shí)體設(shè)計(jì)的模具制造廠家，其相關(guān)的技術(shù)部門采用的軟件都是與UG相關(guān)的軟件。目的是利用三維實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，從保麗龍制作到模具本體加工最終實(shí)現(xiàn)無圖化的加工。

三、基于UG的汽車覆蓋件模具三維實(shí)體設(shè)計(jì)的流程

模具設(shè)計(jì)的前序是沖壓工藝的制作，模具設(shè)計(jì)者接到工藝后，要詳細(xì)透徹了解工藝內(nèi)容和數(shù)模型面的好壞。必要時(shí)要將數(shù)模進(jìn)行修理完善，是指達(dá)到三維實(shí)體設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。然后才能進(jìn)行下一步三維實(shí)體設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)流程如下：

1．縫合工藝數(shù)型。

2．分別設(shè)置與X-Y平行的平面作為割部件的基準(zhǔn)面，并將工藝所給的輪廓線（分模線、修邊線、翻邊線、坯料線等）分別投影到平面中去。大概估計(jì)部件尺寸，并將輪廓在草圖中繪制出來，粗略布置一下筋位置。注意模具輪廓和筋的位置需在草圖中約束。

3．返回MODELING模式，并通過拉伸命令來生成實(shí)體。并用工藝數(shù)型來截取實(shí)體以獲得工作部分。

4．分別為各部件裝配標(biāo)準(zhǔn)件。

5．調(diào)整模具尺寸及筋的位置。

6．將各部件裝配為一個(gè)文件。

7．出工程圖。

四、基于UG的汽車覆蓋件拉延模具三維實(shí)體設(shè)計(jì)的方法

以汽車覆蓋件拉延模的設(shè)計(jì)為例詳細(xì)說明三維實(shí)體設(shè)計(jì)方法：

1．利用FEATURE OPERATION中的SEW命令縫合工藝數(shù)型?？p合工藝數(shù)型后，按照通常設(shè)計(jì)拉延類模具的順序，我們先繪制壓邊圈的實(shí)體圖。設(shè)置與X-Y基準(zhǔn)面平行的平面作為繪制壓邊圈的基準(zhǔn)面。

2．利用DATUM PLANE命令。此平面與X-Y基準(zhǔn)面的距離是可以調(diào)整的，以便于后面閉合高度的調(diào)整。另外還需注意行程的大小。將坯料線，分模線，中心線投影到上步所生成的基準(zhǔn)面上。

3．將分模線向外偏置3mm得到壓邊圈的口線，口線再向外偏置10mm退刀得到隨型筋的內(nèi)邊界，將此線再向外偏置40mm得到隨型筋。

4．將坯料線向外偏置10mm得到壓料面的外邊界。

5．調(diào)入機(jī)床合理選擇氣頂，應(yīng)注意氣頂盡量選擇靠近分模線并均勻布置，一般開始時(shí)將所有靠近分模線的氣頂保留，并校核壓邊力是否足夠。布置時(shí)還應(yīng)考慮是否需要偏心以使氣頂布置更加合理。由于以上部分曲線為工藝事先給定，故可以不用參數(shù)化。

6．根據(jù)上述步驟所得壓料面來大致確定模具的尺寸，其中前后向考慮調(diào)壓墊的擺放位置，一般情況下調(diào)壓墊安裝臺邊界要距離壓料面30mm以上，如果上模，壓邊圈的調(diào)壓墊的安裝面高度均在壓料面以下，可考慮距壓料面10mm以上即可?？紤]模具前后向尺寸時(shí)還需考慮壓邊圈的強(qiáng)度。模具左右方向尺寸還需考慮導(dǎo)腿的尺寸是否滿足強(qiáng)度要求。一般導(dǎo)腿厚度不應(yīng)小于120mm。另外前后方向上的導(dǎo)腿長度一般為模具總長的1/2～2/3。

7．在草圖中繪制壓邊圈輪廓，導(dǎo)腿輪廓并進(jìn)行約束。

8．根據(jù)隨型筋和氣頂位置初步將壓邊圈中各條筋繪制出，此時(shí)只需用一條直線表示一條筋即可。同樣將各條筋進(jìn)行約束以便調(diào)整。布筋時(shí)考慮調(diào)整墊塊和氣頂?shù)奈恢?。約束時(shí)要注意約束順序應(yīng)是先幾何約束后尺寸約束，另外約束要完全。否則，可能出現(xiàn)無法進(jìn)入草圖的狀況。

9．在MODELING模式中拉伸上兩步所得到的各個(gè)曲線。首先利用分模線和壓料面外邊界線拉伸成一個(gè)環(huán)形體，拉伸高度應(yīng)盡量取得高一些。然后用縫合好的數(shù)型去截取這個(gè)環(huán)形體，保留數(shù)型以下的部分。用TRANSFORM命令將數(shù)型向下平移40mm，并用得到的數(shù)型平面截取環(huán)形體，保留兩個(gè)數(shù)型平面之間的部分，即為壓料面。拉伸隨型筋使其與上步所得到的壓料面相連接，得到壓邊圈的工作部分。如果制件型面較復(fù)雜，可以先將平面隨型筋拉伸到一定高度，然后再運(yùn)用上步平移后的曲面截取，得到隨型筋。根據(jù)壓料面的高度來大致確定上底面的高度，由模具輪廓生成上底面。如果制件起伏較大，考慮搭斜面。拉伸各條筋到上底面，由于我們開始以一條線代替筋，所以拉伸時(shí)需要點(diǎn)擊開OFFSET選項(xiàng)，并根據(jù)筋厚要求填寫偏置值。拉伸筋時(shí)可以直接選取布爾運(yùn)算方式以使筋與底板連成一體。由于壓邊圈上的挖空大部分是側(cè)挖空，所以先通過草圖中的各個(gè)曲線拉伸出下底板，導(dǎo)腿。調(diào)整局部可能需要補(bǔ)出的下挖空。圈的鑄件輪廓基本完成。

10．裝配標(biāo)準(zhǔn)件，運(yùn)用ASSEMBLIES中ADD EXISTING COMPONENT命令壓邊圈中的導(dǎo)板、起重棒、定位板、調(diào)整墊塊等標(biāo)準(zhǔn)件的安裝是通過裝配命令來實(shí)現(xiàn)的。裝配時(shí)應(yīng)注意用基準(zhǔn)面進(jìn)行位置約束。圖示為裝配剛剛開始時(shí)，導(dǎo)入起重棒。裝配完各種標(biāo)準(zhǔn)件后，壓邊圈的基本結(jié)構(gòu)就已經(jīng)清楚了。但由于我們的標(biāo)準(zhǔn)件是裝配進(jìn)來的，其安裝部分也是裝配進(jìn)來的，而它們本來屬于鑄件，而且可能還需要和模具本體進(jìn)行布爾運(yùn)算。所以我們必須運(yùn)用ASSEMBLIES 中WAVE GEOMETRY LINKER命令將裝配進(jìn)來的標(biāo)準(zhǔn)件中屬于鑄件的部分LINK到模具本體上。LINK完成以后，可以將原標(biāo)準(zhǔn)件上的此部分移動到布不可見的圖層中，此時(shí)LINK的部分就可以與模具本體進(jìn)行布爾運(yùn)算了。布爾運(yùn)算前，可以利用LINK過來的部件的邊界補(bǔ)出一些實(shí)體，這些實(shí)體可以與模具本體進(jìn)行布爾運(yùn)算從而生成出標(biāo)準(zhǔn)件讓位。這樣真些讓位也會隨著標(biāo)準(zhǔn)件的移動而移動。

11．利用HOLE，BOSS，POCKET，PED等命令在實(shí)體上生成加安全平臺，加工基準(zhǔn)臺（運(yùn)輸連接板安裝臺），加工基準(zhǔn)孔等。至此，壓邊圈就基本繪制完成。

12．上、下模的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法與壓邊圈沒有太大的區(qū)別，只要掌握了操作命令，就不會有太大的困難，所以在此就不做詳細(xì)介紹了。

13．上、下模，壓邊圈繪制完成之后，新建一個(gè)裝配用文件將此三個(gè)部分以原點(diǎn)為基準(zhǔn)裝配起來，對相互關(guān)聯(lián)的部分進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整完畢之后，分別對上、下模，壓邊圈進(jìn)行布爾運(yùn)算，將其分別合成為一個(gè)整體。

五、三維設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1．三維設(shè)計(jì)對于初學(xué)設(shè)計(jì)的人員具有上手快，立體感強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。而二維設(shè)計(jì)需要很強(qiáng)的立體想象能力，這種能力對于初學(xué)者比較困難，容易出錯。

2．三維設(shè)計(jì)可以采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，相對二維設(shè)計(jì)修改方便、快速、簡單。

3．三維設(shè)計(jì)一般采用模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)利用裝配將整個(gè)模具通過對應(yīng)關(guān)系組合在一起。更加直觀、清楚。

4．利用干涉檢查功能可以避免復(fù)雜模具設(shè)計(jì)是經(jīng)?；爻霈F(xiàn)的“干涉”問題。避免存在結(jié)構(gòu)性錯誤。模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。這個(gè)功能是二維設(shè)計(jì)不能具備的。

5．在具有三維實(shí)體的環(huán)境下出二維工程圖保證平面圖、斷面圖、局部圖等準(zhǔn)確可靠。

6．三維模具在設(shè)計(jì)階段就可以計(jì)算出模具的重量，準(zhǔn)確控制成本。

7．利用三維實(shí)體加工制作保麗龍，有效地提高了實(shí)型制作效率。并且保證機(jī)械加工余量均勻、可控，是“無人化”數(shù)控加工生產(chǎn)的前提。

8．三維實(shí)體模具可以使CNC的一次、二次加工面編編程加工。減少機(jī)械加工出錯的節(jié)點(diǎn)，徹底實(shí)現(xiàn)“無圖化”生產(chǎn)。

9．在鉗工裝配極端，因?yàn)槿S實(shí)體的直觀的特點(diǎn)，可以大大減少工人識圖的時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期。

10．利用三維設(shè)計(jì)，在最初階段就能夠?qū)崿F(xiàn)上游部門和下游部門數(shù)據(jù)共享，這樣有利于下游工序產(chǎn)生問題意識或提出技巧，并將其反映給設(shè)計(jì)部門。

11．三維實(shí)體設(shè)計(jì)是一種可以嘗試前所未有的、全新的構(gòu)思的工具。因?yàn)樗梢匀我庠囼?yàn)在實(shí)物上不允許的失敗，使設(shè)計(jì)人員不怕失敗，勇于創(chuàng)新。

六、結(jié)束語

通過使用UG進(jìn)行汽車覆蓋件的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)計(jì)效率、減少出錯率。同時(shí)因采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)貫穿在整個(gè)生產(chǎn)過程中可以提高生產(chǎn)效率，控制成本。為企業(yè)提升競爭力提供了有力的保障，從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡介：

袁欣，男，漢族，天津人，工程師，學(xué)士，1992-2000工作于天津汽車模具有限公司，設(shè)計(jì)，2001-至今工作于天津眾石科技有限公司，設(shè)計(jì)。