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基于UG的汽車覆蓋件模具設(shè)計

摘 要：根據(jù)汽車覆蓋件模具設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則，在UG平臺上將模板技術(shù)和參數(shù)化方法應(yīng)用于汽車覆蓋件模具的設(shè)計中，能夠大大地縮短傳統(tǒng)覆蓋件模具設(shè)計的周期，達(dá)到快速響應(yīng)制造。本文研究了參數(shù)化模板技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓模具設(shè)計中的應(yīng)用方法，并實(shí)現(xiàn)了一套壓形模板，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，證明該模板簡化了設(shè)計過程，提高了設(shè)計效率。
關(guān)鑲詞：覆蓋件；模具；參數(shù)化；模板；模塊化

快速響應(yīng)制造(BapidRgpnse Manufacturing，RRM)，最初是由福特汽車公司提出的，其目的是建立集成環(huán)境同時使工程技術(shù)人員有效地使用計算機(jī)仿真和處理技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計和制造，縮短產(chǎn)品的市場響應(yīng)時間，提高質(zhì)量和可靠性，同時降低成本。參數(shù)化模板技術(shù)的設(shè)計思想是為快速模具結(jié)構(gòu)設(shè)計服務(wù)的，縮短模具結(jié)構(gòu)生成和出固的耗時，減少沖壓工藝分析設(shè)計和依據(jù)圖紙進(jìn)行模具制造中間的時間間隔，從而更好的滿足MzM的要求。

模板是將一個事物的結(jié)構(gòu)按照其內(nèi)在的規(guī)律予以固定化、標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果，它是結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的具體體現(xiàn)。參數(shù)化模板技術(shù)利用幟D設(shè)計的參數(shù)化技術(shù)，將模板的尺寸進(jìn)行全關(guān)聯(lián)，用主要參數(shù)來對其他參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動。參數(shù)化模板技術(shù)的應(yīng)用必須建立在特征建模的基礎(chǔ)之上。在此以UG為開發(fā)平臺，運(yùn)用UG完善的參數(shù)化機(jī)制和強(qiáng)大的CAD功能進(jìn)行特征建模，尤其UG所提供的裝配功能和WAvE技術(shù)使參數(shù)化模板技術(shù)具有更廣泛的適應(yīng)性和更強(qiáng)大的生命力。

1 模板的設(shè)計和創(chuàng)建

1.1 參數(shù)化模板技術(shù)應(yīng)用方法研究

模板是結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的具體體現(xiàn)，那么模板中的每一個標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)都可以看作是一個模塊。將各個模塊建模，然后利用UG的裝配功能把模塊拼裝，便完成模板。同時，模板的設(shè)計中應(yīng)該融入一定實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，這樣模板才具有權(quán)威性。

針對模板中使用的標(biāo)準(zhǔn)件(模柄、螺栓、螺釘、導(dǎo)校導(dǎo)套等)，最好建立標(biāo)準(zhǔn)件庫，這樣在由模板生成具體模具時，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格需要變換時，能夠直接從標(biāo)準(zhǔn)件庫中提出，方便省時。標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立工作量大，內(nèi)容復(fù)雜，當(dāng)然工作環(huán)境仍然是UG。根據(jù)零件的形狀和尺寸，首先在計算機(jī)中以工程草圖的形式畫出，尺寸以參數(shù)形式表示，然后對這些參數(shù)賦以不同的值，就能夠建立起一組形狀相同、規(guī)格不同的標(biāo)準(zhǔn)件。

模具作為一種特定結(jié)構(gòu)的機(jī)械產(chǎn)品，進(jìn)行模塊化設(shè)計時，既與傳統(tǒng)模塊化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計有許多共同之處，又具有自身的特殊性。模塊的正確劃分是模板制作的關(guān)鍵，要兼顧兩個方面：一是模具的結(jié)構(gòu)，二是是否有利于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。下面具體結(jié)合壓形模闡述一下模塊的劃分。在深刻分析壓形模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，抽象出所有壓形模具的共同特征，要將上述兩個方面統(tǒng)一起來對模板劃分模塊。從結(jié)構(gòu)上看，壓形模具結(jié)構(gòu)簡單，可分為二個模塊：上模、下模，沒有壓邊圈。從是否有利于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的角度看，壓形模具可分為模架模塊和專用型面模塊。模架模塊是指結(jié)構(gòu)相對規(guī)則的上下模架部分，主要起定位和支撐等作用。專用型面模塊是指型面結(jié)構(gòu)變化部分，不易實(shí)現(xiàn)設(shè)計參數(shù)化，是覆蓋件成形的關(guān)鍵部分�？紤]到模具要固定在機(jī)床上，專用型面模塊的外形直接受型面的控制，所以將壓形模板分成6個模塊：上模基座、下�；���、上模型體、下模型體、機(jī)床和型面。這樣劃分的優(yōu)點(diǎn)有：U將上、下模劃分為基座和型體，因?yàn)榛�座是少變化和穩(wěn)定的，結(jié)構(gòu)相對規(guī)則，易于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化；而型體外形則是多變的，不規(guī)則，不易于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化；當(dāng)型體由于突變失效時，不至于牽連基座；2)不同的產(chǎn)品，要求不同的模具型面，所以相對于模具其他部分來說，型面的多變和復(fù)雜性最突出，將型面單獨(dú)作為一個文件，便于對它的操縱和控制；3)機(jī)床的加入是為了保證機(jī)床和模具基座壓板槽的吻合。

1.2 壓形模板的創(chuàng)建

基于上述參數(shù)化模板技術(shù)在汽車覆蓋件壓形模板設(shè)計中應(yīng)用方法的分析，根據(jù)對壓形模板的模塊劃分，對各個模塊在UG中建模，然后裝配成為壓形模板。

1.2.1參數(shù)化特征建模

參數(shù)化模板要求其中的曲線、曲面、實(shí)體的形狀、尺寸和空間位置都是可變的。在UG中，只有作為特征，其形狀和空間參數(shù)才是可以改變的，同時在參數(shù)之間建立關(guān)聯(lián)。

參數(shù)化關(guān)聯(lián)機(jī)制在壓形模板中建立方法將生成模板的所有參數(shù)分成2種即控制參數(shù)和受控參數(shù)。受控參數(shù)的值通過公式由控制參數(shù)決定，在UG中是通過表達(dá)式功能來創(chuàng)建參數(shù)之間的公式關(guān)系。但由于裝配部件也較多，這樣所有的控制參數(shù)總共也較多，所以又將控制參數(shù)分成主控參數(shù)和非主控參數(shù)。非主控參數(shù)的值也是通過公式由主控參數(shù)決定。這樣模板的所有參數(shù)將全由主控參數(shù)來決定，減少了需要修改的參數(shù)個數(shù)，增強(qiáng)了模板的實(shí)用性。經(jīng)過不斷修改，目前壓形模板的主控參數(shù)有總裝文件的模具閉合高度、送料高度和下�；�座文件的四角平臺長、四角平臺寬、筋板寬、模具長度、模具寬度、模具高度和基準(zhǔn)高度等。除了使用公式在參數(shù)之間建立起關(guān)聯(lián)，還可以在草圖中通過幾何定位確定參數(shù)的關(guān)系。

草圖是UG中實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的最強(qiáng)大工具，草圖實(shí)際上就已經(jīng)決定了其后要生成實(shí)體的方法，它實(shí)際上就是對所描述對象建立數(shù)學(xué)模型，其后面的三維造型工作只是將它所表達(dá)的思想實(shí)現(xiàn)出來。

以下�；�座草圖為例說明使用草圖的方法。在頭腦中先構(gòu)思出下�；�座的大體結(jié)構(gòu)，有四角平臺、壓板槽、底板加強(qiáng)筋、側(cè)加強(qiáng)筋、導(dǎo)腿。選擇下�；�座的底面為草圖附著面，初步生成的草圖如圖1所示。其中1是用于生成底板加強(qiáng)筋，先生成一長方體，然后使用自定義特征(事先已經(jīng)做好，存在自定義特征庫中)。2是用于生成導(dǎo)腿，關(guān)于YC方向做鏡像，便得到兩個導(dǎo)腿。3是用于生成四角平臺，4是在四角平臺中挖空，用于減重。5是用于生成側(cè)加強(qiáng)筋，然后在xC方向做陣列，再關(guān)于xC做鏡像。6是用于生成壓板槽(使用自定義特征)，然后方法同側(cè)加強(qiáng)筋。7是用于生成側(cè)加強(qiáng)筋附著面。經(jīng)過鏡像和填補(bǔ)最后得到草圖形狀見圖2。
[/ALIGN]1.2.2 裝配和WAW技術(shù)

模塊造形完畢需要裝配成模板。UG為建模提供了強(qiáng)大而有效的裝配功能，為了完美地實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模板的目標(biāo)，模塊之間的裝配定位應(yīng)當(dāng)使用約束定位(Mte)，而且應(yīng)當(dāng)盡可能地使用WAW技術(shù)，WAVE技術(shù)的突出特點(diǎn)是它的相關(guān)拷貝功能。在壓形模板的設(shè)計中，上�；�座就是通過下模基座WAVE生成，秉著求同存異的原則，上�；�座除��(dǎo)腿外，與下�；�座相��，所以建立上�；�座時，應(yīng)用WAVE技術(shù)，將下�；�座的草圖抽取過來。這樣設(shè)計工作不僅簡便，而且避免了大量的參數(shù)關(guān)聯(lián)。壓形模板的裝配樹和約束關(guān)系如圖3所示。

[/ALIGN]然后裝配上相應(yīng)的標(biāo)淮件，最終得到的壓形模板如圖4所示�？梢钥闯鲞@一壓形模板已經(jīng)與真正的壓形模具相差不大了，模具的基本結(jié)構(gòu)形狀已經(jīng)具備，必用的標(biāo)淮件已經(jīng)裝入，結(jié)合特定的用戶要求，只需作很小的改動就可以成為一套真正可以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的模具。

[/ALIGN]2 設(shè)計實(shí)例

壓形模往往用于零件的初次成形，以某車型的翼子板壓形模結(jié)構(gòu)設(shè)計為例說明該壓形模板的使用情況。

調(diào)出壓形模板，首先根據(jù)用戶要求確定的閉合高度和送料高度修改總裝文件中的對應(yīng)主控參數(shù)，然后設(shè)定其他主控參數(shù)。表1為本次設(shè)計中確定的部分主控參數(shù)。

設(shè)定壓形模板中主控參數(shù)的數(shù)值后，系統(tǒng)能夠根據(jù)模板中的約束和相應(yīng)計算公式，將模具中的其他尺寸參數(shù)確定下來，如加強(qiáng)筋個數(shù)、壓板槽間隔等；同時，導(dǎo)板、定位板等標(biāo)淮件的型號和起重棒等標(biāo)淮結(jié)構(gòu)的尺寸，也能夠根據(jù)模板中的公式和約束關(guān)系得到相應(yīng)的調(diào)整。通過對模板中主控參數(shù)的數(shù)值更新，得到了針對某一特定零件壓形工藝使用的模具，此時應(yīng)當(dāng)在UG中觀察模具結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)中不盡合理的地方根據(jù)實(shí)際情況手動改正。

[/ALIGN]根據(jù)用戶給定的三維工藝型面，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚�，取代模板型面模塊中的預(yù)先給出的曲面(假想工藝型面)；這時，下模型體和上模型體中WAVE所得的分模線、胚料線和型面的狀態(tài)是斷開鏈接(broLen linked)，所以需要應(yīng)用WAVE技術(shù)建立新的聯(lián)系，即用新的分模線、胚料線和型面取代上、下模型體中分模線、胚料線和型面。

3 結(jié)束語

1)體現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計的思想，把模具結(jié)構(gòu)模塊化，然后在UG開發(fā)平臺上對各個模塊分別特征建模，運(yùn)用UG所提供的強(qiáng)有力的草圖約束和裝配功能，建立模具參數(shù)化模板

2)研究了參數(shù)化模板技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓模具設(shè)計中的應(yīng)用方法，實(shí)現(xiàn)了一套壓形模模板，經(jīng)過對某車型翼子板壓形模設(shè)計的實(shí)際應(yīng)用，證明模板技術(shù)簡化了設(shè)計過程，提高了設(shè)計效率。