基于參數(shù)化與WAVE技術(shù)的沖模建模

于云程 胡 云

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

0 引言

UG NX級(jí)進(jìn)模向?qū)?PDW)工藝智能化仿真程度高，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤并進(jìn)行修改，從而可大幅提高設(shè)計(jì)效率。UG NX級(jí)進(jìn)模向?qū)?，卻沒(méi)有像UG NX那樣受到廣泛關(guān)注，其主要原因是價(jià)格偏高，且該模塊側(cè)重于級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)，應(yīng)用面較窄，而且目前大多沖模設(shè)計(jì)師仍普遍以Auto-CAD軟件及二次開(kāi)發(fā)插件(如商業(yè)化的PCCAD)進(jìn)行沖模設(shè)計(jì)。

多工位級(jí)進(jìn)模屬于知識(shí)技術(shù)密集型的沖壓模具，受模具成本、設(shè)計(jì)水平、制造能力等限制，占沖?？倲?shù)比例較小。實(shí)際上單工序模、復(fù)合模仍應(yīng)用較多。因此在UG基礎(chǔ)模塊上參考PDW的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行典型結(jié)構(gòu)模具的設(shè)計(jì)更具有實(shí)用價(jià)值。

參數(shù)化工具與WAVE控制技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)［1］是UG的PDW模塊的主要功能，這些應(yīng)用都可以在UG的建模與裝配模塊中實(shí)現(xiàn)，并可實(shí)現(xiàn)PDW設(shè)計(jì)向?qū)У淖詣?dòng)更新過(guò)程。

1 建模思路與過(guò)程

以典型的倒裝復(fù)合沖裁模為設(shè)計(jì)對(duì)象，如圖1所示。由于沖壓工藝方案明確，可跳過(guò)PDW的坯料、帶料設(shè)計(jì)及仿真過(guò)程［2］，直接創(chuàng)建沖模模板、鑲塊，進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)流程如下所示。其他類型模具，如落料模、沖孔模、彎曲模等可參考此思路。

1)創(chuàng)建裝配組件及元件文件。裝配文件框架參考沖模裝配圖，如圖2所示，該模型樹(shù)為示例。

圖1 沖模裝配圖

圖2 沖模零部件與標(biāo)準(zhǔn)件模型樹(shù)

2)創(chuàng)建模具的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和該沖模各零件圖，在子組件文件的表達(dá)式中設(shè)置各模板長(zhǎng)L、寬B及厚度P，以及銷(xiāo)釘螺釘間距S、S1、S2，沖壓件料厚t，表達(dá)式如圖3所示，其部分參數(shù)如表1所示。

圖3 子組件parts中表達(dá)式窗口

3)在子組件parts中創(chuàng)建草圖。根據(jù)冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合模典型組合的標(biāo)記示例以及沖壓件尺寸，在子組件parts中繪制草圖，使用表達(dá)式定義模具各模板及沖壓件輪廓、各銷(xiāo)釘螺釘在X-Y平面位置。這張草圖是整副模具設(shè)計(jì)的核心關(guān)鍵，各元件的造型所需參數(shù)及WAVE都需引用這張草圖。草圖繪制如圖4所示，略去尺寸標(biāo)注。

表1 沖模主要參數(shù)

圖4 子組件parts中的參數(shù)定義的草圖

4)創(chuàng)建各模板毛坯。在各模板所在元件中，將子組件中的草圖WAVE鏈接過(guò)來(lái)，調(diào)用子組件中表達(dá)式中的模板厚度參數(shù)。采用以草圖所在的X-Y平面為基準(zhǔn)，采用拉伸特征分別向上、向下構(gòu)建各模板。以空心墊板“p_20”為例，其起始和結(jié)束值采用公式，調(diào)用子組件parts中的參數(shù)，其語(yǔ)法為:

起始:parts::t+parts::p_21(凹模板厚度)

結(jié)束:parts::t+parts::p_21+p_20(空心墊板厚度)

5)創(chuàng)建各模板銷(xiāo)釘、螺釘孔。將parts子組件中的參數(shù)化標(biāo)注S值的草繪點(diǎn)分別WAVE鏈接到各已創(chuàng)建完畢的模板中。對(duì)于每個(gè)模板的多個(gè)孔特征，可采用孔特征先完成相同孔中的一個(gè)，其余各孔采用鏡像、陣列或平移復(fù)制的方法完成，如圖5所示。其參數(shù)值調(diào)用子組件，其語(yǔ)法為:Parts::S。

圖5 使用參數(shù)定義的模板及孔造型

6)創(chuàng)建凸模、凸凹模、推件塊等元件。依舊采用WAVE鏈接parts子組件中的草圖中沖壓件輪廓作為創(chuàng)建各元件毛坯的剖面。其起始與結(jié)束參數(shù)可參考各模板厚度。掛臺(tái)造型要在此階段完成，與毛坯一起作為創(chuàng)建各模板型腔的工具體。各元件如圖6所示。

圖6 凸模、凸凹模、推件塊等元件

7)創(chuàng)建各模板型腔。采用布爾運(yùn)算求差方式，以WAVE鏈接的凸模、凸凹模、推件塊為工具體。

8)沖模標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)入。對(duì)于上下模座、模柄、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、螺釘、銷(xiāo)釘、彈簧等標(biāo)準(zhǔn)件或外購(gòu)件，可采用自底向上的設(shè)計(jì)方法，在完成沖模的主體結(jié)構(gòu)后進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。在調(diào)入零件時(shí)建議采用重定位方式，因?yàn)槟＞咧械臉?biāo)準(zhǔn)件多是成對(duì)或更多，因此可通過(guò)陣列或鏡像裝配提高工作效率，并確保參數(shù)S值依然可以控制這些標(biāo)準(zhǔn)件與模板所在孔的一致。

9)其余元件的統(tǒng)一創(chuàng)建。如模柄孔與打桿尺寸，導(dǎo)料(擋料)銷(xiāo)與卸料板安裝孔、凹模板避讓孔的尺寸，套類零件參考桿類零件的直徑參數(shù)。

10)模型檢查。完成后的沖模如圖7所示。修改表1中參數(shù)，檢查模具是否正確更新。以另一個(gè)沖壓件修改替換子組件parts草圖中沖壓件輪廓，檢查對(duì)應(yīng)的模具零件是否隨之更新。進(jìn)行間隙分析，檢查是否有過(guò)切或遺漏的避讓也是必要的內(nèi)容。

11)工程圖的創(chuàng)建?？紤]到AutoCAD軟件及相應(yīng)插件在二維制圖方面的強(qiáng)大性，建議僅在工程圖模塊中創(chuàng)建裝配圖與零件圖的必要視圖以及孔表，再導(dǎo)出到AutoCAD中完成尺寸標(biāo)注、形位公差、文字注釋、物料清單等圖紙內(nèi)容。

圖7 三維設(shè)計(jì)透明結(jié)構(gòu)

2 已建沖模模型的應(yīng)用

1)該模型可以通過(guò)修改標(biāo)準(zhǔn)模架的參數(shù)重新生成，而且重新繪制沖壓件的輪廓后，可重新生成凸模、凸凹模元件以及各模板的型腔。

2)模架規(guī)格變化，標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格往往也隨之變化，只需替換元件的方式，不需重新進(jìn)行定位。越來(lái)越多的標(biāo)準(zhǔn)件廠商開(kāi)始提供各種軟件包括UG創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，可直接應(yīng)用。

3)上下模座如采用鑄鐵材料，可參照冷沖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建模座導(dǎo)向零件部件族，如果采用鋼板模座，只需在子組件parts中添加上下模座的長(zhǎng)、寬兩個(gè)參數(shù)即可。

3 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)關(guān)于模具CAD/CAM系統(tǒng)的研究［3］已很成熟，但應(yīng)用不多。大多數(shù)微小制造企業(yè)更傾向于較易實(shí)現(xiàn)、較快更新的設(shè)計(jì)方案?；趨?shù)化和WAVE技術(shù)的沖模設(shè)計(jì)就是一種較佳的選擇，也可引用到其他類型模具甚至夾具設(shè)計(jì)上使用。

［1］ 宋志國(guó).UG NX4實(shí)例教程［M］.北京:人民郵電出版，2009:151-178.

［2］ 余學(xué)文，周盛.UG NX4級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006:23-78.

［3］ 陳暉，李名堯，吳華春.模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展及軟件應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010(6):238-240.