基于ＵＧ的汽車覆蓋件模具三維實體設計

袁　欣

[摘要]汽車覆蓋件模具種類多，結構復雜。國內大中型模具制造企業普遍采用三維設計。介紹UG軟件在模具三維設計中基本功能。介紹基于UG的三維模具設計的優勢，說明三維設計是模具設計的發展方向。

[關鍵詞]汽車覆蓋件 模具 UG 三維設計

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

一、引言

Unigraphics（簡稱UG）是集CAD/CAE/CAM一體的三維參數化軟件，是當今世界最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件，廣泛應用于航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業領域。汽車工業是全球制造業的支柱產業之一，隨著市場需求的改變，汽年的更新換代速度日趨加快，其模具的設計、制造速度的快慢直接制約著汽車業的發展。采用模具三維設計，在整個汽車覆蓋件模具生產過程中實現無圖化生產是加快模具制造速度的最佳方法。

二、UG的特點

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)兩種產品結構定義方式可方便的替換產品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，零件可并行設計產品中各自裝配零件。方便的二維繪圖。強大的CAM功能。一流的鈑金件制造。集成的數字分析。豐富的用戶開發工具。內嵌的工程電子表格。UG提供了逼真的照片效果渲染?？煞蛛A段實施的數據管理。無圖生產的關鍵：CAD/CAM/CAE與PDM集成，可管理CAD數據以及整個產品開發周期中所有相關數據。

正因為UG具有以上所述的強大的功能，因此可以在汽車覆蓋件模具的生產流程中采用基于UG的工藝分析、模具設計、編程加工等方法。在大多數采用UG三維實體設計的模具制造廠家，其相關的技術部門采用的軟件都是與UG相關的軟件。目的是利用三維實體設計的優勢，從保麗龍制作到模具本體加工最終實現無圖化的加工。

三、基于UG的汽車覆蓋件模具三維實體設計的流程

模具設計的前序是沖壓工藝的制作，模具設計者接到工藝后，要詳細透徹了解工藝內容和數模型面的好壞。必要時要將數模進行修理完善，是指達到三維實體設計的標準。然后才能進行下一步三維實體設計工作。設計流程如下：

1．縫合工藝數型。

2．分別設置與X-Y平行的平面作為割部件的基準面，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體。并用工藝數型來截取實體以獲得工作部分。

4．分別為各部件裝配標準件。

5．調整模具尺寸及筋的位置。

6．將各部件裝配為一個文件。

7．出工程圖。

四、基于UG的汽車覆蓋件拉延模具三維實體設計的方法

以汽車覆蓋件拉延模的設計為例詳細說明三維實體設計方法：

1．利用FEATURE OPERATION中的SEW命令縫合工藝數型。縫合工藝數型后，按照通常設計拉延類模具的順序，我們先繪制壓邊圈的實體圖。設置與X-Y基準面平行的平面作為繪制壓邊圈的基準面。

2．利用DATUM PLANE命令。此平面與X-Y基準面的距離是可以調整的，以便于后面閉合高度的調整。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．調入機床合理選擇氣頂，應注意氣頂盡量選擇靠近分模線并均勻布置，一般開始時將所有靠近分模線的氣頂保留，并校核壓邊力是否足夠。布置時還應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，故可以不用參數化。

6．根據上述步驟所得壓料面來大致確定模具的尺寸，其中前后向考慮調壓墊的擺放位置，一般情況下調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]模具前后向尺寸時還需考慮壓邊圈的強度。模具左右方向尺寸還需考慮導腿的尺寸是否滿足強度要求。一般導腿厚度不應小于120mm。另外前后方向上的導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，導腿輪廓并進行約束。

8．根據隨型筋和氣頂位置初步將壓邊圈中各條筋繪制出，此時只需用一條直線表示一條筋即可。同樣將各條筋進行約束以便調整。布筋時考慮調整墊塊和氣頂的位置。約束時要注意約束順序應是先幾何約束后尺寸約束，另外約束要完全。否則，可能出現無法進入草圖的狀況。

9．在MODELING模式中拉伸上兩步所得到的各個曲線。首先利用分模線和壓料面外邊界線拉伸成一個環形體，拉伸高度應盡量取得高一些。然后用縫合好的數型去截取這個環形體，保留數型以下的部分。用TRANSFORM命令將數型向下平移40mm，并用得到的數型平面截取環形體，保留兩個數型平面之間的部分，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。如果制件型面較復雜，可以先將平面隨型筋拉伸到一定高度，然后再運用上步平移后的曲面截取，得到隨型筋。根據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，所以拉伸時需要點擊開OFFSET選項，并根據筋厚要求填寫偏置值。拉伸筋時可以直接選取布爾運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挖空，所以先通過草圖中的各個曲線拉伸出下底板，導腿。調整局部可能需要補出的下挖空。圈的鑄件輪廓基本完成。

10．裝配標準件，運用ASSEMBLIES中ADD EXISTING COMPONENT命令壓邊圈中的導板、起重棒、定位板、調整墊塊等標準件的安裝是通過裝配命令來實現的。裝配時應注意用基準面進行位置約束。圖示為裝配剛剛開始時，導入起重棒。裝配完各種標準件后，壓邊圈的基本結構就已經清楚了。但由于我們的標準件是裝配進來的，其安裝部分也是裝配進來的，而它們本來屬于鑄件，而且可能還需要和模具本體進行布爾運算。所以我們必須運用ASSEMBLIES 中WAVE GEOMETRY LINKER命令將裝配進來的標準件中屬于鑄件的部分LINK到模具本體上。LINK完成以后，可以將原標準件上的此部分移動到布不可見的圖層中，此時LINK的部分就可以與模具本體進行布爾運算了。布爾運算前，可以利用LINK過來的部件的邊界補出一些實體，這些實體可以與模具本體進行布爾運算從而生成出標準件讓位。這樣真些讓位也會隨著標準件的移動而移動。

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

12．上、下模的設計思路和設計方法與壓邊圈沒有太大的區別，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介紹了。

13．上、下模，壓邊圈繪制完成之后，新建一個裝配用文件將此三個部分以原點為基準裝配起來，對相互關聯的部分進行調整。調整完畢之后，分別對上、下模，壓邊圈進行布爾運算，將其分別合成為一個整體。

五、三維設計的優點

1．三維設計對于初學設計的人員具有上手快，立體感強的優點。而二維設計需要很強的立體想象能力，這種能力對于初學者比較困難，容易出錯。

2．三維設計可以采用參數化設計，相對二維設計修改方便、快速、簡單。

3．三維設計一般采用模塊化設計，同時利用裝配將整個模具通過對應關系組合在一起。更加直觀、清楚。

4．利用干涉檢查功能可以避免復雜模具設計是經?；爻霈F的“干涉”問題。避免存在結構性錯誤。模具設計的準確性。這個功能是二維設計不能具備的。

5．在具有三維實體的環境下出二維工程圖保證平面圖、斷面圖、局部圖等準確可靠。

6．三維模具在設計階段就可以計算出模具的重量，準確控制成本。

7．利用三維實體加工制作保麗龍，有效地提高了實型制作效率。并且保證機械加工余量均勻、可控，是“無人化”數控加工生產的前提。

8．三維實體模具可以使CNC的一次、二次加工面編編程加工。減少機械加工出錯的節點，徹底實現“無圖化”生產。

9．在鉗工裝配極端，因為三維實體的直觀的特點，可以大大減少工人識圖的時間，縮短了生產周期。

10．利用三維設計，在最初階段就能夠實現上游部門和下游部門數據共享，這樣有利于下游工序產生問題意識或提出技巧，并將其反映給設計部門。

11．三維實體設計是一種可以嘗試前所未有的、全新的構思的工具。因為它可以任意試驗在實物上不允許的失敗，使設計人員不怕失敗，勇于創新。

六、結束語

通過使用UG進行汽車覆蓋件的三維實體設計，可以提高設計效率、減少出錯率。同時因采用三維實體設計的數據貫穿在整個生產過程中可以提高生產效率，控制成本。為企業提升競爭力提供了有力的保障，從而為企業帶來良好的經濟效益。

作者簡介：

袁欣，男，漢族，天津人，工程師，學士，1992-2000工作于天津汽車模具有限公司，設計，2001-至今工作于天津眾石科技有限公司，設計。