基于“自底向上”模式的模具設計流程

黃 波，于云程

（常州信息職業技術學院，江蘇常州213164）

基于三維CAD軟件的模具結構設計一般采取“自頂向下”(Top－Down)與“自底向上”(Down-Top)兩種設計模式。自頂向下設計便于將概念設計轉化為裝配結構，并在零件之間進行數據傳遞。各三維CAD軟件的模具設計模塊，或二次開發的模具CAD系統，都基于此設計模式，已成為模具三維設計的主流方向。但這并不意味著“自底向上”的設計模式沒有應用價值。

1 “自底向上”的設計模式

雖然“自底向上”設計零件之間沒有數據聯系，但用此方法裝配無關聯性的結構比較有利，例如外購件（如標準件）的裝配。因此應用“自底向上”的設計模式，先設計各個模具零部件，再將全部零部件裝配成整個模具，適用于單工序模、復合模和簡單連續模的沖模設計。

采用“自底向上”方式設計結構簡單的模具，由于計算校核較少，可按設計經驗直接進行主要模具零部件的造型，并進行裝配，在裝配設計中增加或更改模具標準件庫中的零部件，就可完成模具的結構設計，有利于縮短模具設計時間。各個零件間只存在裝配關系，更改個別零件，不會引起其他零件的結構變化，方便模具結構的調試。但這種方式要求模具設計方案簡單、有參考或設計者非常熟悉，設計者具有一定的水平（模具越復雜，設計者水平要求越高）。

2 墊圈沖裁模的“自底向上”設計

以墊圈沖裁模為例,應用Pro/E通用模塊，分析基于“自底向上”的一種模具設計思路（沖件如圖1所示）。采用“沖孔－落料”連續沖壓工藝方案，采用彈壓卸料、橫向送料典型組合的冷沖模結構（GB2872.2-81），凹模周界為125mm×100 mm，模具結構比較簡單典型，沖壓力、壓力中心、閉合高度等工藝計算量小。

圖1 沖件圖

2.1 影響工作效率的問題

常見的“自底向上”設計，采取各零件之間單獨造型或共享數據（Pro/E概念），再進行裝配的思路。存在一些影響工作效率的問題：

（1）在創建各零件文件時，定義基準等重復性操作多；

（2）由于創建零件在前，裝配時才能發現各零件之間存在干涉或偏差等問題；

（3）如模板周界等相關尺寸更改時，每個零件模型均要分別進行。

因此，這種模具設計思路更適用于簡單、典型、系列化的模具結構，此外更要求模具設計師對模具結構比較熟悉。

2.2 設計時要注意的問題

本文借鑒“自頂向下”設計模式可裝配設計和零件設計同時進行的優點，在主部件的零件環境中，首先參照國家沖模標準，建立各模板的基準平面（只需調整平面間距，可重復使用）；再建立毛坯、模板等草繪特征；最后通過實體特征（組）創建出各零件。各實體特征一定要基于基準平面（組）與草繪特征（組），為父子關系，且各實體特征（組）之間為并列關系（圖2）。在主部件零件的環境中，通過特征創建的各模具零件之間為一父多子的特征關系。通過草繪（父特征）創建出毛坯、沖件的結構尺寸，而各實體（子特征）組創建的是相互無關的各模具零件，且在視圖區表達出各模具零件的空間位置關系。設計時要注意：

（1）基準、草繪、實體特征按照模具結構進行分組并規范命名，有利于文件管理（如圖3所示）。

（2）每完成一個實體特征后，建議及時“隱含”或“隱藏”，防止下一實體特征誤將其作為草繪參照。

當模具的主要零件造型完成，檢查結構無誤后，進行部件拆解。因定義的各模具零件的特征組之間為平行關系，可通過依次刪除其他實體特征（組）并另存為凸模（如圖2）、凹模、卸料板、固定板等零件，完成模具的主要零部件的初步設計。

圖2 主部件與沖頭的模型樹及模型

創建組件文件，由于各零件在主部件中的相對位置已確定（基于同一坐標系），因此在裝配時只需將各零件與組件的同名基準平面重合（缺省裝配），再配上螺釘、銷釘、模架等標準件，基本完成模具的結構主體設計（圖3）。

圖3 簡單裝配的組件模型

2.3 銷釘孔、螺紋孔等實體特征的操作

銷釘孔、螺紋孔等實體特征操作，可在主部件的零件環境中創建，也可在裝配環境中完成。各模具零件的其他特征（倒角、圓角等）和其他標準件（螺釘、銷釘、卸料螺釘等）等的裝配，這時也可由“自底向上”轉到“自頂向下”設計。

由于基于國家標準的模具結構固定，相近結構的沖模只需在主部件中改動各零件的基準面間距與毛坯、沖件等草繪特征（父特征）的尺寸，再生后，其實體特征（組）（子特征）對應的零件可快速更新。如改變草繪（工件外輪廓），其余實體特征對應的凹模、沖孔凸模、固定板、卸料板等同時更改（如圖4），并如前所述，重新將主部件拆解并另存覆蓋原子部件，組件再重生，無需重新定義裝配關系；其他零件（如模架、模柄等標準件）的裝配，可對原零件進行少量的修改校核或調用標準件庫，可以在短時間內完成另一副沖模設計。

圖4 更改沖件輪廓后再生的主部件模型

3 結束語

以特征（組）形式構建模具零件的“DOWN-TOP”設計，是一種在零件環境中實現“數據共享”（Pro/E概念），并應用于“自底向上”的設計思路。對于相對獨立創建零件再進行裝配的一般思路，零件之間關系清楚，不易出錯，可以在零件環境中設計出裝配關系（相當于模具原型），再到裝配環境中實現，節省時間，提高效率。

[1]郭 洋.Pro/ENGINEER企業實施與應用[M].北京：清華大學出版社，2008．