淺談覆蓋件成形零件的設計與制造

李亞敏 趙亞利 王華君 李永波

摘 要：近幾年來，我國模具技術有了很大發展，模具水平有了較大提高，以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大和表面質量要求高等特點，模具成形零件的設計和制造都有難度，采用UG的CAD塊建立三維模型，AUTOFORM進行仿真驗證，在UG的CAM模塊里面生成NC加工代碼的方法，從而，減少了模具設計的產生缺陷的可能，保證生成加工代碼的正確性，提高了勞工效率和可靠性，大大減少了試模的次數，縮短了模具制造的周期。

關鍵詞：覆蓋件 UG AUTOFORM 設計 制造

中圖分類號：TG31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0074-01

我國模具工業從起步到飛躍發展，歷經了半個多世紀，近幾年來，我國模具技術有了很大發展，模具水平有了較大提高，以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，同一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大和表面質量要求高等特點。覆蓋件的工藝設計、沖模結構設計和沖模制造工藝都具有特殊性。因此，在實踐中常把覆蓋件從一般沖壓件中分離出來，作為一各特殊的類別加以研究和分析。

1 覆蓋件模具結構設計

覆蓋件表面上任何微小的缺陷都會在涂漆后引起光線的漫反射而損壞外形的美觀，因此覆蓋件表面不允許有波紋、皺折、凹痕、擦傷、邊緣拉痕和其他破壞表面美感的缺陷。覆蓋件上的裝飾棱線和筋條要求清晰、平滑、左右對稱和過渡均勻，覆蓋件之間的棱線銜接應吻合流暢，不允許參差不齊。因此對模具設計的水平就要求的很高，對覆蓋件成形的可能性分析是很有必要，常見的基本分析方法有，用基本沖壓工序的計算方法進行類比分析，根據各個變形區的應力與應變的特點分析，參考以前加工過的工件，用類似的方法進行判斷，是一網格實驗等，由于覆蓋件尺寸比較大，比較薄變形比較復雜，所以以上幾種方法不能很好的解決，因此對覆蓋件的可能性分析是一項艱苦細致的工作，所以有必要在制造之前就借助與專業軟件進行仿真，驗證模具設計的合理性。

Autoform作為一款優秀的CAE仿真分析軟件，與其它CAD軟件的數據接口可以通過IGES、VDA等數據標準轉換，其偏移（offset）功能能很快地從凸模（或凹模）生成凹模（或凸模）；能很方便地定義拉延筋和修邊輪廓等功能曲線；復雜形狀的落料件和組合毛坯件的自動網格劃分；對稱件可以1/2描述；能直接地將落料輪廓、拉延筋線和修邊輪廓從CAD帶入模擬中，這些都大大簡化了CAD數據的輸入。同時Autoform-Incremental（增量求解），易用，快捷，對大多數零件得到結果不超過3小時。

通過多次模擬能優化模面和沖壓過程方案，從而判定和確認優化的模面形狀（制件和工藝補充面的圓角半徑，拉延包高度，凸模拔模角，儲料包（over-crown）等，拉延半徑、拉延筋）和沖壓過程參數（壓料力，拉延筋強度和等效拉延筋阻力，坯料的輪廓，模具型面幾何參數等，摩擦條件和潤滑，平衡塊（spacer）和工藝切口（relief cuts）等工藝條件的設置等）。

因此有了模具的三維模型就可以運用autoform，進行仿真從而找到合理的模具結構，覆蓋件的形狀多為空間立體曲面，結構尺寸大，同一般沖壓件相比，覆蓋件的沖模結構設計，在建立三維模型方面和數控加工編程方面都有一定的難度，因此應該借助于專業軟件進行設計和制造，UG 集CAD/CAM/CAE于一體的三維參數化設計軟件，在汽車、交通、航空航天、日用消費品、通用機械及電子工業等工程設計領域得到了大規模的應用。UG 的CAD模塊除了常規的實體建模和特征建模還有自由形狀建模，因此它的三維建模能力很強，能夠適應覆蓋件建立三維模型的需要。

所以借助UG的CAD模塊我們完成覆蓋件的三維建模，之后導入到AUTOFORM里面，再進行仿真，根據模擬結果再進行修正，從而設計出合理的覆蓋件模具。

2 覆蓋件模具制造

沖模制造工藝主要有車、銑、磨、鉆、線切割和電火花等，覆蓋件的形狀多為空間立體曲面，結構尺寸大，所以其加工有難度，對于其粗加工和半精加工，采用數控加工中心加工覆蓋件，對于精加工采用磨和研磨加工的方法可行，可以在一次裝夾后采用不同的刀具，加工，可以保證零件各部分的位置精度，并且覆蓋件模具加工過程中，NC程序加工占到了大約70%。加工過程的大量程序化要求NC程序必須合理，高效。

UG/CAM模塊是UG NX的計算機輔助制造模塊，該模塊提供了對NC加工的CLSFS建立與編輯，提供了包括銑、多軸銑、車等加工方法的交互操作，可以對由UG建模模塊或者其它CAD軟件建立的數據模型（片體、實體等）直接生成精確的刀具路徑，并可通過后處理產生應用于各式數控機床的NC加工程序。同時又提供了制造資源管理系統、切削仿真、圖形刀軌編輯器、機床仿真等加工或輔助加工。

因此得到合理的模具的三維模型之后，利用UG/CAM模塊可以模擬加工過程，看到切削過程和路線，之后根據需要修正，最后由生成NC加工代碼，根據生成的NC文件導入相應的機床，從而完成覆蓋件模具的半精加工，由于模具的表面光潔度要求的比較高，所以還需要后面的精加工，磨和研磨。

3 應用

鄭州某公司，生產覆蓋件就是采用的由UG的CAD模塊建立三維模型，之后導入AUTOFORM進行仿真驗證，之后再在UG的CAM模塊里面生成NC加工代碼，之后導出代碼到機床（加工中心）上，完成模具的粗，半精加工，之后把模具裝配到一起進行試模，如果達到要求，就采用手工磨的方法，達到表面光潔度的要求。假如試模不能達到要求則進行修改，直到達到要求為止。

4 結論

覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大和表面質量要求高等特點，模具成形零件的設計和制造都有難度，采用UG的CAD塊建立三維模型，AUTOFORM進行仿真驗證，在UG的CAM模塊里面生成NC加工代碼的方法，對其設計和制造，有一下的優點：

（1）由于AUTOFORM進行仿真驗證，模具有些缺陷基本上可以在設計的時候發現并修正，從而保證了模具設計的合理性，減少了模具缺陷的可能，大大減少了試模的次數，減少成本，縮短了模具制造的周期。

（2）UG的CAM模塊里面生成NC加工代碼，從而減少了手工編程的勞動量，并且可以對加工過程和加工路線驗證，從而保證加工代碼的正確性，提高了勞工效率和可靠性，縮短了模具制造的周期。

參考文獻

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[2] 謝龍漢.UG NX8三維造型設計及制圖[M].北京：清華大學出版社，2012

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