基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計探討

汪彬

（安徽東風機電科技股份有限公司 安徽合肥 231202）

基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計探討

汪彬

（安徽東風機電科技股份有限公司 安徽合肥 231202）

傳統以模具設計經驗和簡單公式為主要依據的設計方法，在設計的過程中不能全面的對相關因素進行綜合考慮，所以設計的效率、質量等都難以滿足實際需要，而基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計可以有效的彌補其缺點，使工程實用價值得到明顯的提升，所以受到設計人員的高度關注，在此背景下，本文針對基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計展開研究，為提升鏈板沖壓模具的設計水平作出努力。

CAD/CAE技術；鏈板沖壓模具；設計

前言

在計算機信息技術不斷深化的作用下，CAD/CAE技術逐漸被應用于傳統模具設計改造過程中，通過此項技術可以對模具設計的合理性進行提前檢驗的功能，為精確設計和設計修改等提供了依據，對提升模具的設計水平和效率等具有積極的作用，所以針對基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計展開研究具有重要的現實意義。

1 CAD/CAE技術分析

CAD即計算機輔助繪圖，其包括產品構想、功能設計、結構分析、加工制造等設計過程，可見其強調對整個產品的輔助設計；CAE即計算機輔助工程，其通過建立產品的數字樣機、模擬產品和零件工況，實現對產品和零件工程檢驗、有限元分析和計算機仿真，可見此項技術的應用可以對產品和另加相關技術參數進行精準的確定，全面的明確產品的設計缺陷，并針對性的改進，對提升產品的設計效率和質量都具有積極的作用，所以將兩種技術應用于鏈板沖壓模具設計過程中，既具有可行性，也具有極大的工程價值[1]。現階段國際上沖壓模具行業CAD/CAE技術的應用軟件主要包括AutoForm軟件、UGNX軟件等，相比我國現階段的應用水平更高，所以本文針對此兩種軟件，對基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計展開研究。

2 基于AutoForm的鏈板排樣設計及成本計算

AutoForm軟件的材料庫儲備著大量的材料型號和相關性能參數，設計人員可直接通過讀取對材料的沖壓性能全面準確的掌握，并在此基礎上進行合理的排樣，在排樣的過程中：①要全面的準備數據文件，即在UG軟件建模模塊中將鏈板料片的外形進行針對性的設計，然后將其外輪廓零件文件進行輸出；②在AutoForm軟件中新增Test_Blank文件后將輸出的外形輪廓文件讀入，然后在料片生成器的作用下，對料片外形曲線等進行定義；③對料片的布置形式、樣料片的形狀、價格和面積的最優參數、約束、卷料價格、材料厚度等料片的排樣參數進行定義，通常情況下，在定義的過程中需要將不同的參數進行嘗試性的設計應用，再通過對比確定最優的參數，保證設計參數定義的最優化，圖1為定義料片排樣參數的計算機現實圖片[2]。然后，對約束參數設置按鈕、排樣形式、料片間距和卷料搭接邊值、旋轉角度、弧形料相關參數等約束參數進行確定，其在定義的過程中同樣需要不斷的進行嘗試；另外，需要結合不同類型卷料的價格、制作過程中涉及的人工和運輸等方面產生的費用等對卷料的價格進行編輯，在具體設計的過程中需要進行有效的市場調研，并對工廠的實際費用支出等進行了解，以此保證鏈板模具設計的經濟性。在以上基礎上進行具體的排樣，由于排樣圖、排樣成本計算結果等均會因定義參數的不同而發生改變，所以在具體的少廢料排樣、有廢料排樣和無廢料排樣的過程中，要結合設計的參數等信息進行針對性的計算和排樣，需要注意的是排樣圖的設計質量對模具設計和模具生產的效果等均會產生重要的影響，此項CAD/CAE技術可以保證設計中片料的面積或成本處于最優的狀態，但在不同定義參數下，具體的加工和附加成本存在差異，所以通常情況下，會選擇成本最優的排樣設計圖[3]。除此之外，此軟件支持直接將排樣圖和計算的結果輸出，而且可以利用PDF軟件直接讀取，并將條料的運動過程形象化的直觀展示，使模具結構設計的精準性和全面性更加有保證。

結合以上基于AutoForm的鏈板排樣設計及成本計算的系統分析可以發現，在整個設計過程中，人為直接定義設計過程和參數的環節非常少，這在一定程度上減少了人為設計的事物，提升了設計的準確性；另外，此項CAD/CAE技術在一定程度上保證了排樣設計的質量，而且成本計算直接通過計算機自動完成，這對提升鏈板沖壓模具設計的速度、精準性等也具有積極的作用，所以設計中應用的實際價值明顯。

圖1 定義料片排樣參數

3 基于UG軟件的鏈板模具設計及優化

在利用AutoForm軟件完成鏈板排樣設計和成本計算后，要通過CAE仿真技術，對設計的效果進行驗證，并針對性的修改，以此保證設計效果的最優化：①要對鏈路模板進行3D建模，建模過程由凸凹模建模、落料凹模建模、沖孔凸模建模、凸模固定板建模、凸凹模固定板建模、卸料板建模、上模座建模、下模座建模、頂件塊建模、模柄建模、上模墊板建模、下模墊板建模、擋料銷建模、導料銷建模、橡皮等其他零件建模等共同構成，其均需要在UG軟件中新增文件，并在將文件定義為建模模塊，具體的單位可結合設計需要靈活確定，然后在編輯環境下針對性的進行。②在建模后要進行虛擬裝配，其需要在新增文件的裝配環境中進行，如圖2所示，具體的裝配過程包括上模裝配、下模裝配和總裝配三個步驟，在上模裝配的過程中，應先在軟件中增建新的文件并添加相應的組建，實現上模座的輸入，然后通過重合約束模柄和模柄孔的中心線、使模柄和模柄孔兩者的臺階面緊靠，實現對模柄的添加，再重合約束上模墊板和模柄兩者的中心孔軸線、上模墊板和上模座兩者的螺釘孔中心線，使上模墊板的上下表面緊靠，實現對上模墊板的添加，在此基礎上，以此進行凸模固定板與凸模的添加、落料凹模和頂件塊的添加、定位銷釘與緊固螺釘和打料桿的添加，至此完成上模裝配的過程；下模裝配過程與上模裝配的操作方法基本相同，也需要在新增文件的基礎上，通過相關組件的輸入，增加下模座，然后在此基礎上依次進行下模墊板的添加、凸凹模固定板與凸凹模的添加、下模定位銷釘和緊固螺釘的添加、橡皮添加、卸料板與擋料銷和導料銷的添加和緊固螺釘與螺母的添加，在下模裝配過程也完成的基礎上，需要進行總的裝配。在總裝配的過程中，同樣需要新增文件并輸入相關的之間，選擇絕對原點放置，然后在約束作用下將上模裝配時新增文件和下模裝配中的新增文件導入，在保證重合導套和相應導柱兩者的軸線的前提下，在移動命令的作用下，使上下模處于適當的位置，完成所有裝配過程，裝配過程是后期運動仿真的前提，其直接關系到設計優化的效果，所以需要引起設計人員的高度重視。

圖2 新增調用裝配模塊進入裝配環境路徑

在仿真過程中，首先要打開總裝配時新增的文件，并在其運動仿真模塊的作用下進行新建仿真，并確定仿真連桿和運動副，在此基礎上通過解算方案的設計，和動作仿真的制作，實現仿真運動，在此軟件的作用下，運動仿真可以圖形、圖像、視頻等各種形式輸出。設計人員利用此軟件提供的干涉、測量、追蹤、靜態力學分析等功能，可以對仿真運動的質量進行分析，并結合分析結果對基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計進行針對性的優化，這對提升鏈板沖壓模具的性能、使用壽命等均具有重要的意義，所以現階段CAD/CAE技術在鏈板沖壓模具設計過程中應積極的應用。

4 結論

通過上述分析可以發現，現階段我國已經認識到基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計相比傳統設計方法具有極大的優越性，并有意識的在實踐中展開相關的探索，取得了一定的成果，但相比西方發達國家，我國現階段的研究成果仍存在一定的滯后性，需要不斷的改進和完善。

[1]曹琪．基于CAD/CAE技術的鏈板沖壓模具設計研究[D]．廣州：華南理工大學，2014．

[2]郝晟．組合模具設計中自動工藝分析與模架元件選擇[D]．天津：天津理工大學，2013．

[3]葉俊勇，虞婕華．鏈板無搭邊分體式準高速精密沖裁級進模設計[J]．機械制造，2011，09：72～75．

TG385.2

A

1004-7344（2016）15-0225-02

2016-5-12