三維設計軟件比較及基于UG的曲軸模具設計

李媛

【摘要】三維CAD軟件種類很多，分析了目前國內外流行的幾種三維設計軟件，比較了其功能上的差異和特點，并借助三維軟件UG對曲軸進行了模具設計研究。

【關鍵詞】三維軟件 UG 曲軸 模具設計

引言

三維CAD軟件種類很多，國內外模具設計大多采用了三維設計手段， 三維CAD軟件不僅可以創建實體模型，而且可以利用設計出的三維實體模型進行模擬裝配和靜態干涉檢查、機構分析和動態干涉檢查、動力學分析、強度分析、鑄造、各種加工、渲染處理等，極大地縮短了設計周期、減少了成本。

一、三維軟件功能特點比較

目前流行的CAD軟件不僅有國外的Unigraphics（UG），SOLIDEDGE，Inventor，MDT，SolidWorks，Cima2tron，ProEngineer，CATIA，I-DEAS，還有國產的高華CAD，金銀花系統，CAXA電子圖板，開目CAD等。本文主要對國內常見的幾款軟件進行分析：

（1）UG。UG是高中檔軟件的杰出代表，功能模塊齊全，是UnigraphicsSolutions公司的拳頭產品。在UG中，優越的參數化和變量化技術與傳統的實體、線框和表面功能結合在一起，曲面功能非常強大。UG/ScenarioforMotion運動機構模塊提供機構設計、分析、仿真和文檔生成功能，可在UG實體模型或裝配環境中定義機構，定義好的機構可直接在UG中進行分析，可進行各種研究，包括最小距離、干涉檢查和軌跡包絡線等選項，同時可實際仿真機構運動。UG的一個最大特點就是混合建模，在一個模型中允許存在無相關性的特征，可以局部參數化曲面造型。同其它軟件相比， UG的曲面分析工具也極其豐富。

（2）Pro/Engineer。Pro/E是美國參數技術公司（簡稱PTC）的產品。PTC公司提出的單一數據庫、參數化、基于特征、全相關的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統觀念，在Pro/E中極為強調特征的全相關性，所有特征按照創建的先后順序及參考有著嚴格的父子關系。PRO/E包含工業設計（CAID）模塊，機械設計（CAD）模塊，功能仿真（CAE）模塊，制造（CAM）模塊，數據管理（PDM）模塊，數據交換模塊，能夠使外部應用程序（客戶應用程序）安全有效地訪問Pro/E的數據庫和應用程序。

（3）CATIA。CATIA是法國達索飛機公司開發的高檔CAD/CAM軟件，它支持復雜曲面造型和復雜裝配，CATIA裝配設計可以使設計師建立并管理基于3D零件機械裝配件。

（4）SOLIDEDGE。SOLIDEDGE和SolidWorks無論從界面風格或是功能上都極其相似。它是基于參數和特征實體造型的新一代機械設計CAD系統，是純Windows的CAD系統 ，這就使習慣使用Windows軟件的用戶倍感親切。

（5） Solid2Works。功能強大、易學易用和技術創新是Solid2Works的三大特點，與當今主流的三維CAD軟件SolidWorks無縫集成，可以對復雜機械系統進行完整的運動學和動力學仿真，得到系統中各零部件的運動情況。

（6）Autodesk Inventor。Autodesk的Inventor處理大型組裝模型具有極佳的交互性能。在制圖過程中，它的開發者沒有照搬AutoCAD的工程圖樣式，而是采用了新鮮的外觀創建了目前一種最成熟的關聯圖形產品，允許制圖者在數秒之內放置粗糙的隱藏線視圖并開始標注。

二、在UG中的曲軸模具設計

曲軸是內燃機中承受沖擊載荷傳遞動力的關鍵零件，既承受交變應力作高速運轉，又傳遞大的扭矩，一旦損壞就可能造成重大事故，因此對曲軸的加工非常重視，不斷改進曲軸工藝和設計方案。本文借助三維CD軟件UG，對3拐120°分布曲軸進行模具設計研究。

2.1分模面的選取。由于曲軸是3拐呈120°分布，平衡塊底部成型難度大，由平衡塊局部充型不滿導致廢品率較高，曲軸連桿頸分模處容易因曲面分模使上模過深，在受縱向沖擊時產生變形斷裂，因此，目前許多國家采用扭轉工藝，即將中部對稱的曲軸扭轉成平衡塊120°分布的曲軸，故選擇鍛件側面的中部對稱平面作為分模面。

2.2模具設計

2.2.1終鍛型槽設計。利用UG的MoldWizard模塊進行曲軸模具的設計，其具體過程如下：

（1）對項目名稱、裝配產品和單位進行初始化；在“投影單位”中選擇毫米，“項目名”設置為曲軸。

（2）確立模具裝配坐標系，給后續部件的安裝建立定位坐標系。模具設計需要確定模具的分模面和頂出方向，這是由模具坐標系的位置和方向確定的。旋轉坐標系，使Zc軸的正方向指向頂出方向，在模具的CSYS對話框中選擇鎖定Z軸，“更改WCS位置”選擇當前WCS。

（3）設置模具收縮率。

（4）設置模具工件，即模具的毛胚尺寸。鍛模模膛應有足夠的壁厚，以保證鍛模在工作中不致損壞。模塊平面尺寸按模膛最大外形尺寸加上模壁厚度確定，最終確定的模塊尺寸為600mm×250mm×200mm。

（5）分模設計，包括定義分型線、創建分型面、抽取型腔區域、創建型腔。使用模具工具中的實體分割，沿Xc—Yc平面進行分割，在“分型管理器”中對話框中單擊“編輯分型線”，選擇自動搜索分型線，選擇頂出方向為-Zc方向，獲得分型線。在“分型管理器”中選擇創建/編輯分型面，單擊創建分型面，生成分型面。再分別通過抽取型腔區域、創建型腔，最終所得的模具型腔。

2.2.2預鍛件的設計。預鍛件的圓角要比終鍛件的大，預鍛件的拔模斜度與終鍛件一致。

2.3曲軸的扭轉。鍛造完的曲軸要進行扭轉，采用扭轉工藝的優點是：曲軸的曲柄和平衡塊設計幾乎不受限制，產品在徑向可以完全對稱，曲軸可以得到最好的平衡效果，可以提高模具使用壽命，降低工藝難度，提高生產效率和材料利用率。扭轉后3個平衡塊呈120°分布，扭轉后的曲軸如圖1所示。

三、結論

參數化技術使模具三維CAD得以迅速發展，有效地提高了設計效率和模具質量。而UG為我們提供了一個全新的設計模式，極為方便的問答式的輸入方式使參數化設計更具靈活性。實踐證明三維設計軟件速度快、效率高、操作方便快捷，打破了傳統設計的局限性，適應范圍更廣。因此，我們有理由相信，三維設計軟件將成為模具設計的主流。

參考文獻：

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