基于UG的模具三維設計與制造

邱澤元 吳院鋒

摘要：針對基于UG的模具三維設計與制造，采取理論結合實踐的方法，立足模具加工發展現狀，分析了模具設計及制造過程中的難點，并提出基于UG模具三維設計的流程與制造方法。分析結果表明，模具設計和制造中采取UG可實現三維立體化設計，可將模具的三維立體圖形和具體情況直接顯示在計算機上，可一目了然對模具設計情況進行分析，從而提升設計效果和制造質量。

關鍵詞：UG;模具;三維設計;制造

引言

UG是一種產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段，和CAD、CAE以及CAQ的軟件系統相比，UG具有更強的穩定性，設計功能多樣性，并且可實現海量數據的快速處理。隨著科學技術的發展，UG技術愈發先進，目前已經被廣泛應用在汽車、航空、醫學、電子、機械等領域。并且在具體應用中，采用了知識嵌入式基本理念，可實現模具的三維數字化設計，且可實現模具加工的自動編程功能，提高模具加工質量，具有良好的發展前景。基于此，開展基于UG的模具三維設計與制造的分析研究就顯得尤為必要。

1、模具加工發展現狀

隨著制造業的飛速發展，模具的應用范圍越來越廣，模具的類型愈發多樣化。目前工業生產中常用的模具有兩大類，一類是塑膠模具，另一類是非塑膠模具。近年來，客戶對模具的質量、壽命提出了更高的要求，要求模具既能保證較高的質量，又能實現低能耗、耐磨損、便于安裝等要求。就目前模具發展現狀而言，主要呈現出全球化、生產周期短、加工效率高等發展趨勢。隨著模具加工行業的快速發展，模具利潤越來越低的情況下，NC自動編程反而成了制約工業發展的瓶頸。而UG可有效解決這一問題，可為不同產品的設計、制造、加工等提供數字化造型和驗證手段。和早期CAD系統、CAM系統相比，UG在產品設計和制造加工方面具有更加強大的功能，將其應用到模具設計和制造中，可輕松實現多種復雜模具的設計和制造。

2、模具設計及制造過程中的難點

雖然目前很多高新技術被廣泛應用到模具設計和制作中來，提升了設計研發的速度和產品質量，但就目前發展現狀而言，依然存在很多難點，主要體現在以下幾個方面：

難點一，模具的型腔和型芯非常復雜。模具由復雜的型腔和型芯共同組成，各模塊配合間隙要求較高，在三維曲面設計和加工中的難度非常大，尤其是盲孔型腔曲面，采用傳統的加工方法，需要用到大量輔助工具，而且周期比較長，難以滿足模具發展需求。

難點二，精度和表面質量要求更高，目前很多產品的模具尺寸精度需要達到it6-7，表面粗糙度在Ra0.2～0.1μm之間，這是傳統技術難以達到的精度。

難點三，模具制造周期短，質量要求高。隨著客戶對模具要求的提高，模具材料、模具熱處理、模具粗精加工對模具的生產制造都會造成影響，由于對產品精度的要求比較高，模具制造完成后需要進行多次試模，并根據實際測量結果進行修改，使得制造時間非常緊。在傳統模具制造過程中，由于在設計和制造過程中，采用的傳統設計方法和制造方法，所以導致模具加工周期較長，模具質量不能達到要求。

3、基于UG模具三維設計的流程

3.1建立模具模型和設計外觀造型

建立模具模型是基于UG模具三維設計的第一步，也是非常關鍵的一步，按照模具的實際使用情況和具體要求，利用UG的建模模塊進行建模。利用模具實體、特征、曲面、草圖、布爾運算等建立起模具模型，確定模具的設計結構及外觀造型。

3.2建立模具設計過程

確定好模具結構和外觀造型之后，就需要根據模具模型的特點，確定模具的設計過程，模具的種類和用途不同，則UG模具三維設計的流程也不相同。為保證設計效果，需要結合模具的特點、尺寸、結構分布、外觀造型等數據指標，開展系統的分析和總體規劃，進入到模具設計環節，利用UG中自帶的模具設計模塊對模具進行系統、全面的設計。此模塊能夠為模具的三維設計提供模具初始化、模具三維坐標系統、模具分型、模具型腔布局、模具標準件庫等多項功能。主要的設計過程包括以下幾個方面：

其一是分型面設計。在UG軟件中先對零件表面存在破損處進行修補，需要注意的是側軸的孔采取實體進行修補。而模具的分型線，則需要通過自動搜集來建立。比如：當模具分型線不是平滑的曲線時，需要先建立起分型引導線，再建立起連續的分型面，此種設計方法，可有效避免分型時出現無法分割的問題。

其二是型腔/型芯設計。需要保證型腔/型芯的完整性，如果模具結構復雜，零件的面比較多且復雜，要進行手動選擇，以便創建起高質量的型腔/型芯。

其三是流道和澆口設計。模具的主要功能是為產品的澆筑成型提供一個完整的框架。因此，必須注重流動和澆口的設計。流道盡量設計成“S”形，澆口則要設計成點澆口，所選擇的位置需要滿足后續裝配的需求，從而更好的掩蓋點澆口的痕跡。如果選擇了點澆口形式，需要在設計中確定澆口的脫出情況，可選擇斜孔拉斷澆口形式，孔徑控制在3～5mm之間，傾斜角度控制在30°～45°之間效果最佳。

其四是斜頂桿和滑塊設計。模具設計中內側軸的設計是關鍵，其主要作用是為后蓋扣合提供條件，以保證產品成型效果。主要通過在模具上布設斜頂桿的方法來實現，在模具裝配過程中，要高度重視設置坐標系的方向。滑塊設置類型為“Push-pull slide”，建立起側軸芯，通過布爾求和運算，就能得到滑塊和側軸芯的和。

3.3裝配設計

裝配也是基于UG的模具三維設計的主要步驟，裝配的主要作用是精確表達模具零部件在整個裝配體系中所在位置的信息，清楚表達每個零部件之間的幾何配合以及約束關系。無論何種產品，其最初的功能定義都是通過裝配概念模型來展現的，可看做是裝配結構的高度抽象，設計人員可按照模具的功能特征來構造裝配概念模型。但對一個模具而言，其構成要素非常復雜，通過裝配設計可促使設計人員能夠通過三維、立體、可視化的方式，實現對每個構建組分方式及相對位置的全面觀察。

4、基于UG的模具制造

基于UG的模具制造需要綜合考慮多個方面，主要包括：確定模具制造機床的種類和控制系統的操作類型;明確毛坯的幾何尺寸和夾具的結構大小;熟悉基于UG的模具制造的工藝路線;掌握刀具使用方法，精確把控走刀的路徑、工藝參數、加工程序等。

比如：在手機前蓋模具型芯制造中，需要先確定型芯的尺寸，通常為245mm×125mm×（6～130）mm，為提升制造精度，最大的加工深度不超過2mm，最大圓角半徑為R0.5，具體的制造工藝包括：粗加工、半精加工、側壁精加工、曲面精加工四個步驟：

粗加工時需要用直徑為10mm的立銑刀進行加工，控制型腔分層銑削量不超過0.5mm，加工余量控制在0.2mm以內。

半精加工時選擇直徑為5R2.5的球頭銑刀，進行模具的輪廓銑削，加工余量不應超過0.1mm。

側壁精加工時要選擇直徑為10mm的立銑刀，進行模塊的輪廓銑削精加工，加工余量為0mm。

曲面精加工時要選擇直徑為5R2.5的球頭銑刀，固定軸曲面精加工進行型腔精加工，加工余量是0mm。

結束語：

綜上所述，本文采用理論結合實踐的方法，分析了基于UG的模具三維設計與制造，分析結果表明，模具三維設計和制造是一項非常復雜的工作，影響因素比較多，采用UG輔助設計和制造，能夠大幅度提升模具設計和制造的精度，縮短模具研發制造周期，降低開發成本，契合現代化模具業發展的需求，值得大范圍推廣應用。

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作者簡介：邱澤元，男，漢族，1989年2月20日、甘肅武威，本科，工程師，中國航發西安動力控制科技有限公司，（710077 ）研究方向：工裝夾具、模具、刀具的加工制造。