UG裝配建模技術(shù)在冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計中的使用

一、引言

基于Top-down的參數(shù)化裝配建模技術(shù)一經(jīng)面世，便因其與工程實際相符合而受到設(shè)計師們的歡迎。UG的裝配建模技術(shù)完全支持Top-down的設(shè)計方法，它采用Context Control技術(shù)支持在裝配環(huán)境中進(jìn)行零件設(shè)計。配合使用WAVE技術(shù)和Interpart Expressions技術(shù)，可以更好地體現(xiàn)設(shè)計師的設(shè)計思想。從某種意義上說，模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種完全面向裝配的設(shè)計，這種設(shè)計要求設(shè)計師在滿足加工對象功能要求的情況下，進(jìn)行一種由內(nèi)向外擴展式的裝配設(shè)計。所以，在模具設(shè)計過程中，設(shè)計師們總是先完成模具的裝配圖設(shè)計，然后再進(jìn)行詳細(xì)的零件圖設(shè)計，這一流程是模具設(shè)計中基本的規(guī)范。

隨著Top-down參數(shù)化裝配建模技術(shù)的日益成熟，模具設(shè)計軟件的功能也強大了許多。如UG的Moldwizard等型腔類模具設(shè)計軟件的智能化程度已相當(dāng)高，對提高模具設(shè)計效率、減少模具設(shè)計中的重復(fù)勞動有非常顯著的效果。基于此，本文以汽車排氣系統(tǒng)中的百葉窗散熱管沖切模的設(shè)計為例，對UG的Top-down裝配建模技術(shù)在冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計中的使用作一些探討。

二、設(shè)計準(zhǔn)備

1.進(jìn)行工藝及全局性參數(shù)分析

百葉窗散熱管的形狀和制造工藝并不復(fù)雜，其形狀如圖1所示。該產(chǎn)品的參數(shù)主要有13個，共3類：第一類為外形參數(shù)，包括管子外徑OD、總長LE、壁厚TH和工藝孔徑HD，其工藝孔徑HD基本保持不變；第二類為百葉窗缺口參數(shù)，包括缺口寬GW、缺口高GH、缺口長GL和缺口圓角GR；第三類為缺口排列參數(shù)，包括缺口起始位置AS、列數(shù)AXN、行數(shù)AYN、列間距AXD和行間距AYD。其制造工藝一般是用定寬的帶料加工而成：沖缺切斷→ 卷圓→ 焊接。對于管口發(fā)生變化的情況，還需增加擴口或縮口工序，本文所論述的沖切模就是完成沖缺切斷工序的模具，實質(zhì)上是一副三工位的連續(xù)模，其工步為沖工藝孔→沖缺→切斷。這種模具的結(jié)構(gòu)屬于典型的板式結(jié)構(gòu)，如圖2所示，主要包括工作部件、固定部件、卸料部件、導(dǎo)向部件及模板墊板類。為了方便模具的修理和快速更換工作部件，考慮到這種零件的沖切幾乎不會產(chǎn)生側(cè)向力，故所有沖頭凹模及切刀均采用側(cè)壓式快換結(jié)構(gòu)，沖百葉窗缺口的凸凹模均采用鑲片組合式結(jié)構(gòu)。由于沖百葉窗缺口的數(shù)量較多，導(dǎo)向件采用精度較高的滾動式導(dǎo)柱導(dǎo)套。

2.對工序件進(jìn)行定義

（1） 在裝配文件中對零件的參數(shù)及一些模具結(jié)構(gòu)的全局性參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。為此，在裝配文件的Expression中首先定義前面所述與所要加工的零件有關(guān)的參數(shù)，然后定義與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)的全局性參數(shù)。其中包括 ：下固定板厚XGD_H，下墊板厚XDB_H，下卸料板厚XXL_H，下卸料板活動距XXL_A，下模板厚XMB_H，上固定板厚SGD_H，上墊板厚SDB_H，上卸料板厚SXL_H，上卸料板活動距SXL_A，上模板厚SMB_H，入刀口深DP，單邊沖裁間隙GP。為了便于以后的修改和記憶，每個表達(dá)式都可以加上注釋，UG Expression注釋以“∥”為起始符，唯一的缺憾是它不支持中文。

（2） 對零件進(jìn)行定義。由于百葉窗管的形狀比較簡單，在裝配文件中作三個Sketch就可定義它。

1） 第一個Sketch基于Top視圖的零件外形，定義零件在模具中的位置及缺口X、Y方向的起始位置。如圖3所示，零件展開寬WD=pi（）*（OD-TH）-0.5，其中pi（）是UG Expression內(nèi)置的圓周率函數(shù)，0.5是預(yù)留的工藝焊縫；壓力中心由CX、CY兩個表達(dá)式確定。由于沖裁力主要集中在沖缺部分，沖孔和切斷部分較小，故CY取料寬WD的一半，即CY=WD/2，CX取百葉窗缺口的排列中心，則CX=（AXN-1）*AXD/2；缺口在圓周方向（即Y方向）的起始位置SY與缺口的行數(shù)AYN及行間距AYD有關(guān)， SY=if（AYN%2）AYD*floor（AYN/2）else AYD*AYN/2-AYD/2。這是一個條件表達(dá)式，主要是為了**缺口關(guān)于X軸對稱分布，其中“%”是取余運算符，floor（）是UG Expression的一個內(nèi)置的向下取整函數(shù)，與此對應(yīng)的還有一個向上取整函數(shù)ceil（），其區(qū)別在于floor（1.1）=1，ceil（1.1）=2。

2） 第二個Sketch基于Right視圖的缺口截面形狀，如圖4所示，其對稱中心與缺口在Y方向的起始位置一致。使用Sketch的約束關(guān)系可以很簡便地實現(xiàn)其關(guān)聯(lián)，在這個Sketch中需定義兩個參數(shù)：缺口寬GM和缺口高GH。

3） 第三個Sketch基于Front視圖的缺口形狀，如圖5所示，其對稱中心與缺口X方向的起始位置一致，包含兩個缺口參數(shù)：缺口長GL和缺口圓角GR。使用UG的表達(dá)式工具可以看到在裝配文件中定義的一些全局參數(shù)。

三、設(shè)計過程

模具設(shè)計總是先從工作部件開始，運用Top-down的概念進(jìn)行裝配建模實際上是一個裝配設(shè)計與零件設(shè)計相互交叉的過程。該沖切模的工作部件包括三組，第一組完成沖工藝孔的沖頭與凹模套，其沖頭工作部外徑等于工藝孔徑HD。利用UG的Interpart Expression 技術(shù)可以很方便地實現(xiàn)部件間的尺寸關(guān)聯(lián)，其實現(xiàn)方法為：在Expression中選取要關(guān)聯(lián)的變量；選取Creat link按鈕；在Select Part表中選取關(guān)聯(lián)目標(biāo)文件；在彈出的表達(dá)式列表中找到關(guān)聯(lián)目標(biāo)。其結(jié)果為Var=“part_name”：：expression, Var是要關(guān)聯(lián)的變量，part_name是關(guān)聯(lián)目標(biāo)所在的文件名，expression是關(guān)聯(lián)目標(biāo)。沖頭的總長與上固定板厚、上卸料板厚及卸料板活動距有關(guān)，沖頭總長＝上固定板厚SGD_H+上卸料板活動距SXL_A+料厚TH+入刀口量DP。這也需要使用Interpart Expression技術(shù)。同理可以得出凹模套的尺寸參數(shù)和零件及下固定板、下卸料板的關(guān)聯(lián)關(guān)系，它們在裝配體中的位置可利用UG的Mating Condition與零件中工藝孔的位置關(guān)聯(lián)起來。

第二組工作部件是沖切百葉窗缺口的凸模及凹模，其工作部位的形狀與零件的缺口形狀應(yīng)一致。在UG中建立凸、凹模與零件之間的關(guān)聯(lián)可通過Assemblies菜單下的Wave Geometry Linker工具實現(xiàn)。沖缺凸模采用鑲片結(jié)構(gòu)，其側(cè)視圖形狀通過Wave Geometry Linker與零件的Right Sketch形狀一致。前視圖形狀與零件的Front Sketch的形狀一致，其位置與零件的起始位置關(guān)聯(lián)，其厚度應(yīng)等于缺口寬GW，長度與缺口的列間距AXD和列數(shù)AXN相關(guān)，高度與缺口高GH、料厚TH、下卸料板厚XXL_H、下卸料板活動距XXL_A、下固定板厚XGD_H以及下墊板厚XDB_H相關(guān)，這樣單片凸模就完成了。然后再使用裝配中的Create Array來完成其陣列，陣列參數(shù)與缺口的行數(shù)及行間距相關(guān)。值得注意的是，采用Wave Geometry Linker之后，該零件的裝配位置不能用關(guān)聯(lián)之后生成的實體來進(jìn)行Mate約束。同理也可完成切缺凹模的關(guān)聯(lián)設(shè)計，其高度與上卸料板厚SXL_H、上卸料板活動距SXL_A、上固定板厚SGD_H相關(guān)。

第三組工作部件是切斷切刀，其刃口形狀應(yīng)與切斷線一致。在這個零件中切斷線就是一條直線，所以上、下切刀就是簡單的矩形，只需注意其長度、高度尺寸與零件的關(guān)聯(lián)即可。然后再在裝配中將其裝配位置與零件的切斷線關(guān)聯(lián)起來。

固定部件包括上、下各一塊固定板。設(shè)計時首先確定其外形，其尺寸與零件的外形尺寸有關(guān)。考慮到排布緊固螺釘、銷釘、卸料螺釘及卸料板上安裝導(dǎo)料件的需要，固定板的外形相對零件外形長度方向單邊加大約35mm，寬度方向單邊加大約65mm。鑒于現(xiàn)場生產(chǎn)的習(xí)慣，這種板類的外形尺寸一般采用5或0為尾數(shù)，故要對長寬尺寸進(jìn)行圓整。在UG中可采用如下的Interpart Expression來完成：p0=ceil（（“l(fā)ouver-cut”：：LE+70）/5）*5，其中l(wèi)ouver-cut是裝配文件名，表達(dá)式對此尺寸進(jìn)行5圓整。同理也可完成寬度尺寸的定義和板厚在裝配文件中的定義，然后將其關(guān)聯(lián)即可。在裝配體中使用Mating Condition對固定板進(jìn)行定位，然后再使用Wave Geometry Linker將其固定孔與凸、凹模關(guān)聯(lián)起來，這樣其基本的功能要求就設(shè)計完成了。后面再根據(jù)緊固螺釘、卸料螺釘、銷釘及小導(dǎo)套的尺寸及位置進(jìn)行相應(yīng)的開孔工作即可。

卸料部件主要是指上、下各一塊卸料板，其外形長寬與固定板一致，厚度已在裝配文件中定義，故只要將其關(guān)聯(lián)即可。在裝配中對其裝配位置約束之后，再使用Wave Geometry Linker將其卸料孔與凸、凹模的位置和尺寸關(guān)聯(lián)。由于沖工藝孔的沖頭采用臺階式，故應(yīng)注意上卸料板開讓孔。鑒于沖裁的入刀口深DP的影響，下卸料板在上切刀對應(yīng)處要開出讓位臺階。將卸料螺釘孔及小導(dǎo)柱孔的位置與固定板關(guān)聯(lián)，大小與卸料螺釘及小導(dǎo)柱關(guān)聯(lián)。然后再裝配導(dǎo)料釘，導(dǎo)料釘位置的Y方向應(yīng)和零件的料寬相切，X方向應(yīng)裝配在非沖裁位置，以**卸料板的強度。根據(jù)導(dǎo)料釘?shù)奈恢?，在下卸料板上做安裝孔，在上卸料板上做讓孔。

在墊板上加工對應(yīng)孔的方法與在卸料板上的操作一樣，在此不再贅述。確定模板大小時應(yīng)考慮導(dǎo)向件及導(dǎo)料件的排布，故長度相對下固定板加大220mm，寬度加大140mm。使用Interpart Expression對其進(jìn)行控制，導(dǎo)柱的位置約束用相對下固定板的外形來計算。為了在裝配中防錯，將四根導(dǎo)柱中的一根作非對稱排布，即在X方向錯開10mm。剩下的任務(wù)就是將卸料螺釘、緊固螺釘、銷釘、小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套等標(biāo)準(zhǔn)件按位置裝配，在此也不再贅述。完成后的下模部分如圖8所示，上模部分如圖9所示。

四、總結(jié)

通過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，使用UG參數(shù)化裝配建模技術(shù)進(jìn)行冷沖模設(shè)計，首先，必須對一些全局性的參數(shù)進(jìn)行定義，其變量的命名也應(yīng)遵守一定規(guī)范，才可方便操作；其次，在裝配文件中好對各零件進(jìn)行分層管理，因為在Interpart Expression中要經(jīng)常選擇各模具零件中的表達(dá)式，故文件的命名好也按統(tǒng)一的規(guī)范；另外，若能使用UG OPEN進(jìn)行一些開發(fā)，如增加標(biāo)準(zhǔn)件時在相對應(yīng)的板上自動完成孔生成及排布等工作，設(shè)計效率也會大大提高。