隨著模具行業(yè)的迅速發(fā)展，用戶要求不斷提高，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不能滿足企業(yè)對(duì)模具的生產(chǎn)周期、質(zhì)量管理和成本控制的要求。使用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，可方便地設(shè)計(jì)出符合要求的三維實(shí)體模型，并進(jìn)行模型裝配和干涉檢查，避免存在結(jié)構(gòu)性錯(cuò)誤；同時(shí)，還可以采用CAE軟件對(duì)重要零部件進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如進(jìn)行拉延成型模擬分析、壓彎回彈模擬分析、修邊展開(kāi)尺寸模擬分析、斜楔機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬分析等；可以采用CAM軟件進(jìn)行數(shù)控加工；可以進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與CAD/CAE/CAPP/CAM系統(tǒng)集成等。

三維實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)在模具開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)周期、質(zhì)量管理等方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖生產(chǎn)。要提高我國(guó)的模具制造水平，必須有先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，因此，可以說(shuō)模具三維設(shè)計(jì)技術(shù)是提高模具企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的主要手段之一。

模具三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要技術(shù)與功能

以我公司在UG軟件環(huán)境下的沖壓模具設(shè)計(jì)為例，主要的技術(shù)點(diǎn)及系統(tǒng)功能包括以下幾方面：

1、參數(shù)化模塊技術(shù)

模塊是結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的具體體現(xiàn)，模具中的每一個(gè)結(jié)構(gòu)都可以看作是一個(gè)模塊。各個(gè)模塊建模后，利用UG的裝配功能把模塊拼裝，便形成了模具。

通過(guò)分析模具的結(jié)構(gòu)特征，參數(shù)化模塊技術(shù)將模具劃分為端頭、工作部件和基礎(chǔ)件等，并建立常用模具模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，如模具的端頭（圖1）、氣缸頂料合件、托料裝置等，其中端頭可以在一定形狀尺寸范圍內(nèi)通用，同時(shí)針對(duì)模具中使用的標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套完整的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)（圖2），與UG的集成環(huán)境有機(jī)結(jié)合，采用界面簡(jiǎn)捷、直觀的圖形化菜單，操作方便，具有良好的人機(jī)交互性、可擴(kuò)充性和可移植性。在標(biāo)準(zhǔn)件的建立過(guò)程中，通過(guò)知識(shí)驅(qū)動(dòng)表達(dá)式，不但能改變標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格，而且可改變其特征類型、增加或減少某些特征。在標(biāo)準(zhǔn)件中通過(guò)建立用于布爾操作的實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)了在裝配中與其他非標(biāo)零件進(jìn)行加減的操作，加快了模具結(jié)構(gòu)實(shí)體設(shè)計(jì)的速度。

圖1 模具端頭結(jié)構(gòu)

圖2  標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

2、基于裝配的模具設(shè)計(jì)框架及BOM表的自動(dòng)生成

模具是一種技術(shù)密集型產(chǎn)品，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。模塊造型完畢后，如何方便、有效地進(jìn)行數(shù)字模型的裝配設(shè)計(jì)、裝配分析（干涉及間隙）、保持裝配的關(guān)聯(lián)性和實(shí)際裝配的一次成功是模具開(kāi)發(fā)者所追求的目標(biāo)。參數(shù)化模板要求模塊之間的裝配應(yīng)當(dāng)采用約束定位，而且應(yīng)盡可能地使用UG WAVE技術(shù)的相關(guān)拷貝功能。UG的裝配為虛擬裝配，應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，將零件與裝配總成統(tǒng)一為整體，這與實(shí)際裝配更為相符。在模具裝配建模過(guò)程中，由于同時(shí)調(diào)入的部件數(shù)目較多，為了能夠提高建模效率，通常采用以下方法：

（1）調(diào)入引用集裝載部件（圖3）。在模具裝配調(diào)用時(shí)，只調(diào)入所需的引用集，從而提高裝載速度。

圖3  在裝配時(shí)引用集的使用方法
 

（2）顯示部件簡(jiǎn)化。在裝配中常常有許多部件只需用一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何體表示即可，這樣可以大大簡(jiǎn)化整個(gè)裝配模型的顯示，提高對(duì)裝配體的操作速度。

物料清單（BOM）生成模塊是模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的一個(gè)關(guān)鍵模塊，用于為生產(chǎn)管理系統(tǒng)和工藝設(shè)計(jì)模塊提供BOM表，其功能是通過(guò)友好的人機(jī)界面以獲取模具零部件及其裝配關(guān)系，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)編碼，以便進(jìn)行工藝規(guī)劃和生產(chǎn)管理。

BOM表以零件明細(xì)表為基礎(chǔ)，以交互的方式輸入工藝信息，能自動(dòng)確定零部件結(jié)構(gòu)編碼和工藝分類碼。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3、知識(shí)融接技術(shù)的廣泛應(yīng)用

UG的知識(shí)融接技術(shù)為設(shè)計(jì)者獲得和把握工程規(guī)則、設(shè)計(jì)意圖提供了一套強(qiáng)有力的工具。知識(shí)融接技術(shù)可以讓用戶基于設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，進(jìn)行三維模型的快速檢查；基于定制的規(guī)則集，檢查模具是否完全符合工廠的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)把設(shè)計(jì)意圖融于參數(shù)化模型中。

4、模具CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)

圖4所示為模具CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)流程。由該流程圖可以看出，整個(gè)CAD/CAM/CAE過(guò)程以3D模型為中心，模具設(shè)計(jì)、有限元模擬分析、模具CNC加工以及模具CMM（三坐標(biāo)）檢測(cè)都完全基于這些3D模型的傳遞，從而避免了二維圖紙傳遞幾何信息的不準(zhǔn)確性，使最終生產(chǎn)的零件和設(shè)計(jì)者的意圖保持高度一致。

沖壓模具三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)

1、CAE技術(shù)的廣泛應(yīng)用

利用CAE技術(shù)確定合理的沖壓工藝方案是提高模具企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)可對(duì)拉延件成形進(jìn)行精確分析以及試沖板料尺寸的確定，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝分析、提高模具特別是拉延模的成功率、縮短模具制造周期、提高模具質(zhì)量都有顯著作用。

2、三維模具程序化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用現(xiàn)有軟件功能可以實(shí)現(xiàn)三維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)。通過(guò)編程控制模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅要求技術(shù)人員具有模具設(shè)計(jì)知識(shí)，而且還必須具有計(jì)算機(jī)編程知識(shí)，關(guān)鍵在于要將模具設(shè)計(jì)知識(shí)融于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的可用數(shù)學(xué)模型中。

依托豐富的拉延模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)工程師、制造工程師的建議，我公司完成的典型拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立了模具結(jié)構(gòu)間的相互關(guān)系，如：?jiǎn)蝿?dòng)拉延模根據(jù)壓料圈導(dǎo)向形式分為外導(dǎo)向和內(nèi)導(dǎo)向，凸模分為整體凸模和分體凸模，凹模分為整體凹模和分體凹模等。這樣的排列組合基本能覆蓋單動(dòng)拉延模的大部分結(jié)構(gòu)。

3、基于關(guān)系表達(dá)式的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

我們還提出了大型模具端頭、大型非標(biāo)斜楔實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案。標(biāo)準(zhǔn)端頭的建立解決了模具部件的重復(fù)設(shè)計(jì)，如模具的導(dǎo)向部分、模具鑄件基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、模具安裝壓板槽、起重部件、安全區(qū)等，用戶僅需更改其主要參數(shù)即可完成對(duì)模具端頭的設(shè)計(jì)。

在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，模具結(jié)構(gòu)間普遍采用關(guān)系表達(dá)式，通過(guò)“表達(dá)式”的數(shù)學(xué)方程，“參數(shù)化”被傳遞到整個(gè)模具結(jié)構(gòu)模型中，模具結(jié)構(gòu)完全數(shù)字化。這些“表達(dá)式”由特征使用存儲(chǔ)實(shí)際值及關(guān)系，完全開(kāi)放的環(huán)境使得用戶即使退出了該系統(tǒng)，依然可以對(duì)模具的尺寸參數(shù)進(jìn)行修改。

4、基于知識(shí)的特征造型技術(shù)

在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)體造型過(guò)程中，往往存在著多達(dá)幾千個(gè)特征體和成百上千個(gè)參數(shù)需要用戶輸入。該系統(tǒng)在歸納、總結(jié)模具結(jié)構(gòu)特征并進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，以模具設(shè)計(jì)、制造的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，將結(jié)構(gòu)特征參數(shù)劃分為主參數(shù)和輔助參數(shù)兩大類，并可建立主參數(shù)和輔助參數(shù)之間的約束關(guān)系。用戶只需調(diào)整少量的特征參數(shù)，系統(tǒng)就可以做出相應(yīng)的響應(yīng)，變更拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成所有結(jié)構(gòu)特征的造型，并產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)結(jié)果。

結(jié)語(yǔ)

圖5、圖6為我公司各種類型的模具三維設(shè)計(jì)成果。

圖5  日產(chǎn)左右側(cè)圍外板開(kāi)卷落料模

圖6  神龍頂蓋拉延模

近三年來(lái)，我公司逐步推廣采用三維設(shè)計(jì)后，利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，配合軟件工具、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)等，使設(shè)計(jì)效率提高了40%以上，同時(shí)，模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、模具質(zhì)量等都有了很大程度的提高，模具制造周期明顯縮短。