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)計方式已經(jīng)不能滿足企業(yè)對模具的生產(chǎn)周期、質(zhì)量管理和成本控制的要求。使用三維設(shè)計技術(shù)，可方便地設(shè)計出符合要求的三維實體模型，并進行模型裝配和干涉檢查，避免存在結(jié)構(gòu)性錯誤；同時，還可以采用CAE軟件對重要零部件進行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計，例如進行拉延成型模擬分析、壓彎回彈模擬分析、修邊展開尺寸模擬分析、斜楔機構(gòu)運動模擬分析等；可以采用CAM軟件進行數(shù)控加工；可以進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與CAD/CAE/CAPP/CAM系統(tǒng)集成等。

三維實體設(shè)計技術(shù)在模具開發(fā)、生產(chǎn)周期、質(zhì)量管理等方面具有特殊的優(yōu)勢。目前，該技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，基本實現(xiàn)了無圖生產(chǎn)。要提高我國的模具制造水平，必須有先進的設(shè)計方法，因此，可以說模具三維設(shè)計技術(shù)是提高模具企業(yè)競爭能力的主要手段之一。

模具三維設(shè)計系統(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)計為例，主要的技術(shù)點及系統(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)，模具中的每一個結(jié)構(gòu)都可以看作是一個模塊。各個模塊建模后，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)計數(shù)據(jù)庫，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，同時針對模具中使用的標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計開發(fā)一套完整的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫（圖2），與UG的集成環(huán)境有機結(jié)合，采用界面簡捷、直觀的圖形化菜單，操作方便，具有良好的人機交互性、可擴充性和可移植性。在標(biāo)準(zhǔn)件的建立過程中，通過知識驅(qū)動表達式，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)件中通過建立用于布爾操作的實體，從而實現(xiàn)了在裝配中與其他非標(biāo)零件進行加減的操作，加快了模具結(jié)構(gòu)實體設(shè)計的速度。

圖1 模具端頭結(jié)構(gòu)

圖2  標(biāo)準(zhǔn)件庫

2、基于裝配的模具設(shè)計框架及BOM表的自動生成

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、有效地進行數(shù)字模型的裝配設(shè)計、裝配分析（干涉及間隙）、保持裝配的關(guān)聯(lián)性和實際裝配的一次成功是模具開發(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，將零件與裝配總成統(tǒng)一為整體，這與實際裝配更為相符。在模具裝配建模過程中，由于同時調(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，只調(diào)入所需的引用集，從而提高裝載速度。

圖3  在裝配時引用集的使用方法
 

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

物料清單（BOM）生成模塊是模具設(shè)計系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的一個關(guān)鍵模塊，用于為生產(chǎn)管理系統(tǒng)和工藝設(shè)計模塊提供BOM表，其功能是通過友好的人機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，以便進行工藝規(guī)劃和生產(chǎn)管理。

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

3、知識融接技術(shù)的廣泛應(yīng)用

UG的知識融接技術(shù)為設(shè)計者獲得和把握工程規(guī)則、設(shè)計意圖提供了一套強有力的工具。知識融接技術(shù)可以讓用戶基于設(shè)計準(zhǔn)則，進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)，同時把設(shè)計意圖融于參數(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CAD/CAM/CAE過程以3D模型為中心，模具設(shè)計、有限元模擬分析、模具CNC加工以及模具CMM（三坐標(biāo)）檢測都完全基于這些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)計者的意圖保持高度一致。

沖壓模具三維設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵點

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)市場競爭力的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)可對拉延件成形進行精確分析以及試沖板料尺寸的確定，同時對產(chǎn)品設(shè)計與工藝分析、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

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

依托豐富的拉延模設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計工程師、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)計建立了模具結(jié)構(gòu)間的相互關(guān)系，如：單動拉延模根據(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拉延模的大部分結(jié)構(gòu)。

3、基于關(guān)系表達式的標(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，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)即可完成對模具端頭的設(shè)計。

在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中，模具結(jié)構(gòu)間普遍采用關(guān)系表達式，通過“表達式”的數(shù)學(xué)方程，“參數(shù)化”被傳遞到整個模具結(jié)構(gòu)模型中，模具結(jié)構(gòu)完全數(shù)字化。這些“表達式”由特征使用存儲實際值及關(guān)系，完全開放的環(huán)境使得用戶即使退出了該系統(tǒng)，依然可以對模具的尺寸參數(shù)進行修改。

4、基于知識的特征造型技術(shù)

在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的實體造型過程中，往往存在著多達幾千個特征體和成百上千個參數(shù)需要用戶輸入。該系統(tǒng)在歸納、總結(jié)模具結(jié)構(gòu)特征并進行分類的基礎(chǔ)上，以模具設(shè)計、制造的知識和經(jīng)驗為依據(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)，變更拓撲結(jié)構(gòu)，完成所有結(jié)構(gòu)特征的造型，并產(chǎn)生新的設(shè)計結(jié)果。

結(jié)語

圖5、圖6為我公司各種類型的模具三維設(shè)計成果。

圖5  日產(chǎn)左右側(cè)圍外板開卷落料模

圖6  神龍頂蓋拉延模

近三年來，我公司逐步推廣采用三維設(shè)計后，利用計算機的優(yōu)勢，配合軟件工具、標(biāo)準(zhǔn)件庫等，使設(shè)計效率提高了40%以上，同時，模具設(shè)計的準(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。