基于“自底向上”模式的模具設(shè)計(jì)流程

黃 波，于云程

（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州213164）

基于三維CAD軟件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采取“自頂向下”(Top－Down)與“自底向上”(Down-Top)兩種設(shè)計(jì)模式。自頂向下設(shè)計(jì)便于將概念設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為裝配結(jié)構(gòu)，并在零件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。各三維CAD軟件的模具設(shè)計(jì)模塊，或二次開發(fā)的模具CAD系統(tǒng)，都基于此設(shè)計(jì)模式，已成為模具三維設(shè)計(jì)的主流方向。但這并不意味著“自底向上”的設(shè)計(jì)模式?jīng)]有應(yīng)用價(jià)值。

1 “自底向上”的設(shè)計(jì)模式

雖然“自底向上”設(shè)計(jì)零件之間沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系，但用此方法裝配無(wú)關(guān)聯(lián)性的結(jié)構(gòu)比較有利，例如外購(gòu)件（如標(biāo)準(zhǔn)件）的裝配。因此應(yīng)用“自底向上”的設(shè)計(jì)模式，先設(shè)計(jì)各個(gè)模具零部件，再將全部零部件裝配成整個(gè)模具，適用于單工序模、復(fù)合模和簡(jiǎn)單連續(xù)模的沖模設(shè)計(jì)。

采用“自底向上”方式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的模具，由于計(jì)算校核較少，可按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)直接進(jìn)行主要模具零部件的造型，并進(jìn)行裝配，在裝配設(shè)計(jì)中增加或更改模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中的零部件，就可完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于縮短模具設(shè)計(jì)時(shí)間。各個(gè)零件間只存在裝配關(guān)系，更改個(gè)別零件，不會(huì)引起其他零件的結(jié)構(gòu)變化，方便模具結(jié)構(gòu)的調(diào)試。但這種方式要求模具設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單、有參考或設(shè)計(jì)者非常熟悉，設(shè)計(jì)者具有一定的水平（模具越復(fù)雜，設(shè)計(jì)者水平要求越高）。

2 墊圈沖裁模的“自底向上”設(shè)計(jì)

以墊圈沖裁模為例,應(yīng)用Pro/E通用模塊，分析基于“自底向上”的一種模具設(shè)計(jì)思路（沖件如圖1所示）。采用“沖孔－落料”連續(xù)沖壓工藝方案，采用彈壓卸料、橫向送料典型組合的冷沖模結(jié)構(gòu)（GB2872.2-81），凹模周界為125mm×100 mm，模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單典型，沖壓力、壓力中心、閉合高度等工藝計(jì)算量小。

圖1 沖件圖

2.1 影響工作效率的問(wèn)題

常見的“自底向上”設(shè)計(jì)，采取各零件之間單獨(dú)造型或共享數(shù)據(jù)（Pro/E概念），再進(jìn)行裝配的思路。存在一些影響工作效率的問(wèn)題：

（1）在創(chuàng)建各零件文件時(shí)，定義基準(zhǔn)等重復(fù)性操作多；

（2）由于創(chuàng)建零件在前，裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)各零件之間存在干涉或偏差等問(wèn)題；

（3）如模板周界等相關(guān)尺寸更改時(shí)，每個(gè)零件模型均要分別進(jìn)行。

因此，這種模具設(shè)計(jì)思路更適用于簡(jiǎn)單、典型、系列化的模具結(jié)構(gòu)，此外更要求模具設(shè)計(jì)師對(duì)模具結(jié)構(gòu)比較熟悉。

2.2 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題

本文借鑒“自頂向下”設(shè)計(jì)模式可裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)，在主部件的零件環(huán)境中，首先參照國(guó)家沖模標(biāo)準(zhǔn)，建立各模板的基準(zhǔn)平面（只需調(diào)整平面間距，可重復(fù)使用）；再建立毛坯、模板等草繪特征；最后通過(guò)實(shí)體特征（組）創(chuàng)建出各零件。各實(shí)體特征一定要基于基準(zhǔn)平面（組）與草繪特征（組），為父子關(guān)系，且各實(shí)體特征（組）之間為并列關(guān)系（圖2）。在主部件零件的環(huán)境中，通過(guò)特征創(chuàng)建的各模具零件之間為一父多子的特征關(guān)系。通過(guò)草繪（父特征）創(chuàng)建出毛坯、沖件的結(jié)構(gòu)尺寸，而各實(shí)體（子特征）組創(chuàng)建的是相互無(wú)關(guān)的各模具零件，且在視圖區(qū)表達(dá)出各模具零件的空間位置關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)要注意：

（1）基準(zhǔn)、草繪、實(shí)體特征按照模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組并規(guī)范命名，有利于文件管理（如圖3所示）。

（2）每完成一個(gè)實(shí)體特征后，建議及時(shí)“隱含”或“隱藏”，防止下一實(shí)體特征誤將其作為草繪參照。

當(dāng)模具的主要零件造型完成，檢查結(jié)構(gòu)無(wú)誤后，進(jìn)行部件拆解。因定義的各模具零件的特征組之間為平行關(guān)系，可通過(guò)依次刪除其他實(shí)體特征（組）并另存為凸模（如圖2）、凹模、卸料板、固定板等零件，完成模具的主要零部件的初步設(shè)計(jì)。

圖2 主部件與沖頭的模型樹及模型

創(chuàng)建組件文件，由于各零件在主部件中的相對(duì)位置已確定（基于同一坐標(biāo)系），因此在裝配時(shí)只需將各零件與組件的同名基準(zhǔn)平面重合（缺省裝配），再配上螺釘、銷釘、模架等標(biāo)準(zhǔn)件，基本完成模具的結(jié)構(gòu)主體設(shè)計(jì)（圖3）。

圖3 簡(jiǎn)單裝配的組件模型

2.3 銷釘孔、螺紋孔等實(shí)體特征的操作

銷釘孔、螺紋孔等實(shí)體特征操作，可在主部件的零件環(huán)境中創(chuàng)建，也可在裝配環(huán)境中完成。各模具零件的其他特征（倒角、圓角等）和其他標(biāo)準(zhǔn)件（螺釘、銷釘、卸料螺釘?shù)龋┑鹊难b配，這時(shí)也可由“自底向上”轉(zhuǎn)到“自頂向下”設(shè)計(jì)。

由于基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的模具結(jié)構(gòu)固定，相近結(jié)構(gòu)的沖模只需在主部件中改動(dòng)各零件的基準(zhǔn)面間距與毛坯、沖件等草繪特征（父特征）的尺寸，再生后，其實(shí)體特征（組）（子特征）對(duì)應(yīng)的零件可快速更新。如改變草繪（工件外輪廓），其余實(shí)體特征對(duì)應(yīng)的凹模、沖孔凸模、固定板、卸料板等同時(shí)更改（如圖4），并如前所述，重新將主部件拆解并另存覆蓋原子部件，組件再重生，無(wú)需重新定義裝配關(guān)系；其他零件（如模架、模柄等標(biāo)準(zhǔn)件）的裝配，可對(duì)原零件進(jìn)行少量的修改校核或調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，可以在短時(shí)間內(nèi)完成另一副沖模設(shè)計(jì)。

圖4 更改沖件輪廓后再生的主部件模型

3 結(jié)束語(yǔ)

以特征（組）形式構(gòu)建模具零件的“DOWN-TOP”設(shè)計(jì)，是一種在零件環(huán)境中實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)共享”（Pro/E概念），并應(yīng)用于“自底向上”的設(shè)計(jì)思路。對(duì)于相對(duì)獨(dú)立創(chuàng)建零件再進(jìn)行裝配的一般思路，零件之間關(guān)系清楚，不易出錯(cuò)，可以在零件環(huán)境中設(shè)計(jì)出裝配關(guān)系（相當(dāng)于模具原型），再到裝配環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，節(jié)省時(shí)間，提高效率。

[1]郭 洋.Pro/ENGINEER企業(yè)實(shí)施與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008．