三維設(shè)計軟件比較及基于UG的曲軸模具設(shè)計

李媛

【摘要】三維CAD軟件種類很多，分析了目前國內(nèi)外流行的幾種三維設(shè)計軟件，比較了其功能上的差異和特點，并借助三維軟件UG對曲軸進(jìn)行了模具設(shè)計研究。

【關(guān)鍵詞】三維軟件 UG 曲軸 模具設(shè)計

引言

三維CAD軟件種類很多，國內(nèi)外模具設(shè)計大多采用了三維設(shè)計手段， 三維CAD軟件不僅可以創(chuàng)建實體模型，而且可以利用設(shè)計出的三維實體模型進(jìn)行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機(jī)構(gòu)分析和動態(tài)干涉檢查、動力學(xué)分析、強(qiáng)度分析、鑄造、各種加工、渲染處理等，極大地縮短了設(shè)計周期、減少了成本。

一、三維軟件功能特點比較

目前流行的CAD軟件不僅有國外的Unigraphics（UG），SOLIDEDGE，Inventor，MDT，SolidWorks，Cima2tron，ProEngineer，CATIA，I-DEAS，還有國產(chǎn)的高華CAD，金銀花系統(tǒng)，CAXA電子圖板，開目CAD等。本文主要對國內(nèi)常見的幾款軟件進(jìn)行分析：

（1）UG。UG是高中檔軟件的杰出代表，功能模塊齊全，是UnigraphicsSolutions公司的拳頭產(chǎn)品。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結(jié)合在一起，曲面功能非常強(qiáng)大。UG/ScenarioforMotion運動機(jī)構(gòu)模塊提供機(jī)構(gòu)設(shè)計、分析、仿真和文檔生成功能，可在UG實體模型或裝配環(huán)境中定義機(jī)構(gòu)，定義好的機(jī)構(gòu)可直接在UG中進(jìn)行分析，可進(jìn)行各種研究，包括最小距離、干涉檢查和軌跡包絡(luò)線等選項，同時可實際仿真機(jī)構(gòu)運動。UG的一個最大特點就是混合建模，在一個模型中允許存在無相關(guān)性的特征，可以局部參數(shù)化曲面造型。同其它軟件相比， UG的曲面分析工具也極其豐富。

（2）Pro/Engineer。Pro/E是美國參數(shù)技術(shù)公司（簡稱PTC）的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，在Pro/E中極為強(qiáng)調(diào)特征的全相關(guān)性，所有特征按照創(chuàng)建的先后順序及參考有著嚴(yán)格的父子關(guān)系。PRO/E包含工業(yè)設(shè)計（CAID）模塊，機(jī)械設(shè)計（CAD）模塊，功能仿真（CAE）模塊，制造（CAM）模塊，數(shù)據(jù)管理（PDM）模塊，數(shù)據(jù)交換模塊，能夠使外部應(yīng)用程序（客戶應(yīng)用程序）安全有效地訪問Pro/E的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序。

（3）CATIA。CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司開發(fā)的高檔CAD/CAM軟件，它支持復(fù)雜曲面造型和復(fù)雜裝配，CATIA裝配設(shè)計可以使設(shè)計師建立并管理基于3D零件機(jī)械裝配件。

（4）SOLIDEDGE。SOLIDEDGE和SolidWorks無論從界面風(fēng)格或是功能上都極其相似。它是基于參數(shù)和特征實體造型的新一代機(jī)械設(shè)計CAD系統(tǒng)，是純Windows的CAD系統(tǒng) ，這就使習(xí)慣使用Windows軟件的用戶倍感親切。

（5） Solid2Works。功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是Solid2Works的三大特點，與當(dāng)今主流的三維CAD軟件SolidWorks無縫集成，可以對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行完整的運動學(xué)和動力學(xué)仿真，得到系統(tǒng)中各零部件的運動情況。

（6）Autodesk Inventor。Autodesk的Inventor處理大型組裝模型具有極佳的交互性能。在制圖過程中，它的開發(fā)者沒有照搬AutoCAD的工程圖樣式，而是采用了新鮮的外觀創(chuàng)建了目前一種最成熟的關(guān)聯(lián)圖形產(chǎn)品，允許制圖者在數(shù)秒之內(nèi)放置粗糙的隱藏線視圖并開始標(biāo)注。

二、在UG中的曲軸模具設(shè)計

曲軸是內(nèi)燃機(jī)中承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，既承受交變應(yīng)力作高速運轉(zhuǎn)，又傳遞大的扭矩，一旦損壞就可能造成重大事故，因此對曲軸的加工非常重視，不斷改進(jìn)曲軸工藝和設(shè)計方案。本文借助三維CD軟件UG，對3拐120°分布曲軸進(jìn)行模具設(shè)計研究。

2.1分模面的選取。由于曲軸是3拐呈120°分布，平衡塊底部成型難度大，由平衡塊局部充型不滿導(dǎo)致廢品率較高，曲軸連桿頸分模處容易因曲面分模使上模過深，在受縱向沖擊時產(chǎn)生變形斷裂，因此，目前許多國家采用扭轉(zhuǎn)工藝，即將中部對稱的曲軸扭轉(zhuǎn)成平衡塊120°分布的曲軸，故選擇鍛件側(cè)面的中部對稱平面作為分模面。

2.2模具設(shè)計

2.2.1終鍛型槽設(shè)計。利用UG的MoldWizard模塊進(jìn)行曲軸模具的設(shè)計，其具體過程如下：

（1）對項目名稱、裝配產(chǎn)品和單位進(jìn)行初始化；在“投影單位”中選擇毫米，“項目名”設(shè)置為曲軸。

（2）確立模具裝配坐標(biāo)系，給后續(xù)部件的安裝建立定位坐標(biāo)系。模具設(shè)計需要確定模具的分模面和頂出方向，這是由模具坐標(biāo)系的位置和方向確定的。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，使Zc軸的正方向指向頂出方向，在模具的CSYS對話框中選擇鎖定Z軸，“更改WCS位置”選擇當(dāng)前WCS。

（3）設(shè)置模具收縮率。

（4）設(shè)置模具工件，即模具的毛胚尺寸。鍛模模膛應(yīng)有足夠的壁厚，以保證鍛模在工作中不致?lián)p壞。模塊平面尺寸按模膛最大外形尺寸加上模壁厚度確定，最終確定的模塊尺寸為600mm×250mm×200mm。

（5）分模設(shè)計，包括定義分型線、創(chuàng)建分型面、抽取型腔區(qū)域、創(chuàng)建型腔。使用模具工具中的實體分割，沿Xc—Yc平面進(jìn)行分割，在“分型管理器”中對話框中單擊“編輯分型線”，選擇自動搜索分型線，選擇頂出方向為-Zc方向，獲得分型線。在“分型管理器”中選擇創(chuàng)建/編輯分型面，單擊創(chuàng)建分型面，生成分型面。再分別通過抽取型腔區(qū)域、創(chuàng)建型腔，最終所得的模具型腔。

2.2.2預(yù)鍛件的設(shè)計。預(yù)鍛件的圓角要比終鍛件的大，預(yù)鍛件的拔模斜度與終鍛件一致。

2.3曲軸的扭轉(zhuǎn)。鍛造完的曲軸要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，采用扭轉(zhuǎn)工藝的優(yōu)點是：曲軸的曲柄和平衡塊設(shè)計幾乎不受限制，產(chǎn)品在徑向可以完全對稱，曲軸可以得到最好的平衡效果，可以提高模具使用壽命，降低工藝難度，提高生產(chǎn)效率和材料利用率。扭轉(zhuǎn)后3個平衡塊呈120°分布，扭轉(zhuǎn)后的曲軸如圖1所示。

三、結(jié)論

參數(shù)化技術(shù)使模具三維CAD得以迅速發(fā)展，有效地提高了設(shè)計效率和模具質(zhì)量。而UG為我們提供了一個全新的設(shè)計模式，極為方便的問答式的輸入方式使參數(shù)化設(shè)計更具靈活性。實踐證明三維設(shè)計軟件速度快、效率高、操作方便快捷，打破了傳統(tǒng)設(shè)計的局限性，適應(yīng)范圍更廣。因此，我們有理由相信，三維設(shè)計軟件將成為模具設(shè)計的主流。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉冰，高天一.《CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢及主流軟件產(chǎn)品》[J].中國制造業(yè)信息化，2003，（1）：41-45.

[2]王詩麗，龔光輝.《Pro/E與AutoCAD在機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中的功能比較》[J].機(jī)械與電子，2003，（2）：65-67.