基于UG的模具三維設(shè)計(jì)與制造

邱澤元 吳院鋒

摘要：針對(duì)基于UG的模具三維設(shè)計(jì)與制造，采取理論結(jié)合實(shí)踐的方法，立足模具加工發(fā)展現(xiàn)狀，分析了模具設(shè)計(jì)及制造過程中的難點(diǎn)，并提出基于UG模具三維設(shè)計(jì)的流程與制造方法。分析結(jié)果表明，模具設(shè)計(jì)和制造中采取UG可實(shí)現(xiàn)三維立體化設(shè)計(jì)，可將模具的三維立體圖形和具體情況直接顯示在計(jì)算機(jī)上，可一目了然對(duì)模具設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析，從而提升設(shè)計(jì)效果和制造質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：UG;模具;三維設(shè)計(jì);制造

引言

UG是一種產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段，和CAD、CAE以及CAQ的軟件系統(tǒng)相比，UG具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)功能多樣性，并且可實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，UG技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在汽車、航空、醫(yī)學(xué)、電子、機(jī)械等領(lǐng)域。并且在具體應(yīng)用中，采用了知識(shí)嵌入式基本理念，可實(shí)現(xiàn)模具的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，且可實(shí)現(xiàn)模具加工的自動(dòng)編程功能，提高模具加工質(zhì)量，具有良好的發(fā)展前景?；诖?，開展基于UG的模具三維設(shè)計(jì)與制造的分析研究就顯得尤為必要。

1、模具加工發(fā)展現(xiàn)狀

隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，模具的應(yīng)用范圍越來越廣，模具的類型愈發(fā)多樣化。目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的模具有兩大類，一類是塑膠模具，另一類是非塑膠模具。近年來，客戶對(duì)模具的質(zhì)量、壽命提出了更高的要求，要求模具既能保證較高的質(zhì)量，又能實(shí)現(xiàn)低能耗、耐磨損、便于安裝等要求。就目前模具發(fā)展現(xiàn)狀而言，主要呈現(xiàn)出全球化、生產(chǎn)周期短、加工效率高等發(fā)展趨勢(shì)。隨著模具加工行業(yè)的快速發(fā)展，模具利潤越來越低的情況下，NC自動(dòng)編程反而成了制約工業(yè)發(fā)展的瓶頸。而UG可有效解決這一問題，可為不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、加工等提供數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。和早期CAD系統(tǒng)、CAM系統(tǒng)相比，UG在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造加工方面具有更加強(qiáng)大的功能，將其應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)和制造中，可輕松實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造。

2、模具設(shè)計(jì)及制造過程中的難點(diǎn)

雖然目前很多高新技術(shù)被廣泛應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)和制作中來，提升了設(shè)計(jì)研發(fā)的速度和產(chǎn)品質(zhì)量，但就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，依然存在很多難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

難點(diǎn)一，模具的型腔和型芯非常復(fù)雜。模具由復(fù)雜的型腔和型芯共同組成，各模塊配合間隙要求較高，在三維曲面設(shè)計(jì)和加工中的難度非常大，尤其是盲孔型腔曲面，采用傳統(tǒng)的加工方法，需要用到大量輔助工具，而且周期比較長，難以滿足模具發(fā)展需求。

難點(diǎn)二，精度和表面質(zhì)量要求更高，目前很多產(chǎn)品的模具尺寸精度需要達(dá)到it6-7，表面粗糙度在Ra0.2～0.1μm之間，這是傳統(tǒng)技術(shù)難以達(dá)到的精度。

難點(diǎn)三，模具制造周期短，質(zhì)量要求高。隨著客戶對(duì)模具要求的提高，模具材料、模具熱處理、模具粗精加工對(duì)模具的生產(chǎn)制造都會(huì)造成影響，由于對(duì)產(chǎn)品精度的要求比較高，模具制造完成后需要進(jìn)行多次試模，并根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修改，使得制造時(shí)間非常緊。在傳統(tǒng)模具制造過程中，由于在設(shè)計(jì)和制造過程中，采用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和制造方法，所以導(dǎo)致模具加工周期較長，模具質(zhì)量不能達(dá)到要求。

3、基于UG模具三維設(shè)計(jì)的流程

3.1建立模具模型和設(shè)計(jì)外觀造型

建立模具模型是基于UG模具三維設(shè)計(jì)的第一步，也是非常關(guān)鍵的一步，按照模具的實(shí)際使用情況和具體要求，利用UG的建模模塊進(jìn)行建模。利用模具實(shí)體、特征、曲面、草圖、布爾運(yùn)算等建立起模具模型，確定模具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及外觀造型。

3.2建立模具設(shè)計(jì)過程

確定好模具結(jié)構(gòu)和外觀造型之后，就需要根據(jù)模具模型的特點(diǎn)，確定模具的設(shè)計(jì)過程，模具的種類和用途不同，則UG模具三維設(shè)計(jì)的流程也不相同。為保證設(shè)計(jì)效果，需要結(jié)合模具的特點(diǎn)、尺寸、結(jié)構(gòu)分布、外觀造型等數(shù)據(jù)指標(biāo)，開展系統(tǒng)的分析和總體規(guī)劃，進(jìn)入到模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，利用UG中自帶的模具設(shè)計(jì)模塊對(duì)模具進(jìn)行系統(tǒng)、全面的設(shè)計(jì)。此模塊能夠?yàn)槟＞叩娜S設(shè)計(jì)提供模具初始化、模具三維坐標(biāo)系統(tǒng)、模具分型、模具型腔布局、模具標(biāo)準(zhǔn)件庫等多項(xiàng)功能。主要的設(shè)計(jì)過程包括以下幾個(gè)方面：

其一是分型面設(shè)計(jì)。在UG軟件中先對(duì)零件表面存在破損處進(jìn)行修補(bǔ)，需要注意的是側(cè)軸的孔采取實(shí)體進(jìn)行修補(bǔ)。而模具的分型線，則需要通過自動(dòng)搜集來建立。比如：當(dāng)模具分型線不是平滑的曲線時(shí)，需要先建立起分型引導(dǎo)線，再建立起連續(xù)的分型面，此種設(shè)計(jì)方法，可有效避免分型時(shí)出現(xiàn)無法分割的問題。

其二是型腔/型芯設(shè)計(jì)。需要保證型腔/型芯的完整性，如果模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件的面比較多且復(fù)雜，要進(jìn)行手動(dòng)選擇，以便創(chuàng)建起高質(zhì)量的型腔/型芯。

其三是流道和澆口設(shè)計(jì)。模具的主要功能是為產(chǎn)品的澆筑成型提供一個(gè)完整的框架。因此，必須注重流動(dòng)和澆口的設(shè)計(jì)。流道盡量設(shè)計(jì)成“S”形，澆口則要設(shè)計(jì)成點(diǎn)澆口，所選擇的位置需要滿足后續(xù)裝配的需求，從而更好的掩蓋點(diǎn)澆口的痕跡。如果選擇了點(diǎn)澆口形式，需要在設(shè)計(jì)中確定澆口的脫出情況，可選擇斜孔拉斷澆口形式，孔徑控制在3～5mm之間，傾斜角度控制在30°～45°之間效果最佳。

其四是斜頂桿和滑塊設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)中內(nèi)側(cè)軸的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，其主要作用是為后蓋扣合提供條件，以保證產(chǎn)品成型效果。主要通過在模具上布設(shè)斜頂桿的方法來實(shí)現(xiàn)，在模具裝配過程中，要高度重視設(shè)置坐標(biāo)系的方向?；瑝K設(shè)置類型為“Push-pull slide”，建立起側(cè)軸芯，通過布爾求和運(yùn)算，就能得到滑塊和側(cè)軸芯的和。

3.3裝配設(shè)計(jì)

裝配也是基于UG的模具三維設(shè)計(jì)的主要步驟，裝配的主要作用是精確表達(dá)模具零部件在整個(gè)裝配體系中所在位置的信息，清楚表達(dá)每個(gè)零部件之間的幾何配合以及約束關(guān)系。無論何種產(chǎn)品，其最初的功能定義都是通過裝配概念模型來展現(xiàn)的，可看做是裝配結(jié)構(gòu)的高度抽象，設(shè)計(jì)人員可按照模具的功能特征來構(gòu)造裝配概念模型。但對(duì)一個(gè)模具而言，其構(gòu)成要素非常復(fù)雜，通過裝配設(shè)計(jì)可促使設(shè)計(jì)人員能夠通過三維、立體、可視化的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)構(gòu)建組分方式及相對(duì)位置的全面觀察。

4、基于UG的模具制造

基于UG的模具制造需要綜合考慮多個(gè)方面，主要包括：確定模具制造機(jī)床的種類和控制系統(tǒng)的操作類型;明確毛坯的幾何尺寸和夾具的結(jié)構(gòu)大小;熟悉基于UG的模具制造的工藝路線;掌握刀具使用方法，精確把控走刀的路徑、工藝參數(shù)、加工程序等。

比如：在手機(jī)前蓋模具型芯制造中，需要先確定型芯的尺寸，通常為245mm×125mm×（6～130）mm，為提升制造精度，最大的加工深度不超過2mm，最大圓角半徑為R0.5，具體的制造工藝包括：粗加工、半精加工、側(cè)壁精加工、曲面精加工四個(gè)步驟：

粗加工時(shí)需要用直徑為10mm的立銑刀進(jìn)行加工，控制型腔分層銑削量不超過0.5mm，加工余量控制在0.2mm以內(nèi)。

半精加工時(shí)選擇直徑為5R2.5的球頭銑刀，進(jìn)行模具的輪廓銑削，加工余量不應(yīng)超過0.1mm。

側(cè)壁精加工時(shí)要選擇直徑為10mm的立銑刀，進(jìn)行模塊的輪廓銑削精加工，加工余量為0mm。

曲面精加工時(shí)要選擇直徑為5R2.5的球頭銑刀，固定軸曲面精加工進(jìn)行型腔精加工，加工余量是0mm。

結(jié)束語：

綜上所述，本文采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，分析了基于UG的模具三維設(shè)計(jì)與制造，分析結(jié)果表明，模具三維設(shè)計(jì)和制造是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，影響因素比較多，采用UG輔助設(shè)計(jì)和制造，能夠大幅度提升模具設(shè)計(jì)和制造的精度，縮短模具研發(fā)制造周期，降低開發(fā)成本，契合現(xiàn)代化模具業(yè)發(fā)展的需求，值得大范圍推廣應(yīng)用。

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作者簡介：邱澤元，男，漢族，1989年2月20日、甘肅武威，本科，工程師，中國航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司，（710077 ）研究方向：工裝夾具、模具、刀具的加工制造。