用UG参数化装配建模技术设计百叶窗管冲切模

　　一、引言

　　基于Top-down的参数化装配建模技术一经面世，便因其与工程实际相符合而受到设计师们的欢迎。UG的装配建模技术完全支持Top-down的设计方法，它采用ContextControl技术支持在装配中进行零件设计。配合使用WAVE技术和InterpartExpressions技术，可以更好地体现设计师的设计思想。从某种意义上说，模具的结构设计是一种完全面向装配的设计，这种设计要求设计师在满足加工对象功能要求的情况下，进行一种由内向外扩展式的装配设计。所以，在模具设计过程中，设计师们总是先完成模具的装配图设计，然后再进行详细的零件图设计，这一流程是模具设计中最基本的规范。

　　随着Top-down参数化装配建模技术的日益成熟，模具设计软件的功能也强大了许多。如UG的Moldwizard等型腔类模具设计软件的智能化程度已相当高，对提高模具设计效率、减少模具设计中的重复劳动有非常显著的效果。基于此，本文以汽车排气系统中的百叶窗散热管冲切模的设计为例，对UG的Top-down装配建模技术在冷冲模结构设计中的使用作一些探讨。

　　二、设计准备

　　1．进行工艺及全局性参数分析

　　百叶窗散热管的形状和制造工艺并不复杂，其形状如图1所示。该产品的参数主要有13个，共3类：第一类为外形参数，包括管子外径OD、总长LE、壁厚TH和工艺孔径HD，其工艺孔径HD基本保持不变；第二类为百叶窗缺口参数，包括缺口宽GW、缺口高GH、缺口长GL和缺口圆角GR；第三类为缺口排列参数，包括缺口起始AS、列数AXN、行数AYN、列间距AXD和行间距AYD。其制造工艺一般是用定宽的带料加工而成：冲缺切断→卷圆→焊接。对于管口发生变化的情况，还需增加扩口或缩口工序凸缘圆筒形件五金冲压毕业设计，本文所论述的冲切模就是完成冲缺切断工序的模具，实质上是一副三工位的连续模，其工步为冲工艺孔→冲缺→切断。这种模具的结构属于典型的板式结构，如图2所示，主要包括工作部件、固定部件、卸料部件、导向部件及模板垫板类。为了方便模具的修理和快速更换工作部件，考虑到这种零件的冲切几乎不会产生侧向力，故所有冲头凹模及切刀均采用侧压式快换结构，冲百叶窗缺口的凸凹模均采用镶片组合式结构。由于冲百叶窗缺口的数量较多，导向件采用精度较高的滚动式导柱导套。

　　2．对工序件进行定义

　　(1)在装配文件中对零件的参数及一些模具结构的全局性参数进行设定。为此，在装配文件的Expression中首先定义前面所述与所要加工的零件有关的参数，然后定义与模具结构有关的全局性参数。其中包括：下固定板厚X_H，下垫板厚XDB_H，下卸料板厚L_H，下卸料板活动距L_A，下模板厚XMB_H，上固定板厚S_H，上垫板厚SDB_H，上卸料板厚SXL_H，上卸料板活动距SXL_A，上模板厚SMB_H，入刀口深DP，单边冲裁间隙GP。为了便于以后的修改和记忆，每个表达式都可以加上注释，UGExpression注释以“∥”为起始符，唯一的缺憾是它不支持中文。

　　(2)对零件进行定义。由于百叶窗管的形状比较简单，在装配文件中作三个Sketch就可定义它。

　　1)第一个Sketch基于Top视图的零件外形，定义零件在模具中的及缺口X、Y方向的起始。如图3所示，零件展开宽WD=pi（）（OD-TH）-0.5，其中pi（）是UGExpression内置的圆周率函数，0.5是预留的工艺焊缝；压力中心由CX、CY两个表达式确定。由于冲裁力主要集中在冲缺部分，冲孔和切断部分较小，故CY取料宽WD的一半，即CY=WD/2，CX取百叶窗缺口的排列中心，则CX=(AXN-1)AXD/2；缺口在圆周方向（即Y方向）的起始SY与缺口的行数AYN及行间距AYD有关，SY=if（AYN%2）AYDfloor（AYN/2）elseAYDAYN/2-AYD/2。这是一个条件表达式，主要是为了缺口关于X轴对称分布，其中“%”是取余运算符，floor（）是UGExpression的一个内置的向下取整函数，与此对应的还有一个向上取整函数ceil()，其区别在于floor（1.1）=1，ceil（1.1）=2。

　　2)第二个Sketch基于Right视图的缺口截面形状，如图4所示，其对称中心与缺口在Y方向的起始一致。使用Sketch的约束关系可以很简便地实现其关联，在这个Sketch中需定义两个参数：缺口宽GM和缺口高GH。

　　3)第三个Sketch基于Front视图的缺口形状，如图5所示，其对称中心与缺口X方向的起始一致，包含两个缺口参数：缺口长GL和缺口圆角GR。使用UG的表达式工具可以看到在装配文件中定义的一些全局参数。

　　三、设计过程

　　模具设计总是先从工作部件开始，运用Top-down的概念进行装配建模实际上是一个装配设计与零件设计相互交叉的过程。该冲切模的工作部件包括三组，第一组完成冲工艺孔的冲头与凹模套，其冲头工作部外径等于工艺孔径HD。利用UG的InterpartExpression技术可以很方便地实现部件间的尺寸关联，其实现方法为：在Expression中选取要关联的变量；选取Creatlink按钮；在SelectPart表中选取关联目标文件；在弹出的表达式列表中找到关联目标。其结果为Var=“part_name”：：expression，Var是要关联的变量，part_name是关联目标所在的文件名，expression是关联目标。冲头的总长与上固定板厚、上卸料板厚及卸料板活动距有关，冲头总长＝上固定板厚S_H+上卸料板活动距SXL_A+料厚TH+入刀口量DP。这也需要使用InterpartExpression技术。同理可以得出凹模套的尺寸参数和零件及下固定板、下卸料板的关联关系，冲压毕业设计。它们在装配体中的可利用UG的MatingCondition与零件中工艺孔的关联起来。

　　第二组工作部件是冲切百叶窗缺口的凸模及凹模，其工作部位的形状与零件的缺口形状应一致。在UG中建立凸、凹模与零件之间的关联可通过Assemblies菜单下的WaveGeometryLinker工具实现。冲缺凸模采用镶片结构，其侧视图形状通过WaveGeometryLinker与零件的RightSketch形状一致。前视图形状与零件的FrontSketch的形状一致，其与零件的起始关联，其厚度应等于缺口宽GW，长度与缺口的列间距AXD和列数AXN相关，高度与缺口高GH、料厚TH、下卸料板厚L_H、下卸料板活动距L_A、下固定板厚X_H以及下垫板厚XDB_H相关，这样单片凸模就完成了。然后再使用装配中的CreateArray来完成其阵列，阵列参数与缺口的行数及行间距相关。值得注意的是，采用WaveGeometryLinker之后，该零件的装配不能用关联之后生成的实体来进行Mate约束。同理也可完成切缺凹模的关联设计，其高度与上卸料板厚SXL_H、上卸料板活动距SXL_A、上固定板厚S_H相关。

　　第三组工作部件是切断切刀，其刃口形状应与切断线一致。在这个零件中切断线就是一条直线，所以上、下切刀就是简单的矩形，只需注意其长度、高度尺寸与零件的关联即可。然后再在装配中将其装配与零件的切断线关联起来。

　　固定部件包括上、下各一块固定板。设计时首先确定其外形，其尺寸与零件的外形尺寸有关。考虑到排布紧固螺钉、销钉、卸料螺钉及卸料板上安装导料件的需要，固定板的外形相对零件外形长度方向单边加大约35mm，宽度方向单边加大约65mm。鉴于现场生产的习惯，这种板类的外形尺寸一般采用5或0为尾数，故要对长宽尺寸进行圆整。在UG中可采用如下的InterpartExpression来完成：p0=ceil((“louver-cut”::LE+70)/5)5，其中louver-cut是装配文件名，表达式对此尺寸进行5圆整。同理也可完成宽度尺寸的定义和板厚在装配文件中的定义，然后将其关联即可。在装配体中使用MatingCondition对固定板进行定位，然后再使用WaveGeometryLinker将其固定孔与凸、凹模关联起来，这样其基本的功能要求就设计完成了。后面再根据紧固螺钉、卸料螺钉、销钉及小导套的尺寸及进行相应的开孔工作即可。

　　卸料部件主要是指上、下各一块卸料板，其外形长宽与固定板一致，厚度已在装配文件中定义，故只要将其关联即可。在装配中对其装配约束之后，再使用WaveGeometryLinker将其卸料孔与凸、凹模的和尺寸关联。由于冲工艺孔的冲头采用台阶式，故应注意上卸料板开让孔。鉴于冲裁的入刀口深DP的影响，下卸料板在上切刀对应处要开出让位台阶。将卸料螺钉孔及小导柱孔的与固定板关联，大小与卸料螺钉及小导柱关联。然后再装配导料钉，导料钉的Y方向应和零件的料宽相切，X方向应装配在非冲裁，以卸料板的强度。根据导料钉的，在下卸料板上做安装孔，在上卸料板上做让孔。

　　在垫板上加工对应孔的方法与在卸料板上的操作一样，在此不再赘述。确定模板大小时应考虑导向件及导料件的排布，故长度相对下固定板加大220mm，宽度加大140mm。使用InterpartExpression对其进行控制，导柱的约束用相对下固定板的外形来计算。为了在装配中防错，将四根导柱中的一根作非对称排布盒型件塑料模具设计，即在X方向错开10mm。剩下的任务就是将卸料螺钉、紧固螺钉、销钉、小导柱、小导套等标准件按装配，在此也不再赘述。完成后的下模部分如图8所示，上模部分如图9所示。

　　四、总结

　　通过总结可以发现，使用UG参数化装配建模技术进行冷冲模设计，首先，必须对一些全局性的参数进行定义，其变量的命名也应遵守一定规范，才可方便操作；其次，在装配文件中最好对各零件进行分层管理，因为在InterpartExpression中要经常选择各模具零件中的表达式，故文件的命名最好也按统一的规范；另外，若能使用UGOPEN进行一些开发，如增加标准件时在相对应的板上自动完成孔生成及排布等工作，设计效率也会大大提高。