【文章內(nèi)容簡介】 用工程特征定義設計信息，提供了多種標準的設計特征如孔、槽、型腔、凸臺、柱體、球形、管道體等，并可以挖空實體建立薄壁體，特征可以用參數(shù)化定義和編輯尺寸大小和位置；同時，用戶存儲在公共目錄下的自定義特征也可以被添加到其他設計模型中去，建立的三維實體模型可以利用工程制圖功能方便快捷地得到完全相關的二維工程圖，且隨實體模型的改變同步更新工程圖的尺寸、消隱線和相關試圖，減少了因為三維模型改變而二維圖樣所需的時間；此外，UG還具有強大的裝配建模和高級裝配功能，允許用戶對裝配結(jié)構(gòu)中的部件進行過濾分析和對整個產(chǎn)品、指定子系統(tǒng)或零件進行裝配分析和質(zhì)量管理。二、UG在覆蓋件模具中的應用及問題Unigraphics(簡稱UG)是當前世界上最先進和緊密集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。其功能覆蓋了整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設計、功能工程分析到制造的過程，在航空、航天、汽車、機械、模具和家用電器等工業(yè)領域的應用非常廣泛。它實現(xiàn)了設計優(yōu)化技術與基于產(chǎn)品和過程的組合，顯著地改進了如汽車、航空、機械等工業(yè)的生產(chǎn)率。Unigraphics NX是汽車覆蓋件模具的特點就是結(jié)構(gòu)復雜，組成零件數(shù)量眾多，一副大型覆蓋件模具上百個零件。如果采用傳統(tǒng)建模方法，工作量大，效率低。這對于汽車覆蓋件的生產(chǎn)來說是個致命傷，結(jié)果將會影響新車型在市場上的推出，影響各生產(chǎn)廠商的市場占有率，所以，汽車覆蓋件模具的制造一直也是個汽車生產(chǎn)廠商需要搶占的領域。而建立覆蓋件模具標準件庫，將模具設計人員從大量重復標準件和典型模具結(jié)構(gòu)的設計中解放出來，設計人員就可以把精力集中到新產(chǎn)品的創(chuàng)新設計上，或者在原有典型模具實例的基礎上進行修改演變，從而節(jié)省寶貴的時間，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高效率。在汽車覆蓋件中，特別是中高檔轎車覆蓋件中，小批量、個性化、表面精度高的產(chǎn)品較多，且更新?lián)Q代周期越來越短，因而對汽車覆蓋件模具的設計和制造的要求也越來越高。本課題利用UG的三維建模功能對汽車覆蓋件的拉延模進行結(jié)構(gòu)參數(shù)化設計，以滿足汽車覆蓋件模具的設計效率。汽車覆蓋件與一般沖壓件相比，具有材料薄、形狀復雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、表面質(zhì)量高等特點。所以，汽車覆蓋件沖壓成形是一個幾何非線性和復雜工藝條件的大變形力學問題。在汽車覆蓋件中不同程度地存在系列化的問題，雖然汽車型號各不相同，但對各種型號汽車的車身、車門等覆蓋件而言，均具有幾何拓撲結(jié)構(gòu)相同或相似的特征。只是由于曲面形狀不同，覆蓋件模具設計人員常因不同的曲面形狀而重復進行設計。在設計領域，可以在這方面完成參數(shù)化的設計。首先用成組技術對汽車覆蓋件進行分類，例如可分成車門類、發(fā)動機蓋類等，然后分別創(chuàng)建各類覆蓋件典型結(jié)構(gòu)拉延模的參數(shù)化數(shù)模。需要說明的是，不能用車門類覆蓋件模具來生成發(fā)動機蓋類的拉延模，因為它們之間的幾何拓撲結(jié)構(gòu)相差太大。通過參數(shù)化設計，可建立覆蓋件與拉延模之間的關聯(lián)改變關系，縮短產(chǎn)品的設計周期。一般而言，模具零件的標準化、參數(shù)化，拉延模設計的規(guī)范化、智能化和模具結(jié)構(gòu)的典型化、通用化是模具CAD/CAE/CAM一體化的關鍵。三、創(chuàng)建參數(shù)化的覆蓋件拉延模創(chuàng)建參數(shù)化的拉延模之前，應對該模具進行深入的分析，搞清該拉延模由哪幾個零部件組成，它們之間的相互關系如何。必須建立清晰的設計意圖川，這將決定如何使用建模和裝配策略。在覆蓋件拉延模參數(shù)化設計中，主要考慮的是凸模和凹模曲面形狀如何與覆蓋件建立對應關系，即當覆蓋件曲面形狀發(fā)生變化時，與之對應的凸模和凹模的型面也將隨之改變。此時還應考慮壓邊圈的型面也將隨著覆蓋件的工藝補充面的形狀而改變。這種變化與模具的總體尺寸關系不大，模具的總體尺寸可通過修改特征表達式的值來改變，使之達到設計的要求。通常在建立裝配圖時，采用混合裝配的方式，即先創(chuàng)建幾個主要部件的模型，然后再將其裝配在一起，最后在裝配中設計其他部件。這樣可充分地將UG的表達式和UGWAVE技術接合起來，更方便地實現(xiàn)參數(shù)化。創(chuàng)建參數(shù)化的主要部件實體這里講的參數(shù)化實體創(chuàng)建過程是指利用UG系統(tǒng)，建立某類覆蓋件典型的拉延模部件的參數(shù)化。在此，主要考慮凸模、凹模以及壓邊圈的型面隨覆蓋件(包含增加的工藝補充面)的變化而改變的參數(shù)化，即當修改或更換覆蓋件時，其模具的型面能相應地變化?，F(xiàn)以汽車面罩骨架上橫梁拉延模的凸模為例來說明該參數(shù)化設計的方法和步驟[7]：(1) 調(diào)入該面罩覆蓋件1的工藝數(shù)模，從TOOL中選擇EMBLYNAVIGATOR項，打開WAVEMODE。只有在打開該項后，在修改覆蓋件數(shù)模時，由該覆蓋件產(chǎn)生的凸模、凹模以及壓邊圈才會產(chǎn)生相應的變化，如圖13所示；圖13 覆蓋件1的數(shù)模(2) 在基準面中草繪出凸模外輪廓的圖形，注意此時草繪的圖形應與覆蓋件上輪廓對應；(3) 以此基準面上的輪廓線作為拉伸對象，拉伸出穿超該覆蓋件的一個實體，此時若拉伸出的不是實體而是曲面，說明第2步操作中的曲線是一條不封閉的曲線，應修改曲線使之封閉；(4) 進行剪切實體操作。選擇剪切實體命令，以第3步中的實體作為剪切對象，按中鍵確定，選擇覆蓋件作為剪切面，單擊OK，然后確定正確的剪切方向，將該覆蓋件隱藏或?qū)⑵湟频絼e的圖層中使之不可見，現(xiàn)在就可清楚地看到凸模的實體曲面形狀了； (5) 按設計的需要進一步完善凸模，一個參數(shù)化的凸模就產(chǎn)生了，如圖14所示。圖14 參數(shù)化凸模四、UG裝配的創(chuàng)建UG中的裝配模塊能夠快速組合零部件成為裝配體，還可以參照其他部件進行部件關聯(lián)設計。在UG的裝配方式中提供了3種方式(自頂向下、自底向上、混合裝配)。通常采用混合裝配，也就是將自頂向下和自底向上的裝配方式結(jié)合在一起的裝配方法。所謂自頂向下的裝配是指在裝配級中創(chuàng)建其他部件模型時，采用在裝配部件的頂級向下產(chǎn)生子裝配和部件的裝配方法，而自底向上裝配是先創(chuàng)建部件幾何模型，再組成子裝配，最后生成裝配部件的裝配方法。自頂向下的裝配如圖15所示。圖15 自頂向下裝配UG中自頂向下的裝配方式與真正的設計概念一致，其最末端是零件。它們可以建立在它們所屬的最低級的部件內(nèi)，在這種裝配中，子裝配及零件都裝配在同一基準即頂層基本骨架上。頂層基本骨架的引人能夠?qū)崿F(xiàn)從產(chǎn)品到模具整個設計過程中信息的傳遞、繼承和變更，因而這種設計方法適用于有經(jīng)驗的技術人員從事基于參數(shù)化技術設計，特別適用于團隊間的并行設計和相關設計。這里所介紹的汽車覆蓋件拉延模的裝配采用混合方式，其一般步驟是先調(diào)人覆蓋件數(shù)模，然后再依次調(diào)人凸模、凹模、壓邊圈，在調(diào)人這些零部件時，應注意POSITIONING項設為ABSOLUTE，這樣UG在裝配時會自動地將凸模、凹模、壓邊圈與覆蓋件裝配到一起。該模具中的其他零部件的裝配可以用MATE來定位，也可用UGWAVE技術來完成。在這里所敘述的裝配過程中，應優(yōu)先選擇UGWAVE，因為該產(chǎn)品設計技術可提升參數(shù)化建模技術到更高級的系統(tǒng)與產(chǎn)品設計。它的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的獨特概念代表一個系統(tǒng)級的設計方法。 課題內(nèi)容 (1) 學習與掌握沖壓工藝和結(jié)構(gòu)設計的理論知識；(2) 學習與掌握UG的基本操作；(3) 汽車沖壓件工藝仿真和結(jié)構(gòu)設計。2 毛坯展開及成形性分析近年來，各種計算機輔助制造技術特別是計算機輔助工程(CAE)的廣泛應用，將產(chǎn)品設計、選材、工藝設計和模具設計各自獨立的過程緊密結(jié)合起來，大幅度提高產(chǎn)品設計和工藝設計的效率，改進產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了設計生產(chǎn)周期。這改變了傳統(tǒng)汽車覆蓋件模具設計制造過程依賴于耗時費力的試錯法的局面，極大地促進了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)技術的進步。 毛坯展開Blank Estimation Wizard (毛坯展開向?qū)?用于準確估計板料展開尺寸，并全面分析板料成形性能，在保證最低成本并滿足產(chǎn)品性能要求的情況下，確定零件是否能夠進行沖壓加工，此外，該軟件還可用于提高材料的利用率，并輸出報價和估價報告?；诹慵湍＞叩膸缀涡螤?，進行成形性能分析，并綜合考慮了材料特性，摩擦，壓邊力，壓料塊，拉延筋，曲面壓料面和位移約束，實現(xiàn)了與UG NX的無縫集成，僅需要UG NX的基本造型應用模塊就能實現(xiàn)快速的減薄，增厚，成形極限圖，應變和應力的評估。 導入模型BEW軟件實現(xiàn)了與UG NX的無縫銜接，首先需要在UG NX中進行三維造型，如圖21所示，就是由UG 。選擇要展開的參考區(qū)域，應以整個零件作為參考區(qū)域。圖21 導入模型圖 網(wǎng)格剖分對零件進行網(wǎng)格剖分，網(wǎng)格越多，分析越準確，但是計算機工作量大，根據(jù)零件的形狀結(jié)構(gòu)，劃分單元網(wǎng)格尺寸為10mm。網(wǎng)格設置如圖22，網(wǎng)格剖分結(jié)果如圖23。圖22 網(wǎng)格設置圖圖23 網(wǎng)格剖分圖 定義材料材料牌號為BLC，定義材料，如圖24所示。圖24 定義材料 提交計算采用反置法對零件進行毛坯展開運算，如圖25所示。圖25 提交計算 后處理計算完成后自動彈出后處理界面，初始顯示的是絕對厚度，如圖26所示。圖26 絕對厚度圖查看成形極限圖（簡稱FLD圖），如圖27所示。圖27 成形極限圖點擊關閉按鈕，返回主對話框，得到的板料展開結(jié)果如圖28所示。圖28 板料展開結(jié)果圖 結(jié)果分析得到板料展開線后，便可開始設計板料大體輪廓。根據(jù)經(jīng)驗，可先對板料展開線向外偏置10mm，再用一個長方形板料完全包容它作為板料大體輪廓。當然這只是最初的設計，還需要對其進行成形分析，不斷修改尺寸，使材料達到最好的成形工藝性。 成形性