文/李焱·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

Pro/E高級功能在沖壓工藝計(jì)算及模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文/李焱·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD技術(shù)的日趨成熟與完善，為模具設(shè)計(jì)提供了有利的工具，其中美國參數(shù)化技術(shù)公司（PTC）的Pro/E以其強(qiáng)大的參數(shù)化功能被諸多用戶所青睞，尤其在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域。總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Pro/E除了進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還可以利用其參數(shù)間的關(guān)系功能對復(fù)雜回轉(zhuǎn)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)工藝計(jì)算，使很多繁雜的工藝計(jì)算簡單化及實(shí)現(xiàn)零件名稱參數(shù)化（與實(shí)體特征尺寸始終保持“聯(lián)動(dòng)”）。

復(fù)雜回旋體工藝計(jì)算

如圖1所示為鐵路貨車制動(dòng)系統(tǒng)中的重要零件，生產(chǎn)批量大、質(zhì)量要求高。該件采用厚度為5mm的08AL材料，毛坯的形狀為圓形，其中拉深工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

工件高度h＞0.8d（零件直徑d為179mm）為深拉深件，需要多次拉深。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，為了提高生產(chǎn)效率，工件采用逐漸增加錐形高度的拉深法。工件第一、二次拉深外形如圖2、3所示。

三維展開分析

圖1 零件外形

對于復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)體拉深件，在二維CAD條件下，多采用作圖法和解析法，工作量大、計(jì)算繁雜、誤差也較大。而在Pro/E的技術(shù)支持下，依據(jù)毛坯拉深尺寸計(jì)算原理，利用Pro/E全參數(shù)化的特點(diǎn)通過編輯關(guān)系，很快計(jì)算出復(fù)雜旋轉(zhuǎn)體拉深件的毛坯尺寸。

圖2 一次拉深外形

圖3 二次拉深外形

首先，在已生成的零件中增加參數(shù)v并編輯關(guān)系，從而將該零件的體積數(shù)值賦給v（賦值前先進(jìn)行模型分析）。之后在零件一端面插入一條基準(zhǔn)曲線，并將其尺寸切換為符號(hào)形式，見圖4。將尺寸切換為數(shù)值形式后，此時(shí)所顯示的基準(zhǔn)曲線直徑數(shù)值即該拉深成形件的展開尺寸見圖5。

在彎曲件展開中的應(yīng)用

彎曲件的展開計(jì)算是沖壓工藝計(jì)算的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。彎曲件展開是依據(jù)材料彎曲后中性層原理進(jìn)行計(jì)算的。如圖6所示，對于簡單的彎曲件展開可通過經(jīng)驗(yàn)公式及二維CAD圖解法計(jì)算，但對于一些空間形狀復(fù)雜的立體彎曲件通過上述方法很難快速得到惟一準(zhǔn)確的展開尺寸。利用Pro/E展開功能可以快速準(zhǔn)確的生成工件展開圖（圖7），具體原理如下：Pro/E中，X因子為內(nèi)側(cè)邊到折彎中線距離和板料厚度的比值，Y因子為0.5π·X。在不自定義參數(shù)值（X、Y因子）及無折彎表的情況下，系統(tǒng)有一個(gè)默認(rèn)的中性層系數(shù)值，這也是為什么在大多數(shù)情況下Pro/E做出的展開尺寸與實(shí)際有偏差的原因。在實(shí)際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)通過參照表1設(shè)定X因子數(shù)值可以獲得較為準(zhǔn)確的展開尺寸，如圖8所示。

圖4 尺寸切換為符號(hào)形式

圖5 自動(dòng)生成并顯示展開尺寸

■表1 彎曲中性層系數(shù)

圖6 彎曲件二維圖

圖7 復(fù)雜彎曲件三維展開

圖8 彎曲件展開尺寸

圖9 螺釘示意圖

模具設(shè)計(jì)零件名稱參數(shù)化

在使用Pro/E的過程中，對于經(jīng)常重復(fù)使用的國標(biāo)、廠標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)件的工程師會(huì)發(fā)現(xiàn)，在更改原特征尺寸的同時(shí)必須把相應(yīng)參數(shù)設(shè)置中的名稱更改過來，從而保證二維圖相關(guān)聯(lián)的名稱與實(shí)物相符。而通過關(guān)系功能則可以實(shí)現(xiàn)零件名稱與設(shè)計(jì)意圖始終保持一致，從而避免了重復(fù)勞動(dòng)以及由于疏忽而導(dǎo)致的組裝誤差。

如圖9所示為“螺釘M8X20”，如果將特征尺寸20mm改為40mm，則需將其名稱更改為“螺釘M8X40”，否則制造出的實(shí)物就會(huì)與設(shè)計(jì)意圖產(chǎn)生偏差。這樣，每次調(diào)整尺寸時(shí)都需將其名稱更改過來。而利用關(guān)系功能中的字符串操作符和函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)零件名稱與其特征尺寸始終保持一致，其名稱由編輯的關(guān)系驅(qū)動(dòng)，無法手動(dòng)進(jìn)行更改。

首先將零件尺寸切換為字符形式，與螺紋直徑及螺釘長度尺寸相對應(yīng)的字符為d2、d3。然后增加零件名稱中與上述尺寸對應(yīng)的參數(shù)dd2、dd3——螺釘M8（dd2）X20（dd3），并在關(guān)系式中將兩個(gè)尺寸值轉(zhuǎn)換為字符串后賦給這兩個(gè)參數(shù)，編輯完成后，零件名稱中的用戶參數(shù)由輸入的關(guān)系式驅(qū)動(dòng)，當(dāng)更改特征尺寸時(shí)，其名稱同時(shí)“聯(lián)動(dòng)”若手動(dòng)更改零件名稱，系統(tǒng)則會(huì)提示無法更改。

結(jié)束語

Pro/E強(qiáng)大參數(shù)化功能在模具設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，使廣大的工程設(shè)計(jì)人員從繁雜的手工繪圖（包括AutoCAD）與計(jì)算中解脫出來，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。