成都凱天電子股份有限公司 (四川 610091) 吳 濤

在工程應用中，相似模具的設計，通常做法是復制類似零件模型，在原設計基礎(chǔ)上修改，除工作尺寸需更改外，相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸也需調(diào)整。當零件尺寸變化較大時，結(jié)構(gòu)尺寸變化也大，需反復計算調(diào)整，占用時間，而且易發(fā)生遺漏，造成各相關(guān)尺寸不能配合。

有沒有一種方法，輸入零件尺寸與公差，即能完成整套模具的設計;或者將工作尺寸輸入模型中，即可驅(qū)動相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸的生成，完成整套模具的設計。通過EXCEL函數(shù)與UG參數(shù)化建模，是可以實現(xiàn)其設想的 (見圖1)。

圖1

這種將EXCEL函數(shù)與UG參數(shù)化建模相結(jié)合的方式，為我們提供了一個新的模具設計模式:即通過EXCEL函數(shù)，用零件尺寸驅(qū)動生成模具的工作尺寸;通過UG參數(shù)化建模，用模具的工作尺寸驅(qū)動生成零件三維模型與二維圖樣、工藝流程。

為了便于描述，本文僅就簡單的密封墊圈的簡單沖切模設計，談談基于UG和EXCEL函數(shù)的模具參數(shù)化設計。

1.通過 EXCEL函數(shù)，用零件尺寸驅(qū)動生成模具的工作尺寸

在模具設計中，往往設計人員的經(jīng)驗對模具設計的合理性有決定性的作用。有沒有一種方法，將這種經(jīng)驗數(shù)據(jù)建立標準值文件，設計人員輸入零件尺寸與公差，標準值文件自動調(diào)用標準值，自動生成模具的工作尺寸。通過建立EXCEL文件，并在EXCEL文件中引入查找函數(shù)LOOKUP，使沖切模的設計變得更簡單和防錯，達到新錄用員工也能完成設計工作的目的，如圖2所示，內(nèi)切刀工作尺寸D2建立公式，使D2=尺寸+公差－安全裕度;外切刀工作尺寸d1建立公式，使d1=尺寸+公差+安全裕度。由于密封墊圈材料多有彈性，沖切后尺寸會產(chǎn)生回彈，而且沖切零件的沖切面又具有錐度，因此增加安全裕度，目的是避免加工尺寸接近或超過極限值，而造成超差。由于墊圈厚度不同，沖切尺寸波動幅度也不同，因此將安全裕度引入了查找函數(shù)LOOKUP。引入查找函數(shù)的目的是，EXCEL根據(jù)輸入的厚度，自動在標準值中查找相接近的厚度所對應的標準安全裕度值。需要注意的是，LOOKUP函數(shù)所指的接近是向更小的數(shù)值接近。如厚度1.8 mm，接近0而不是2 mm。如果標準值分組得更細，安全裕度值也更精準。

圖2

在UG的表達式編輯器中，也有查找函數(shù)。選擇用EXCEL軟件實現(xiàn)查找標準值的功能，而不選擇采用UG實現(xiàn)，具有以下原因:①EXCEL軟件操作更簡單。②在EXCEL軟件中操作，可自動生成報表，便于建立數(shù)據(jù)庫。當后來者使用時，可先查詢有無可借用沖模，再進行設計，可減少重復設計所造成的浪費。③避免發(fā)生UG與EXCEL連接故障，減少設計工作難度，保證年輕設計人員也能勝任工作。

2.簡單復合沖切模傳統(tǒng)的設計方法

密封墊圈簡單沖切模設計 (見圖3)，傳統(tǒng)的做法是復制類似零件模型，在原設計基礎(chǔ)上修改，除墊圈內(nèi)外形尺寸需更改外，相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸也需調(diào)整。當墊圈尺寸變化較大時，結(jié)構(gòu)尺寸需計算，甚至反復調(diào)整，占用時間，而且易發(fā)生遺漏，造成內(nèi)外切刀不能配合。

圖3

3.參數(shù)化設計步驟

(1)建立裝配文件，裝入內(nèi)外切刀文件 (可以是空文件)，并在表達式編輯器中設立參數(shù) (見圖4、表1)。這些參數(shù)均與墊圈尺寸相關(guān)聯(lián)，但僅內(nèi)、外切刀工作尺寸需手動更新，其他參數(shù)均自動更新。而且，內(nèi)、外切刀工作尺寸通過EXCEL表格自動計算。

圖4

表1 裝配文件參數(shù)示意表

在裝配文件以及內(nèi)外切刀文件中均采用了圓整函數(shù) (Round)，采用圓整函數(shù)的目的是:避免內(nèi)外切刀非工作尺寸存在小數(shù)，使操作人員在加工和測量過程中，增加讀取機床和量具示值的復雜程度，并易產(chǎn)生粗心大意的疏忽。通過這樣的設置，可減少設計的復雜程度，縮短周期，并避免發(fā)生錯誤。

(2)建立外切刀文件。進入外切刀文件，在表達式編輯器中設立參數(shù)，需要強調(diào)的是，這些參數(shù)需鏈接至裝配文件 (見圖5、表2)。這些參數(shù)均與墊圈尺寸或裝配文件尺寸相關(guān)聯(lián)，并自動更新。當裝配文件中的外切刀工作尺寸被手動更新后，所有參數(shù)均自動更新，外切刀文件自動更新到位。

圖5

表2 外切刀參數(shù)示意表

其他參數(shù)，如P26是卸模用缺口尺寸，采用表達式，使其與工作尺寸間接相關(guān)，隨工作尺寸更新。需要強調(diào)的是，在建立模型的過程中，必須保證尺寸完全被驅(qū)動，既不能漏尺寸約束，也不通過約束尺寸。只有圖形完全被約束后，其尺寸和位置才能協(xié)同變化，系統(tǒng)才會將尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)，保證模型可實現(xiàn)自動更新。

(3)建立內(nèi)切刀文件。進入內(nèi)切刀文件，在表達式編輯器中設立參數(shù)，需要強調(diào)的是，這些參數(shù)需鏈接至裝配文件 (見圖6、表3)。這些參數(shù)均與墊圈尺寸或裝配文件尺寸相關(guān)聯(lián)，并自動更新。當裝配文件中的內(nèi)切刀工作尺寸被手動更新后，所有參數(shù)均自動更新，外切刀文件自動更新到位。

圖6

表3 內(nèi)切刀參數(shù)示意表

與外切刀相同，在內(nèi)切刀建模時，也必須保證尺寸完全被驅(qū)動，既不能漏尺寸約束，也不通過約束尺寸。

通過以上3個步驟可完成整個墊圈簡單沖切模的設計模型。在以后的設計中，只需復制該模型，在裝配文件中更改兩個參數(shù)，即內(nèi)、外切刀的工作尺寸，整個沖切模的設計就可以完成了。

4.其他常見模具參數(shù)化設計實踐

本文僅以簡單模具的設計對參數(shù)化建模進行講解。在工作中，我們可以在各種各樣的設計中引入?yún)?shù)化建模與EXCEL函數(shù)。這里，僅舉幾個簡單的例子。

(1)EXCEL函數(shù)的利用。僅以沖模為例，可將沖模的間隙建立EXCEL文件，通過查找函數(shù)自動查找，降低設計難度，避免出錯。

(2)塑壓成型模設計的參數(shù)化建模。①圖7所示為塑壓成型模模型，其上模、下模外形、導柱孔位置和孔徑等均相同，僅開模處尺寸有差異，可設置鏈接，尺寸修改一處，其余均得到自動更新。②可將零件鏈接至上、下模板中，采用布爾運算自動生成型腔，避免出錯。需注意的是，零件必須按收縮系數(shù)成比例放大后再進行鏈接。

圖7

(3)鉆模設計。圖8所示為翻轉(zhuǎn)式鉆模模型，其鉸鏈結(jié)構(gòu)、支柱結(jié)構(gòu)均可以制作成標準件，并分別建立裝配文件夾。①將支柱裝配文件的裝配軸與軸距與鉆模板鏈接，可實現(xiàn)自動更新。②將鉸鏈結(jié)構(gòu)的裝配尺寸與鉆模板鏈接，也可實現(xiàn)自動更新。

圖8

(4)其他設計。由于同一類模具均具有結(jié)構(gòu)相同的特點，在實際的生產(chǎn)中，各車間均為模具設計建有專門的標準件庫，UG數(shù)據(jù)庫中也有一些可用的結(jié)構(gòu)。當UG數(shù)據(jù)庫中的模型不適合工廠使用時，可將實際的標準件庫移入到UG中，并進行適當?shù)逆溄雍蛥?shù)化設計，可大大減少模具設計的周期，減少模具更改可能遺漏而造成的錯誤，提高模具的設計和生產(chǎn)效率。

5.結(jié)語

將EXCEL函數(shù)與UG參數(shù)化建模相結(jié)合，為我們建立了一個函數(shù)模型:

(1)通過EXCEL函數(shù)，用零件尺寸驅(qū)動生成模具的工作尺寸;通過UG參數(shù)化建模，用模具的工作尺寸驅(qū)動生成零件三維模型與二維圖樣、工藝流程。

(2)將UG的參數(shù)化設計與EXCEL函數(shù)相結(jié)合，使模具設計更簡單、更智能，并減少錯誤發(fā)生。通過這種模式，可更好地實現(xiàn)模具設計的自動化、通用化、標準化和系列化，從而降低設計的人力成本和周期成本。

(3)最重要的是，設計難度下降，不需要依賴有經(jīng)驗、能力高的設計人員，年輕設計人員也可輕松、高效地進行模具的設計。