劉發(fā) 趙洪運 于靜泊 楊海峰 周威佳

【摘要】近年來，隨著科技的高速發(fā)展，使用計算機輔助設(shè)計進行產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，三維實體參數(shù)化造型技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的主流，工程設(shè)計和制造已經(jīng)進入到三維設(shè)計時代。本文將UG三維實體設(shè)計應(yīng)用于沖壓模具設(shè)計專業(yè)課中，相輔相成，強化學(xué)生的專業(yè)知識并培養(yǎng)學(xué)生的工程化設(shè)計能力，形成一套完整的綜合實踐教學(xué)體系，快速為社會培養(yǎng)高水平專業(yè)人才。

【關(guān)鍵詞】UG ?三維實體造型 ?板材成形 ?模具設(shè)計

【中圖分類號】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）18-0032-02

板材成形原理與方法是工科院校材料成形及控制工程專業(yè)必修的一門專業(yè)課，講述了板材的成形工藝及模具設(shè)計。由于板材成形模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜且目前幾乎所有教材引用的都是二維圖，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大。為了提升學(xué)生專業(yè)知識水平和設(shè)計能力，采取更有利于學(xué)生理解的教學(xué)方法尤為重要。本文結(jié)合板材成形沖壓模具設(shè)計與UG三維實體設(shè)計實踐經(jīng)驗，提出一種利用UG三維實體設(shè)計輔助板材成形沖壓模具設(shè)計的教學(xué)方法。

1.UG三維實體造型軟件特點

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。用UG軟件進行設(shè)計，能直觀、準(zhǔn)確地反映零、部件的形狀和裝配關(guān)系，可以使產(chǎn)品開發(fā)完全實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造的無紙化生產(chǎn)[1]。UG在進行模具設(shè)計時體現(xiàn)的優(yōu)勢：第一，弱參數(shù)化或無參數(shù)設(shè)計，有利于反復(fù)修改，更新時不出錯，符合模具設(shè)計時反復(fù)修改的設(shè)計事實;第二，UG有專門的模具部件生成模塊，可快速生成上下模型面、修邊鑲塊及翻邊鑲塊等;第三，UG中有快速建模模塊，專門針對模具設(shè)計開發(fā)。

2.UG三維實體造型在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1應(yīng)用UG三維實體造型功能快速建立空間概念

沖壓模具都是金屬制造，小到幾十公斤，大到三四十噸，課堂實物展示很難實現(xiàn)，課本引用范例又都是二維圖紙，對于剛開始學(xué)習(xí)專業(yè)課的學(xué)生來說，理解起來很困難。設(shè)計模具，首先要認(rèn)識模具，了解模具的構(gòu)成和各個部件的作用。通過UG三維實體造型功能可輕松實現(xiàn)。在UG中打開一套模具圖，如圖1所示，為汽車B柱拉延模下模。通過此三維實體圖，可清晰的給學(xué)生講解模具的整體結(jié)構(gòu)及各部件功能。

2.2應(yīng)用UG三維實體造型功能快速生成模具型面

板材成形沖壓模具都是由工作部分和模具本體構(gòu)成，模具工作部分是指和產(chǎn)品上下表面型面相符的凸模及凹模型面。模具本體是安裝凸模和凹模的框架。模具設(shè)計時首先要從模具工作部分開始。以汽車前橫梁為例，圖2所示為汽車前橫梁產(chǎn)品圖。在進行模具設(shè)計前，首先要完成產(chǎn)品工藝設(shè)計，如圖3所示即為此前橫梁工藝設(shè)計圖。我們以圖3所示的工藝為依據(jù)進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。板材成形沖壓模具設(shè)計課程在傳統(tǒng)教學(xué)中有如下不足：第一，教材引用范例全是二維工程圖，初學(xué)者很難想象到零件的三維形狀;第二，依據(jù)工藝圖紙，像前橫梁這種復(fù)雜形狀的零件，學(xué)生無法知道如何將模具型面設(shè)計出來，有太多曲面形狀，無從下手。介于上述問題，通過UG三維實體造型功能可快速解決，步驟如下：第一，在UG中將圖3工藝文件打開，利用縫合片體功能，縫合為一整張面;第二，在UG中生成一長方體，長方體穿過縫合后的工藝型面;第三，UG中利用拆分體功能，將此長方體一分為二，分割面即為縫合后的工藝型面。拆分后長方體變?yōu)閮刹糠?，工藝型面以下即為凸模型面，如圖4左圖所示，工藝型面以上即為凹模型面，如圖4右圖所示。以上便是利用UG輔助完成模具設(shè)計課程講解的過程，包括凸凹模型面概念講解、凸凹模型面生成過程等。

2.3應(yīng)用UG三維實體造型功能快速演示模具工作原理

板材成形沖壓模具分為壓型、拉延、修邊沖孔、翻邊整形模等， 如何讓學(xué)生快速明了的掌握各種模具的工作原理、了解模具各部件的相對運動關(guān)系，是此課程的重點和難點。通過課本上的二維圖紙，很難清晰的表達(dá)出來。通過UG三維實體造型功能可輕松解決，以圖5壓型模具為例，主要實現(xiàn)途徑有兩種：第一，在UG中打開已設(shè)計好的壓型模具，通過三維實體造型中的移動功能，可以將上模上下移動，從而實現(xiàn)對模具運動關(guān)系的講解，如圖5中從第一幅圖到第6幅圖分別是上料且板料放置到位、上模下行、上模與板料接觸、上模到底、上模上行、取出零件。第二，UG中可直接生成動畫，通過動畫更直觀的了解到模具工作時的相對運動關(guān)系。

3.應(yīng)用UG三維實體造型功能輔助教學(xué)實踐效果

將UG三維實體造型技術(shù)和板材成形模具設(shè)計專業(yè)課程有機結(jié)合，經(jīng)過實踐，有如下幾個方面的教學(xué)效果：第一，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性得到了提高，學(xué)生聽得懂、學(xué)得會，興趣自然會增加;第二，學(xué)生的空間想象力有了大幅提升。先看到實際工作運動關(guān)系，再去設(shè)計，便更容易完成，經(jīng)驗更容易積累;第三，學(xué)生的工程化設(shè)計能力有了大幅提升。經(jīng)過反復(fù)設(shè)計實踐，工程化意識得到強化;第四，鼓勵學(xué)生參加三維實體設(shè)計大賽和三維實體設(shè)計證書考試，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷并增強了專業(yè)技能。

4.結(jié)束語

目前，三維造型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程制圖教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，三維技術(shù)的應(yīng)用以其直觀性好，形體表達(dá)充分、清楚的優(yōu)勢得到教師和學(xué)生的一致認(rèn)可[2]。采用UG三維實體造型技術(shù)和板材成形模具設(shè)計專業(yè)課程有機結(jié)合，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，如空洞、難以理解、空間感不足、無法想象運動關(guān)系等。更好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生更透徹更清晰的理解了教學(xué)內(nèi)容，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文兵等.基于UG的復(fù)雜零件三維建模[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012（1）：38.

[2]靳萍.基于三維工程制圖教學(xué)的研究與實踐[J].實驗室科學(xué)，2012（6）：21.

作者簡介：

劉發(fā)（1981-），男，內(nèi)蒙古四子王旗人，碩士，工程師，主要研究方向為模具CAE/CAD/CAM。

趙洪運（1966-），男，山東青州人，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事焊接材料及工藝方面研究。