Siemens PLM Sortware征文：UG NX软件在模具设计及模架虚拟装配中的实际应用

1、前言

    制造业在全球化采购的背景下，提高产品质量、缩短产品开发周期、降低产品开发成本及产品全生命周期总成本，提升企业最核心竞争力，也正是目前传统企业迫在眉睫不得不解决的问题。UGS的PLM（Product Lifecycle Management，产品生命周期管理）正是为此应运而生的信息数据研发管理系统平台，它贯穿了整个产品的始末（市场需求→概念设计→产品设计→数字模拟→制造工程→加工计划→产品质量检测→销售与分配→使用→维护与服务→销毁处理及再循环）。PLM Software全线产品（包含NX、Teamcenter、Tecnomatix、UGS Velocity系列等），功能可谓是博大精深，由于篇幅有限，也无法言穷其尽。本文就针对UG NX模块中的装配功能在模具设计及其模架装配中的生产实际应用，以小见大，来充分说明UGS给制造业提供的优越数据系统平台。

2、切边模具及热冲孔（精整）模具的设计要求及工艺的分析

    我公司生产的锻件为安保件，锻模为开式模锻，模锻件的周围都有飞边，需采用切边模切去锻件多余的飞边。有的孔内锻件在模锻后锻件孔内一般都有连皮，因此锻件在切边后还需热冲孔（减少精加工余量，提高加工效率，降低生产成本），热冲孔是在模锻后利用锻件余热立即进行，须与锻模设备按照一定生产节拍配合进行，故冲切模初步设计为连续模。考虑到锻件在热切边和热冲孔后，由于切边力和冲孔力造成锻件变形，不能满足锻件图纸要求，在设计冲孔模后同时进行热校正，既保证了锻件尺寸要求，又减少了工序。连续模是在压力机的一次行程内同时进行一个锻件的切边和另一个锻件的冲孔，尤其大批量生产时，提高劳动生产率有特别重大的意义，但涉及到模架设计、制造和装配比较复杂。这就需要有好的CAD/CAM/CAE软件来帮助设计者顺利完成设计工作。

    切边模与冲孔连皮模的主要工作部件是凸模和凹模，切边时锻件放在凹模洞口上，在凸模推压下锻件的飞边被切边凹模的刃口剪切并同锻件分离，由于凸凹模之间有间隙，所以在剪切过程中锻件有弯曲、拉伸现象，凸模只起传递推压力的作用，而凹模刃口起剪切作用。而模架结构及紧固方法最好趋于标准化，以便下次其它产品能构通用其模架及模座。根据笔者的多年现场经验，总的基本原则就是“锻件能放得进去，切得下来，拿得出来，同时模具也要保证足够得强度”。切边及冲孔连皮力的计算有几种不同的公式，但都属于经验公式，依据《锻压手册》中推荐的经验公式计算切边与冲孔连皮力P（N），切边冲孔力可按下式计算：

    在计算飞边及连皮剪切面积时要按飞边及连皮的实际厚度S（一般产品通常我们飞边设计厚度为4毫米）计算，所得结果作为选择切边及冲孔连皮设备吨位的依据。这里我们通过上式公式计算的结果，初步选用400t液压机作为切边、精整设备。

3、UG软件中装配功能模块概述及创建装配体的理念

    UG的装配模块是集成环境中的一个应用模块，其作用是：一方面将基本零件或子装配体组成更高一级的装配体或产品总装配体；另一方面可以先设计产品总装配体，然后再拆成子装配体和单个可以直接用于加工的零件。

    UG在装配体的创建上有自己独到的设计理念。用户要善于学习这种理念，不仅可以改善自己的思维方式，而且能够更好、更快地使用UG开发设计产品。

3.1 人性化的装配方法

    根据装配体与零件与零件之间的引用关系，可以有三种创建装配体的方法，即自顶向下装配、自底向上装配和混合装配。客户完全可以根据各自的实际情况和个人设计习惯选用。

3.1.1 自底向上装配（Bottom－Up Assembly）

    自底向上装配就是首先根据各个模具特点先创建单个零件的几何模型，再组装成子装配部件，最后生成装配部件的装配方法。一旦组件部件文件发生变化，所有利用该组件的装配文件在打开时将自动更新以反映其部件层做的变化。这种方法适用于外购零件或者现有零件。参见图（1）

3.1.2自顶向下装配（Top－Down Assembly）

    自顶向下装配，是指首先设计完成装配体，并在装配级中创建零部件模型，然后再拆成子装配体和单个可以直接用于加工、做有限元分析的零件模型。这种方法适用于在装配中参照其他的零部件对当前的工作部件进行设计的方法。这样一方面提高了效率，另一方面保证了部件之间的关联性，便于参数化设计及其更改。参见图（2）

3.1.3混合装配（Mixture Assembly）

    顾名思义，混合装配是将自顶向下装配和自底向上装配结合在一起的装配方法。例如首先创建几个主要部件模型，再将其装配在一起，然后在装配中设计其它部件，即为混合装配。在实际设计中，可根据需要在两种模式下切换，是一种灵活的装配方法。

图（1）自底向上装配（Bottom－Up Assembly）  

图（2）自顶向下装配（Top－Down Assembly）