UG NX軟件在模具設計及模架虛擬裝配中的實際應用

2013-05-17  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

徐皓
關鍵字:切邊模具 切邊模架 UG虛擬裝配
根據(jù)切邊模具及熱沖孔(精整)模具的設計要求及工藝要求,選用UG軟件對每個零部件模型進行創(chuàng)建,并使用UG虛擬裝配功能對整個切邊模架的虛擬裝配,不但降低了產(chǎn)品工裝模具的成本費用,而且大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,為產(chǎn)品迅速占領市場贏得了充裕的時間,也給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

1、前言

制造業(yè)在全球化采購的背景下,提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)成本及產(chǎn)品全生命周期總成本,提升企業(yè)最核心競爭力,也正是目前傳統(tǒng)企業(yè)迫在眉睫不得不解決的問題。UGS的PLM(Product Lifecycle Management,產(chǎn)品生命周期管理)正是為此應運而生的信息數(shù)據(jù)研發(fā)管理系統(tǒng)平臺,它貫穿了整個產(chǎn)品的始末(市場需求→概念設計→產(chǎn)品設計→數(shù)字模擬→制造工程→加工計劃→產(chǎn)品質(zhì)量檢測→銷售與分配→使用→維護與服務→銷毀處理及再循環(huán))。PLM Software全線產(chǎn)品(包含NX、Teamcenter、Tecnomatix、UGS Velocity系列等),功能可謂是博大精深,由于篇幅有限,也無法言窮其盡。本文就針對UG NX模塊中的裝配功能在模具設計及其模架裝配中的生產(chǎn)實際應用,以小見大,來充分說明UGS給制造業(yè)提供的優(yōu)越數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺。

2、切邊模具及熱沖孔(精整)模具的設計要求及工藝的分析

我公司生產(chǎn)的鍛件為安保件,鍛模為開式模鍛,模鍛件的周圍都有飛邊,需采用切邊模切去鍛件多余的飛邊。有的孔內(nèi)鍛件在模鍛后鍛件孔內(nèi)一般都有連皮,因此鍛件在切邊后還需熱沖孔(減少精加工余量,提高加工效率,降低生產(chǎn)成本),熱沖孔是在模鍛后利用鍛件余熱立即進行,須與鍛模設備按照一定生產(chǎn)節(jié)拍配合進行,故沖切模初步設計為連續(xù)模。考慮到鍛件在熱切邊和熱沖孔后,由于切邊力和沖孔力造成鍛件變形,不能滿足鍛件圖紙要求,在設計沖孔模后同時進行熱校正,既保證了鍛件尺寸要求,又減少了工序。連續(xù)模是在壓力機的一次行程內(nèi)同時進行一個鍛件的切邊和另一個鍛件的沖孔,尤其大批量生產(chǎn)時,提高勞動生產(chǎn)率有特別重大的意義,但涉及到模架設計、制造和裝配比較復雜。這就需要有好的CAD/CAM/CAE軟件來幫助設計者順利完成設計工作。

切邊模與沖孔連皮模的主要工作部件是凸模和凹模,切邊時鍛件放在凹模洞口上,在凸模推壓下鍛件的飛邊被切邊凹模的刃口剪切并同鍛件分離,由于凸凹模之間有間隙,所以在剪切過程中鍛件有彎曲、拉伸現(xiàn)象,凸模只起傳遞推壓力的作用,而凹模刃口起剪切作用。而模架結構及緊固方法最好趨于標準化,以便下次其它產(chǎn)品能構通用其模架及模座。根據(jù)筆者的多年現(xiàn)場經(jīng)驗,總的基本原則就是“鍛件能放得進去,切得下來,拿得出來,同時模具也要保證足夠得強度”。切邊及沖孔連皮力的計算有幾種不同的公式,但都屬于經(jīng)驗公式,依據(jù)《鍛壓手冊》中推薦的經(jīng)驗公式計算切邊與沖孔連皮力P(N),切邊沖孔力可按下式計算:

在計算飛邊及連皮剪切面積時要按飛邊及連皮的實際厚度S(一般產(chǎn)品通常我們飛邊設計厚度為4毫米)計算,所得結果作為選擇切邊及沖孔連皮設備噸位的依據(jù)。這里我們通過上式公式計算的結果,初步選用400t液壓機作為切邊、精整設備。

3、UG軟件中裝配功能模塊概述及創(chuàng)建裝配體的理念

UG的裝配模塊是集成環(huán)境中的一個應用模塊,其作用是:一方面將基本零件或子裝配體組成更高一級的裝配體或產(chǎn)品總裝配體;另一方面可以先設計產(chǎn)品總裝配體,然后再拆成子裝配體和單個可以直接用于加工的零件。

    UG在裝配體的創(chuàng)建上有自己獨到的設計理念。用戶要善于學習這種理念,不僅可以改善自己的思維方式,而且能夠更好、更快地使用UG開發(fā)設計產(chǎn)品。

3.1 人性化的裝配方法

根據(jù)裝配體與零件與零件之間的引用關系,可以有三種創(chuàng)建裝配體的方法,即自頂向下裝配、自底向上裝配和混合裝配?？蛻敉耆梢愿鶕?jù)各自的實際情況和個人設計習慣選用。

3.1.1 自底向上裝配(Bottom-Up Assembly)

自底向上裝配就是首先根據(jù)各個模具特點先創(chuàng)建單個零件的幾何模型,再組裝成子裝配部件,最后生成裝配部件的裝配方法。一旦組件部件文件發(fā)生變化,所有利用該組件的裝配文件在打開時將自動更新以反映其部件層做的變化。這種方法適用于外購零件或者現(xiàn)有零件。參見圖(1)

3.1.2自頂向下裝配(Top-Down Assembly)

自頂向下裝配,是指首先設計完成裝配體,并在裝配級中創(chuàng)建零部件模型,然后再拆成子裝配體和單個可以直接用于加工、做有限元分析的零件模型。這種方法適用于在裝配中參照其他的零部件對當前的工作部件進行設計的方法。這樣一方面提高了效率,另一方面保證了部件之間的關聯(lián)性,便于參數(shù)化設計及其更改。參見圖(2)

3.1.3混合裝配(Mixture Assembly)

顧名思義,混合裝配是將自頂向下裝配和自底向上裝配結合在一起的裝配方法。例如首先創(chuàng)建幾個主要部件模型,再將其裝配在一起,然后在裝配中設計其它部件,即為混合裝配。在實際設計中,可根據(jù)需要在兩種模式下切換,是一種靈活的裝配方法。

圖(1)自底向上裝配(Bottom-Up Assembly)  

圖(2)自頂向下裝配(Top-Down Assembly)

3.2 數(shù)據(jù)引用與共享

UG系統(tǒng)為了盡可能的利用已有數(shù)據(jù),減少不必要的重復建模,降低出錯幾率,提高綜合效能,最大限度地使用了數(shù)據(jù)之間的引用關系。而這種引用根據(jù)用戶使用程度的不同可以有以下三個應用層面:

3.2.1 UG各應用模塊之間相互引用

UG 所有的應用模塊共享其統(tǒng)一的模型。即建立模型后,則該模型可同時被制圖、裝配、加工、機構分析和有限元分析等應用模塊所引用,當模型修改時,相關應用自動更新或延遲更新,這也是UG相比其它CAD/CAM/CAE軟件優(yōu)越性之一,它能大大縮減了產(chǎn)品的開發(fā)周期,并避免了重復的設計,尤其在大型裝配中體現(xiàn)。

3.2.2 文件之間相互引用

UG對零件的裝配,與實際產(chǎn)品的裝配不同,是一種利用電腦的虛擬裝配。它是將一個零件模型引入一個裝配模型時,雖然可以正常顯示零件模型,但并不是將該零件模型的所有數(shù)據(jù)都接收過來,而只是在兩者之間建立一種引用關系。這種關聯(lián)的引用關系的雙方在任意一方發(fā)生變化時,都會引起另一方相應的變化。比如,文件1存儲零件模型,文件2存儲裝配體模型,兩文件之間建立有引用關系。如果文件1中的零件模型發(fā)生了更改變化,那么文件2中的裝配體也將相應的發(fā)生變化;同樣,如果修改了文件2中裝配體引用的零件模型,那么文件1中的零件模型也將相應的發(fā)生變化。

3.2.3多人之間相互引用

    UG最高層面的數(shù)據(jù)共享體現(xiàn)在支持整個產(chǎn)品的開發(fā)過程上。在此過程中,多名設計人員可利用不同的模塊來完成同一產(chǎn)品的不同開發(fā)工作,但他們共享同一產(chǎn)品模型。這種模型就是主模型,主模型是各個模塊都能引用的部件模型,是并行工程思想在UG中的一種體現(xiàn)。所以該產(chǎn)品模型由多個文件共同組成,任何一名設計人員對產(chǎn)品所做的工作,其他設計人員都可以實時利用到其變化。這將實現(xiàn)互動、互通,可極大地避免了設計人員的重復勞動,并因此提高產(chǎn)品開發(fā)效率。

3.3 UG中裝配模式

3.3.1 多零件裝配(Multi-Part Assemblies)

用此方法進行裝配,裝配件中的零件與原零件之間是一種拷貝關系而非連接關系(概念近似于UG建模中的非參數(shù)化),對原零件的更改不能自動反映到裝配件中,既消耗系統(tǒng)內(nèi)存,又影響其裝配速度。所以并不提倡此類裝配方法。

3.3.2 虛擬裝配(Virtual Assemblies)

用此方法進行裝配,裝配件中的零件與原零件之間是鏈接關系,對原零件的更改會自動反映到裝配件中,從而節(jié)約了系統(tǒng)內(nèi)存,提高了裝配速度。所以推薦此類裝配方法,下面我們將談到此類方法的應用。添加或創(chuàng)建組件到裝配體后,還要確定各組件之間的配對關系,以確定組件的裝配位置。UG提供了八種確定組件裝配位置的方式,看其圖標就明白它們各自用途,所以在此就不予贅述。

4、切邊模架在UG中的虛擬裝配

通過上面的介紹,我們根據(jù)切邊模具及熱沖孔(精整)模具的設計要求及現(xiàn)有情況,將鍛件作為主模型,依據(jù)主模型建模,來謀求切邊模具及熱沖孔(精整)模具在建模中模具型腔的一致性?？赡苡捎诳蛻舫掷m(xù)性改進以至于主模型需要更改,我們僅僅更改主模型后,切邊模模型和精整及沖孔模模型也將做相應的更改(前提是模型間要建立相關聯(lián))參見圖(3)、圖(4)。

圖(3) 切邊模模型                   圖(4) 精整及沖孔模模型

初步建立好切邊模模型和精整及沖孔模模型后,并不能直接送入加工車間加工制造。我們還要根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)設備,設計與之相應的上、下模板及其眾多零件進行虛擬裝配,來滿足“鍛件能放得進去,切得下來,拿得出來,同時模具也要保證足夠得強度”的基本設計原則,而且盡可能的提升生產(chǎn)節(jié)拍,給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。為此,我們可以對模板及其眾多零件進行設計建模,再使用UG中自底向上裝配(Bottom-Up Assembly)方法進行虛擬裝配,也可以反復修改,直至滿足各方面的要求為止。各類裝配用零件在此就不一一向大家介紹。現(xiàn)將根據(jù)最終的設計要求和原則,在UG中完成了切邊下模架的虛擬裝配及其整個切邊模架的虛擬裝配。參見圖(5)、圖(6)。

 圖(5) 切邊下模架的虛擬裝配           圖(6) 整個切邊模架的虛擬裝配

面對模架上密密麻麻的各類銷孔以及螺絲孔,設計人員在繪圖和校對、審核過程中無疑是令人頭痛的工作,一個銷孔要由兩個定位尺寸及一個孔徑尺寸來決定,以此類推,銷孔和螺絲孔越多其相應的尺寸就越多。并且各個零件又要根據(jù)自身的定位尺寸對號入座,即使錯了任何一個位置尺寸,模架將無法裝配并工作。這就突顯了UG虛擬裝配的優(yōu)越性。同樣,對于加工鉆孔,操機人員如果按照圖紙制作就非常容易出錯,甚至使切邊模板加工報廢。不但影響了產(chǎn)品開發(fā)進度,又使企業(yè)增加了成本損耗。我們就完全可以利用UG強大的CAM功能,對上、下模板進行加工編程或整個裝配模型仿真加工模擬,避免現(xiàn)場加工時模架上各部件與加工刀具的碰撞,可謂是省時、省力。不僅如此,還可以利用整個裝配模型進行仿真運動分析及有限元分析,或做成仿真運動動畫,給客戶進行直觀的模擬演示。通過使用UG虛擬裝配功能,將模型輸入加工車間生產(chǎn)出了每個零件,并進行了實際裝配,設計、加工、裝配成功率達到100%,整個開發(fā)周期提前了一倍,為產(chǎn)品迅速占領市場贏得了充裕的時間,也給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。裝配加工好的模具參見圖(7)、圖(8)。

圖(7) 現(xiàn)場裝配加工后的切邊沖頭模       圖(8) 整個切邊模架的實物裝配合模

5、結束語

Unigraphics軟件擁有無縫集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境,不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設計功能,而且在設計過程中進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬及其加工編程模擬,大大提高了設計的可靠性。利用UG軟件,不僅可以實現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關,而且可以通過網(wǎng)絡,使各設計人員之間的數(shù)據(jù)相關,從而實現(xiàn)多人異地協(xié)同工作。由于筆者水平有限,詣在通過此切邊模架實例的虛擬裝配,將自己的設計理念分享給各位讀者,在此希望能起到的拋磚引玉作用,文章中難免存在疏漏和錯誤,懇請讀者批評指正,相互交流共同進步。

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