一、引言

基于Top-down的參數化裝配建模技術一經面世，便因其與工程實際相符合而受到設計師們的歡迎。UG的裝配建模技術完全支持Top-down的設計方法，它采用Context Control技術支持在裝配環境中進行零件設計。配合使用WAVE技術和Interpart Expressions技術，可以更好地體現設計師的設計思想。從某種意義上說，模具的結構設計是一種完全面向裝配的設計，這種設計要求設計師在滿足加工對象功能要求的情況下，進行一種由內向外擴展式的裝配設計。所以，在模具設計過程中，設計師們總是先完成模具的裝配圖設計，然后再進行詳細的零件圖設計，這一流程是模具設計中基本的規范。

隨著Top-down參數化裝配建模技術的日益成熟，模具設計軟件的功能也強大了許多。如UG的Moldwizard等型腔類模具設計軟件的智能化程度已相當高，對提高模具設計效率、減少模具設計中的重復勞動有非常顯著的效果。基于此，本文以汽車排氣系統中的百葉窗散熱管沖切模的設計為例，對UG的Top-down裝配建模技術在冷沖模結構設計中的使用作一些探討。

二、設計準備

1.進行工藝及全局性參數分析

百葉窗散熱管的形狀和制造工藝并不復雜，其形狀如圖1所示。該產品的參數主要有13個，共3類：第一類為外形參數，包括管子外徑OD、總長LE、壁厚TH和工藝孔徑HD，其工藝孔徑HD基本保持不變；第二類為百葉窗缺口參數，包括缺口寬GW、缺口高GH、缺口長GL和缺口圓角GR；第三類為缺口排列參數，包括缺口起始位置AS、列數AXN、行數AYN、列間距AXD和行間距AYD。其制造工藝一般是用定寬的帶料加工而成：沖缺切斷→ 卷圓→ 焊接。對于管口發生變化的情況，還需增加擴口或縮口工序，本文所論述的沖切模就是完成沖缺切斷工序的模具，實質上是一副三工位的連續模，其工步為沖工藝孔→沖缺→切斷。這種模具的結構屬于典型的板式結構，如圖2所示，主要包括工作部件、固定部件、卸料部件、導向部件及模板墊板類。為了方便模具的修理和快速更換工作部件，考慮到這種零件的沖切幾乎不會產生側向力，故所有沖頭凹模及切刀均采用側壓式快換結構，沖百葉窗缺口的凸凹模均采用鑲片組合式結構。由于沖百葉窗缺口的數量較多，導向件采用精度較高的滾動式導柱導套。

2.對工序件進行定義

（1） 在裝配文件中對零件的參數及一些模具結構的全局性參數進行設定。為此，在裝配文件的Expression中首先定義前面所述與所要加工的零件有關的參數，然后定義與模具結構有關的全局性參數。其中包括 ：下固定板厚XGD_H，下墊板厚XDB_H，下卸料板厚XXL_H，下卸料板活動距XXL_A，下模板厚XMB_H，上固定板厚SGD_H，上墊板厚SDB_H，上卸料板厚SXL_H，上卸料板活動距SXL_A，上模板厚SMB_H，入刀口深DP，單邊沖裁間隙GP。為了便于以后的修改和記憶，每個表達式都可以加上注釋，UG Expression注釋以“∥”為起始符，唯一的缺憾是它不支持中文。

（2） 對零件進行定義。由于百葉窗管的形狀比較簡單，在裝配文件中作三個Sketch就可定義它。

1） 第一個Sketch基于Top視圖的零件外形，定義零件在模具中的位置及缺口X、Y方向的起始位置。如圖3所示，零件展開寬WD=pi（）*（OD-TH）-0.5，其中pi（）是UG Expression內置的圓周率函數，0.5是預留的工藝焊縫；壓力中心由CX、CY兩個表達式確定。由于沖裁力主要集中在沖缺部分，沖孔和切斷部分較小，故CY取料寬WD的一半，即CY=WD/2，CX取百葉窗缺口的排列中心，則CX=（AXN-1）*AXD/2；缺口在圓周方向（即Y方向）的起始位置SY與缺口的行數AYN及行間距AYD有關， SY=if（AYN%2）AYD*floor（AYN/2）else AYD*AYN/2-AYD/2。這是一個條件表達式，主要是為了**缺口關于X軸對稱分布，其中“%”是取余運算符，floor（）是UG Expression的一個內置的向下取整函數，與此對應的還有一個向上取整函數ceil（），其區別在于floor（1.1）=1，ceil（1.1）=2。

2） 第二個Sketch基于Right視圖的缺口截面形狀，如圖4所示，其對稱中心與缺口在Y方向的起始位置一致。使用Sketch的約束關系可以很簡便地實現其關聯，在這個Sketch中需定義兩個參數：缺口寬GM和缺口高GH。

3） 第三個Sketch基于Front視圖的缺口形狀，如圖5所示，其對稱中心與缺口X方向的起始位置一致，包含兩個缺口參數：缺口長GL和缺口圓角GR。使用UG的表達式工具可以看到在裝配文件中定義的一些全局參數。

三、設計過程

模具設計總是先從工作部件開始，運用Top-down的概念進行裝配建模實際上是一個裝配設計與零件設計相互交叉的過程。該沖切模的工作部件包括三組，第一組完成沖工藝孔的沖頭與凹模套，其沖頭工作部外徑等于工藝孔徑HD。利用UG的Interpart Expression 技術可以很方便地實現部件間的尺寸關聯，其實現方法為：在Expression中選取要關聯的變量；選取Creat link按鈕；在Select Part表中選取關聯目標文件；在彈出的表達式列表中找到關聯目標。其結果為Var=“part_name”：：expression, Var是要關聯的變量，part_name是關聯目標所在的文件名，expression是關聯目標。沖頭的總長與上固定板厚、上卸料板厚及卸料板活動距有關，沖頭總長＝上固定板厚SGD_H+上卸料板活動距SXL_A+料厚TH+入刀口量DP。這也需要使用Interpart Expression技術。同理可以得出凹模套的尺寸參數和零件及下固定板、下卸料板的關聯關系，它們在裝配體中的位置可利用UG的Mating Condition與零件中工藝孔的位置關聯起來。

第二組工作部件是沖切百葉窗缺口的凸模及凹模，其工作部位的形狀與零件的缺口形狀應一致。在UG中建立凸、凹模與零件之間的關聯可通過Assemblies菜單下的Wave Geometry Linker工具實現。沖缺凸模采用鑲片結構，其側視圖形狀通過Wave Geometry Linker與零件的Right Sketch形狀一致。前視圖形狀與零件的Front Sketch的形狀一致，其位置與零件的起始位置關聯，其厚度應等于缺口寬GW，長度與缺口的列間距AXD和列數AXN相關，高度與缺口高GH、料厚TH、下卸料板厚XXL_H、下卸料板活動距XXL_A、下固定板厚XGD_H以及下墊板厚XDB_H相關，這樣單片凸模就完成了。然后再使用裝配中的Create Array來完成其陣列，陣列參數與缺口的行數及行間距相關。值得注意的是，采用Wave Geometry Linker之后，該零件的裝配位置不能用關聯之后生成的實體來進行Mate約束。同理也可完成切缺凹模的關聯設計，其高度與上卸料板厚SXL_H、上卸料板活動距SXL_A、上固定板厚SGD_H相關。

第三組工作部件是切斷切刀，其刃口形狀應與切斷線一致。在這個零件中切斷線就是一條直線，所以上、下切刀就是簡單的矩形，只需注意其長度、高度尺寸與零件的關聯即可。然后再在裝配中將其裝配位置與零件的切斷線關聯起來。

固定部件包括上、下各一塊固定板。設計時首先確定其外形，其尺寸與零件的外形尺寸有關。考慮到排布緊固螺釘、銷釘、卸料螺釘及卸料板上安裝導料件的需要，固定板的外形相對零件外形長度方向單邊加大約35mm，寬度方向單邊加大約65mm。鑒于現場生產的習慣，這種板類的外形尺寸一般采用5或0為尾數，故要對長寬尺寸進行圓整。在UG中可采用如下的Interpart Expression來完成：p0=ceil（（“louver-cut”：：LE+70）/5）*5，其中louver-cut是裝配文件名，表達式對此尺寸進行5圓整。同理也可完成寬度尺寸的定義和板厚在裝配文件中的定義，然后將其關聯即可。在裝配體中使用Mating Condition對固定板進行定位，然后再使用Wave Geometry Linker將其固定孔與凸、凹模關聯起來，這樣其基本的功能要求就設計完成了。后面再根據緊固螺釘、卸料螺釘、銷釘及小導套的尺寸及位置進行相應的開孔工作即可。

卸料部件主要是指上、下各一塊卸料板，其外形長寬與固定板一致，厚度已在裝配文件中定義，故只要將其關聯即可。在裝配中對其裝配位置約束之后，再使用Wave Geometry Linker將其卸料孔與凸、凹模的位置和尺寸關聯。由于沖工藝孔的沖頭采用臺階式，故應注意上卸料板開讓孔。鑒于沖裁的入刀口深DP的影響，下卸料板在上切刀對應處要開出讓位臺階。將卸料螺釘孔及小導柱孔的位置與固定板關聯，大小與卸料螺釘及小導柱關聯。然后再裝配導料釘，導料釘位置的Y方向應和零件的料寬相切，X方向應裝配在非沖裁位置，以**卸料板的強度。根據導料釘的位置，在下卸料板上做安裝孔，在上卸料板上做讓孔。

在墊板上加工對應孔的方法與在卸料板上的操作一樣，在此不再贅述。確定模板大小時應考慮導向件及導料件的排布，故長度相對下固定板加大220mm，寬度加大140mm。使用Interpart Expression對其進行控制，導柱的位置約束用相對下固定板的外形來計算。為了在裝配中防錯，將四根導柱中的一根作非對稱排布，即在X方向錯開10mm。剩下的任務就是將卸料螺釘、緊固螺釘、銷釘、小導柱、小導套等標準件按位置裝配，在此也不再贅述。完成后的下模部分如圖8所示，上模部分如圖9所示。

四、總結

通過總結可以發現，使用UG參數化裝配建模技術進行冷沖模設計，首先，必須對一些全局性的參數進行定義，其變量的命名也應遵守一定規范，才可方便操作；其次，在裝配文件中好對各零件進行分層管理，因為在Interpart Expression中要經常選擇各模具零件中的表達式，故文件的命名好也按統一的規范；另外，若能使用UG OPEN進行一些開發，如增加標準件時在相對應的板上自動完成孔生成及排布等工作，設計效率也會大大提高。