自行车铃盖复合模三维参数化设计

机械2008年第11期 总第35卷 计算机应用技术 ·43·————————————————收稿日期：2008－05－26自行车铃盖复合模三维参数化设计王明，历锐，李岩（黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆 163319）摘要：传统的模具设计方法设计周期长、工作量大。

在整机装配环节，仅在理论上进行可行性的装配计算，各个零件之间的相对装配关系只能间接表达出来，可视性差，设计智能化低。

文中详细说明了自行车铃盖复合模的设计过程，从冲压工艺方案制定、排样设计、复合模结构设计及工艺计算、复合模三维参数化设计等方面进行了阐述。

利用UG 完成了模具的三维参数化造型设计并进行了虚拟装配。

可以直观地分析模具的结构并进行干涉检查，根据分析结果可进行模具的优化设计。

利用UG 的参数化、智能化设计和虚拟装配等功能，使设计人员摆脱了对物理样机的过度依赖，缩短了产品的开发周期，降低了成本，提高了产品质量。

关键词：自行车铃盖；复合模；UG ；三维参数化设计中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2008) 11－0043－03Three-dimensional parameterization design for bicycle bell cap compound dieWANG Ming ，LI Rui ，LI Yan(HLJ August First Land Reclamation University ，Daqing 163319，China)Abstract ：The design cycle of conventional die design is long period and workload is huge. In the machine assembly process, feasibility assembled calculation is proceeded in the abstract and relative assembly relation of every parts are expressed indirectly. Visibility and intelligent design are not good. In this paper, design process of bicycle bell cap compound die is explicated. Decision of die process scheme, design of blank layout, structural design of compound die and calculation of technology, three-dimensional parameterization design of compound die are expounded. Applying UG, three-dimensional parameterization design of die and virtual assembly are completed. Die structure is analyzed directly and interference check can be underway, and optimal design of die can be carried on according to analysis results. Utilizing parameterization, intelligent design and virtual assembly of UG, designers are free from relying on physical prototyping, development cycle of product is shortened, cost is reduced and product quality is improved.Key words ：bicycle bell cap ；compound die ；UG ；three-dimensional parameterization design随着CAD/CAM 、数控加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，及其在模具行业中的普及应用，模具设计与制造领域正发生着一场深刻的技术变革，传统的二维设计及模拟量加工方式正逐步被基于产品三维数字化制造方式所取代。

在这场技术革命中，逐步掌握三维CAD/CAM 软件的使用，并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键。

本文以UG 为平台，进行了自行车铃盖复合模的三维参数化设计，缩短了该产品设计与开发的周期。

1 冲压工艺方案制定该制件形状为圆盖形，表面形状由平面与球面相切形成，如图1所示，材料为Q235，料厚1.5 mm ，尺寸精度为IT9级，年产量40万件。

该制件尺寸较小、形状复杂、生产批量较大、有一定的圆跳度与同轴度要求。

如采用级进模加工，将使制件多次定位，造成较大的定位误差，无法达到圆跳度和同轴度要求；如采用复合模加工，既适合于这种形状复杂且厚度较薄的制件，又能够满足其精度要求，故采用复合模。

该制件基本工序有：落料、冲孔、拉深、切边共四道工序，工序较多，使模具的总体结构十分复杂，制造困难，故本设计采用挤切修边法[1]，将落料与切边两道工序合二为一，具体工序为拉深—冲孔—修边。

图1 零件图2 排样设计（1）排样方案确定由于制件为圆形，故采用有搭边直排排样方式，如图2所示。

图2 排样图（2）毛坯尺寸计算90.28mm D == （1）式中：D 为毛坯直径；d 1为顶部平面部分直径；r 为球面部分直径。

（3）条料宽度计算 0010.6(2)92.74mm B D a −∆−=++∆=（2）式中：B 为条料宽度；D 为毛坯直径；a 1为横向搭边值；∆为条料宽度公差。

（4）确定步距长度90.28 1.091.28mm S D a =+=+= （3）式中：S 为步距长度；D 为毛坯直径；a 为纵向搭边值。

（5）材料的利用率100%/74.65%A SB η=×≈ （4） 式中：η为材料利用率；A 为制件面积；S 为送料步距；B 为料宽。

3 复合模结构设计及工艺计算模具分为上模和下模，采用标准模架，由导柱、 导套作为导向机构。

该工件拉深工序部分采用一次拉深成形，为防止起皱，采用有压边圈装置的模具结构形式[2]。

3.1 工作零件设计主要工作零件包括：冲孔凸模、拉深凹模、切边凹模以及兼作冲孔凹模、拉深凸模和切边凸模的凸凹模。

（1）冲孔凸模设计冲孔凸模采用标准A 型圆凸模，总长度为：1230172168mm L h h h =++=++=（5）式中：L 为凸模总长度；h 1为凸模固定板厚度；h 2凸模进入拉深凹模部分高度；h 为凸模附加高度。

（2）拉深凹模设计拉深部分采用配作法制模，以凹模尺寸为基准，凸模尺寸按照凹模实际尺寸进行配作，保证模具间隙。

凹模尺寸为：/40.0200(0.75)69.94mm d D D ∆+=−∆= （6）式中：D d 为凹模尺寸；D 为制件外形尺寸；∆为制件公差。

（3）切边凹模设计切边凹模的型孔尺寸应与切边凸模间隙配合。

为使材料在挤切时容易断裂分离，将切边凹模的挤切部分设计成圆角，但圆弧段过渡到直壁段不是圆弧，具体结构如图3所示。

（4）凸凹模设计凸凹模具体结构如图4所示。

图3 切边凹模结构 图4 凸凹模3.2卸料与顶件装置设计由于制件为小型工件，故选取弹性卸料装置较为合适。

顶件装置为凸模上设置的三根顶件杆，由一个小型气缸驱动，当行程结束时，气缸驱动顶件杆向上运动，将铃盖顶出卸料板。

同时，上模板带动上模所有工作部件继续上行，从而完成取件工作。

20251.5.21.32.5R 3(下转第50页)便程序的编写、修改和维护。

圆棒锭锯切机控制程序从循环执行主程序——组织块OB1开始依次调用各个子程序和功能块，各子程序和功能块用于完成圆棒锭锯切机控制系统某一部分的逻辑控制（如上料架、上料小车或者定长、打字装置的动作）或实现系统某一特定的功能（如通过总线读写控制字、状态字）。

程序从OB1开始顺序调用主机程序FC16和辅助程序FC17。

接着，程序FC16再调用上料架和上料小车控制程序FC1、前辊道控制程序FC2、液压压紧控制程序FC3、锯切机主轴和进给控制程序FC4、翻转架控制程序FC5、定尺臂控制和打字控制程序FC6、后辊道控制程序FC7、下料架和下料小车控制程序FC8；辅助程序又调用了液压油温报警和事故报警程序FC9、吸屑机排屑控制程序FC12；其中部分程序调用了数据块DB20和DB100（用于存放定时器数据和各个计数器数据）。

在用户程序中除了编写主程序OB1外，还编写了OB35（循环中断）、OB81（电源故障）、OB100（完全重启）等组织块用以实现系统的重启等。

整个控制系统的主程序流程如图3所示。

2.2 触摸屏软件设计控制系统采用了西门子公司TP27式触摸屏，PLC和触摸屏之间用RS485接口进行通讯连接，触摸屏软件的开发是使用专用组态工具Protool，利用Protool软件做好人机界面，在铝锭参数设定画面上可以设置拟加工铝锭参数，如设定铝锭规格、料头长度、成品长度；在锯切机工艺流程画面可以配置指示器显示当前加工的锯切机的工艺流程和各个工位限位开关的工作状态等。

图3 锯切机主程序流程图3 结论目前，该圆棒铝锭锯切机已经在国内大型铝生产企业得到应用，实际的运行效果表明该控制系统运行稳定、可靠，大大提高了圆棒铝锭锯切的生产自动化水平和产品的质量。

3.3定位装置设计坯料在冲模内进行冲压，其零件成形的相对位置、形状、尺寸正确与否依靠模具中的定位零件来控制的。

模具中的定位装置包括：两个定位销和一个挡料销。

两个定位销保证条料在送进方向上不向两侧偏移，挡料销保证条料在送进方向上的定位。

4 复合模三维参数化设计利用UG做出自行车铃盖复合模零部件的三维模型，并进行虚拟装配，同时对其进行干涉检查。

模具装配图及爆炸图如图5所示。

5 结论本文利用UG的三维参数化造型技术，在完成自行车铃盖复合模具设计的基础上，建立了复合模的三维模型，模具尺寸可根据需要进行改变，能够在虚拟装配过程中实时检查部件间的干涉情况。

通过此种方法设计模具，明显缩短了产品的开发周期。

图5 模具装配图及爆炸图参考文献：[1]郑家贤. 冲压工艺与模具设计实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.[2]中国机械工程学会. 中国机械设计大典[M]. 南昌：江西科学技术(上接第44页)出版社，２００２． 。