基于UG的挤压模具参数化建模

摘要：挤压工艺的模拟和优化往往通过Deform有限元软件实现，但在工艺模拟及优化过程中需多次修改挤压模具的工作部分尺寸(如挤压角、工作带长度、圆角半径等)以实现挤压工艺的优化。本文采用Excel 表驱动方法实现了挤压模具的UG参数化建模，从而避免了修改大量参数所带来的繁琐工作量和一些人为的错误，并基于一个参数化的数模生成了挤压模具工作零件的模型库。

关键词：Deform；Excel；UG；参数化建模

中图分类号：TP311 文献标识码:A

1引言

在机械设计中经常遇到形状相似，但尺寸并不完全相同的零件，如系列化的产品零件和常用的标准件等。参数化设计(Parametric) 也叫尺寸驱动(Dimension - Driven)，它不仅可使CAD 系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。参数化设计是计算机辅助设计领域内一个重要的研究内容，其技术发展到今天已走向成熟，并在当前主流的三维机械CAD 软件中得到了充分的应用。通过建立参数化的三维零件模型，实现产品的结构设计系列化，可以极大地缩短结构设计周期，减少由于零件的尺寸变化带给工程师的工作量[1~2]。

Unigraphics(简称UG)是美国UGS公司开发的面向制造业的高端CAD/CAM/CAE 软件，具有强大的实体造型、曲面造型、参数化造型、装配和工程图创建功能。虽然UG 提供的许多二次开发工具( 如UG/ Open GRIP、UG/ Open API 和UG Open C + + 等) 均能实现外挂式建立模型库， 但利用这些开发工具要求设计人员具有比较高的编程技术，一般的设计人员很难完成[3~4]。本文采用Excel 表驱动方法实现了挤压模具的参数化建模，通过调整控制参数来修改和控制凸模、凹模几何形状，并自动实现了凸模、凹模的精确造型。

2Excel 表驱动参数化

本文以正挤压模具的工作零件的参数化建模为例，其结构如图1所示。Deform有限元软件可实现正挤压工艺的分析和优化，但在工艺分析及优化过程中需多次修改挤压模具的工作部分尺寸(如挤压角、工作带长度、圆角半径等)以实现挤压工艺的参数优化。工艺分析及优化过程需多次修改挤压模具工作部分数模或建立挤压模具工作零件系列化数模，若采用普通的3-D建模方法，过程繁琐，费时费力。采用Excel 表驱动方法实现挤压模具的参数化建模，可避免修改大量参数所带来的繁重工作量， 可以避免一些人为的错误， 且用一个模型就可表达出多个同类结构的零件。

图1正挤压模具工作部分结构示意图

2.1参数化模型的建立

通过分析，得到影响正挤压凸模、凹模几何形状的主要参数，如图2所示。设计得到正挤压凸模、凹模几何形状的系列化参数见表1。

(1)挤压凹模 (2)挤压凸模

图2 参数化建模主要参数

D1-挤压凹模外径，D2-挤压凹模挤压筒直径，D3-挤压凹模出料口直径，D4-挤压凹模工作带直径

h1-挤压凹模挤压筒高度，h2-挤压凹模工作带高度，h3-挤压凹模出料口高度

ANG1-挤压凹模入口角度，ANG2-挤压凹模出口角度，R1-挤压凹模工作带上圆角，R2-挤压凹模工作带下圆角

D-挤压凸模直径，h-挤压凸模高度

正挤压凸模、凹模参数化的关键是相关控制参数的建立。在UG中其参数化设计过程可分为4部分，具体如下:

(1) 建立相互关联的表达式； (2) 利用草图功能绘制出正挤压凸模、凹模的草图曲线，如图3所示；(3) 将草图曲线通过回转形成实体；(4) 对实体进行特征操作，得到参数化模型，如图4所示；

2.2电子表格对正挤压凸模、凹模参数化的控制

正挤压凸模、凹模的参数化控制要求能够实现在其设计要求及结构尺寸发生变化时， 其模型也相应地自动更新，生成新的模型。为此，只需要将上述所建立的实体模型的相关特征参数进行更改即可完成实体模型的修改。利用UG软件的电子表格功能编辑、定义和修改相关表达式及参数，通过更新完成正挤压凸模、凹模的自动建模，从而实现正挤压凸模、凹模的参数化控制。

在UG建模模块中，选择[工具][部件族][创建部件族表格]，实现最初表达式的提取，如表1、表2所示。

表1挤压凹模模型中提取的参数表

表2挤压凸模模型中提取的参数表

2.3正挤压凸模、凹模模型库的创建

利用电子表格可以方便地定义凸模、凹模的主要控制参数，生成系列化凸模、凹模的数据库。通过已建立的一组正挤压凸模、凹模的参数化模型，并在表1、表2的基础上，在电子表格中赋予系列化参数数值，如表3、表4所示。

表3挤压凹模模型系列化模型库的控制参数表

表4挤压凸模模型系列化模型库的控制参数表

通过选取不同部件组中所对应的控制参数来实现正挤压凸模、凹模的自动造型和模型库的创建，方法如下：

在电子表格中，选中所要所有的控制参数，然后选择[部件族] [创建部件]，UG软件会自动生成正挤压凸模、凹模的模型库，如图5所示。

(1) 模型库中的正挤压凹模

(2) 模型库中的正挤压凸模

图5 模型库中的正挤压凸模、凹模

3 结论

(1)利用Excel 表驱动建模技术可创建系列化挤压模具工作零件的三维模型库。此参数化建模方法易于掌握，建模速度快。

(2) 利用Excel 表驱动建模技术得到的零件库具有一个数据关联的Excel管理表，修改方便。

(3) 利用Excel 表驱动建模技术，减轻了Deform有限元进行挤压工艺分析及优化时的建模及修改数模的工作量。

参考文献

[1]黄华栋，朱学超. 基于Excel的UG参数化建模研究[J]. 计算机与网络，2007，(1):174-175.

[2]张海军，金永福. 基于UG电子表格的三维零件库设计[J]. 新技术新工艺，2008，(9): 15-16.

[3] 王学军，李玉龙. CAD/CAM应用软件-UG训练教程［M］. 北京：高等教育出版社，2003.

[4]吴家洲，吴波. UG软件的二次开发[J]. 机床与液压，2001，(3): 67-69.

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