《模具型腔设计》PPT课件.ppt

模具CAD/CAM 中北大学材料科学与工程学院 薛勇 邮箱： 手机第五章 模具型腔设计 o模具型腔设计是在零件实体建模的基础上进行的。UG NX支持布尔操作，可以进行布尔差、布尔和、布尔交 操作。这种功能模仿了制造模具的加工过程，使得在 CAD中建模的过程更简单、更真实。例如，可以在一 个实体模型中布尔差掉零件模型，所得到的便是型腔零 件。本章介绍UG NX布尔操作、模具型芯和型腔设计 的一般方法。这些操作方法可以推广到冲模、塑料模和 锻模等模具的设计中去。 第一节 UG NX 布尔操作 o布尔操作用于将两个或多个实体(或片体)组合 成一个体，布尔操作包括求和（Unite）、求 差（Subtract）、求交（Intersect）三种 类型。执行布尔操作至少存在两个实体或片体 ，组合的体必须相交（有重叠的部分）。操作 时需要选择一个目标体（Target Solid）和 多个工具体（Tool solid），组合后所在的层 由目标体决定。 布尔操作命令可在【插入】菜单的下拉菜单【特征操作】中找到 o如图5-1(a)所示的【求 和】【求差】和【求 交】三个菜单命令。 图5-1 (a) 布尔操作 o另外，一些特征在建立的最后需要指定布尔操 作方式，例如，建立拉伸或基本体素时，如果 不是第一个特征，都需要确定布尔操作方式。 如果UG的部件文件中已存有实体，当建立新特 征时，新特征作为工具体，已存实体作为目标 体，此外布尔操作命令还隐含在许多其它特征 操作中，如建立孔、凸台和型腔等特征均包括 布尔操作。 例如，在已有特征基础上再选择长方体特征时可按需要从图5-1(b)所示对话 框选择一种布尔操作，从而形成更复杂的特征模型。 o图5-1 (b) 布尔操作 布尔操作可以使用实体和片体，操作结果是实体还是片体取决于目标 体。 o目标体为实体，结果为实体；目标体是片体， 则结果为片体。 o表5-1为所允许的布尔操作的不同组合。 表5-1 允许的布尔操作组合 目标体工具体求和求差求交 实体实体 实体片体 片体实体 片体片体 一、 求和 o用于将两个或多个的实体合并成一体。工具体 与目标体必须面接触或体相交。 o在模具设计中，求和布尔操作常用于凸模的冲 头和模板的连接。 o求和操作只能用于实体，片体合并应该使用缝 合（Sew）。 二、 求差 o从目标实体减去一个或多个工具体。工具体与目标体必 须体相交。 o在模具设计中，求差布尔操作常用于凹模型腔的生成。 例如，模块与零件求差运算将形成凹模型腔。 o如果求差操作使目标体分为两个或两个以上的体，结果 使目标体非参数化。这时系统发布警告信息：“最终实 体非参数化”。 二、 求差 (续1) o如果用实体减去片体，结果形成非参数化的实体。该操 作相当于分割实体，片体的范围必须大于或等于重合区 域，以保证能够将实体分割为两个或多个实体。 o如果用片体减去实体，结果是一个片体，系统求出并且 减去片体与实体的重合区域。 o如果用片体减去片体，结果形成非参数化的片体。两个 片体的重合区域必须形成封闭的交线。 o如果求差结果出现零厚度边缘，系统发布故障信息 非分叉实体，这时可通过稍微移动工具体（建模距离 公差），解决此故障。 三、求交 o求交操作的结果生成两个体的重合部分。工具 体与目标体必须体相交。 o求交可作为建立复杂形状毛坯的一种手段。 n如图5-2所示，六角螺母毛坯是通过正六边形拉伸 体与正六边形内接圆拉伸体(锥角45)求交来建立 的（参见教学光盘中的实例文件“Ex_nut.prt”） 。 o图5-2 求交生成六角螺母 目标体是实体不能与片体进行求交操作； o片体与片体进行求交操作时，必须保证两片体 有重合的片体区域，如果片体相交只形成交线 ，不能完成相交操作。 第二节 模具普通型腔设计 o本节所谓的普通型腔是指一般的体积成型中， 零件呈外凸形状。如前所述，模具型腔设计是 在零件实体建模的基础上进行的。 普通型腔设计的一般方法为： o建立零件三维CAD模型； o建立模块模型； o调入零件模型并准确定位； o将模块作为目标体，零件作为工具体，两者 进行布尔差运算得到型腔。 n下面以轴类零件为例具体说明设计步骤。 某阶梯轴零件的工程图如图5-3所示。 o图5-3 某轴类零件工程图 在UG NX中建立模具型腔的方法和步骤如下： (1) 建立轴类零件UG NX三维实体模型。 o新建阶梯轴部件文件“Ex_Shaft.prt”。 o主模型采用圆柱特征操作，沿X方向建立第一段特征造型。点击【插 入】【成形特征】【圆柱体】或者使用图标菜单，系统出现“圆 柱体”对话框，选择“直径，高度”，参数为直径50mm，高度 30mm。 o然后采用UG圆台特征操作逐个生成各段圆轴。选择【插入】【成 形特征】【圆台】，各段参数如下： o第二段：直径90mm，高度60mm； o第三段：直径70mm，高度50mm； o第四段：直径130mm，高度90mm； o第五段：直径90mm，高度50mm； o第六段：直径50mm，高度20mm。 o每个圆台的定位都采用“点到点”，并选取弧的位置为“圆心”。这样整 个操作很方便。 完成的某轴类零件实体造型如图5-4所示。 保存文件“Ex_Shaft.prt”。 o图5-4 某轴类零件实体模型 (2) 生成长方体模块。 o新建模块部件文件“Ex_Shaft_Die.prt”。 o采用UG NX的长方体特征操作建立模块的主模型。 o点击【插入】【成形特征】【长方体】命令，设长方 体模块的长、宽、高尺寸为500330150mm3，分模 面沿轴线。 o注意该轴坐标原点在主模型圆柱的底面圆心处。 o因此，长方体左下角点的坐标应该为： o (-100，-165，-150) 。 (3) 在模块模型中调入零件模型。 o在模块文件中“Ex_Shaft_Die.prt”调入阶梯轴文件 “Ex_Shaft.prt”的零件模型。 o点击【文件】【输入】【部件】命令，在后续的对话 框中按默认选项确定。结束时的图形如图5-5所示。 o图5-5在模块中调入轴零件 (4) 布尔差运算生成模具型腔。 o点击【插入】【特征操作】【求差】命令，将长方体模 块作为目标体，轴零件作为工具体，两者进行布尔差运算得 到模具型腔。 o最后生成的模具模型如图5-6所示。 n保存文件“Ex_Shaft_Die.prt”。 o图5-6模具型腔 第三节 模具型芯型腔设计 o在生产薄壁壳形塑件或铸件等成形件时，模具 的成形零件主要是由型芯和型腔组成的。同样 可以在模块实体和成形件模型之间采用布尔运 算，获得所需的型芯和型腔部件。 o以下以一壳体零件为例介绍型芯和型腔的具体 建模方法。 某壳体零件如图5-7所示。 o a) 工程图 b) 三维造型 o 图5-7 某壳体零件工程图和三维造型 在UG NX中建立该零件成形模具型芯型腔的方法和步骤如 下： (1) 建立壳体零件UG NX三维实体模型。 o新建壳体的部件文件，文件名取为 “Ex_Shell.prt”。 第一步 建立主轮廓的拉伸特征 (单位选用英寸) o进入【应用(Application)】【建模(Modeling)】 CAD模块，激活建模功能。 o选择【插入(Insert)】【成形特征(Form Feature)】 【拉伸(Extrude)】命令， o其草图如图所示 o拉伸高度为1。 第二步 运用【拉伸(Extrude)】命令建立零件上方边长为0.5的小方孔， o其草图及定位尺寸如图5-8 b)所示。 o注意在拉伸成形时采用布尔求差运算。 第三步 对小方孔进行环形陈列。 o执行【插入(Insert)】【特征操作(Feature Opration)】【引用(Instance)】命令， o选用“环形陈列(Circular Array)”，陈列数为6，角度 为60。 o完成后的效果图 o如图5-8 c)所示。 第四步 对底部边缘进行倒圆。 o点击【插入(Insert)】【特征操作 (Feature Opration)】【边倒圆(Edge Blend)】命令，选择底部圆弧边和直角边， 半径为R0.5。 第五步 进行薄壁抽壳。 o执行【插入(Insert)】【特征操作(Feature Opration)】 【抽壳(Hollow)】命令，选择上表面为开口面，壁厚为 0.1。 o至此完成壳体零件的三维实体造型，最后的效果图如图5 -7 b)所示。 o n保存文件“Ex_Shell.prt” (2) 生成下模块型腔 o采用UG的长方体特征操作建立下模块的主模型 。然后与壳体零件模型进行布尔运算生成下模 块型腔。 o具体方法有两种：其一和上述第二节普通型腔 生成方法相似，在下模块的模型文件中调入壳 体模型文件，然后再进行布尔运算。 o在此介绍第二种方法： 第一步 建立下模块型腔文件。 o打开文件 “Ex_Shell.prt”，另存为 “Ex_Shell Down_Die.prt”。 第二步 运用长方体（Block）特征操作建立下模块坯料 。 o点击【插入(Insert)】【成形特征(Form Feature) 】【长方体(Block)】命令，选用“原点，边长（ Origin,edge lengths）”方式。设长方体模块的长、宽 、高尺寸为882Inch3。 o考虑到壳体模型的底部圆心位置在坐标原点上，为了使型 腔落在在下模块的中心，长方体的原点坐标为“-4,-4,-1” ，长、宽、高分别为8、8、2，“长方体（Block）对话框 ”中的布尔运算选择创建（Create）。 长方体生成后，“Ex_Shell_Down_Die.prt”模型文件中有两个实 体：壳体模型和下模块坯料长方体，如图5-9 a)所示。 第三步 布尔运算生成型腔下模块。 o对壳体模型和下模块坯料执行【求差 (Substract)】特征操作，目标体选下模块坯 料，工具体选壳体零件， 运算结束后的下模块如图5-9 b)所示。 o这时它中部包含的型芯部分，可以用于上模块 的建模。 o图5-9 b)下模块的建模步骤 第四步 保存文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”； 并另存为“Ex_Shell_Up_Die.prt”。 第五步 再打开文件“Ex_Shell_Down_Die.prt” 删除模块中的型芯部分， o获得的型腔下模块如图5-9 c)所示。 o保存文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”。 (3) 生成上模块型芯 o第一步 建立上模块模型文件。打开文件 “Ex_Shell_Up_Die.prt”。 第二步 生成上模块坯料。 o执行【插入(Insert)】【成形特征(Form Feature)】【长方体(Block)】命令，选用“原点 ，边长（Origin,edge lengths）”方式。长、宽、 高尺寸仍然为882Inch3。长方体的原点坐标为“- 4,-4, 1”，或直接选取下模块的右上角点；长、宽、 高分别为8、8、2，“长方体（Block）对话框”中的 布尔运算选择创建（Create）。 o生成效果如图5-10 a)所示。 图5-10上模块的建模步骤 第三步 布尔运算生成型芯上模块。 o先删除型腔下模块，再执行【求和(Unit)】特征操 作，目标体和工具体分别选上模块坯料和型芯部分， 运算结束后的上模块如图5-10 b)所示。 第四步 保存文件“Ex_Shell_Up_Die.prt”。 (4)型芯型腔模具装配 o第一步 新建壳体模具装配文件 “Ex_Shell_Die_Assm.prt”。 o第二步 按从底向上的方式分别装配模具部件文件 “Ex_Shell_Down_Die.prt”和 “Ex_Shell_Up_Die.prt”。 o第三步 旋转开模观察型芯型腔模具状况。执行【组件重定 位(Reposition Component)】”命令，选择型芯上模 块，再选择组件重定位对话框的“沿一条线旋转（Rotate about a Line）”选项，如图5-11 a)所示。然后在右上 方分模线上选取一点，再选择“-XC”矢量方向作为旋转轴 ，旋转角度选90度。 最后获得的开模效果图如图5-11 所示。 o图5-11 装配开模 o保存文件“Ex_Shell_Up_Die.prt” 。 本章小结 o模具型腔和型芯设