《模具型腔设计》PPT课件.ppt

1、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,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,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（Su

2、btract）、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,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,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

3、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。,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。,目标体为实体，结果为实体；目标体是片体，则结果为片体。 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,一、 求和,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。 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。 求和操作只能用于实体，片体合并应该

4、使用缝合（Sew）。,二、 求差,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。 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。 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),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。 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。 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

5、形成封闭的交线。 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,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。 求交可作为建立复杂形状毛坯的一种手段。 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”）。,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；,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,本节所谓的普

6、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：,建立零件三维CAD模型； 建立模块模型； 调入零件模型并准确定位； 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。 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。,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。,新建阶梯轴部件文件“Ex_Shaft.prt”。 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

7、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。 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： 第二段：直径90mm，高度60mm； 第三段：直径70mm，高度50mm； 第四段：直径130mm，高度90mm； 第五段：直径90mm，高度50mm； 第六段：直径50mm，高度20mm。 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”。,图5-4 某轴类零件实体模型,(2) 生成长方体模块。,新建模块

8、部件文件“Ex_Shaft_Die.prt”。 采用UG NX的长方体特征操作建立模块的主模型。 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。 注意该轴坐标原点在主模型圆柱的底面圆心处。 因此，长方体左下角点的坐标应该为： (-100，-165，-150) 。,(3) 在模块模型中调入零件模型。,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。 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。 图5-5在模块中调入轴零件,(4)

9、布尔差运算生成模具型腔。,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。 最后生成的模具模型如图5-6所示。 保存文件“Ex_Shaft_Die.prt”。 图5-6模具型腔,第三节 模具型芯型腔设计,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。 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。,a) 工程图 b) 三维造型 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

10、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。,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),进入【应用(Application)】【建模(Modeling)】CAD模块，激活建模功能。 选择【插入(Insert)】【成形特征(Form Feature)】【拉伸(Extrude)】命令， 其草图如图所示 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，,其草图及定位尺寸如图5-8 b)所示。 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。,执

11、行【插入(Insert)】【特征操作(Feature Opration)】【引用(Instance)】命令， 选用“环形陈列(Circular Array)”，陈列数为6，角度为60。 完成后的效果图 如图5-8 c)所示。,第四步 对底部边缘进行倒圆。,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。,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。 至此完成壳体零件的三

12、维实体造型，最后的效果图如图5-7 b)所示。 保存文件“Ex_Shell.prt”,(2) 生成下模块型腔,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。 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。 在此介绍第二种方法：,第一步 建立下模块型腔文件。,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。,点击【插入(Insert)】【成形特征(Form Feature)】【长方体(

13、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。 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。,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，

14、工具体选壳体零件，,运算结束后的下模块如图5-9 b)所示。,这时它中部包含的型芯部分，可以用于上模块的建模。 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，,获得的型腔下模块如图5-9 c)所示。 保存文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”。,(3) 生成上模块型芯,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。,执行【插入(I

15、nsert)】【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）。 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。,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

16、存文件“Ex_Shell_Up_Die.prt”。,(4)型芯型腔模具装配,第一步 新建壳体模具装配文件 “Ex_Shell_Die_Assm.prt”。 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”。 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。,图5-11 装配开模 保存文件“Ex_Shell_Up_Die.prt”。,本章小结,模具型腔和型芯设计是在