基于“自底向上”模式的模具设计流程

黄 波，于云程

（常州信息职业技术学院，江苏常州213164）

基于三维CAD软件的模具结构设计一般采取“自顶向下”(Top－Down)与“自底向上”(Down-Top)两种设计模式。自顶向下设计便于将概念设计转化为装配结构，并在零件之间进行数据传递。各三维CAD软件的模具设计模块，或二次开发的模具CAD系统，都基于此设计模式，已成为模具三维设计的主流方向。但这并不意味着“自底向上”的设计模式没有应用价值。

1 “自底向上”的设计模式

虽然“自底向上”设计零件之间没有数据联系，但用此方法装配无关联性的结构比较有利，例如外购件（如标准件）的装配。因此应用“自底向上”的设计模式，先设计各个模具零部件，再将全部零部件装配成整个模具，适用于单工序模、复合模和简单连续模的冲模设计。

采用“自底向上”方式设计结构简单的模具，由于计算校核较少，可按设计经验直接进行主要模具零部件的造型，并进行装配，在装配设计中增加或更改模具标准件库中的零部件，就可完成模具的结构设计，有利于缩短模具设计时间。各个零件间只存在装配关系，更改个别零件，不会引起其他零件的结构变化，方便模具结构的调试。但这种方式要求模具设计方案简单、有参考或设计者非常熟悉，设计者具有一定的水平（模具越复杂，设计者水平要求越高）。

2 垫圈冲裁模的“自底向上”设计

以垫圈冲裁模为例,应用Pro/E通用模块，分析基于“自底向上”的一种模具设计思路（冲件如图1所示）。采用“冲孔－落料”连续冲压工艺方案，采用弹压卸料、横向送料典型组合的冷冲模结构（GB2872.2-81），凹模周界为125mm×100 mm，模具结构比较简单典型，冲压力、压力中心、闭合高度等工艺计算量小。

图1 冲件图

2.1 影响工作效率的问题

常见的“自底向上”设计，采取各零件之间单独造型或共享数据（Pro/E概念），再进行装配的思路。存在一些影响工作效率的问题：

（1）在创建各零件文件时，定义基准等重复性操作多；

（2）由于创建零件在前，装配时才能发现各零件之间存在干涉或偏差等问题；

（3）如模板周界等相关尺寸更改时，每个零件模型均要分别进行。

因此，这种模具设计思路更适用于简单、典型、系列化的模具结构，此外更要求模具设计师对模具结构比较熟悉。

2.2 设计时要注意的问题

本文借鉴“自顶向下”设计模式可装配设计和零件设计同时进行的优点，在主部件的零件环境中，首先参照国家冲模标准，建立各模板的基准平面（只需调整平面间距，可重复使用）；再建立毛坯、模板等草绘特征；最后通过实体特征（组）创建出各零件。各实体特征一定要基于基准平面（组）与草绘特征（组），为父子关系，且各实体特征（组）之间为并列关系（图2）。在主部件零件的环境中，通过特征创建的各模具零件之间为一父多子的特征关系。通过草绘（父特征）创建出毛坯、冲件的结构尺寸，而各实体（子特征）组创建的是相互无关的各模具零件，且在视图区表达出各模具零件的空间位置关系。设计时要注意：

（1）基准、草绘、实体特征按照模具结构进行分组并规范命名，有利于文件管理（如图3所示）。

（2）每完成一个实体特征后，建议及时“隐含”或“隐藏”，防止下一实体特征误将其作为草绘参照。

当模具的主要零件造型完成，检查结构无误后，进行部件拆解。因定义的各模具零件的特征组之间为平行关系，可通过依次删除其他实体特征（组）并另存为凸模（如图2）、凹模、卸料板、固定板等零件，完成模具的主要零部件的初步设计。

图2 主部件与冲头的模型树及模型

创建组件文件，由于各零件在主部件中的相对位置已确定（基于同一坐标系），因此在装配时只需将各零件与组件的同名基准平面重合（缺省装配），再配上螺钉、销钉、模架等标准件，基本完成模具的结构主体设计（图3）。

图3 简单装配的组件模型

2.3 销钉孔、螺纹孔等实体特征的操作

销钉孔、螺纹孔等实体特征操作，可在主部件的零件环境中创建，也可在装配环境中完成。各模具零件的其他特征（倒角、圆角等）和其他标准件（螺钉、销钉、卸料螺钉等）等的装配，这时也可由“自底向上”转到“自顶向下”设计。

由于基于国家标准的模具结构固定，相近结构的冲模只需在主部件中改动各零件的基准面间距与毛坯、冲件等草绘特征（父特征）的尺寸，再生后，其实体特征（组）（子特征）对应的零件可快速更新。如改变草绘（工件外轮廓），其余实体特征对应的凹模、冲孔凸模、固定板、卸料板等同时更改（如图4），并如前所述，重新将主部件拆解并另存覆盖原子部件，组件再重生，无需重新定义装配关系；其他零件（如模架、模柄等标准件）的装配，可对原零件进行少量的修改校核或调用标准件库，可以在短时间内完成另一副冲模设计。

图4 更改冲件轮廓后再生的主部件模型

3 结束语

以特征（组）形式构建模具零件的“DOWN-TOP”设计，是一种在零件环境中实现“数据共享”（Pro/E概念），并应用于“自底向上”的设计思路。对于相对独立创建零件再进行装配的一般思路，零件之间关系清楚，不易出错，可以在零件环境中设计出装配关系（相当于模具原型），再到装配环境中实现，节省时间，提高效率。

[1]郭 洋.Pro/ENGINEER企业实施与应用[M].北京：清华大学出版社，2008．