基于UG 的冲压模具设计与数控线切割加工研究①

单明柱，李兆龙，李方娟

(1.牡丹江师范学院，黑龙江 牡丹江157011;2.哈尔滨理工大学，黑龙江 哈尔滨150080;3.牡丹江医学院，黑龙江 牡丹江157011)

0 引 言

电火花线切割加工，适用于难切削材料及特殊形状和复杂形状的零件加工，由于电火花线切割加工容易实现加工过程的自动化，并且可改进结构设计等特点，已经被广泛应用于模具制造业中.

Unigraphics NX 是一种功能强大的三维CAD/CAM/CAE 一体化、集成化软件，主要应用于数字化产品设计、数字化仿真和数字化产品制造等三大领域.它覆盖了产品从概念设计到制造的全过程，它具有基于特征，全参数、全数据相关的特点.实现了知识驱动型自动化和利用知识库进行建模，同时能自上而下进行设计，实现完整的系统库建模.Unigraphics NX 的加工基础模块的通用点位加工编程功能可用于数控车削、钻孔、攻丝和线切割等加工编程，被广泛应用于机械设计加工和模具设计制造等领域中.

1 模具的工艺分析

1.1 冲压力的计算

图1 所示定子片零件成形的主要工序是冲孔和落料，要使零件一次完成落料、冲孔两道工序，首先要考虑零件内部复杂形孔的冲孔力以及卸料力.

1.1.1 冲孔力的计算

F冲=1.3ltτ，其中l 是工件内轮廓周长为543mm，t 是工件的厚度为0.35mm，τ 是材料的抗拉强度为190MPa.

图1 定子片零件图

图2 复合模简图

所以工件内轮廓的冲裁力F冲=1.3×543×0.35×190=46943N

F卸=K卸F冲=0.03×46943=1408N，其中K卸为0.03.

图3 UG 数控加工操作流程

图4 冲压模具设计实例

1.1.2 外部工件的落料力及卸料力

F落=1.3ltτ，其中l 为工件外圆的周长64π，其他参数同上.

1.2 冲压模具结构设计

1.2.1 落料时凹模刃口尺寸计算

根据图1 中落料、冲孔件的尺寸分类，该工件落料加工时的外圆尺寸是属于凹模磨损后增大的尺寸，因此，属于A 类尺寸.

图5 创建几何体

图6 ［EXTERNAL TRIM］对话框

图7 线切割动态仿真

其尺寸计算公式为:

其中，X=0.75，计算得

落料加工时工件外圆上的小缺口尺寸，属于在凹模磨损后小缺口的尺寸随之减小的情况.因此，为B 类尺寸.

其尺寸计算公式为:

则:

1.2.2 冲孔时凸模刃口尺寸计算

采用凸、凹模配合加工，冲孔时多以凸模为基准件对相应的凹模进行设计加工.凸模刃口尺寸的计算公式为:

2 模具结构及运动分析

模具整体结构形式采用倒装式复合模，落料凹模装在上模的复合模，模具的整体结构如图2 所示.

上、下模采用导柱导套导向模架.该模具要一次完成两道工序，可以完成两次冲孔与落料，其中9 为凸凹模，即为内孔的凹模又为外圆的凸模.当冲床滑块下滑时，内孔凸模17，18 下行，首先与凸凹模9 进行冲孔，滑块继续下行，此时上部的凹模6 与凸凹模9 相接触进行落料.这样，完成了冲孔，落料两道工序.

3 Unigraphics NX 的数控加工编程

3.1 Unigraphics NX 编程流程

Unigraphics 数控加工操作流程如图3 所示:首先建立UG 零件加工模型，将零件的相关信息和技术要求等存放在UG 的数据库中，确定加工路线和工艺参数等信息，然后进行数控加工.

3.2 冲压模具设计及数控加工

根据模具设计图纸，通过UG 进行模具实体造型，这里我们仅以17 凸模和9 凸凹模为例进行说明，冲压模具的凸凹模是根据加工产品的工艺特点，通过数控线切割机床加工而成的.冲压模具设计主要包括凸凹模设计，凸模刃口设计，基本尺寸的确定等.利用Unigraphics NX 建模模块进行模具设计实例如图4 所示，(a)，(b)分别为17 凸模和9凸凹模.

利用Unigraphics NX 对该模具进行数控编程与仿真加工.利用凸模创建程序创建几何体如图5所示;通过［EXTERNAL TRIM］对话框，选择不同的加工类型，如图6 所示;线切割运动仿真过程，如图7 所示，通过观察可以了解线切割的运动情况，然后自动生成数控程序代码.

4 结 语

本文以冲压模具的设计和数控编程为例，介绍了冲压模具的设计过程，即在Unigraphics NX 软件平台上，利用参数化驱动造型制造设计和数控加工编程等技术，来进行模具的设计与数控线切割加工.利用CAD/CAM 技术，基于Unigraphics NX 软件的模具设计制造方法与传统制造方法比较，具有设计可靠性高，加工成本低和设计周期短等诸多优点，大大提高了模具设计制造的效率.

［1］ 王彤，张新服.进给速度对高速走丝气中线切割加工的影响［J］.机械工程师，2004，(5):3－5.

［2］ 高勇，苑桂萍.UG NX 中文版 数控加工基础教程［M］.北京:人民邮电出版社，2006，4.

［3］ 冲模设计手册编写组编.冲模设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1988:125－127.

［4］ 王镭健.往复走丝线切割机床自动穿丝研究及快速上丝装置设计［D］.青岛:青岛理工大学，2014.