基于UG软件辅助板材成形冲压模具设计教学研究

刘发 赵洪运 于静泊 杨海峰 周威佳

【摘要】近年来，随着科技的高速发展，使用计算机辅助设计进行产品设计已经被广泛应用，三维实体参数化造型技术已经成为现代产品设计的主流，工程设计和制造已经进入到三维设计时代。本文将UG三维实体设计应用于冲压模具设计专业课中，相辅相成，强化学生的专业知识并培养学生的工程化设计能力，形成一套完整的综合实践教学体系，快速为社会培养高水平专业人才。

【关键词】UG  三维实体造型  板材成形  模具设计

【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）18-0032-02

板材成形原理与方法是工科院校材料成形及控制工程专业必修的一门专业课，讲述了板材的成形工艺及模具设计。由于板材成形模具结构复杂且目前几乎所有教材引用的都是二维图，学生学习难度大。为了提升学生专业知识水平和设计能力，采取更有利于学生理解的教学方法尤为重要。本文结合板材成形冲压模具设计与UG三维实体设计实践经验，提出一种利用UG三维实体设计辅助板材成形冲压模具设计的教学方法。

1.UG三维实体造型软件特点

随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计已经得到广泛应用。用UG软件进行设计，能直观、准确地反映零、部件的形状和装配关系，可以使产品开发完全实现设计、工艺、制造的无纸化生产[1]。UG在进行模具设计时体现的优势：第一，弱参数化或无参数设计，有利于反复修改，更新时不出错，符合模具设计时反复修改的设计事实;第二，UG有专门的模具部件生成模块，可快速生成上下模型面、修边镶块及翻边镶块等;第三，UG中有快速建模模块，专门针对模具设计开发。

2.UG三维实体造型在教学中的应用

2.1应用UG三维实体造型功能快速建立空间概念

冲压模具都是金属制造，小到几十公斤，大到三四十吨，课堂实物展示很难实现，课本引用范例又都是二维图纸，对于刚开始学习专业课的学生来说，理解起来很困难。设计模具，首先要认识模具，了解模具的构成和各个部件的作用。通过UG三维实体造型功能可轻松实现。在UG中打开一套模具图，如图1所示，为汽车B柱拉延模下模。通过此三维实体图，可清晰的给学生讲解模具的整体结构及各部件功能。

2.2应用UG三维实体造型功能快速生成模具型面

板材成形沖压模具都是由工作部分和模具本体构成，模具工作部分是指和产品上下表面型面相符的凸模及凹模型面。模具本体是安装凸模和凹模的框架。模具设计时首先要从模具工作部分开始。以汽车前横梁为例，图2所示为汽车前横梁产品图。在进行模具设计前，首先要完成产品工艺设计，如图3所示即为此前横梁工艺设计图。我们以图3所示的工艺为依据进行模具结构设计。板材成形冲压模具设计课程在传统教学中有如下不足：第一，教材引用范例全是二维工程图，初学者很难想象到零件的三维形状;第二，依据工艺图纸，像前横梁这种复杂形状的零件，学生无法知道如何将模具型面设计出来，有太多曲面形状，无从下手。介于上述问题，通过UG三维实体造型功能可快速解决，步骤如下：第一，在UG中将图3工艺文件打开，利用缝合片体功能，缝合为一整张面;第二，在UG中生成一长方体，长方体穿过缝合后的工艺型面;第三，UG中利用拆分体功能，将此长方体一分为二，分割面即为缝合后的工艺型面。拆分后长方体变为两部分，工艺型面以下即为凸模型面，如图4左图所示，工艺型面以上即为凹模型面，如图4右图所示。以上便是利用UG辅助完成模具设计课程讲解的过程，包括凸凹模型面概念讲解、凸凹模型面生成过程等。

2.3应用UG三维实体造型功能快速演示模具工作原理

板材成形冲压模具分为压型、拉延、修边冲孔、翻边整形模等， 如何让学生快速明了的掌握各种模具的工作原理、了解模具各部件的相对运动关系，是此课程的重点和难点。通过课本上的二维图纸，很难清晰的表达出来。通过UG三维实体造型功能可轻松解决，以图5压型模具为例，主要实现途径有两种：第一，在UG中打开已设计好的压型模具，通过三维实体造型中的移动功能，可以将上模上下移动，从而实现对模具运动关系的讲解，如图5中从第一幅图到第6幅图分别是上料且板料放置到位、上模下行、上模与板料接触、上模到底、上模上行、取出零件。第二，UG中可直接生成动画，通过动画更直观的了解到模具工作时的相对运动关系。

3.应用UG三维实体造型功能辅助教学实践效果

将UG三维实体造型技术和板材成形模具设计专业课程有机结合，经过实践，有如下几个方面的教学效果：第一，学生的学习兴趣和积极性得到了提高，学生听得懂、学得会，兴趣自然会增加;第二，学生的空间想象力有了大幅提升。先看到实际工作运动关系，再去设计，便更容易完成，经验更容易积累;第三，学生的工程化设计能力有了大幅提升。经过反复设计实践，工程化意识得到强化;第四，鼓励学生参加三维实体设计大赛和三维实体设计证书考试，丰富了学生的学习经历并增强了专业技能。

4.结束语

目前，三维造型技术已广泛应用于现代工程制图教学的各个环节，三维技术的应用以其直观性好，形体表达充分、清楚的优势得到教师和学生的一致认可[2]。采用UG三维实体造型技术和板材成形模具设计专业课程有机结合，克服了传统教学的不足，如空洞、难以理解、空间感不足、无法想象运动关系等。更好的激发了学生的学习积极性和学习热情，学生更透彻更清晰的理解了教学内容，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]张文兵等.基于UG的复杂零件三维建模[J].北京工业职业技术学院学报，2012（1）：38.

[2]靳萍.基于三维工程制图教学的研究与实践[J].实验室科学，2012（6）：21.

作者简介：

刘发（1981-），男，内蒙古四子王旗人，硕士，工程师，主要研究方向为模具CAE/CAD/CAM。

赵洪运（1966-），男，山东青州人，教授，博士研究生导师，主要从事焊接材料及工艺方面研究。