基于CAD/CAM软件的钣金零件及其模具设计

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机械零件中有大量的钣金零件，高效、准确地对其及其模具进行设计在现代制造的要求下，变得越来越重要。论述了利用通用CAD/CAM 软件对钣金零件及其模具进行设计的过程与方法，以此提高效率和准确性，同时也为数控加工奠定了基础。 引言 7 B: i6 J8 D: a0 U+ W1 X( k     机械零件中钣金零件有着很大的数量，而高效、准确地对其及其模具进行设计，在现代制造的要求下，变得越来越重要。目前常用的一些CAD/CAM软件也为钣金零件及其冲压模具的设计提了高效便捷、准确快速的手段。本文以Pro/ENGINEER为例，论述了冲压成型的钣金零件及其模具进行设计的过程与方法。图1为设计流程图，图2为一个设计实例的钣金零件图。 * @% z7 S4 K. z# q$ }# i% n$ m8 p 1 设计步骤     (1) 首先根据零件使用的几何、力学功能和制造条件等要求确定零件的设计结构和制造工艺。 4 J5 }( {9 |1 q7 l0 d' ?1 _ C     (2) 如果零件为弯曲、冲裁结构，可直接用Pro/E的"零件-钣金"模块完成零件设计；如果零件为拉伸结构(见图2)，可以先用Pro/E的"零件-实体"模块设计出拉伸模具的凹模(与或凸模)，再用Pro/E的"零件-钣金"模块设计出零件的基本结构，图2零件先设计一个圆板，然后利用"成型(FORM)"命令，把拉伸成型结构的凹模形状复制到零件中。     (3) 完成零件其它结构的设计，如图2零件的卷边。 # q6 r0 W1 n: h8 }5 ?     (4) 完成展开图。 . r& s. g& ?: c0 t$ z- C, d- g: Z     (5) 完成拉伸、冲裁和弯曲或其它所需模具的设计。 图1 设计流程 图2 拉伸零件图 * G9 ^ o* T( ~) B4 d" E6 E 2 设计方法 1 V1 _- e; e- P ]7 n( E3 c" I 2.1 拉伸结构凸/凹模的设计 " R& |/ _, ^& `/ D7 V# s! n     利用Pro/E的"零件-实体"模块:[新建New]/[零件Part]-[实体Solid]，建立凸/凹模图形文件，应用相应命令完成设计，图3为图2所示零件的凹模。 图3 拉伸凹模 5 D. P0 O. u' q/ m2 y0 M$ [5 @ 2.2 钣金零件设计 9 `! [* V& y( X     利用Pro/E的"零件-钣金"模块:[新建New]/[零件Part]-[钣金Sheetmetal]，建立钣金零件图形文件，应用相应命令完成设计。其中拉伸结构须用"成型Form"命令完成，以使该结构能用"平整成型Flatten Form"命令展开成平面。 # P* \' X0 K1 z, a6 P2 i* c5 C! A 2.3 展开图 $ g0 \$ E9 E. w7 F# ] }7 A& L) m     2.3.1 无拉伸结构的零件     可以利用"展开Unbend"等命令:零件Part主菜单-[特征Feature]/[创建Creat]-[钣金Sheetmetal]-[展平Unbeng]，把零件展开。     2.3.2 有拉伸结构的零件     根据零件各结构的位置、成型顺序，可以依次利用"平整成型Flatten Form"命令展开用模具拉伸成型的结构、利用"展平Unbend"等命令展开弯曲生成的结构。 $ W7 P( D5 b6 l7 V     利用"平整成型Flatten Form"命令展开用模具拉伸成型的结构时，其生成展开件的形状和大小是投影形成的形状和尺寸，实际上拉伸成型零件毛坏的形状和尺寸是按照零件成型后的面积计算出来的，因此需要按照成型零件计算展开后的面积。利用Pro/E软件本身的测量功能可以方便准确地得到零件的表面积:菜单栏[Analysis]/[Measure]，弹出Measure对话框，在该对话框中设置适当的选项，选取要测量的表面，即可获得零件的表面积。也可以利用零件表面复制一个中性层曲面(Surface)，用Measure刘话框中的面积类型(Type):面积Area和定义(Definition)-实体(Entity):绸缎面(Quilt)选项，快速地测量零件中性层面积。根据这个面积的测量值，即可快速地确定零件毛坏的大小。         一般情况下，在拉伸成型后，工件口部或凸沿周边不整齐，需要进行修边，以达到零件的设计要求。因此，在计算零件毛坯的尺寸时，必须加上修边余量Δh，如图2所示碗形零件的中性层表面面积A=36538.3mm2，得出成型部分毛坏直径215.69，根据零件的形状和尺寸确定修边余量为2mm，那么最终毛坯直径:     D=d+2×Δh=219.69mm + P! b; \1 d' P# P1 z) C0 E 3 结论     按照以上所描述的步骤和方法，利用Pro/Engineer软件的"零件-钣金"和"零件-实体"模块的建模功能，结合钣金零件及其模具设计的具体要求，可以快速准确地完成钣金零件及其模具的设计与零件毛坯的展开，再利用该软件"分析/测量"等功能，可以方便地计算出零件毛坯的展开尺寸。这种方法适用于各类钣金零件及其模具的设计，通用性强，简单易行。而且，用Pro/ENGINEER设计出的零件和模具模型也可以用于数控机床加工时数控程序的生成。【MechNet】 ) h0 `; X/ D6 d* J6 `