浅谈覆盖件成形零件的设计与制造

李亚敏 赵亚利 王华君 李永波

摘 要：近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点，模具成形零件的设计和制造都有难度，采用UG的CAD块建立三维模型，AUTOFORM进行仿真验证，在UG的CAM模块里面生成NC加工代码的方法，从而，减少了模具设计的产生缺陷的可能，保证生成加工代码的正确性，提高了劳工效率和可靠性，大大减少了试模的次数，缩短了模具制造的周期。

关键词：覆盖件 UG AUTOFORM 设计 制造

中图分类号：TG31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0074-01

我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。

1 覆盖件模具结构设计

覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。因此对模具设计的水平就要求的很高，对覆盖件成形的可能性分析是很有必要，常见的基本分析方法有，用基本冲压工序的计算方法进行类比分析，根据各个变形区的应力与应变的特点分析，参考以前加工过的工件，用类似的方法进行判断，是一网格实验等，由于覆盖件尺寸比较大，比较薄变形比较复杂，所以以上几种方法不能很好的解決，因此对覆盖件的可能性分析是一项艰苦细致的工作，所以有必要在制造之前就借助与专业软件进行仿真，验证模具设计的合理性。

Autoform作为一款优秀的CAE仿真分析软件，与其它CAD软件的数据接口可以通过IGES、VDA等数据标准转换，其偏移（offset）功能能很快地从凸模（或凹模）生成凹模（或凸模）；能很方便地定义拉延筋和修边轮廓等功能曲线；复杂形状的落料件和组合毛坯件的自动网格划分；对称件可以1/2描述；能直接地将落料轮廓、拉延筋线和修边轮廓从CAD带入模拟中，这些都大大简化了CAD数据的输入。同时Autoform-Incremental（增量求解），易用，快捷，对大多数零件得到结果不超过3小时。

通过多次模拟能优化模面和冲压过程方案，从而判定和确认优化的模面形状（制件和工艺补充面的圆角半径，拉延包高度，凸模拔模角，储料包（over-crown）等，拉延半径、拉延筋）和冲压过程参数（压料力，拉延筋强度和等效拉延筋阻力，坯料的轮廓，模具型面几何参数等，摩擦条件和润滑，平衡块（spacer）和工艺切口（relief cuts）等工艺条件的设置等）。

因此有了模具的三维模型就可以运用autoform，进行仿真从而找到合理的模具结构，覆盖件的形状多为空间立体曲面，结构尺寸大，同一般冲压件相比，覆盖件的冲模结构设计，在建立三维模型方面和数控加工编程方面都有一定的难度，因此应该借助于专业软件进行设计和制造，UG 集CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模的应用。UG 的CAD模块除了常规的实体建模和特征建模还有自由形状建模，因此它的三维建模能力很强，能够适应覆盖件建立三维模型的需要。

所以借助UG的CAD模块我们完成覆盖件的三维建模，之后导入到AUTOFORM里面，再进行仿真，根据模拟结果再进行修正，从而设计出合理的覆盖件模具。

2 覆盖件模具制造

冲模制造工艺主要有车、铣、磨、钻、线切割和电火花等，覆盖件的形状多为空间立体曲面，结构尺寸大，所以其加工有难度，对于其粗加工和半精加工，采用数控加工中心加工覆盖件，对于精加工采用磨和研磨加工的方法可行，可以在一次装夹后采用不同的刀具，加工，可以保证零件各部分的位置精度，并且覆盖件模具加工过程中，NC程序加工占到了大约70%。加工过程的大量程序化要求NC程序必须合理，高效。

UG/CAM模块是UG NX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车等加工方法的交互操作，可以对由UG建模模块或者其它CAD软件建立的数据模型（片体、实体等）直接生成精确的刀具路径，并可通过后处理产生应用于各式数控机床的NC加工程序。同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。

因此得到合理的模具的三维模型之后，利用UG/CAM模块可以模拟加工过程，看到切削过程和路线，之后根据需要修正，最后由生成NC加工代码，根据生成的NC文件导入相应的机床，从而完成覆盖件模具的半精加工，由于模具的表面光洁度要求的比较高，所以还需要后面的精加工，磨和研磨。

3 应用

郑州某公司，生产覆盖件就是采用的由UG的CAD模块建立三维模型，之后导入AUTOFORM进行仿真验证，之后再在UG的CAM模块里面生成NC加工代码，之后导出代码到机床（加工中心）上，完成模具的粗，半精加工，之后把模具装配到一起进行试模，如果达到要求，就采用手工磨的方法，达到表面光洁度的要求。假如试模不能达到要求则进行修改，直到达到要求为止。

4 结论

覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点，模具成形零件的设计和制造都有难度，采用UG的CAD块建立三维模型，AUTOFORM进行仿真验证，在UG的CAM模块里面生成NC加工代码的方法，对其设计和制造，有一下的优点：

（1）由于AUTOFORM进行仿真验证，模具有些缺陷基本上可以在设计的时候发现并修正，从而保证了模具设计的合理性，减少了模具缺陷的可能，大大减少了试模的次数，减少成本，缩短了模具制造的周期。

（2）UG的CAM模块里面生成NC加工代码，从而减少了手工编程的劳动量，并且可以对加工过程和加工路线验证，从而保证加工代码的正确性，提高了劳工效率和可靠性，缩短了模具制造的周期。

参考文献

[1] 王卫兵.UG NX8数控编程实用教程[M].3版.北京：清华大学出版社，2012

[2] 谢龙汉.UG NX8三维造型设计及制图[M].北京：清华大学出版社，2012

[3] 林通，张侃，胡仁喜.AutoForm4.0钣金冲压成形分析从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2010.