基于UG的模具三维设计与制造

邱泽元 吴院锋

摘要：针对基于UG的模具三维设计与制造，采取理论结合实践的方法，立足模具加工发展现状，分析了模具设计及制造过程中的难点，并提出基于UG模具三维设计的流程与制造方法。分析结果表明，模具设计和制造中采取UG可实现三维立体化设计，可将模具的三维立体图形和具体情况直接显示在计算机上，可一目了然对模具设计情况进行分析，从而提升设计效果和制造质量。

关键词：UG;模具;三维设计;制造

引言

UG是一种产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段，和CAD、CAE以及CAQ的软件系统相比，UG具有更强的稳定性，设计功能多样性，并且可实现海量数据的快速处理。随着科学技术的发展，UG技术愈发先进，目前已经被广泛应用在汽车、航空、医学、电子、机械等领域。并且在具体应用中，采用了知识嵌入式基本理念，可实现模具的三维数字化设计，且可实现模具加工的自动编程功能，提高模具加工质量，具有良好的发展前景。基于此，开展基于UG的模具三维设计与制造的分析研究就显得尤为必要。

1、模具加工发展现状

随着制造业的飞速发展，模具的应用范围越来越广，模具的类型愈发多样化。目前工业生产中常用的模具有两大类，一类是塑胶模具，另一类是非塑胶模具。近年来，客户对模具的质量、寿命提出了更高的要求，要求模具既能保证较高的质量，又能实现低能耗、耐磨损、便于安装等要求。就目前模具发展现状而言，主要呈现出全球化、生产周期短、加工效率高等发展趋势。随着模具加工行业的快速发展，模具利润越来越低的情况下，NC自动编程反而成了制约工业发展的瓶颈。而UG可有效解决这一问题，可为不同产品的设计、制造、加工等提供数字化造型和验证手段。和早期CAD系统、CAM系统相比，UG在产品设计和制造加工方面具有更加强大的功能，将其应用到模具设计和制造中，可轻松实现多种复杂模具的设计和制造。

2、模具设计及制造过程中的难点

虽然目前很多高新技术被广泛应用到模具设计和制作中来，提升了设计研发的速度和产品质量，但就目前发展现状而言，依然存在很多难点，主要体现在以下几个方面：

难点一，模具的型腔和型芯非常复杂。模具由复杂的型腔和型芯共同组成，各模块配合间隙要求较高，在三维曲面设计和加工中的难度非常大，尤其是盲孔型腔曲面，采用传统的加工方法，需要用到大量辅助工具，而且周期比较长，难以满足模具发展需求。

难点二，精度和表面质量要求更高，目前很多产品的模具尺寸精度需要达到it6-7，表面粗糙度在Ra0.2～0.1μm之间，这是传统技术难以达到的精度。

难点三，模具制造周期短，质量要求高。随着客户对模具要求的提高，模具材料、模具热处理、模具粗精加工对模具的生产制造都会造成影响，由于对产品精度的要求比较高，模具制造完成后需要进行多次试模，并根据实际测量结果进行修改，使得制造时间非常紧。在传统模具制造过程中，由于在设计和制造过程中，采用的传统设计方法和制造方法，所以导致模具加工周期较长，模具质量不能达到要求。

3、基于UG模具三维设计的流程

3.1建立模具模型和设计外观造型

建立模具模型是基于UG模具三维设计的第一步，也是非常关键的一步，按照模具的实际使用情况和具体要求，利用UG的建模模块进行建模。利用模具实体、特征、曲面、草图、布尔运算等建立起模具模型，确定模具的设计结构及外观造型。

3.2建立模具设计过程

确定好模具结构和外观造型之后，就需要根据模具模型的特点，确定模具的设计过程，模具的种类和用途不同，则UG模具三维设计的流程也不相同。为保证设计效果，需要结合模具的特点、尺寸、结构分布、外观造型等数据指标，开展系统的分析和总体规划，进入到模具设计环节，利用UG中自带的模具设计模块对模具进行系统、全面的设计。此模块能够为模具的三维设计提供模具初始化、模具三维坐标系统、模具分型、模具型腔布局、模具标准件库等多项功能。主要的设计过程包括以下几个方面：

其一是分型面设计。在UG软件中先对零件表面存在破损处进行修补，需要注意的是侧轴的孔采取实体进行修补。而模具的分型线，则需要通过自动搜集来建立。比如：当模具分型线不是平滑的曲线时，需要先建立起分型引导线，再建立起连续的分型面，此种设计方法，可有效避免分型时出现无法分割的问题。

其二是型腔/型芯设计。需要保证型腔/型芯的完整性，如果模具结构复杂，零件的面比较多且复杂，要进行手动选择，以便创建起高质量的型腔/型芯。

其三是流道和浇口设计。模具的主要功能是为产品的浇筑成型提供一个完整的框架。因此，必须注重流动和浇口的设计。流道尽量设计成“S”形，浇口则要设计成点浇口，所选择的位置需要满足后续装配的需求，从而更好的掩盖点浇口的痕迹。如果选择了点浇口形式，需要在设计中确定浇口的脱出情况，可选择斜孔拉断浇口形式，孔径控制在3～5mm之间，倾斜角度控制在30°～45°之间效果最佳。

其四是斜顶杆和滑块设计。模具设计中内侧轴的设计是关键，其主要作用是为后盖扣合提供条件，以保证产品成型效果。主要通过在模具上布设斜顶杆的方法来实现，在模具装配过程中，要高度重视设置坐标系的方向。滑块设置类型为“Push-pull slide”，建立起侧轴芯，通过布尔求和运算，就能得到滑块和侧轴芯的和。

3.3装配设计

装配也是基于UG的模具三维设计的主要步骤，装配的主要作用是精确表达模具零部件在整个装配体系中所在位置的信息，清楚表达每个零部件之间的几何配合以及约束关系。无论何种产品，其最初的功能定义都是通过装配概念模型来展现的，可看做是装配结构的高度抽象，设计人员可按照模具的功能特征来构造装配概念模型。但对一个模具而言，其构成要素非常复杂，通过装配设计可促使设计人员能够通过三维、立体、可视化的方式，实现对每个构建组分方式及相对位置的全面观察。

4、基于UG的模具制造

基于UG的模具制造需要综合考虑多个方面，主要包括：确定模具制造机床的种类和控制系统的操作类型;明确毛坯的几何尺寸和夹具的结构大小;熟悉基于UG的模具制造的工艺路线;掌握刀具使用方法，精确把控走刀的路径、工艺参数、加工程序等。

比如：在手机前盖模具型芯制造中，需要先确定型芯的尺寸，通常为245mm×125mm×（6～130）mm，为提升制造精度，最大的加工深度不超过2mm，最大圆角半径为R0.5，具体的制造工艺包括：粗加工、半精加工、侧壁精加工、曲面精加工四个步骤：

粗加工时需要用直径为10mm的立铣刀进行加工，控制型腔分层铣削量不超过0.5mm，加工余量控制在0.2mm以内。

半精加工时选择直径为5R2.5的球头铣刀，进行模具的轮廓铣削，加工余量不应超过0.1mm。

侧壁精加工时要选择直径为10mm的立铣刀，进行模块的轮廓铣削精加工，加工余量为0mm。

曲面精加工时要选择直径为5R2.5的球头铣刀，固定轴曲面精加工进行型腔精加工，加工余量是0mm。

结束语：

综上所述，本文采用理论结合实践的方法，分析了基于UG的模具三维设计与制造，分析结果表明，模具三维设计和制造是一项非常复杂的工作，影响因素比较多，采用UG輔助设计和制造，能够大幅度提升模具设计和制造的精度，缩短模具研发制造周期，降低开发成本，契合现代化模具业发展的需求，值得大范围推广应用。

参考文献：

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[2]路万里，韦锋.浅谈基于UG的汽车线束三维设计规范与原则[J]. 汽车与驾驶维修（维修版），2019，499（10）：86-87.

[3]陈薇薇.基于UG的不规则模具工件编程加工方案研究[J].科技创新导报，2020，512（8）：48-49.

作者简介：邱泽元，男，汉族，1989年2月20日、甘肃武威，本科，工程师，中国航发西安动力控制科技有限公司，（710077 ）研究方向：工装夹具、模具、刀具的加工制造。