基于UG軟件輔助板材成形沖壓模具設計教學研究

劉發 趙洪運 于靜泊 楊海峰 周威佳

【摘要】近年來，隨著科技的高速發展，使用計算機輔助設計進行產品設計已經被廣泛應用，三維實體參數化造型技術已經成為現代產品設計的主流，工程設計和制造已經進入到三維設計時代。本文將UG三維實體設計應用于沖壓模具設計專業課中，相輔相成，強化學生的專業知識并培養學生的工程化設計能力，形成一套完整的綜合實踐教學體系，快速為社會培養高水平專業人才。

【關鍵詞】UG ?三維實體造型 ?板材成形 ?模具設計

【中圖分類號】G642.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）18-0032-02

板材成形原理與方法是工科院校材料成形及控制工程專業必修的一門專業課，講述了板材的成形工藝及模具設計。由于板材成形模具結構復雜且目前幾乎所有教材引用的都是二維圖，學生學習難度大。為了提升學生專業知識水平和設計能力，采取更有利于學生理解的教學方法尤為重要。本文結合板材成形沖壓模具設計與UG三維實體設計實踐經驗，提出一種利用UG三維實體設計輔助板材成形沖壓模具設計的教學方法。

1.UG三維實體造型軟件特點

隨著計算機技術的快速發展，計算機輔助設計已經得到廣泛應用。用UG軟件進行設計，能直觀、準確地反映零、部件的形狀和裝配關系，可以使產品開發完全實現設計、工藝、制造的無紙化生產[1]。UG在進行模具設計時體現的優勢：第一，弱參數化或無參數設計，有利于反復修改，更新時不出錯，符合模具設計時反復修改的設計事實;第二，UG有專門的模具部件生成模塊，可快速生成上下模型面、修邊鑲塊及翻邊鑲塊等;第三，UG中有快速建模模塊，專門針對模具設計開發。

2.UG三維實體造型在教學中的應用

2.1應用UG三維實體造型功能快速建立空間概念

沖壓模具都是金屬制造，小到幾十公斤，大到三四十噸，課堂實物展示很難實現，課本引用范例又都是二維圖紙，對于剛開始學習專業課的學生來說，理解起來很困難。設計模具，首先要認識模具，了解模具的構成和各個部件的作用。通過UG三維實體造型功能可輕松實現。在UG中打開一套模具圖，如圖1所示，為汽車B柱拉延模下模。通過此三維實體圖，可清晰的給學生講解模具的整體結構及各部件功能。

2.2應用UG三維實體造型功能快速生成模具型面

板材成形沖壓模具都是由工作部分和模具本體構成，模具工作部分是指和產品上下表面型面相符的凸模及凹模型面。模具本體是安裝凸模和凹模的框架。模具設計時首先要從模具工作部分開始。以汽車前橫梁為例，圖2所示為汽車前橫梁產品圖。在進行模具設計前，首先要完成產品工藝設計，如圖3所示即為此前橫梁工藝設計圖。我們以圖3所示的工藝為依據進行模具結構設計。板材成形沖壓模具設計課程在傳統教學中有如下不足：第一，教材引用范例全是二維工程圖，初學者很難想象到零件的三維形狀;第二，依據工藝圖紙，像前橫梁這種復雜形狀的零件，學生無法知道如何將模具型面設計出來，有太多曲面形狀，無從下手。介于上述問題，通過UG三維實體造型功能可快速解決，步驟如下：第一，在UG中將圖3工藝文件打開，利用縫合片體功能，縫合為一整張面;第二，在UG中生成一長方體，長方體穿過縫合后的工藝型面;第三，UG中利用拆分體功能，將此長方體一分為二，分割面即為縫合后的工藝型面。拆分后長方體變為兩部分，工藝型面以下即為凸模型面，如圖4左圖所示，工藝型面以上即為凹模型面，如圖4右圖所示。以上便是利用UG輔助完成模具設計課程講解的過程，包括凸凹模型面概念講解、凸凹模型面生成過程等。

2.3應用UG三維實體造型功能快速演示模具工作原理

板材成形沖壓模具分為壓型、拉延、修邊沖孔、翻邊整形模等， 如何讓學生快速明了的掌握各種模具的工作原理、了解模具各部件的相對運動關系，是此課程的重點和難點。通過課本上的二維圖紙，很難清晰的表達出來。通過UG三維實體造型功能可輕松解決，以圖5壓型模具為例，主要實現途徑有兩種：第一，在UG中打開已設計好的壓型模具，通過三維實體造型中的移動功能，可以將上模上下移動，從而實現對模具運動關系的講解，如圖5中從第一幅圖到第6幅圖分別是上料且板料放置到位、上模下行、上模與板料接觸、上模到底、上模上行、取出零件。第二，UG中可直接生成動畫，通過動畫更直觀的了解到模具工作時的相對運動關系。

3.應用UG三維實體造型功能輔助教學實踐效果

將UG三維實體造型技術和板材成形模具設計專業課程有機結合，經過實踐，有如下幾個方面的教學效果：第一，學生的學習興趣和積極性得到了提高，學生聽得懂、學得會，興趣自然會增加;第二，學生的空間想象力有了大幅提升。先看到實際工作運動關系，再去設計，便更容易完成，經驗更容易積累;第三，學生的工程化設計能力有了大幅提升。經過反復設計實踐，工程化意識得到強化;第四，鼓勵學生參加三維實體設計大賽和三維實體設計證書考試，豐富了學生的學習經歷并增強了專業技能。

4.結束語

目前，三維造型技術已廣泛應用于現代工程制圖教學的各個環節，三維技術的應用以其直觀性好，形體表達充分、清楚的優勢得到教師和學生的一致認可[2]。采用UG三維實體造型技術和板材成形模具設計專業課程有機結合，克服了傳統教學的不足，如空洞、難以理解、空間感不足、無法想象運動關系等。更好的激發了學生的學習積極性和學習熱情，學生更透徹更清晰的理解了教學內容，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]張文兵等.基于UG的復雜零件三維建模[J].北京工業職業技術學院學報，2012（1）：38.

[2]靳萍.基于三維工程制圖教學的研究與實踐[J].實驗室科學，2012（6）：21.

作者簡介：

劉發（1981-），男，內蒙古四子王旗人，碩士，工程師，主要研究方向為模具CAE/CAD/CAM。

趙洪運（1966-），男，山東青州人，教授，博士研究生導師，主要從事焊接材料及工藝方面研究。