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基于NX的多工位级进模设计 |
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作者：李晓达 占向辉 |
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级进模有两个或两个以上的工位，在冲床的一次行程中，在模具的各个工位上同时完成两个或两个以上不同的加工。其具有冲压生产率高、操作安全简单、模具寿命长、产品质最高、生产成本较低、但设计和制造难度大，对经验的依赖性强等特点。在各类冷冲模具中，级进模所占比例达27%。随着设计和制造技术的发展，级进模的工位数逐步增加、精度提高、功能复合。在设计和制造中普遍采用先进的CAD/CAM技术及数控加工技术。
在级进模设计中要注意以下问题：
(1)要用系统的观点，从冲压、模具制造等多方面构成的大系统中确定级进模的结构和零件方案，要重视实践经验的的作用；
(2)级进模结构复杂，设计难度大，制造费用高，周期长。要充分了解产品零件的加工需求和使用条件。
(3)模具设计和制造具有技术密集型的特点，设计和制造密切相关。
在设计的过程中，本交结合NX/钣金，NX/PDW来完成一套级进模，利用PDW自动化设计能力，通过系统所提供的各种计算功能，快速、有效地进行模具设计，提高了设计效率。
1 镀金模型的建立
Siemens NX/钣金模块提供的方便快速的钣金设计工具，在材料特性知识和制造过程的基础上智能化地设计和管理钣金零部件。本例通过钣金模块中的垫片、弯边、法向除料等命令建立了钣金部件如图1所示：厚度：0.2mm；材料：08钢。
图1 钣金部件
2 多工位级进模设计
Siemens NX/PDW是三维级进模CAD系统。PDW模拟了专家系统的级进模设计流程。PDW内嵌了大量的模具设计知识和业界最好设计经验，全程指导用户完成冲压模具的设计，并提高用户模具设计的创新能力。通过与NX其他功能的结合，如WAVE、主模型功能、NX/PDW具有更强的自动化设计能力。可利用向导菜单所提供的设计步骤，逐步地完成整套摸具的设计。也可通过系统所提供的各种计算功能，快速，有效地进行模具优化设计，进一步提高设计效率。PDW中进行级进模设计的流程如图2所示。
图2 PDW级进模设计流程
2.1 零件的预处理
在设计模具前，要准备合适的零件模型。零件模型一定是由钣金特征构成的实体模型。首先将在钣金模块中建好的模型在NX中打开，使用“Form/Unform”命令展开和弯回模型，验证其适用性。
2.1.1 工程初始化
工程初始化：插入钣金件，指定部件材料，指定工程装配体路径和名字。初始化完成后，PDW生成一个项目装配结构，作为后续设计的模板。
2.1.2 毛坯展开
“毛坯展开”对话框提供工具使部件展开形成毛坯，一个包含“blank”名称的装配体部件被创建出来。
2.2 级进模的工艺设计
级进模工艺设计包括：毛坯排样；废料设计；条料排样；工艺力计算。
2.2.1 毛坯的排样
毛坯排样用于设计冲压件毛坯外形在条料上的截取方位及与相邻毛坯的关系。毛坯排样方案的选择对于材料的利用率、冲压工艺性以及模具的结构和寿命都有显著的影响。在冲压件的成本中，材料费用所占比例60%以上。因此合理的排样对提高材料利用率、降低产品成本具有重要意义。
PDW毛坯排样的具体操作有：插入毛坯零件，平移，旋转，复制，设置条料宽度，布距，计算材料利用率，最小距离等。
2.2.2 废料的设计
冲压件毛坯的外轮廓及内孔的冲切可以一次完成，也可以分几次完成。在级进模的设计当中，一般总是将外形和内孔分几次冲切。这就是所谓的废料设计。合理的废科设计会简化凸模和凹模的外形、便于加工、缩短周期、提高质量、降低成本；改善凸模和凹模受力状态，提高模具强度和寿命，便于工件在模具中送进等。
PDW提供了废料设计的工具，以毛坯排样的结果作为对象，自动提取毛坯的内孔及外轮廓，再自行生成一些直线和曲线，与毛坯的边界组合形成废料。
2.2.3 条料排样设计
条料的排样目的就是设计从平板料到产品零件的转变过程，是级进模工艺设计中最重要的一步；PDW中的设计过程是：指定排样的方向、指定工位的个数、工艺排样、条料仿真，其仿真结果如图所示。
条料仿真
2.2.4 工艺力计算
PDW可对设计中工艺特征自动或交互地计算。计算总的工艺力和压力中心，节省了大量的时间、免除了复杂的计算过程。
2.3 级进模的结构设计
存完成前面的工艺设计步骤后，进入到级进模结构设计阶段。PDW提供了各种类型、各种规格的标准模架三维装配模型，并包含了常用的组件。
2.3.1 加载模架
根据模具设计要求，PDW提供了标准模架库，可以选择满足参数要求的模架规格；也可以根据设计要求，设置模架参数。添加导柱导套，根据要求修改参数等。
2.3.2 组件设计
级进模的生产中，由于冲裁和成形等工作部分容易损坏，所以一般做成镶块形式，便于更换，降低成本。PDW提供了常见的工艺镶件库，此例用到了冲裁、弯曲等镶件库，也根据自己的设计编辑镶件甚至自己设计镶件插入到工程中。本例设计的组件包括冲裁镶块组、弯曲镶块组等，如图所示。
级进模组件
在完成以上设计后，级进模的主体部分已经完成，还需抬料钉、导正钉、组件固定装置的设计，另外，要在模板上开出让位孔，让位槽、安装孔等。
3 结束语
PDW以NX为平台，全部采用三维设计，内嵌大最模具设计知识和设计经验。工艺特征用于条料排样和零部件设计整个级进模设计过程。提供了条料的成形仿真，帮助用户判断条料排样是否正确。模具的镶件以组件库的形式提供，也提供了标准模架、标准件，可以对其进行修改、定制。使用PDW模块进行级进模设计，快速、有效、灵活，提高了设计效率。(end)
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(4/20/2012) |
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