《模具型腔设计》ppt课件.ppt

模具CAD/CAM,中北大学材料科学与工程学院 薛勇 邮箱：xueyong@ ：15034193722,第五章 模具型腔设计,模具型腔设计是在零件实体建模的基础上进行的UG NX支持布尔操作，可以进行布尔差、布尔和、布尔交操作这种功能模仿了制造模具的加工过程，使得在CAD中建模的过程更简单、更真实例如，可以在一个实体模型中布尔差掉零件模型，所得到的便是型腔零件本章介绍UG NX布尔操作、模具型芯和型腔设计的一般方法这些操作方法可以推广到冲模、塑料模和锻模等模具的设计中去第一节 UG NX 布尔操作,布尔操作用于将两个或多个实体(或片体)组合成一个体，布尔操作包括求和（Unite）、求差（Subtract）、求交（Intersect）三种类型执行布尔操作至少存在两个实体或片体，组合的体必须相交（有重叠的部分）操作时需要选择一个目标体（Target Solid）和多个工具体（Tool solid），组合后所在的层由目标体决定布尔操作命令可在【插入】菜单的下拉菜单【特征操作】中找到,如图5-1(a)所示的【求和】【求差】和【求交】三个菜单命令图5-1 (a) 布尔操作,另外，一些特征在建立的最后需要指定布尔操作方式，例如，建立拉伸或基本体素时，如果不是第一个特征，都需要确定布尔操作方式。

如果UG的部件文件中已存有实体，当建立新特征时，新特征作为工具体，已存实体作为目标体，此外布尔操作命令还隐含在许多其它特征操作中，如建立孔、凸台和型腔等特征均包括布尔操作例如，在已有特征基础上再选择长方体特征时可按需要从图5-1(b)所示对话框选择一种布尔操作，从而形成更复杂的特征模型图5-1 (b) 布尔操作,布尔操作可以使用实体和片体，操作结果是实体还是片体取决于目标体目标体为实体，结果为实体；目标体是片体，则结果为片体 表5-1为所允许的布尔操作的不同组合表5-1 允许的布尔操作组合,一、 求和,用于将两个或多个的实体合并成一体工具体与目标体必须面接触或体相交 在模具设计中，求和布尔操作常用于凸模的冲头和模板的连接 求和操作只能用于实体，片体合并应该使用缝合（Sew）二、 求差,从目标实体减去一个或多个工具体工具体与目标体必须体相交 在模具设计中，求差布尔操作常用于凹模型腔的生成例如，模块与零件求差运算将形成凹模型腔 如果求差操作使目标体分为两个或两个以上的体，结果使目标体非参数化这时系统发布警告信息：“最终实体非参数化”二、 求差 (续1),如果用实体减去片体，结果形成非参数化的实体。

该操作相当于分割实体，片体的范围必须大于或等于重合区域，以保证能够将实体分割为两个或多个实体 如果用片体减去实体，结果是一个片体，系统求出并且减去片体与实体的重合区域 如果用片体减去片体，结果形成非参数化的片体两个片体的重合区域必须形成封闭的交线 如果求差结果出现零厚度边缘，系统发布故障信息——非分叉实体，这时可通过稍微移动工具体（建模距离公差），解决此故障三、求交,求交操作的结果生成两个体的重合部分工具体与目标体必须体相交 求交可作为建立复杂形状毛坯的一种手段 如图5-2所示，六角螺母毛坯是通过正六边形拉伸体与正六边形内接圆拉伸体(锥角45°)求交来建立的（参见教学光盘中的实例文件“Ex_nut.prt”）图5-2 求交生成六角螺母,目标体是实体不能与片体进行求交操作；,片体与片体进行求交操作时，必须保证两片体有重合的片体区域，如果片体相交只形成交线，不能完成相交操作第二节 模具普通型腔设计,本节所谓的普通型腔是指一般的体积成型中，零件呈外凸形状如前所述，模具型腔设计是在零件实体建模的基础上进行的普通型腔设计的一般方法为：,①建立零件三维CAD模型； ②建立模块模型； ③调入零件模型并准确定位； ④将模块作为目标体，零件作为工具体，两者进行布尔差运算得到型腔。

下面以轴类零件为例具体说明设计步骤某阶梯轴零件的工程图如图5-3所示图5-3 某轴类零件工程图,在UG NX中建立模具型腔的方法和步骤如下：,,(1) 建立轴类零件UG NX三维实体模型新建阶梯轴部件文件“Ex_Shaft.prt” 主模型采用圆柱特征操作，沿X方向建立第一段特征造型点击【插入】→【成形特征】→【圆柱体】或者使用图标菜单，系统出现“圆柱体”对话框，选择“直径，高度”，参数为直径50mm，高度30mm 然后采用UG圆台特征操作逐个生成各段圆轴选择【插入】→【成形特征】→【圆台】，各段参数如下： 第二段：直径90mm，高度60mm； 第三段：直径70mm，高度50mm； 第四段：直径130mm，高度90mm； 第五段：直径90mm，高度50mm； 第六段：直径50mm，高度20mm 每个圆台的定位都采用“点到点”，并选取弧的位置为“圆心”这样整个操作很方便完成的某轴类零件实体造型如图5-4所示 保存文件“Ex_Shaft.prt”图5-4 某轴类零件实体模型,(2) 生成长方体模块新建模块部件文件“Ex_Shaft_Die.prt” 采用UG NX的长方体特征操作建立模块的主模型。

点击【插入】→【成形特征】→【长方体】命令，设长方体模块的长、宽、高尺寸为500×330×150mm3，分模面沿轴线 注意该轴坐标原点在主模型圆柱的底面圆心处 因此，长方体左下角点的坐标应该为： (-100，-165，-150) 3) 在模块模型中调入零件模型在模块文件中“Ex_Shaft_Die.prt”调入阶梯轴文件“Ex_Shaft.prt”的零件模型 点击【文件】→【输入】→【部件】命令，在后续的对话框中按默认选项确定结束时的图形如图5-5所示 图5-5在模块中调入轴零件,(4) 布尔差运算生成模具型腔点击【插入】→【特征操作】→【求差】命令，将长方体模块作为目标体，轴零件作为工具体，两者进行布尔差运算得到模具型腔 最后生成的模具模型如图5-6所示 保存文件“Ex_Shaft_Die.prt” 图5-6模具型腔,第三节 模具型芯型腔设计,在生产薄壁壳形塑件或铸件等成形件时，模具的成形零件主要是由型芯和型腔组成的同样可以在模块实体和成形件模型之间采用布尔运算，获得所需的型芯和型腔部件 以下以一壳体零件为例介绍型芯和型腔的具体建模方法某壳体零件如图5-7所示a) 工程图 b) 三维造型 图5-7 某壳体零件工程图和三维造型,在UG NX中建立该零件成形模具型芯型腔的方法和步骤如下： (1) 建立壳体零件UG NX三维实体模型。

新建壳体的部件文件，文件名取为“Ex_Shell.prt”第一步 建立主轮廓的拉伸特征 (单位选用英寸),进入【应用(Application)】→【建模(Modeling)】CAD模块，激活建模功能 选择【插入(Insert)】→【成形特征(Form Feature)】→【拉伸(Extrude)】命令， 其草图如图所示 拉伸高度为1第二步 运用【拉伸(Extrude)】命令建立零件上方边长为0.5的小方孔，,其草图及定位尺寸如图5-8 b)所示 注意在拉伸成形时采用布尔求差运算第三步 对小方孔进行环形陈列执行【插入(Insert)】→【特征操作(Feature Opration)】→【引用(Instance)】命令， 选用“环形陈列(Circular Array)”，陈列数为6，角度为60 完成后的效果图 如图5-8 c)所示第四步 对底部边缘进行倒圆点击【插入(Insert)】→【特征操作(Feature Opration)】→【边倒圆(Edge Blend)】命令，选择底部圆弧边和直角边，半径为R0.5第五步 进行薄壁抽壳执行【插入(Insert)】→【特征操作(Feature Opration)】→【抽壳(Hollow)】命令，选择上表面为开口面，壁厚为0.1。

至此完成壳体零件的三维实体造型，最后的效果图如图5-7 b)所示 保存文件“Ex_Shell.prt”,(2) 生成下模块型腔,采用UG的长方体特征操作建立下模块的主模型然后与壳体零件模型进行布尔运算生成下模块型腔 具体方法有两种：其一和上述第二节普通型腔生成方法相似，在下模块的模型文件中调入壳体模型文件，然后再进行布尔运算 在此介绍第二种方法：,第一步 建立下模块型腔文件打开文件 “Ex_Shell.prt”，另存为“Ex_Shell Down_Die.prt”第二步 运用长方体（Block）特征操作建立下模块坯料点击【插入(Insert)】→【成形特征(Form Feature)】→【长方体(Block)】命令，选用“原点，边长（Origin,edge lengths）”方式设长方体模块的长、宽、高尺寸为8×8×2Inch3 考虑到壳体模型的底部圆心位置在坐标原点上，为了使型腔落在在下模块的中心，长方体的原点坐标为“-4,-4,-1”，长、宽、高分别为8、8、2，“长方体（Block）对话框”中的布尔运算选择创建（Create）长方体生成后，“Ex_Shell_Down_Die.prt”模型文件中有两个实体：壳体模型和下模块坯料长方体，如图5-9 a)所示。

第三步 布尔运算生成型腔下模块对壳体模型和下模块坯料执行【求差(Substract)】特征操作，目标体选下模块坯料，工具体选壳体零件，,运算结束后的下模块如图5-9 b)所示这时它中部包含的型芯部分，可以用于上模块的建模 图5-9 b)下模块的建模步骤,第四步 保存文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”； 并另存为“Ex_Shell_Up_Die.prt”第五步 再打开文件“Ex_Shell_Down_Die.prt” 删除模块中的型芯部分，,获得的型腔下模块如图5-9 c)所示 保存文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”3) 生成上模块型芯,第一步 建立上模块模型文件打开文件 “Ex_Shell_Up_Die.prt”第二步 生成上模块坯料执行【插入(Insert)】→【成形特征(Form Feature)】→【长方体(Block)】命令，选用“原点，边长（Origin,edge lengths）”方式长、宽、高尺寸仍然为8×8×2Inch3长方体的原点坐标为“-4,-4, 1”，或直接选取下模块的右上角点；长、宽、高分别为8、8、2，“长方体（Block）对话框”中的布尔运算选择创建（Create）。

生成效果如图5-10 a)所示图5-10上模块的建模步骤,第三步 布尔运算生成型芯上模块先删除型腔下模块，再执行【求和(Unit)】特征操作，目标体和工具体分别选上模块坯料和型芯部分，运算结束后的上模块如图5-10 b)所示第四步 保存文件“Ex_Shell_Up_Die.prt”4)型芯型腔模具装配,第一步 新建壳体模具装配文件 “Ex_Shell_Die_Assm.prt” 第二步 按从底向上的方式分别装配模具部件文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”和“Ex_Shell_Up_Die.prt” 第三步 旋转开模观察型芯型腔模具状况执行【组件重定位(Reposition Component)】”命令，选择型芯上模块，再选择组件重定位对话框的“沿一条线旋转（Rotate about a Line）”选项，如图5-11 a)所示然后在右上方分模线上选取一点，再选择“-XC”矢量方向作为旋转轴，旋转角度选90度最后获得的开模效果图如图5-11 所示图5-11 装配开模 保存文件“Ex_Shell_Up_Die.prt”本章小结,模具型腔和型芯设计是在模块和零件的实体建模基。