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面鈑金零件沖壓模具設計探究

摘要：在復雜型面鈑金零件生產過程中，做好沖壓模具三維數字化設計屬于非常重要的工作內容。本文針對三維數模造型基礎原理展開分析，通過研究沖壓方向確定、沖壓力的計算、通用部分設計、型面模型修補、搭建三維模型、三維圖紙表達等內容，其目的在于提高沖壓模具設計內容的合理性，提升零件的生產質量。

關鍵詞：沖壓模具；三維數字化；復雜型面鈑金零件；三維圖紙

0引言

傳統的圖紙表達以二維工程圖為主，對于具有復雜曲面的模型，配以三維實體模型。隨著數字化技術的不斷發展，這種表達方式已經不能滿足高效率生產的需要。三維圖紙是借助三維設計平臺，將模型的結構形狀信息，標注、公差、制造技術要求等非幾何制造信息以及設計管理信息融為一體的新型表達方式。應用其參數化及曲面建模功能，設計了一副具有復雜空間曲面的冷沖壓模具，可以積累相應的應用數據，為后續模型參數的不斷完善奠定基礎。

1三維數模造型基礎原理分析

在三維數模造型在應用中，其核心內容便是進行幾何建模，建模質量直接影響成品質量。在具體設計過程中，其基礎應用原理在于利用數據結構來對三維物體的幾何形狀進行建立，同時借助計算機系統來完成信息模型的應用處理，使搭建的模型完整性和使用價值得到有效提升。已經完成建立的三維模型中，涉及到物體的幾何應用信息和拓撲應用信息，前者主要是對物體內容的幾何元素進行準確呈現，內容包括空間位置參數、尺寸大小等，而且在應用中，也會借助數學公式對于物體的邊界參數進行合理描述，從而提升內容的可靠性。后者在應用中，主要呈現出的信息包括元素的基礎數目和相應的連接關系，借此來滿足模型的應用要求。

2沖壓模具的三維數字化設計要點分析

2.1沖壓方向確定

在對沖壓模具展開三維化應用設計時，明確沖壓模具中的沖壓方向屬于非常基礎的工作內容。在具體的應用中，需要重點考量以下兩類內容，一種是沖壓模具中不允許存在沖壓負角，避免模具開裂情況的出現。另一種是模具的方向需要與翻邊孔保持一致，減少模具使用期間沖量所帶來的影響。目前常用的處理軟件為CATIA，在具體應用中，會通過Point、Line兩種軟件功能，依托于沖壓模具方向來展開沖壓坐標系，在坐標系當中會默認Z軸作為模具的沖壓方向，隨后利用拔模分析工具來對所建立坐標系合規性進行分析，滿足要求后可以進入到下一設計環節。

2.2沖壓力的計算

復雜型面鈑金零件在生產制作過程，需要借助沖裁力來完成零件的加工處理，因此在沖模設計環節，也需要做好沖壓力的計算工作，確保零件生產過程的有序性。在具體應用中，沖裁力的最大值可以根據公式F=ST（其中F表示沖裁力；S表示剪切斷面的面積；T表示材料本身的抗剪力強度。）來完成計算。而在零件實際的生產過程中，還需要考慮材料加工期間力學性能變化情況，結構之間地應用間隙等內容，那么此時在對其進行設計時，可以使用下列公式來完成計算，即F=kLDT，其中k表示生產過程中的安全系數；L表示加工過程中沖裁輪的整體長度；D表示加工板料的總厚度。利用上述兩類公式來作為后續設計期間應關注的內容，這也是提升結構設計合規性的基礎條件。

2.3通用部分設計

2.3.1主體結構設計。在對沖模結構進行應用設計時，需要先進行主體結構的應用設計，在具體應用過程中，主體結構主要是由上、下模結構和卸料結構組成。在對其展開應用設計時，需要將滾動導向作為設計過程中的副導向結構，這樣可以有效提升結構導向過程的應用精度。為了滿足復雜零件的生產需求，在結構設計期間，也需要在軟件中對于模具的閉合高度進行調整，使模具結構的限位板能夠和卸料板座進行直接關聯，以此來優化彈性元件壓邊力的不足。所設計參數內容也需要借助軟件來進行校正，修正偏差數值，提升所設計內容的精準度。對于修正后的參數信息進行保存，保持動態監督的狀態，可以對生產過程中出現偏差的情況進行及時調整，從而確保所設計結構的合理性和可靠性。2.3.2定位裝置設計。在復雜型面鈑金零件制作過程中，需要進行多個步驟的應用操作，因此在前期設計期間，需要做好定位裝置的設計工作，其作用便是確保料帶在工作期間能夠維持在比較穩定的狀態，不會因此發生偏移的情況，這樣也確保結構應用后能夠得到和合規的生產元件。在具體的設計中，主要借助導尺、浮料銷等結構來輔助結構的順利定位，以導尺結構為例，這也是結構設計中經常使用到的結構，在具體的應用設計中，會將導尺布置在料帶的送進方向，并且將其放置在凹模平面的兩側，使其和凹模的中心線保持平行，以此來確保結構穩定性。另外，定位裝置的各項參數都需要在數據庫內進行提前備份，這樣在對其進行更換處理時可以及時更新新的數據信息，以便于設計體系內容的不斷完善。2.3.3卸料裝置設計。除了上述提到的設計內容外，還需要注意卸料裝置的應用設計，在沖壓模具工作過程中，其模具處于閉合的應用狀態，并且彈簧結構也處于被壓縮的袋狀態，而此時在結構應用環節，會采用彈壓卸料裝置來進行處理，這樣可以避免材料在應用中出現位移的情況，確保結構應用過程的完整性。同時在結構完成沖壓操作之后，結構彈簧會重新復位，此時卸料板會在此作用下被卸下，而且彈壓卸料也會高出模板結構，對于結構進行壓住，隨后再進行沖壓，從而提升結構應用過程的穩定性[1]。另外，在卸料裝置應用過程中，還需要依托于其他技術來不斷完善設計體系，從而為卸料工作的順利開展奠定基礎。

2.4型面模型修補

完成上述應用設計后，需要對型面模型進行修復處理，在具體應用中，可以對工藝面結構進行形狀補充，并且沿著沖壓方向向外延伸進行補充，使結構的完整性得到進一步提升。而且在修補過程中，還可以在補充面上進行定料銷及導向銷孔的布設，使其可以根據要求初步形成滿足應用要求的型面模型，并且由此來組成實體結構，提高其應用效果[2]。在此過程中，也會利用相應的軟件進行輔助，軟件應用過程的主要作用在于，對于外形設計模塊進行應用處理，了解具體的參數信息，隨后以了解到的參數信息為基礎條件，對于缺陷面結構進行修補，做好相應的校驗處理工作，使其能夠按照要求生成實體命令，滿足應用要求。同時在模型修補過程中，還會對修補情況進行反饋，整理反饋信號后確定所修補參數的合規性，如果指令沒有達到預期的設計效果，還需要對其進行再次調整，提高信號內容的實用性，提升修補結果的可靠性。

2.5搭建三維模型

在具體的應用過程中，搭建三維模型屬于非常重要的工作內容，而且在應用過程中，也會使用相應的應用軟件來進行模塊結構的設計，根據復雜零件中所需要注意的應用內容，對于實體模型中的各類參數進行優化處理，而且還需要依托于應用模型來建立翻邊的凸模結構，結構的應用參數需要在前期做好應用計算，得到可靠的計算結果。從目前使用的情況來看，經常使用到的軟件包括CAD軟件、CATIA軟件等。以CATIA軟件為例，在具體應用中，可以利用CATIA的Formula功能、DesignTable功能和Catalog功能，對于結構零件參數進行細化，從而提升分析結果的應用價值[3]。并且在模型建立完成后，也需要結合實際情況來對其進行糾偏，確保各項參數信息的合理性，提前做好數據存儲等工作，從而提升存儲內容的合理性和合規性。

2.6三維圖紙表達

2.6.1標注表達設計。在三維圖紙表達處理的過程中，展開標注表達設計屬于非常基礎的工作內容，利用設計軟件提供的便利條件，可以對標注內容進行合理控制。而且在此過程中也使用到了三維標注技術，對于已經建立的模具模型，對其產品的尺寸內容、公差情況、制造技術等內容來順利完成信息的組織和表達，提升操作管理結果的可靠性。而且在具體的使用過程中，也可以借助實體化應用模型來完成產品定義處理，從而使結構在定義期間可以成為現實結構[4]。在表達過程中還需要對其他細化內容進行整理，同時兼顧一些基礎參數，以滿足表達結構具體的應用需求。2.6.2屬性表達設計。與標注表達相對應的內容便是屬性表達，在具體的設計表達中，也會借助字符串來進行表達。在相關設計軟件的輔助下，可以借助三維模型結構規范內容來完善應用體系，并且在應用中每一條屬性描述在應用中都是由標識名稱或屬性值構成。在應用中需要對形式內容進行確定，一般情況下都會采用屬性值+數據值的方式來進行表達，對于表達的內容也需要進行細化處理，調整好各個參數信息的編號情況，對其進行基準處理，從而推升分析結果的使用價值，能夠為后續參數調整提供有利參考[5]。除此之外，對于得到的屬性數據也需要進行定期更新，使其可以更加契合目前的應用狀態，從而提升各類數據的應用價值。

3結束語

綜上所述，基于模型的基礎情況，利用設計軟件中對應設計模塊的優勢，能夠順利完成復雜曲面冷沖壓模具設計，該模具實現了外形翻邊、凸筋成形、內孔翻邊及錐形凸孔等工藝要求。并進一步，實現了三維圖紙所需完整信息的表達，直接反映設計人員的設計意圖，并被其他使用人員理解，減少因數據理解不一致導致出錯的可能性。實現了三維無紙化、數字化設計及制造，從而縮短研制周期，降低研制成本。

作者:鄒哲峰張楊姜宇峰單位:哈爾濱第一機械集團有限公司鈑金分廠陸裝沈陽軍代局駐哈爾濱地區第一軍代室