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【摘要】绘图软件正在模具行业中逐渐普及，需要逐步推广三维CAD系统在模具行业中的应用，尽快缩短与国外的差距。根据拉伸模具设计的经验和规则，在UG平台上将模板技术和参数化方法应用于拉伸模具的设计中，能够大大地缩短传统拉伸模具设计的周期。参数化设计技术已成为产品设计过程中一种最重要的设计方法。本文研究了参数化模板技术在拉伸、冲压模具设计中的应用方法，提高了设计效率。
【关键词】拉伸件；CAD；模具；UGNX6；参数化；模板；模块化
一般拉伸成形都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。第一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。工艺补充面设计的好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个模具的生产周期。大型模具结构一般都比较复杂，一副大型拉伸件模具有上百个零件，模具的外形尺寸也比较大。模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种，两种方法各有其优缺点。计算机二维设计，其优点是设计速度快、占用计算机内存小、对计算机硬件配置要求不高，是一种投资小、见效快的方法；它的缺点是不直观，设计错误不易被发现，不能直接用于分析和加工。三维设计有很多优点，如可实现参数化、基于特征、全相关等，使得产品在设计阶段易于修改，同时也使得并行工程成为可能。三维设计形象、直观，设计结构是否合理使人一目了然。同时，三维设计的自动标注尺寸减少了人为设计错误。但三维模具设计由于运算数据量大，目前也存在一些计算机资源要求较高等问题，需要进一步完善。
目前拉伸件模具CAD应用中存在的主要问题。拉伸件在制造业中占据着重要的位置，而拉伸件模具是生产拉伸件的主要工艺装备，对产品质量的好坏起着决定性的作用。目前国外拉伸件模具CAD/CAM技术的发展已进入实质性的应用阶段，不仅全面提高了模具设计的质量，而且大大缩短了模具的生产周期。近些年来，我国在拉伸件模具CAD技术的应用方面也取得了显著的进步，但目前依然存在着以下一些问题：
1、设计效率低。
2、标准化程度低。
3、现有CAD软件专用性差。
4、拉伸模具CAD/CAM技术的开发手段相对落后，开发的CAD/CAM系统在质量、可靠性上难以保证，并且开发周期长。
5、主要应用CAD进行二维设计，而且大多停留在用计算机绘图代替手工绘图的基础上。
参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变有关参变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸值亦发生变化，通过尺寸驱动处理后，自动生成大小符合实际要求的零件。参数化模板要求其中的曲线、曲面、实体的形状、尺寸和空间位置都是可变的。在UG中，只有作为特征，其形状和空间参数才是可以改变的，同时在参数之间建立关联。
参数化关联机制在压形模板中建立方法将生成模板的所有参数分成2种即控制参数和受控参数。受控参数的值通过公式由控制参数决定，在UG中是通过表达式功能来创建参数之间的公式关系。但由于装配部件也较多，这样所有的控制参数总共也较多，所以又将控制参数分成主控参数和非主控参数。非主控参数的值也是通过公式由主控参数决定。这样模板的所有参数将全由主控参数来决定，减少了需要修改的参数个数，增强了模板的实用性。经过不断修改，目前压形模板的主控参数有总装文件的模具闭合高度、送料高度和下模基座文件的四角平台长、四角平台宽、筋板宽、模具长度、模具宽度、模具高度和基准高度等。除了使用公式在参数之间建立起关联，还可以在草图中通过几何定位确定参数的关系。
参数化模板技术利用设计的参数化技术，将模板的尺寸进行全关联，用主要参数来对其他参数进行驱动。参数化模板技术的应用必须建立在特征建模的基础之上。在此以UG为开发平台，运用UG完善的参数化机制和强大的CAD功能进行特征建模，使参数化模板技术具有更广泛的适应性和更强大的生命力。
针对模板中使用的标准件（模柄、螺栓、螺钉、导校导套等），最好建立标准件库，这样在由模板生成具体模具时，当标准件的规格需要变换时，能够直接从标准件库中提出，方便省时。标准件库的建立工作量大，内容复杂，当然工作环境仍然是UG。根据零件的形状和尺寸，首先在计算机中以工程草图的形式画出，尺寸以参数形式表示，然后对这些参数赋以不同的值，就能够建立起一组形状相同、规格不同的标准件。
将专家或专业人员的经验变为知识模板，放在UGNX6产品设计和制造系统中，当设计或制造一个新模具时，可重复使用这个知识模板，从而达到有效缩短拉伸模具的设计和制造周期的目的。在UG公司提供的解决方案中，已经开发出冲压模具工程向导、注塑模具向导、多工位级进模具向导、加工制造向导等多种面向模具工业的专业模块。这些向导都是基于知识工程语言而开发出来的，它不同于串行或并行的模具设计和制造方式，其特点是将知识放在系统里，进行基于经验和知识的设计。拉伸件模具的工艺设计和结构设计在UGNX6系统中主要通过模具工程和模具设计两个模块实现。同时，在UGNX6解决方案中将产品的可制造性验证融入模具开发中，以保证设计质量。
产品数据可以通过UGNX6建模功能完成，如果是其他CAD软件的数据，可以通过UGNX6提供的丰富的数据接口转换，如IGS、STEP等。并可对读取的数据进行检验和修复。组织和管理数据，明确模具操作步骤，创建模具冲压方向，定位产品，创建模具型面，执行修边角度检查，创建模具操作序列。在设计阶段确定可制造性，验证拉伸、修边、冲孔和翻边是否符合标准，并可用户自定义标准。这样可以确保设计的可制造性，在设计中考虑生产制造成本，减少下游过程的重复工作。
提供了创建工艺补充面等必要的几何图形，以及压料面的设计。创建工艺补充面，建立模具的形面。工艺补充面和压料圈用截面线参数化的定义，自动创建精确的修边线和其他模具设计所需曲线，减少手工操作，并在截面线之间提供光滑的过渡。可以通过翻边旋转角度，以及通过函数、通过表面和通过均匀比例的方式建立回弹补偿后的模具形面。创建拉伸、修边、翻边等工序的模具结构。模具结构设计，可管理每副模具的数据，指定加工属性和结构分析等。模具设计采用全实体设计，设计过程按照设计准则进行检验，确保设计的可制造性，并改善可视化效果和分析结果，减少物理试验。
通过对CAD的分析，使用UGNX6软件解决产品参数化模板有如下几点优点：
1、在一个系统中具有产品设计、模具工艺和结构设计以及数控加工的独特能力，避免了在不同系统间数据转换带来的错误。
2、主模型的使用，支持并行工程。
3、参数化设计的运用，提升了相关设计的水平，确保了设计更改自动更新，节省大量时间。
4、内置的可成型的知识工程，提高了模具开发质量。
5、实现模具开发过程标准化。
6、缩短模具制造周期。
7、大大降低模具设计和制造的成本。
参考文献
[1]刘文剑，常伟等.CAD/CAM集成技术.哈尔滨工业大学出版社，2000
[2]刘向阳，占向辉，张恩光.UGNX中文版CAD详解教程.清华大学出版社，2007
【关键词】拉伸件；CAD；模具；UGNX6；参数化；模板；模块化
一般拉伸成形都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。第一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。工艺补充面设计的好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个模具的生产周期。大型模具结构一般都比较复杂，一副大型拉伸件模具有上百个零件，模具的外形尺寸也比较大。模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种，两种方法各有其优缺点。计算机二维设计，其优点是设计速度快、占用计算机内存小、对计算机硬件配置要求不高，是一种投资小、见效快的方法；它的缺点是不直观，设计错误不易被发现，不能直接用于分析和加工。三维设计有很多优点，如可实现参数化、基于特征、全相关等，使得产品在设计阶段易于修改，同时也使得并行工程成为可能。三维设计形象、直观，设计结构是否合理使人一目了然。同时，三维设计的自动标注尺寸减少了人为设计错误。但三维模具设计由于运算数据量大，目前也存在一些计算机资源要求较高等问题，需要进一步完善。
目前拉伸件模具CAD应用中存在的主要问题。拉伸件在制造业中占据着重要的位置，而拉伸件模具是生产拉伸件的主要工艺装备，对产品质量的好坏起着决定性的作用。目前国外拉伸件模具CAD/CAM技术的发展已进入实质性的应用阶段，不仅全面提高了模具设计的质量，而且大大缩短了模具的生产周期。近些年来，我国在拉伸件模具CAD技术的应用方面也取得了显著的进步，但目前依然存在着以下一些问题：
1、设计效率低。
2、标准化程度低。
3、现有CAD软件专用性差。
4、拉伸模具CAD/CAM技术的开发手段相对落后，开发的CAD/CAM系统在质量、可靠性上难以保证，并且开发周期长。
5、主要应用CAD进行二维设计，而且大多停留在用计算机绘图代替手工绘图的基础上。
参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变有关参变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸值亦发生变化，通过尺寸驱动处理后，自动生成大小符合实际要求的零件。参数化模板要求其中的曲线、曲面、实体的形状、尺寸和空间位置都是可变的。在UG中，只有作为特征，其形状和空间参数才是可以改变的，同时在参数之间建立关联。
参数化关联机制在压形模板中建立方法将生成模板的所有参数分成2种即控制参数和受控参数。受控参数的值通过公式由控制参数决定，在UG中是通过表达式功能来创建参数之间的公式关系。但由于装配部件也较多，这样所有的控制参数总共也较多，所以又将控制参数分成主控参数和非主控参数。非主控参数的值也是通过公式由主控参数决定。这样模板的所有参数将全由主控参数来决定，减少了需要修改的参数个数，增强了模板的实用性。经过不断修改，目前压形模板的主控参数有总装文件的模具闭合高度、送料高度和下模基座文件的四角平台长、四角平台宽、筋板宽、模具长度、模具宽度、模具高度和基准高度等。除了使用公式在参数之间建立起关联，还可以在草图中通过几何定位确定参数的关系。
参数化模板技术利用设计的参数化技术，将模板的尺寸进行全关联，用主要参数来对其他参数进行驱动。参数化模板技术的应用必须建立在特征建模的基础之上。在此以UG为开发平台，运用UG完善的参数化机制和强大的CAD功能进行特征建模，使参数化模板技术具有更广泛的适应性和更强大的生命力。
针对模板中使用的标准件（模柄、螺栓、螺钉、导校导套等），最好建立标准件库，这样在由模板生成具体模具时，当标准件的规格需要变换时，能够直接从标准件库中提出，方便省时。标准件库的建立工作量大，内容复杂，当然工作环境仍然是UG。根据零件的形状和尺寸，首先在计算机中以工程草图的形式画出，尺寸以参数形式表示，然后对这些参数赋以不同的值，就能够建立起一组形状相同、规格不同的标准件。
将专家或专业人员的经验变为知识模板，放在UGNX6产品设计和制造系统中，当设计或制造一个新模具时，可重复使用这个知识模板，从而达到有效缩短拉伸模具的设计和制造周期的目的。在UG公司提供的解决方案中，已经开发出冲压模具工程向导、注塑模具向导、多工位级进模具向导、加工制造向导等多种面向模具工业的专业模块。这些向导都是基于知识工程语言而开发出来的，它不同于串行或并行的模具设计和制造方式，其特点是将知识放在系统里，进行基于经验和知识的设计。拉伸件模具的工艺设计和结构设计在UGNX6系统中主要通过模具工程和模具设计两个模块实现。同时，在UGNX6解决方案中将产品的可制造性验证融入模具开发中，以保证设计质量。
产品数据可以通过UGNX6建模功能完成，如果是其他CAD软件的数据，可以通过UGNX6提供的丰富的数据接口转换，如IGS、STEP等。并可对读取的数据进行检验和修复。组织和管理数据，明确模具操作步骤，创建模具冲压方向，定位产品，创建模具型面，执行修边角度检查，创建模具操作序列。在设计阶段确定可制造性，验证拉伸、修边、冲孔和翻边是否符合标准，并可用户自定义标准。这样可以确保设计的可制造性，在设计中考虑生产制造成本，减少下游过程的重复工作。
提供了创建工艺补充面等必要的几何图形，以及压料面的设计。创建工艺补充面，建立模具的形面。工艺补充面和压料圈用截面线参数化的定义，自动创建精确的修边线和其他模具设计所需曲线，减少手工操作，并在截面线之间提供光滑的过渡。可以通过翻边旋转角度，以及通过函数、通过表面和通过均匀比例的方式建立回弹补偿后的模具形面。创建拉伸、修边、翻边等工序的模具结构。模具结构设计，可管理每副模具的数据，指定加工属性和结构分析等。模具设计采用全实体设计，设计过程按照设计准则进行检验，确保设计的可制造性，并改善可视化效果和分析结果，减少物理试验。
通过对CAD的分析，使用UGNX6软件解决产品参数化模板有如下几点优点：
1、在一个系统中具有产品设计、模具工艺和结构设计以及数控加工的独特能力，避免了在不同系统间数据转换带来的错误。
2、主模型的使用，支持并行工程。
3、参数化设计的运用，提升了相关设计的水平，确保了设计更改自动更新，节省大量时间。
4、内置的可成型的知识工程，提高了模具开发质量。
5、实现模具开发过程标准化。
6、缩短模具制造周期。
7、大大降低模具设计和制造的成本。
参考文献
[1]刘文剑，常伟等.CAD/CAM集成技术.哈尔滨工业大学出版社，2000
[2]刘向阳，占向辉，张恩光.UGNX中文版CAD详解教程.清华大学出版社，2007