Pro/E高級功能在沖壓工藝計算及模具設計中的應用

文/李焱·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司

Pro/E高級功能在沖壓工藝計算及模具設計中的應用

文/李焱·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司

隨著計算機技術的飛速發展，三維CAD技術的日趨成熟與完善，為模具設計提供了有利的工具，其中美國參數化技術公司（PTC）的Pro/E以其強大的參數化功能被諸多用戶所青睞，尤其在模具設計領域?？偨Y應用經驗，發現Pro/E除了進行模具結構設計，還可以利用其參數間的關系功能對復雜回轉體進行動態工藝計算，使很多繁雜的工藝計算簡單化及實現零件名稱參數化（與實體特征尺寸始終保持“聯動”）。

復雜回旋體工藝計算

如圖1所示為鐵路貨車制動系統中的重要零件，生產批量大、質量要求高。該件采用厚度為5mm的08AL材料，毛坯的形狀為圓形，其中拉深工序是保證產品質量的關鍵。

工件高度h＞0.8d（零件直徑d為179mm）為深拉深件，需要多次拉深。在保證產品質量的前提下，為了提高生產效率，工件采用逐漸增加錐形高度的拉深法。工件第一、二次拉深外形如圖2、3所示。

三維展開分析

圖1 零件外形

對于復雜的旋轉體拉深件，在二維CAD條件下，多采用作圖法和解析法，工作量大、計算繁雜、誤差也較大。而在Pro/E的技術支持下，依據毛坯拉深尺寸計算原理，利用Pro/E全參數化的特點通過編輯關系，很快計算出復雜旋轉體拉深件的毛坯尺寸。

圖2 一次拉深外形

圖3 二次拉深外形

首先，在已生成的零件中增加參數v并編輯關系，從而將該零件的體積數值賦給v（賦值前先進行模型分析）。之后在零件一端面插入一條基準曲線，并將其尺寸切換為符號形式，見圖4。將尺寸切換為數值形式后，此時所顯示的基準曲線直徑數值即該拉深成形件的展開尺寸見圖5。

在彎曲件展開中的應用

彎曲件的展開計算是沖壓工藝計算的一項重要基礎工作。彎曲件展開是依據材料彎曲后中性層原理進行計算的。如圖6所示，對于簡單的彎曲件展開可通過經驗公式及二維CAD圖解法計算，但對于一些空間形狀復雜的立體彎曲件通過上述方法很難快速得到惟一準確的展開尺寸。利用Pro/E展開功能可以快速準確的生成工件展開圖（圖7），具體原理如下：Pro/E中，X因子為內側邊到折彎中線距離和板料厚度的比值，Y因子為0.5π·X。在不自定義參數值（X、Y因子）及無折彎表的情況下，系統有一個默認的中性層系數值，這也是為什么在大多數情況下Pro/E做出的展開尺寸與實際有偏差的原因。在實際應用過程中，發現通過參照表1設定X因子數值可以獲得較為準確的展開尺寸，如圖8所示。

圖4 尺寸切換為符號形式

圖5 自動生成并顯示展開尺寸

■表1 彎曲中性層系數

圖6 彎曲件二維圖

圖7 復雜彎曲件三維展開

圖8 彎曲件展開尺寸

圖9 螺釘示意圖

模具設計零件名稱參數化

在使用Pro/E的過程中，對于經常重復使用的國標、廠標等標準件的工程師會發現，在更改原特征尺寸的同時必須把相應參數設置中的名稱更改過來，從而保證二維圖相關聯的名稱與實物相符。而通過關系功能則可以實現零件名稱與設計意圖始終保持一致，從而避免了重復勞動以及由于疏忽而導致的組裝誤差。

如圖9所示為“螺釘M8X20”，如果將特征尺寸20mm改為40mm，則需將其名稱更改為“螺釘M8X40”，否則制造出的實物就會與設計意圖產生偏差。這樣，每次調整尺寸時都需將其名稱更改過來。而利用關系功能中的字符串操作符和函數，可以實現零件名稱與其特征尺寸始終保持一致，其名稱由編輯的關系驅動，無法手動進行更改。

首先將零件尺寸切換為字符形式，與螺紋直徑及螺釘長度尺寸相對應的字符為d2、d3。然后增加零件名稱中與上述尺寸對應的參數dd2、dd3——螺釘M8（dd2）X20（dd3），并在關系式中將兩個尺寸值轉換為字符串后賦給這兩個參數，編輯完成后，零件名稱中的用戶參數由輸入的關系式驅動，當更改特征尺寸時，其名稱同時“聯動”若手動更改零件名稱，系統則會提示無法更改。

結束語

Pro/E強大參數化功能在模具設計中的廣泛應用，使廣大的工程設計人員從繁雜的手工繪圖（包括AutoCAD）與計算中解脫出來，極大地提高了設計效率和設計質量。