基于CAD/CAM軟件的鈑金零件及其模具設計
引言
機械零件中鈑金零件有著很大的數量，而高效、準確地對其及其模具進行設計，在現代制造的要求下，變得越來越重要。目前常用的一些CAD/CAM軟件也為鈑金零件及其沖壓模具的設計提了高效便捷、準確快速的手段。本文以Pro/ENGINEER為例，論述了沖壓成型的鈑金零件及其模具進行設計的過程與方法。圖1為設計流程圖，圖2為一個設計實例的鈑金零件圖。
1 設計步驟
(1) 首先根據零件使用的幾何、力學功能和制造條件等要求確定零件的設計結構和制造工藝。
(2) 如果零件為彎曲、沖裁結構，可直接用Pro/E的"零件-鈑金"模塊完成零件設計;如果零件為拉伸結構(見圖2)，可以先用Pro/E的"零件-實體"模塊設計出拉伸模具的凹模(與或凸模)，再用Pro/E的"零件-鈑金"模塊設計出零件的基本結構，圖2零件先設計一個圓板，然后利用"成型(FORM)"命令，把拉伸成型結構的凹模形狀復制到零件中。
(3) 完成零件其它結構的設計，如圖2零件的卷邊。
(4) 完成展開圖。
(5) 完成拉伸、沖裁和彎曲或其它所需模具的設計。
圖1 設計流程
圖2 拉伸零件圖
2 設計方法
2.1 拉伸結構凸/凹模的設計
利用Pro/E的"零件-實體"模塊:[新建New]/[零件Part]-[實體Solid]，建立凸/凹模圖形文件，應用相應命令完成設計，圖3為圖2所示零件的凹模。
圖3 拉伸凹模
2.2 鈑金零件設計
利用Pro/E的"零件-鈑金"模塊:[新建New]/[零件Part]-[鈑金Sheetmetal]，建立鈑金零件圖形文件，應用相應命令完成設計。其中拉伸結構須用"成型Form"命令完成，以使該結構能用"平整成型Flatten Form"命令展開成平面。
2.3 展開圖
2.3.1 無拉伸結構的零件
可以利用"展開Unbend"等命令:零件Part主菜單-[特征Feature]/[創建Creat]-[鈑金Sheetmetal]-[展平Unbeng]，把零件展開。
2.3.2 有拉伸結構的零件
根據零件各結構的位置、成型順序，可以依次利用"平整成型Flatten Form"命令展開用模具拉伸成型的結構、利用"展平Unbend"等命令展開彎曲生成的結構。
利用"平整成型Flatten Form"命令展開用模具拉伸成型的結構時，其生成展開件的形狀和大小是投影形成的形狀和尺寸，實際上拉伸成型零件毛壞的形狀和尺寸是按照零件成型后的面積計算出來的，因此需要按照成型零件計算展開后的面積。利用Pro/E軟件本身的測量功能可以方便準確地得到零件的表面積:菜單欄[Analysis]/[Measure]，彈出Measure對話框，在該對話框中設置適當的選項，選取要測量的表面，即可獲得零件的表面積。也可以利用零件表面復制一個中性層曲面(Surface)，用Measure劉話框中的面積類型(Type):面積Area和定義(Definition)-實體(Entity):綢緞面(Quilt)選項，快速地測量零件中性層面積。根據這個面積的測量值，即可快速地確定零件毛壞的大小。
一般情況下，在拉伸成型后，工件口部或凸沿周邊不整齊，需要進行修邊，以達到零件的設計要求。因此，在計算零件毛坯的尺寸時，必須加上修邊余量Δh，如圖2所示碗形零件的中性層表面面積A=36538.3mm2，得出成型部分毛壞直徑215.69，根據零件的形狀和尺寸確定修邊余量為2mm，那么最終毛坯直徑:
D=d+2×Δh=219.69mm
3 結論
按照以上所描述的步驟和方法，利用Pro/Engineer軟件的"零件-鈑金"和"零件-實體"模塊的建模功能，結合鈑金零件及其模具設計的具體要求，可以快速準確地完成鈑金零件及其模具的設計與零件毛坯的展開，再利用該軟件"分析/測量"等功能，可以方便地計算出零件毛坯的展開尺寸。這種方法適用于各類鈑金零件及其模具的設計，通用性強，簡單易行。而且，用Pro/ENGINEER設計出的零件和模具模型也可以用于數控機床加工時數控程序的生成。