盒形件落料拉伸复合模参数化设计

盒形件落料拉伸复合模参数化设计
张信群
【摘要】以生产盒形件的落料拉伸复合模为研究对象,以SolidWorks 2007为设计平台,以Visual Basic 6.0为编程工具,主要研究了落料拉伸复合模中工作零件的参数化设计的方法和步骤,开发出VB应用程序.
【期刊名称】《模具制造》
【年(卷),期】2010(010)006
【总页数】6页(P25-30)
【关键词】盒形件;SolidWorks software;落料拉伸复合模;参数化设计;VB程【作者】张信群
【作者单位】滁州职业技术学院,安徽滁州,239000
【正文语种】中文
【中图分类】TG385.2
1 引言
盒形件是日常生活中常用的器具，如图1所示。

图1 盒形件
盒形件的形状、结构简单，没有凸缘，高度较低，厚度为1.0mm，大批量生产。

只对内形尺寸作出要求，对于外形没有厚度不变的要求，尺寸为自由公差。

底部的圆角半径r=4mm，大于材料厚度t，材料为LY12M，拉伸性能较好。

此盒形件的形状、自由公差、圆角半径、材料及生产批量均满足冲压工艺要求。

生产盒形件的主要工序是落料和拉伸。

在拟订的几种冲压工艺方案中，确定采用一次落料拉伸复合冲压成形。

为了满足生产需要，必须设计一副合理的落料拉伸复合模，但是必须注意落料应先于拉伸完成。

即在冲压过程中，首先落料，制成直径D=94mm，直线长度为
28mm的长圆形坯料，如图2所示；然后以其为毛坯件进行拉伸，拉伸成为内径
为ϕ34mm，直线长度为28mm，内圆角r为4mm，高度为度16.2mm（查表得，修边余量δ=1.2mm）的无凸缘盒形件；最后按照高度15mm进行修边。

图2 落料毛坯件
2 落料拉伸复合模的总装图
2.1 落料拉伸复合模的总装图和工作过程
通过以上设计可得到落料拉伸复合模的总装图，如图3所示。

图3 落料拉伸复合模装配总图1.上模座 2、5.螺钉 3.模柄 4.推杆 6.推件快 7.凸凹
模8.卸料螺钉 9.弹簧 10.卸料板 11.导套 12.落料凹模 13.导柱 14.下模座 15.顶件
块 16.拉伸凸模 17.底板 18.联接螺钉 19.螺母 20.固定销 21.橡胶 22.顶杆 23.挡料销
本副落料拉伸复合模采用倒装式结构。

落料凹模与落料拉伸凸凹模的外形轮廓相配合，完成落料工序；拉伸凸模与落料拉伸凸凹模的内形轮廓相配合，完成拉伸工序。

模具的上模部分主要由上模座、落料拉伸凸凹模、卸料板、推件块等组成。

下模部分由下模座、落料凹模、拉伸凸模、压边圈等组成。

条料沿着两个固定式导料销送进，由固定式挡料销控制其送进距离。

冲裁结束后，由弹性卸料装置将条料从落料拉伸凸凹模外形轮廓上卸下。

拉伸时压边圈压住坯料，由装在下模的顶杆、顶件块（压边圈）将制件从下模中顶出或者由装在上模中的推出装置通过推杆、推件块将制件从上模中推出来完成拉伸过程。

随着CAD技术的发展，模具设计已由二维绘图走向三维实体建模，在模具设计中建立零件和装配体的三维实体模型已经成为必不可少的设计手段。

本文三维建模软件采用SolidWorks2007，建立的落料拉伸复合模三维模型如图4所示。

图4 落料拉伸复合模实体图
2.2 落料拉伸复合模的工作零件
该模具的组成零件较多，但是落料凹模、拉伸凸模和落料拉伸凸凹模是直接对毛坯进行冲压加工的工作零件，也是模具设计的重点。

本文主要侧重研究在SolidWorks环境下落料拉伸复合模的工作零件的参数化设计，冲压模具中其他非标准件都可以按照同样的思路进行参数化设计。

工作零件的实体图如图5所示。

图5 工作零件的实体图a——落料凹模简图 b——拉伸凸模 c——落料拉伸凸凹模
3 落料拉伸复合模工作零件的参数化设计
3.1 参数化设计的过程
参数化设计的过程是首先建立零件的初始几何模型，然后将已知条件及其他的随着产品规格而变化的尺寸参数用相应的变量代替，然后通过编写相应的程序代码对变量参数赋予不同的数值，最后由SolidWorks软件进行模型重构。

参数化设计能够方便地对设计模型进行修改，是目前产品变型设计的主要方法。

3.2 参数化设计的必要性
从图1可知，盒形件的形状结构主要由5个尺寸控制：R34mm（盒形件半径）、28mm（盒形件长度）、15mm（盒形件高度）、r4mm（盒形件圆角半径）、1mm（盒形件壁厚）。

而在实际生产中，盒形件产品也是一个系列，即其中5个尺寸可以改变若干个，就可以生成不同的产品。

与之相适应，落料拉伸复合模的工作零件的结构也要相应
发生变化。

在模具设计过程中，特别是在中小型模具企业，设计人员在设计盒形件系列产品的模具时，往往是在一副模具的基础上，对落料凹模、拉伸凸模、落料拉伸凸凹模的三维模型在SolidWorks界面手工反复修改某一些特定的尺寸，来实现整个模型的更新。

但是这种修改过程往往是非常繁琐的，由于复杂的零件牵涉到的尺寸很多，不仅耗费了设计人员大量的重复性劳动，也直接造成了模具产品设计的周期长、效率低。

盒形件系列产品的模具结构都是类似的，所不同的主要是结构尺寸有所差异。

为了有效地减少模具设计中的重复性工作，提高设计的自动化程度，必须采用并推广参数化设计的方法。

3.3 编程工具的选择
参数化设计过程中的模型重构，需要设计人员开发相对应的应用程序来驱动，C语言、VB、VC等编程语言都可以实现这一功能。

目前许多模具设计人员对参数化设计工作积极性不高的原因主要是由于对复杂的程序代码望而却步。

和C语言、VC
语言相比，VB具有不可取代的简单实用性和真正的可视化特性，并且与SolidWorks应用程序接口连接方便。

使用VB语言来开发应用程序，开发周期短，代码效率高，也便于机械行业设计人员熟悉和掌握。

本文采用Visual Basic 6.0作为编程工具。

3.4 模具工作零件参数化设计的方法和步骤
随着盒形件及其相应落料毛坯件的不同，落料拉伸复合模的工作零件（落料凹模、拉伸凸模、落料拉伸凸凹模）的尺寸也应该通过计算发生变化，零件模型也必然不同。

下面就来探讨对模具工作零件进行参数化设计的方法和步骤。

3.4.1 对落料凹模进行参数化设计
（1）确定变量参数的名称。

如图6所示，落料凹模的基本结构由7个主要尺寸控制：落料凹模刃口半径、落
料凹模刃口长度、落料凹模外形轮廓高度、落料凹模刃口高度、落料凹模外形轮廓宽度、落料凹模外形轮廓长度、落料凹模内部台阶孔半径，参数化设计必须对这6个尺寸用变量代替，并确定变量名称。

在SolidWorks界面建立零件模型时，系统会为标注的尺寸自动赋予一个尺寸名称，如D1、D2、D3、D4、D5、D6等等，但是这种尺寸名称极不规则，也没有明确的意义，并且对于不同特征的尺寸名称可以重复。

为了在编写程序代码时调用参数变量方便，应该按照一定的规则为其重新命名。

例如，在SolidWorks界面的落料凹模模型中，在尺寸28mm（尺寸名称为“D1”）上单击右键，从弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，出现“尺寸属性”对话框，将尺寸名称改为“b1”。

用
同样的方法可以确定其他变量参数的名称。

落料凹模重新命名后各变量参数的名称如图6所示。

图6 落料凹模的主要尺寸与尺寸名称D—落料凹模刃口半径 b1—落料凹模刃口长度H1—落料凹模外形轮廓高度 h—落料凹模刃口高度B—落料凹模外形轮廓宽度L—落料凹模外形轮廓长度Rd—落料凹模内部台阶孔半径
（2）设计VB文件的窗体界面。

建立一个VB工程文件，在VB窗体上添加一个Image控件，6个Labal控件、6个Text控件和两个Command控件，并对各控件赋予相应的名称。

窗体的界面
设计如图7所示。

本窗体界面实际上提供了一个人机对话窗口，使用起来非常直观、方便。

落料凹模内部台阶孔半径Rd也是变量参数，但是没有在VB窗体上列出来，这是因为在本设计中，落料凹模内部台阶孔半径Rd＝落料凹模刃口半径D＋4mm，
所以Rd数值可以通过编写程相应的序代码由落料凹模刃口半径D的数值驱动执行，以使VB窗体界面简化。

图7 落料凹模VB程序窗体的界面设计
（3）编写VB程序代码。

编写VB程序代码如下所示：
以上程序段虽然很长，但是可以看出，除了几个常规的、通用的程序代码以外，其余的程序代码都是针对变量参数所做的定义，相似性较高，因此整个程序的开发难度不大。

对于不同尺寸规格的盒形件，通过修改设计计算而得到相应落料凹模的尺寸，然后运行VB应用程序，在人机对话窗口输入不同的尺寸数值，最后单击“建模”按钮，就可以得到相应的落料凹模零件模型。

落料凹模的造型完成后，再考虑螺钉、销钉的布置，打出螺钉孔和销钉孔。

3.4.2 对拉伸凸模进行参数化设计
如图8所示，拉伸凸模的基本结构由4个主要尺寸控制，将它们用变量代替，并
确定变量名称。

这4个尺寸是：拉伸凸模半径（R）、拉伸凸模长度（b）、拉伸
凸模高度（H）、拉伸凸模圆角半径（r），如图8所示。

VB窗体的界面设计如图9所示。

图8 拉伸凸模的主要尺寸与尺寸名称
图9 拉伸凸模VB程序窗体的界面设计
编写VB程序代码主要VB程序段如下：
通过计算得到不同规格盒形件的拉伸凸模的尺寸，然后运行VB应用程序，在人机对话窗口输入不同的尺寸数值，最后单击“建模”按钮，就可以得到相应的拉伸凸
模零件模型。

拉伸凸模的造型完成后，再根据实际情况，打出螺钉孔、销钉孔、推杆孔和透气孔。

3.4.3 对落料拉伸凸凹模进行参数化设计
如图10所示，落料拉伸凸凹模的基本结构由7个主要尺寸控制，将它们用变量代替，并确定变量名称。

这7个尺寸是：落料拉伸凸凹模内形轮廓刃口半径（R1）、落料拉伸凸凹模内形轮廓刃口长度（b）、落料拉伸凸凹模内形轮廓刃口高度
（h1）、落料拉伸凸凹模外形轮廓刃口半径（R2）、落料拉伸凸凹模凸缘半径
（R3）、落料拉伸凸凹模凸缘高度（h2）、落料拉伸凸凹模总高（H）。

图10 落料拉伸凸凹模主要尺寸与尺寸名称
VB窗体的界面设计如图11所示。

图11 落料拉伸凸凹模VB窗体的界面设计
编写VB程序代码主要VB程序段如下：
通过计算得到不同规格盒形件的落料拉伸凸凹模的尺寸，然后运行VB应用程序，在人机对话窗口输入不同的尺寸数值，最后单击“建模”按钮，就可以得到相应的落料拉伸凸凹模零件模型。

落料拉伸凸凹模的造型完成后，再根据实际情况，打出螺钉孔、销钉孔。

4 结束语
本文探讨了盒形件落料拉伸复合模中工作零件的参数化设计方法，符合我国的工程制图标准和三维建模习惯，开发的应用程序易于掌握，非常适合设计人员使用。

工作零件是冲压模具中最重要也是最为复杂的零件，工作零件的参数化设计，也为冲压模具中其他非标准件提供了思路，都可以依次完成参数化设计。

在模具设计中应用参数化设计技术，可以快速设计模具零件以及快速对其设计进行
修改，还可以有效地利用以前的设计结果。

所以参数化设计可以增加设计的自动化程度，显著提高整副模具设计效率，应该成为模具设计的发展方向，特别是在中、小型模具企业有着较高的应用价值。

5 参考文献
[1]张信群.基于SolidWorks的落料拉伸复合模CAD设计[D].合肥：合肥工业大学，2004.
[2]王秀凤.SolidWorks冷冲压模具设计教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[3] 汪列隆，朱仕端.参数化设计在模具设计中应用研究[J].计算机应用技术，2006，（7）
[4]魏铮，牟林.SolidWorks 2004冷冲模设计实训教程[M].北京:电子工业出版社，2005.。