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[摘要]汽车覆盖件模具种类多，结构复杂。国内大中型模具制造企业普遍采用三维设计。介绍UG软件在模具三维设计中基本功能。介绍基于UG的三维模具设计的优势，说明三维设计是模具设计的发展方向。
[关键词]汽车覆盖件 模具 UG 三维设计
中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310102－02
一、引言
Unigraphics（简称UG）是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。汽车工业是全球制造业的支柱产业之一，随着市场需求的改变，汽年的更新换代速度日趋加快，其模具的设计、制造速度的快慢直接制约着汽车业的发展。采用模具三维设计，在整个汽车覆盖件模具生产过程中实现无图化生产是加快模具制造速度的最佳方法。
二、UG的特点
UG具有非常灵活的建模方式。模块化装配建模。可提供自顶向下(top-down)、自底向上(bottom-up)两种产品结构定义方式可方便的替换产品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，零件可并行设计产品中各自装配零件。方便的二维绘图。强大的CAM功能。一流的钣金件制造。集成的数字分析。丰富的用户开发工具。内嵌的工程电子表格。UG提供了逼真的照片效果渲染。可分阶段实施的数据管理。无图生产的关键：CAD/CAM/CAE与PDM集成，可管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据。
正因为UG具有以上所述的强大的功能，因此可以在汽车覆盖件模具的生产流程中采用基于UG的工艺分析、模具设计、编程加工等方法。在大多数采用UG三维实体设计的模具制造厂家，其相关的技术部门采用的软件都是与UG相关的软件。目的是利用三维实体设计的优势，从保丽龙制作到模具本体加工最终实现无图化的加工。
三、基于UG的汽车覆盖件模具三维实体设计的流程
模具设计的前序是冲压工艺的制作，模具设计者接到工艺后，要详细透彻了解工艺内容和数模型面的好坏。必要时要将数模进行修理完善，是指达到三维实体设计的标准。然后才能进行下一步三维实体设计工作。设计流程如下：
1．缝合工艺数型。
2．分别设置与X-Y平行的平面作为割部件的基准面，并将工艺所给的轮廓线（分模线、修边线、翻边线、坯料线等）分别投影到平面中去。大概估计部件尺寸，并将轮廓在草图中绘制出来，粗略布置一下筋位置。注意模具轮廓和筋的位置需在草图中约束。
3．返回MODELING模式，并通过拉伸命令来生成实体。并用工艺数型来截取实体以获得工作部分。
4．分别为各部件装配标准件。
5．调整模具尺寸及筋的位置。
6．将各部件装配为一个文件。
7．出工程图。
四、基于UG的汽车覆盖件拉延模具三维实体设计的方法
以汽车覆盖件拉延模的设计为例详细说明三维实体设计方法：
1．利用FEATURE OPERATION中的SEW命令缝合工艺数型。缝合工艺数型后，按照通常设计拉延类模具的顺序，我们先绘制压边圈的实体图。设置与X-Y基准面平行的平面作为绘制压边圈的基准面。
2．利用DATUM PLANE命令。此平面与X-Y基准面的距离是可以调整的，以便于后面闭合高度的调整。另外还需注意行程的大小。将坯料线，分模线，中心线投影到上步所生成的基准面上。
3．将分模线向外偏置3mm得到压边圈的口线，口线再向外偏置10mm退刀得到随型筋的内边界，将此线再向外偏置40mm得到随型筋。
4．将坯料线向外偏置10mm得到压料面的外边界。
5．调入机床合理选择气顶，应注意气顶尽量选择靠近分模线并均匀布置，一般开始时将所有靠近分模线的气顶保留，并校核压边力是否足够。布置时还应考虑是否需要偏心以使气顶布置更加合理。由于以上部分曲线为工艺事先给定，故可以不用参数化。
6．根据上述步骤所得压料面来大致确定模具的尺寸，其中前后向考虑调压垫的摆放位置，一般情况下调压垫安装台边界要距离压料面30mm以上，如果上模，压边圈的调压垫的安装面高度均在压料面以下，可考虑距压料面10mm以上即可。考虑模具前后向尺寸时还需考虑压边圈的强度。模具左右方向尺寸还需考虑导腿的尺寸是否满足强度要求。一般导腿厚度不应小于120mm。另外前后方向上的导腿长度一般为模具总长的1/2～2/3。
7．在草图中绘制压边圈轮廓，导腿轮廓并进行约束。
8．根据随型筋和气顶位置初步将压边圈中各条筋绘制出，此时只需用一条直线表示一条筋即可。同样将各条筋进行约束以便调整。布筋时考虑调整垫块和气顶的位置。约束时要注意约束顺序应是先几何约束后尺寸约束，另外约束要完全。否则，可能出现无法进入草图的状况。
9．在MODELING模式中拉伸上两步所得到的各个曲线。首先利用分模线和压料面外边界线拉伸成一个环形体，拉伸高度应尽量取得高一些。然后用缝合好的数型去截取这个环形体，保留数型以下的部分。用TRANSFORM命令将数型向下平移40mm，并用得到的数型平面截取环形体，保留两个数型平面之间的部分，即为压料面。拉伸随型筋使其与上步所得到的压料面相连接，得到压边圈的工作部分。如果制件型面较复杂，可以先将平面随型筋拉伸到一定高度，然后再运用上步平移后的曲面截取，得到随型筋。根据压料面的高度来大致确定上底面的高度，由模具轮廓生成上底面。如果制件起伏较大，考虑搭斜面。拉伸各条筋到上底面，由于我们开始以一条线代替筋，所以拉伸时需要点击开OFFSET选项，并根据筋厚要求填写偏置值。拉伸筋时可以直接选取布尔运算方式以使筋与底板连成一体。由于压边圈上的挖空大部分是侧挖空，所以先通过草图中的各个曲线拉伸出下底板，导腿。调整局部可能需要补出的下挖空。圈的铸件轮廓基本完成。
10．装配标准件，运用ASSEMBLIES中ADD EXISTING COMPONENT命令压边圈中的导板、起重棒、定位板、调整垫块等标准件的安装是通过装配命令来实现的。装配时应注意用基准面进行位置约束。图示为装配刚刚开始时，导入起重棒。装配完各种标准件后，压边圈的基本结构就已经清楚了。但由于我们的标准件是装配进来的，其安装部分也是装配进来的，而它们本来属于铸件，而且可能还需要和模具本体进行布尔运算。所以我们必须运用ASSEMBLIES 中WAVE GEOMETRY LINKER命令将装配进来的标准件中属于铸件的部分LINK到模具本体上。LINK完成以后，可以将原标准件上的此部分移动到布不可见的图层中，此时LINK的部分就可以与模具本体进行布尔运算了。布尔运算前，可以利用LINK过来的部件的边界补出一些实体，这些实体可以与模具本体进行布尔运算从而生成出标准件让位。这样真些让位也会随着标准件的移动而移动。
11．利用HOLE，BOSS，POCKET，PED等命令在实体上生成加安全平台，加工基准台（运输连接板安装台），加工基准孔等。至此，压边圈就基本绘制完成。
12．上、下模的设计思路和设计方法与压边圈没有太大的区别，只要掌握了操作命令，就不会有太大的困难，所以在此就不做详细介绍了。
13．上、下模，压边圈绘制完成之后，新建一个装配用文件将此三个部分以原点为基准装配起来，对相互关联的部分进行调整。调整完毕之后，分别对上、下模，压边圈进行布尔运算，将其分别合成为一个整体。
五、三维设计的优点
1．三维设计对于初学设计的人员具有上手快，立体感强的优点。而二维设计需要很强的立体想象能力，这种能力对于初学者比较困难，容易出错。
2．三维设计可以采用参数化设计，相对二维设计修改方便、快速、简单。
3．三维设计一般采用模块化设计，同时利用装配将整个模具通过对应关系组合在一起。更加直观、清楚。
4．利用干涉检查功能可以避免复杂模具设计是经常回出现的“干涉”问题。避免存在结构性错误。模具设计的准确性。这个功能是二维设计不能具备的。
5．在具有三维实体的环境下出二维工程图保证平面图、断面图、局部图等准确可靠。
6．三维模具在设计阶段就可以计算出模具的重量，准确控制成本。
7．利用三维实体加工制作保丽龙，有效地提高了实型制作效率。并且保证机械加工余量均匀、可控，是“无人化”数控加工生产的前提。
8．三维实体模具可以使CNC的一次、二次加工面编编程加工。减少机械加工出错的节点，彻底实现“无图化”生产。
9．在钳工装配极端，因为三维实体的直观的特点，可以大大减少工人识图的时间，缩短了生产周期。
10．利用三维设计，在最初阶段就能够实现上游部门和下游部门数据共享，这样有利于下游工序产生问题意识或提出技巧，并将其反映给设计部门。
11．三维实体设计是一种可以尝试前所未有的、全新的构思的工具。因为它可以任意试验在实物上不允许的失败，使设计人员不怕失败，勇于创新。
六、结束语
通过使用UG进行汽车覆盖件的三维实体设计，可以提高设计效率、减少出错率。同时因采用三维实体设计的数据贯穿在整个生产过程中可以提高生产效率，控制成本。为企业提升竞争力提供了有力的保障，从而为企业带来良好的经济效益。
作者简介：
袁欣，男，汉族，天津人，工程师，学士，1992-2000工作于天津汽车模具有限公司，设计，2001-至今工作于天津众石科技有限公司，设计。
[关键词]汽车覆盖件 模具 UG 三维设计
中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310102－02
一、引言
Unigraphics（简称UG）是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。汽车工业是全球制造业的支柱产业之一，随着市场需求的改变，汽年的更新换代速度日趋加快，其模具的设计、制造速度的快慢直接制约着汽车业的发展。采用模具三维设计，在整个汽车覆盖件模具生产过程中实现无图化生产是加快模具制造速度的最佳方法。
二、UG的特点
UG具有非常灵活的建模方式。模块化装配建模。可提供自顶向下(top-down)、自底向上(bottom-up)两种产品结构定义方式可方便的替换产品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，零件可并行设计产品中各自装配零件。方便的二维绘图。强大的CAM功能。一流的钣金件制造。集成的数字分析。丰富的用户开发工具。内嵌的工程电子表格。UG提供了逼真的照片效果渲染。可分阶段实施的数据管理。无图生产的关键：CAD/CAM/CAE与PDM集成，可管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据。
正因为UG具有以上所述的强大的功能，因此可以在汽车覆盖件模具的生产流程中采用基于UG的工艺分析、模具设计、编程加工等方法。在大多数采用UG三维实体设计的模具制造厂家，其相关的技术部门采用的软件都是与UG相关的软件。目的是利用三维实体设计的优势，从保丽龙制作到模具本体加工最终实现无图化的加工。
三、基于UG的汽车覆盖件模具三维实体设计的流程
模具设计的前序是冲压工艺的制作，模具设计者接到工艺后，要详细透彻了解工艺内容和数模型面的好坏。必要时要将数模进行修理完善，是指达到三维实体设计的标准。然后才能进行下一步三维实体设计工作。设计流程如下：
1．缝合工艺数型。
2．分别设置与X-Y平行的平面作为割部件的基准面，并将工艺所给的轮廓线（分模线、修边线、翻边线、坯料线等）分别投影到平面中去。大概估计部件尺寸，并将轮廓在草图中绘制出来，粗略布置一下筋位置。注意模具轮廓和筋的位置需在草图中约束。
3．返回MODELING模式，并通过拉伸命令来生成实体。并用工艺数型来截取实体以获得工作部分。
4．分别为各部件装配标准件。
5．调整模具尺寸及筋的位置。
6．将各部件装配为一个文件。
7．出工程图。
四、基于UG的汽车覆盖件拉延模具三维实体设计的方法
以汽车覆盖件拉延模的设计为例详细说明三维实体设计方法：
1．利用FEATURE OPERATION中的SEW命令缝合工艺数型。缝合工艺数型后，按照通常设计拉延类模具的顺序，我们先绘制压边圈的实体图。设置与X-Y基准面平行的平面作为绘制压边圈的基准面。
2．利用DATUM PLANE命令。此平面与X-Y基准面的距离是可以调整的，以便于后面闭合高度的调整。另外还需注意行程的大小。将坯料线，分模线，中心线投影到上步所生成的基准面上。
3．将分模线向外偏置3mm得到压边圈的口线，口线再向外偏置10mm退刀得到随型筋的内边界，将此线再向外偏置40mm得到随型筋。
4．将坯料线向外偏置10mm得到压料面的外边界。
5．调入机床合理选择气顶，应注意气顶尽量选择靠近分模线并均匀布置，一般开始时将所有靠近分模线的气顶保留，并校核压边力是否足够。布置时还应考虑是否需要偏心以使气顶布置更加合理。由于以上部分曲线为工艺事先给定，故可以不用参数化。
6．根据上述步骤所得压料面来大致确定模具的尺寸，其中前后向考虑调压垫的摆放位置，一般情况下调压垫安装台边界要距离压料面30mm以上，如果上模，压边圈的调压垫的安装面高度均在压料面以下，可考虑距压料面10mm以上即可。考虑模具前后向尺寸时还需考虑压边圈的强度。模具左右方向尺寸还需考虑导腿的尺寸是否满足强度要求。一般导腿厚度不应小于120mm。另外前后方向上的导腿长度一般为模具总长的1/2～2/3。
7．在草图中绘制压边圈轮廓，导腿轮廓并进行约束。
8．根据随型筋和气顶位置初步将压边圈中各条筋绘制出，此时只需用一条直线表示一条筋即可。同样将各条筋进行约束以便调整。布筋时考虑调整垫块和气顶的位置。约束时要注意约束顺序应是先几何约束后尺寸约束，另外约束要完全。否则，可能出现无法进入草图的状况。
9．在MODELING模式中拉伸上两步所得到的各个曲线。首先利用分模线和压料面外边界线拉伸成一个环形体，拉伸高度应尽量取得高一些。然后用缝合好的数型去截取这个环形体，保留数型以下的部分。用TRANSFORM命令将数型向下平移40mm，并用得到的数型平面截取环形体，保留两个数型平面之间的部分，即为压料面。拉伸随型筋使其与上步所得到的压料面相连接，得到压边圈的工作部分。如果制件型面较复杂，可以先将平面随型筋拉伸到一定高度，然后再运用上步平移后的曲面截取，得到随型筋。根据压料面的高度来大致确定上底面的高度，由模具轮廓生成上底面。如果制件起伏较大，考虑搭斜面。拉伸各条筋到上底面，由于我们开始以一条线代替筋，所以拉伸时需要点击开OFFSET选项，并根据筋厚要求填写偏置值。拉伸筋时可以直接选取布尔运算方式以使筋与底板连成一体。由于压边圈上的挖空大部分是侧挖空，所以先通过草图中的各个曲线拉伸出下底板，导腿。调整局部可能需要补出的下挖空。圈的铸件轮廓基本完成。
10．装配标准件，运用ASSEMBLIES中ADD EXISTING COMPONENT命令压边圈中的导板、起重棒、定位板、调整垫块等标准件的安装是通过装配命令来实现的。装配时应注意用基准面进行位置约束。图示为装配刚刚开始时，导入起重棒。装配完各种标准件后，压边圈的基本结构就已经清楚了。但由于我们的标准件是装配进来的，其安装部分也是装配进来的，而它们本来属于铸件，而且可能还需要和模具本体进行布尔运算。所以我们必须运用ASSEMBLIES 中WAVE GEOMETRY LINKER命令将装配进来的标准件中属于铸件的部分LINK到模具本体上。LINK完成以后，可以将原标准件上的此部分移动到布不可见的图层中，此时LINK的部分就可以与模具本体进行布尔运算了。布尔运算前，可以利用LINK过来的部件的边界补出一些实体，这些实体可以与模具本体进行布尔运算从而生成出标准件让位。这样真些让位也会随着标准件的移动而移动。
11．利用HOLE，BOSS，POCKET，PED等命令在实体上生成加安全平台，加工基准台（运输连接板安装台），加工基准孔等。至此，压边圈就基本绘制完成。
12．上、下模的设计思路和设计方法与压边圈没有太大的区别，只要掌握了操作命令，就不会有太大的困难，所以在此就不做详细介绍了。
13．上、下模，压边圈绘制完成之后，新建一个装配用文件将此三个部分以原点为基准装配起来，对相互关联的部分进行调整。调整完毕之后，分别对上、下模，压边圈进行布尔运算，将其分别合成为一个整体。
五、三维设计的优点
1．三维设计对于初学设计的人员具有上手快，立体感强的优点。而二维设计需要很强的立体想象能力，这种能力对于初学者比较困难，容易出错。
2．三维设计可以采用参数化设计，相对二维设计修改方便、快速、简单。
3．三维设计一般采用模块化设计，同时利用装配将整个模具通过对应关系组合在一起。更加直观、清楚。
4．利用干涉检查功能可以避免复杂模具设计是经常回出现的“干涉”问题。避免存在结构性错误。模具设计的准确性。这个功能是二维设计不能具备的。
5．在具有三维实体的环境下出二维工程图保证平面图、断面图、局部图等准确可靠。
6．三维模具在设计阶段就可以计算出模具的重量，准确控制成本。
7．利用三维实体加工制作保丽龙，有效地提高了实型制作效率。并且保证机械加工余量均匀、可控，是“无人化”数控加工生产的前提。
8．三维实体模具可以使CNC的一次、二次加工面编编程加工。减少机械加工出错的节点，彻底实现“无图化”生产。
9．在钳工装配极端，因为三维实体的直观的特点，可以大大减少工人识图的时间，缩短了生产周期。
10．利用三维设计，在最初阶段就能够实现上游部门和下游部门数据共享，这样有利于下游工序产生问题意识或提出技巧，并将其反映给设计部门。
11．三维实体设计是一种可以尝试前所未有的、全新的构思的工具。因为它可以任意试验在实物上不允许的失败，使设计人员不怕失败，勇于创新。
六、结束语
通过使用UG进行汽车覆盖件的三维实体设计，可以提高设计效率、减少出错率。同时因采用三维实体设计的数据贯穿在整个生产过程中可以提高生产效率，控制成本。为企业提升竞争力提供了有力的保障，从而为企业带来良好的经济效益。
作者简介：
袁欣，男，汉族，天津人，工程师，学士，1992-2000工作于天津汽车模具有限公司，设计，2001-至今工作于天津众石科技有限公司，设计。