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一、引言
" x& m9 F; Q/ _3 L6 e; P8 E7 P NX是紧密集成的面向制造业的CAD/CAM/CAE/CAID高端软件,不仅被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真等工作,在模具制造行业,尤其是注塑模具CAD/CAM/CAE领域更是被广泛应用。本文以电视导光柱为例,探讨了NX在模具设计、制造领域实现CAD/CAM/CAE一体化中的应用。$ H0 k( k; S. ~ ^: L& l' k1 a
- x" w& x& w, [7 c3 O 二、注塑模具CAD
L3 V. P2 M2 Y: e/ O* I( i 在NX平台上进行模具CAD,一般包含以下几个方面:
" s3 K& t6 m) g. [; i; x 1. 产品的3D建模
5 T6 H: U0 K4 t/ O L2 s* c8 r 从客户接来的资料,通常是产品的2D图纸,所以必须首先把产品的3D模型建立起来,才能进行后续工作。NX有丰富的建模工具,不但继承了传统的实体造型技术、曲面造型技术,也吸收了参数化建模的优势,从而形成自己独特的“复合建模”特征。其中实体造型使用NX的modeling模块中的Form Feature工具条中的命令,曲面造型使用FreeForm Feature工具条上的按钮,参数化建模则可用Sketch模块和Expression表达式来完成。综合运用这些造型工具,可以精确、快速地建立产品的三维模型。对于本文的电视导光柱,只要使用Form Feature工具条,便可以造出如图1所示的三维模型。* b: A# {6 ^5 ~8 F& a5 l
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! V/ H# n6 g" J- [+ C" y 2.模具设计
+ K2 W! Q. K7 K" \8 i$ V a% P 模具设计的内容包括:确定型腔腔数、分模、选择模架、动模部分详细设计以及定模部分详细设计等。这一阶段的任务既可以使用基本的NX造型和编辑工具来完成,也可以使用基于知识的智能化模具设计工具ugMoldWizard。UGMoldWizard是高度自动化的注塑模具设计系统,它的用户界面友好,内嵌许多高级模具设计师的模具设计知识,能够极大提高模具设计的效率。 7 O, K5 n" s( E# x T3 Z
因导光柱零件尺寸较小,可确立一模四腔的设计方案,并采用普通的圆形截面流道潜水进腔,设计得到的模具动模型腔和定模型腔如图2、3所示。 : `# q+ r% k- k# A0 w
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3.装配
D9 M% ]+ ~7 f 装配方法有自顶向下(top-down)和自底向上(bottom-up)两种。较常用的是自顶向下,即先在一个主模型文件中将所有的组件画好,然后应用Assemblies\Component\Creating将它们逐一分离装配。NX的装配文件中不包含实际组件几何体,但组件几何体文件被虚拟指向装配文件。当在装配中要对组件几何体进行编辑时,必须应用Assemblies\Context Control\Set Work Part将当前工作组件设为需要编辑的组件文件名。在每个装配中,有时为了表达方便,还可以建立爆炸图(Exploded Views)。爆炸图弥补了装配图表达的不足,为进行产品零件的组装,工作原理的介绍,装配关系的分析,提供了清楚而便捷的工具。爆炸图完全独立于装配,并且无论各个零件的相对位置如何变化,都不会增加文件的存储空间。装配好后模具的爆炸图如图4所示。, e0 R. N- T+ C W% ]1 o
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4.工程图设计
, w' |. x( _+ g# G) `: ]4 ~ NX的2D图设计比较简单,进入专门的2D设计模块Drafting之后,便可以直接将3D模型任意方向的视图直接加入设好的图纸,还可以根据需要,增加一些剖视图、辅助视图、局部视图、轴侧视图来帮助表达,而这些只要在(Drawing\Addview…)所对应的对话框内便可以全部完成。NX的2D图绘图员的主要任务是在尺寸及公差的标注上,这些标注都有专门的工具条来协助完成。值得注意的是,NX的工程图和3D设计模型是相互关联的,即如果设计模型改变,工程图也随之更新,以维护系统的统一性。
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5 S& ^% d ~$ U$ o5 y" R) q, J2 e& P 三、注塑模具CAM
5 V; Z3 H( n" \: ~5 [7 R, I7 c CAM是利用前面产生的模具几何模型来生成NC加工程序,这是将模具进行数控加工前的准备。基本操作程序如下:先以前面的设计模型为基础,适当建立毛坯等辅助模型来共同构成加工模型,然后进入NX的CAM系统设计加工程序。NX的CAM系统包含四个模块 交互式)加工参数输入模块、刀具轨迹生成模块、3D动态仿真模块和后置处理模块。利用NX生成NC程序的一般步骤是:用户根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求(如机床的性能和参数、刀具等)和加工工艺的实际特点,交互输入加工参数,再进一步生成刀具路径及路径文件(刀具位置源文件CLSF)。CLSF文件经过后置处理模块的处理后,便可以生成数控机床所能直接识别的NC程序。( q0 X- z) o* p4 P& V
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四、注塑模具CAE
2 m8 ]. P3 g( S1 t) K) _5 O 采用的CAE软件是moldflow公司推出的MPA(MoldflowPartAdviser),在NX平台上有与MPA的接口,可以在NX平台上直接打开MPA。MPA所能接受的文件格式有许多种,这里选用*.Stl类型的文件,它可以应用NX的Export命令输出相应的零件模型。 Q$ [8 F- ` R) j
MPA在设计过程中的作用主要体现在:
6 x. i0 n+ k0 b9 H 1.优化注塑工艺。通过分析和模拟,可以帮助确立最佳的注塑压力、时间和温度;
! k% e+ o0 J6 `5 `, }4 ] 2.优化产品和模具结构。将设计原型在电脑上仿真,帮助预见各种塑料缺陷,通过改变产品或模具的结构,可以消除或减少这些缺陷,减少测试次数或不必经过实体测试,从而节省测试所需的资金和时间;
+ b' h# E5 e2 O: E! K8 l9 X6 D+ e i 3.模拟注塑模填充、保压、冷却的过程。图5是注塑填充过程的模拟图,它形象地表达了熔融塑料填充型腔的过程,可以帮助查找分析塑料缺陷,并对成型时任意位置熔融塑料流经的时间、压力和流体前端温度做出定量评估。
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五、结束语
. v/ T# R6 v8 m/ a% Y L, ]. \ 当今世界市场竞争激烈,用户需求日益多样化和个性化,设计和制造技术迅速发展。制造企业为了适应这一发展,提高产品竞争力,降低成本,采用优秀的设计制造软件势在必行。NX作为当今制造业内应用较为广泛的高端软件,不仅具有一般CAD软件的CAD和CAM的集成,更具有与著名的注塑模具分析软件MoldFlow的接口,从而实现注塑模具CAD/CAM/CAE的一体化。
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