1 鋁型材擠壓行業(yè)中模具的地位

隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，中國建筑行業(yè)發(fā)展也迅猛起來，鋁型材需求量也不斷地增加。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，擠壓模具是擠壓過程發(fā)生的場所，在鋁型材擠壓生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用，直接影響到擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量，決定了擠壓產(chǎn)品的形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量。型材形狀的多樣性，復(fù)雜性使得這個(gè)行業(yè)對(duì)模具的要求也不斷提高。

模具加工精度是對(duì)加工的最大要求，如何快速合理的將擠壓模具加工出來是鋁型材模具設(shè)計(jì)及制造的關(guān)鍵。

2 常用三維建模軟件

三維圖的繪制能夠讓人感覺到平面圖像的立體效果，往往需要借助三維建模軟件經(jīng)行繪制和修改?，F(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛的三維建模軟件包括有Solidworks，SolidEdge，UniGraphics, Pro/Engineer， CATIA,甚至AutoCAD等。本文是基于Solidworks展開討論的。

SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，其所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。功能強(qiáng)大，組件繁多、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的四大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。

在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司Daratech所評(píng)論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者。”在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習(xí)慣，順利地從二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計(jì)。只有SolidWorks 才提供了一整套完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動(dòng)控制。“全動(dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟，減少了多余的對(duì)話框，從而避免了界面的零亂。在SolidWorks 中，當(dāng)生成新零件時(shí)，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計(jì)和修改零部件。對(duì)于超過一萬個(gè)零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。

3 三維模型繪制中關(guān)鍵要素及其影響

本文涉及的模具三維模型是用于仿真流體分析及模具強(qiáng)度校核，為方便在有限元分析軟件中的幾何處理和網(wǎng)格劃分，三維模型的畫法可能同實(shí)際數(shù)控加工的三維模型略有差別，需要兼顧網(wǎng)格質(zhì)量及仿真的效率，因此三維模型中部分細(xì)節(jié)應(yīng)盡量的簡化，從而在保證計(jì)算精度的同時(shí)，盡可能減少計(jì)算時(shí)間。三維建模一般按照先畫橋位、孔型、后畫模芯及工作帶的順序。本文針對(duì)模型從二級(jí)橋等幾個(gè)特殊點(diǎn)，探討一下需注意的事項(xiàng)或?qū)?xì)節(jié)方面的優(yōu)化處理。

3.1二級(jí)橋的畫法

對(duì)于一些長寬比較大的型材，往往會(huì)采用二級(jí)橋過渡的方法保證供料和強(qiáng)度。

圖1 等距二級(jí)橋

部分設(shè)計(jì)者采用等間距的二級(jí)橋設(shè)計(jì)方式（如圖2），這樣的設(shè)計(jì)三維模型畫起來可以采用相對(duì)簡便的方式實(shí)現(xiàn)，計(jì)算線段的深度后先按角度將第一級(jí)橋拔模再倒角即可實(shí)現(xiàn)。

圖2 等距二級(jí)橋的設(shè)計(jì)圖

但對(duì)于上下線段不等距的設(shè)計(jì)圖（如圖3所示），我們是通過放樣切除完成的（如圖4所示）。

圖3 不等距二級(jí)橋

圖4  放樣切除

放樣切除采用的是設(shè)計(jì)圖上的輪廓線，但是輪廓的深度不一樣，畫出來的模型也會(huì)存在較大的差異性。部分設(shè)計(jì)者優(yōu)先考慮模具的強(qiáng)度，以模面為基準(zhǔn)繪制曲線，從仿真效果上看，往往會(huì)使得棒料進(jìn)入分流孔后很難向兩邊散開，加工后也可能會(huì)有凸出的包，使得孔正對(duì)的面比較快。而按照角度確定輪廓深度來繪制，橋位厚度稍有減薄，強(qiáng)度稍有削弱，但看起來會(huì)順暢不少（詳見圖5-7）。具體需根據(jù)型材模具要求進(jìn)行改進(jìn)。

圖5 輪廓在模面效果圖1

圖6 輪廓在模面效果圖2

圖7 輪廓不在模面效果圖

3.2擴(kuò)孔的畫法

圖8 擴(kuò)孔（內(nèi)側(cè)放樣外側(cè)拔模）

“小棒出大料”，擴(kuò)孔是現(xiàn)今比較慣用的設(shè)計(jì)方式， 部分同行采用直接放樣切除的方法，快捷方便（如圖9）。但是由內(nèi)而外的輪廓是否應(yīng)該在同一個(gè)高度上面？從加工情況看，應(yīng)該未必。采用MasterCAM繪制也是需要對(duì)內(nèi)輪廓向外偏移，因?yàn)榇溯喞歉鷺蛭幌滦焙蟮妮喞嘟拥摹?/p>

圖9 直接放樣得出擴(kuò)孔

圖10 拔模擴(kuò)孔

所以我們采用內(nèi)側(cè)放樣外側(cè)拔模的方法（見圖8）。具體操作，圖10所示。外圍斜度拔模后效果跟放樣切除基本一致，靠近模芯一端的放樣切割，輪廓跟橋下斜后深度保持一致，切割后靠近模芯的地方就不至于將模芯切出一個(gè)凹槽，跟實(shí)際生產(chǎn)的模具保持一致。當(dāng)然，這樣畫圖會(huì)使得孔的斜度稍大，有點(diǎn)阻擋的反作用，同時(shí)壓力相對(duì)也會(huì)稍大。

3.3入料沉橋

某些需要局部增加進(jìn)料的鋁型材，有時(shí)采用入料沉橋的設(shè)計(jì)思路。畫三維圖步驟的先后次序也起到了重要作用。以本廠為例，我們采用內(nèi)輪廓放樣，外輪廓拔模，再沉橋圓角完成。關(guān)鍵點(diǎn)在于沉橋應(yīng)該什么時(shí)候切除，先切除拔?？赡軣o法完成，三維圖形的完整性也得不到保證。

這樣的繪圖方式既能滿足設(shè)計(jì)的各種要求，也能在加工上比較容易的完成，基本上也跟上機(jī)生產(chǎn)的模具保持一致。

3.4引流槽做法對(duì)擠壓成形等的影響

引流槽的深度，寬度直接影響到供料足夠與否，一般設(shè)計(jì)者會(huì)在二維圖紙上加以說明，也有部分廠家是交給電火花工序的人員按照制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工。但是引流槽的形狀卻不盡相同。

一般的槽位，可以通過倒角加適當(dāng)?shù)膱A角實(shí)現(xiàn)（如圖15，圖16所示），相當(dāng)于電火花后打磨光滑。根據(jù)本廠加工的模具現(xiàn)狀，這樣的畫法基本能保證到模型的真實(shí)性。槽邊不需要過多的圓角過渡，過多圓角反而使得三維模型在該處的供料增加，打磨工序上也會(huì)浪費(fèi)不少人力，加工上往往會(huì)忽略掉，因此三維模型也作相應(yīng)的簡化。這種槽型主要針對(duì)螺孔，型材凹槽位等部位。甚至有些引流槽深度不太深，或者槽型比較規(guī)則，可以直接向下切割后圓角即可完成，如圖17所示。

圖17  圓角做出的引流槽

還有一些槽位是用于對(duì)筋，內(nèi)懸臂等的供料，如圖18，圖19；

這樣的引流槽，不同廠家加工出來的效果都會(huì)不一樣。需要說明的是，圖4所示槽位過渡看上去并不是很圓滑，而圖5展示出來的槽型卻能很好的供料。各有利弊，前者是倒角完成的斜面連接，進(jìn)料稍少一點(diǎn)，兩模芯之間的連接作用卻要強(qiáng)一點(diǎn)；后者會(huì)使偏壁量增大，強(qiáng)度稍有降低，大家需要針對(duì)不同截面型材，不同設(shè)計(jì)去選擇。

4 總結(jié)

本文討論了仿真用擠壓模具三維模型中一些關(guān)鍵部位的繪制方法?，F(xiàn)代化工業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)模具的質(zhì)量要求也越來越高。而三維模型的繪制更加需要準(zhǔn)確無誤的表示出設(shè)計(jì)人員的構(gòu)思和設(shè)計(jì)思想，加工出來的實(shí)物盡可能與三維模型（即設(shè)計(jì)人員的二維圖形）一致，才能更好的保證模具壽命及上機(jī)的穩(wěn)定性。特別是在CAD/CAE/CAM一體化的工廠，按設(shè)計(jì)好的模具分別進(jìn)行數(shù)控加工程序編制和擠壓模擬分析將是一個(gè)必要的過程。