基于UG二次开发的铸铜水龙头模具设计平台研究

0引言

铸造业作为现代工业体系中的一个重要组成部分,承载着制造业的核心竞争力,各行业都离不开铸造。它是衡量一国工业水平的重要标志,也是创新与实践之间的桥梁。目前我国铸造业总体量上居于世界前列,但大而不精,总体技术水平与世界先进水平存在着较大差距。

通过对卫浴五金制造企业的调研发现,高档铜合金水龙头产品制造过程中三分之二的缺陷都是由 第一道工序“铸造”产生的^[1],而铸造成型领域因铸件设计变量繁多及成型质量影响因素复杂等,铸件的结构设计、模具设计及成型过程工艺参数的设定 多依赖于现场经验,导致铸件成品存在很多缺陷,常见的如缩松缩孔、渣孔、气孔、浇不足、裂纹等,这些缺陷严重影响了铸件质量^[2] 。因此,注重技术创新,引入数字化和智能化,使得铸造过程更加精准可控,降低缺陷率成为一个值得研究的问题。

本文以铸铜水龙头为研究对象,设计一款设计水龙头模具的平台。该平台使用NX二次开发功能,结合应用NXOPENC和OPENC++语言进行开发,实现了 自动识别水龙头参数、参数化管理人机交互界面(BlockUI)、生成模具各系统并根据铸件位置自动装配等功能。使用UG二次开发技术,通过数字化设计流程和标准的制定,可为生产流程提供快速、便捷、低成本的模具设计平台,提高铸铜水龙头生产水平,提升生产效率和产品质量。该平台主要功能如下:1)导入并在工作界面直接预览所选铸件;2)识别并提取所选铸件的参数;3)根据提取的参数进行模具设计及智能装配,将各系统结构智能装配在铸件的合适位置。

1模具平台框架设计

模具设计平台主要由模具系统结构的功能模块组成,各模块之间相互关联,相互包含平台的需求,以便用户更便利和高效地完成铸铜水龙头的模具设计。这些模块分为两大部分,第一部分是导入铸件模块,第二部分总称为成型,其结构如图1所示。

如图1所示,在导入水龙头铸件后,用户可在铸件上设置分型面,随后根据实际需求选择浇注系统类型,生成浇注系统参数化模型并自动装配;接着根据需求和浇注系统选择型芯类型,生成型芯参数化模型并自动装配;最后在生成冒口和排气片参数化模型并装配的前提下,生成铸型型腔,并分割得到模具,提交模具系统的样式和模具数据库。

2 NX二次开发

平台开发使用的是NXUG12.0和VisualStudio 2015版本的软件,NXUG12.0具有强大的CAD/CAM 功能,在模具行业中得到了广泛运用。根据图1功能需求,可将二次开发的核心分为三大块:菜单栏与工具条、用户界面(UI)、应用程序。NX二次开发具体核心流程如图2所示。

平台的菜单脚本文件扩展名为“.men”,菜单利用MenuScript脚本语言进行编辑。菜单和工具条脚本的函数和变量如表1所示。

新建的菜单栏创建于UG菜单帮助之后,名字为铸铜水龙头模具设计平台,一级目录为导入铸件和铸型,铸型下一级的二级目录有设置分型面、浇注系统、冒 口、排气片、型芯和铸型。工具条创建于NX窗口上方,工具条效果图如图3所示。

3程序设计和功能实现

3.1 导入铸件功能

确定模具结构设计的第一步是分析铸件零件,因此铸铜水龙头模具设计平台的第一个功能是将计算机内的部件(铸件)导入到装配环境,并确定铸件的位置。需要使用到BlockUI的“从列表中选择部件”“指定点”控件。“从列表中选择部件”块提供一个控件,可在图形窗口中或从提供的列表之一选择部件;“指定点”块提供一个控件以指定点,可选择现有点,或使用捕捉点指定点位置,可访问点对话框。该功能的应用程序可决定指定点控件是使智能对象指定选择对象还是仅引用选择对象。导入铸件的UI界面如图4所示。

3.2 设置分型面功能

基于水龙头的特性和分型面的设计原则,铸铜水龙头模具设计平台的设置分型面功能需求是创建一个平面,该平面的一点在水龙头铸件本体上。因需要选择水龙头本体某一点,“指定点”控件无法满足需求,控件“选择对象”则可以满足。“选择对象”块提供一个控件,可向命令输入任何类型的选择对象。设置分型面功能模块的工作流程如图5所示。

3.3 浇注系统功能

3.3.1浇注系统功能需求

对于铸铜水龙头模具设计平台而言,浇注系统功能开发需求很多:1)浇注系统必要的尺寸(如长度、直径等)可变;2)自动装配于水龙头合适位置;3)智能识别铸件体积,计算内浇口面积;4)如铸件导入在不同位置,浇注系统生成时也可以确定铸件位置。浇注系统功能函数的变量及其含义如表2所示。

3.3.2浇注系统类型选择

常用的水龙头浇注系统分为内侧浇注系统跟外侧浇注系统,外侧浇注系统开发思路基本与内侧浇注系统相似,只是设置参数更多。无论是内侧还是外侧浇注系统都属于“浇注系统”一个功能键下,因此,浇注系统的UI设计需要满足以下条件:1)可以选择内侧或外侧浇注系统;2)选择不同类型的浇注系统后,显示的参数是相应浇注系统所需的,并且只执行对应类型的函数;3)为了方便用户直观了解选择的类型,应使选择类型后,有对应的浇注系统外观显示,图6为对应的浇注系统图片。

导入铸件时选择不同的位置,浇注系统无法跟随铸件位置生成,但导入位置是选择确定的,函数重定位组件有确定位置的功能,因此可以使用“选择对象”控件选择铸件位置的点,返回点的三维坐标,将其叠加于重定位组件的位置坐标上,实现铸件不同位置下的浇注系统智能生成。

3.4 冒口与排气片功能

冒口与排气片结构相对简单,其建模使用的函数主要是拉伸,表3为建模时模块的变量及其含义。完成自动装配和可跟随铸件位置的功能,与上述开发重定位组件、获取铸件参数的思路基本相同;不同点在于,圆台形的冒口拉伸需要拔模,要设置函数确定拔模角度。

3.5 型芯功能

型芯结构支撑的生成使用的函数命令主要是拉伸和扫掠,但型芯结构内部不同,内部模型建立参照水龙头铸件外型,即生成水龙头没有型腔的外型;随后通过命令偏置曲面将整个水龙头偏置,偏置距离为水龙头壁厚,接着使用相交命令获得水龙头空腔的大致形状,最后使用拉伸或扫掠命令完善水龙头空腔的细节结构。

型芯内部模型建立参照水龙头铸件外型,则需要获取水龙头的尺寸参数,在程序中获得装配组建的部件原型UF—ASSEM—ask—prototype—of—occ,然后获得水龙头部件的参数表达式UF—MODL—ask—exps—of—part,提取需要的尺寸参数,即可完成内部模型的创建。

3.6 铸型功能

铸型是铸造生产中制作铸件所需的模具或样板,可以是单面模、双面模或多面模等多种类型。在铸造过程中,液态金属在铸型中凝固成所需的零件形状,经过清理和后续处理后,最终成为成品铸件。因此,铸型对于铸造生产的质量和效率起着至关重要的作用。

由分型面设计可知,水龙头模具的铸型是单面模;从铸型的作用可知,铸型的空腔包括铸件、型芯等模具系统。因此,铸型功能的UI界面中需要有表达式来设定偏置,UI界面如图7所示。

铸型功能的函数及其含义如表4所示。

由于装配体内有多个实体,需要通过逻辑运算和循环语句求出所有实体中坐标点最小的、整个装配体坐标系三个方向上的长度。先设定点con=(10000,10000,10000),将得到的实体最小坐标点与con比较,若实体最小坐标点比con小,则将该最小坐标点的值赋予con,然后con与下一个实体最小坐标点比较,直到con的值是最小的,这时con即所有实体中的最小坐标点。逻辑运算流程如图8所示。

找到装配体的实体最小坐标点后,还要找到装配体的三维方向长度。设定dis(0,0,0),将dis与获得的“实体三边长度+实体的三维坐标”比较。若dis小, 则将“实体三边长度+实体的三维坐标”赋予dis,dis 再和下一个“实体三边长度+实体的三维坐标”比较,直到dis是最大的,这时就获得了装配体在三维方向上的最远端值。

最后,将dis与最小坐标小于零的绝对值相加,与最小坐标大于零的绝对值相减,得到最终的装配体在三维方向的最大长度。逻辑运算流程如图9所示。

获得整个装配体的最小坐标和坐标系方向的距离后,可创建装配体的最小包容体,但装配体的坐标系方向上都有模具系统的面或边与包容体重合,故可在创建块时添加偏置距离,使其不再与所有面或边重合。创建完铸型后,选择先前创建的分型面分割铸型,得到上下模具。铸型功能效果对比如图10、11所示,图10是未添加铸型的效果图,图11是得到空腔且分割了的模具图。

4结论

本文通过对现有铸铜水龙头模具设计平台的分析,可以得到以下结论:首先,铸铜水龙头模具设计平台基于NXUG软件平台开发,具有较强的可定制性和扩展性,可快速满足设计者的需求;其次,该平台采用了定制设计思路,使得水龙头模具的设计和分析可以快速完成,在一定程度上提高了制造效率;最后,该平台具有参数化设计和 自动生成模具构件的功能,使得设计者可以快速生成所需的模具构件,从而在短时间内完成制造。展望未来,随着技术的不断发展和应用领域的不断拓宽,铸铜水龙头模具设计平台也将在许多方面得到进一步发展和应用。

[参考文献]

[1] 田磊.水龙头本体低压铸造数值模拟与工艺优化[D].厦门:集美大学,2012.

[2]张爱辉.数值模拟原理及在低压铸造合金龙头中的应用[J].厦门科技,2018(5):50-54.

《机电信息》2025年第11期第7篇