基于Pro/E軟件的金屬缸體壓鑄模具裝配與數(shù)控加工

王莉常

【摘 要】本文主要闡述了基于Pro/ENGINEER Wildfire 軟件的煙灰缸實體三維建模、模具設(shè)計和模擬開模、模架設(shè)計及模具的數(shù)控加工，并為煙灰缸企業(yè)提供了生產(chǎn)技術(shù)和流程，也為前期產(chǎn)品的研究和后期產(chǎn)品的有效加工提供了實際生產(chǎn)經(jīng)驗。同時，為解決壓鑄模具在設(shè)計和制造中存在的模具的熱平衡分析、冷卻系統(tǒng)設(shè)計、零件的快捷安裝和更換及模具的質(zhì)量和精度等不足，提供了理論依據(jù)和實踐依據(jù)。

【關(guān) 鍵 詞】Pro/E；壓鑄模具；三維建模；模具設(shè)計；數(shù)控加工

【中圖分類號】TG76【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0209-02

1 引言

模具是現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、攻關(guān)機械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工業(yè)、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。據(jù)資料統(tǒng)計，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機、汽車、摩托車、拖來機、電機、電器、儀表儀器等機電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機、攝像機、照相機、錄像機等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、洗衣機、空調(diào)、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上；兵器產(chǎn)品中占95%以上。

目前我國的模具生產(chǎn)廠約有3萬多家，從業(yè)人數(shù)80萬人。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%、塑料模具約占33%、壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。

隨著我國壓鑄制造工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，壓鑄模具的設(shè)計與制造也愈來愈受到人們的關(guān)注。在經(jīng)濟全球化的浪潮中，產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的國際分工正在形成，基于成本的壓力，大量外商在我國采購壓鑄件，甚至還在我國建立壓鑄生產(chǎn)基地，從而使我國的壓鑄模具制造水平和能力有了很大提高，模具質(zhì)量與先進工業(yè)國的差距逐步縮小，價格低廉驅(qū)使國外采購量劇增。而海內(nèi)外模具市場的需求對我國模具產(chǎn)業(yè)的興旺也起到一定的推動作用。同時，隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及國產(chǎn)化過程的加快，如汽車缸體、儀表盤、啟動檔變速箱殼體等大型、精密、復(fù)雜的壓鑄件的需求會越來也大，從而使大型、精密、復(fù)雜的壓鑄模具的需求會越來也大。

雖然，我國壓鑄模具的設(shè)計與制造水平在一定程度上有了很大提高，但是壓鑄模的制造總體來說與國外先進工業(yè)國家相比差距仍然很大，主要表現(xiàn)在：

1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜些的模具以造復(fù)制模為主，缺乏創(chuàng)新能力；

2、在設(shè)計時對模具的熱平衡分析、冷卻系統(tǒng)設(shè)置及零件的快捷安裝和更換等方面考慮欠周全；

3、制造的模具質(zhì)量和精度較差；

4、模具在使用時穩(wěn)定性不高、故障率大。

這些在設(shè)計和制造上存在的缺陷可能會導(dǎo)致所生產(chǎn)的模具不滿足使用的要求，造成一定的浪費。因而亟需發(fā)展有效、準(zhǔn)確的設(shè)計與制造壓鑄模具的方法。

本文介紹了運用Pro/ENGINEER Wildfire較強大的造型和加工功能對煙灰缸壓鑄模具進行設(shè)計和制造。在設(shè)計過程中，充分考慮模具的熱平衡分析、冷卻系統(tǒng)設(shè)置及零件的快捷安裝和更換等問題。同時在制造的過程中，根據(jù)實際的生產(chǎn)條件，設(shè)置合適的切削速度和主軸轉(zhuǎn)速，從而改善了模具的質(zhì)量和精度。

2 煙灰缸三維建模

在進行煙灰缸模具設(shè)計與加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系統(tǒng)下的【零件】模塊對煙灰缸進行三維造型。

煙灰缸形狀基本為拉伸體，主要由圓柱體、圓角、拔模角、圓、殼體等特征組成。本課題采用拉伸、圓角、斜度、陣列、切割、抽殼等實體特征完成煙灰缸的三維建模。具體步驟如下：

1、 使用拉伸特征，建立煙灰缸基體，如圖1所示；

2、 使用拉伸切除特征，建立煙灰放置區(qū)，如圖2所示；

3、 使用圓角特征，對煙灰缸實體邊線進行圓角設(shè)置，如圖3所示；

4、 使用斜度特征，設(shè)置煙灰缸的拔模角度，如圖4所示；

5、 使用拉伸和陣列特征，建立香煙放置區(qū)，如圖5所示；

6、 使用圓角特征，對煙灰缸實體邊線進行圓角設(shè)置，如圖6所示；

7、 使用抽殼特征，建立煙灰缸殼體，如圖7所示；

8、 煙灰缸三維模型如圖8所示。

3 煙灰缸模具設(shè)計

本章對煙灰缸實體零件進行模具設(shè)計，實現(xiàn)了一個完整的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及其操作過程。

3.1模具設(shè)計工具欄簡介

工具欄的默認(rèn)設(shè)置是垂直方向，單擊并拖動它將其水平放置，如圖9所示。

：修剪零件模型。

3.2創(chuàng)建模具型芯、型腔

進入Pro/E【模具設(shè)計】模塊，根據(jù)煙灰缸的實際尺寸選擇鑲塊毛坯，毛坯的長、寬、高分別為320mm × 240mm× 95mm（如圖10所示），設(shè)計的拉伸分型面如圖11所示。

Pro/ENGINEER提供了模具打開功能，便于觀察模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并檢查開模時的干涉情況。煙灰缸壓鑄模具模擬開模后的結(jié)果如圖12所示，圖13為鑄件，圖14為型芯，圖15為型腔。

3.3 模具元件的設(shè)計

模具元件設(shè)計的具體步驟如下：

1、使用混合特征、圓角特征、拉伸切除特征及鏡像特征，設(shè)計動模板結(jié)構(gòu)；

2、使用切除操作和拉伸切除特征，設(shè)計定模板結(jié)構(gòu)；3、使用旋轉(zhuǎn)特征和陣列特征，創(chuàng)建導(dǎo)套；4、使用旋轉(zhuǎn)特征和陣列特征，創(chuàng)建導(dǎo)柱；

5、使用拉伸特征和拉伸切除特征，創(chuàng)建定模底板；

6、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建澆道襯套；

7、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建流道；

8、選擇水線命令，在定模板和動模板上創(chuàng)建水線；9、使用拉伸特征和拉伸切除特征，創(chuàng)建動模墊板；10、使用拉伸特征，創(chuàng)建墊塊；

11、使用拉伸特征和拉伸切除特征，創(chuàng)建動模底板；12、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建限位釘；

13、使用拉伸特征和拉伸切除特征，創(chuàng)建頂出底板；14、使用拉伸特征和拉伸切除特征，創(chuàng)建頂出板；

15、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建頂針桿，并裝配和修剪頂針桿；16、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建復(fù)位桿；

17、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建推板導(dǎo)套；18、使用旋轉(zhuǎn)特征，創(chuàng)建推板導(dǎo)柱；19、完成所有模具元件的創(chuàng)建后，遮蔽和隱藏不必要的因素，得到最后的裝配圖如圖16所示。

4 煙灰缸上下模數(shù)控加工

一般而言， 計算機輔助制造系統(tǒng)由刀具路徑文件的生成和機床數(shù)控代碼指令集的生成兩部分組成。利用CAD/ CAM 軟件， 根據(jù)加工對象的結(jié)構(gòu)特征、加工環(huán)境的實際要求（如加工機床的性能和參數(shù)、夾具、刀具等） 和工藝設(shè)計的具體特點生成描述加工過程的刀具路徑文件之后，就需要用到稱之為“后置處理器”的模塊來讀取生成的刀具路徑文件，從中提取相關(guān)的加工信息， 并根據(jù)指定機床數(shù)控系統(tǒng)的特點以及NC（numerical control）程序格式要求進行相應(yīng)的分析、判斷和處理， 從而生成數(shù)控機床所能直接識別的NC程序。

4.1 Pro/Engineer NC 模具加工

數(shù)控編程是生成控制數(shù)控機床進行零件加工的數(shù)控程序的過程， 它是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一。Pro/ NC 模塊能生成驅(qū)動數(shù)控機床加工所必需的數(shù)據(jù)和信息。它所提供的工具能夠使加工人員按照合理的工序?qū)⒃O(shè)計模型處理成ASCⅡ刀位數(shù)據(jù)文件， 這些文件經(jīng)后處理變成數(shù)控加工程序。Pro/ Engineer NC 的加工流程包括：建立所需要的加工模型、設(shè)定加工操作環(huán)境、定義NC 序列、生成刀位數(shù)據(jù)文件、后置處理并生成NC代碼，驅(qū)動數(shù)控機床。

4.2煙灰缸上模的數(shù)控加工

在規(guī)劃煙灰缸上模加工操作之前，首先應(yīng)進行初始化設(shè)置，包括參考模型的加載、工件的設(shè)置、機床的設(shè)置、加工零點與退刀曲面的選擇等。煙灰缸上模數(shù)控加工的具體步驟如下：

1、 規(guī)劃表面銑削刀具路徑，實現(xiàn)對煙灰缸上模的數(shù)控加工，表面銑削結(jié)果如圖17所示；

2、 規(guī)劃粗加工刀具路徑，實現(xiàn)對大部分材料的銑削加工，粗加工結(jié)果如圖18所示；

3、 刀具路徑重新排序，將粗加工放在表面銑削的前面，使其符合“先粗后精”的加工原則；

4、 規(guī)劃輪廓加工刀具路徑，實現(xiàn)對陡斜面的精加工，輪廓銑削結(jié)果如圖19所示；

5、 規(guī)劃精加工刀具路徑，實現(xiàn)對淺平面區(qū)域的精加工，精加工結(jié)果如圖20所示；

6、 全部序列完成后并確認(rèn)無誤后，進入后處理操作，得到煙灰缸上模數(shù)控加工的NC程序。

4.3煙灰缸下模的數(shù)控加工

在規(guī)劃煙灰缸下模加工操作之前，首先應(yīng)進行初始化設(shè)置，包括參考模型的加載、工件的設(shè)置、機床的設(shè)置、加工零點與退刀曲面的選擇等。煙灰缸下模數(shù)控加工的具體步驟如下：

1、 規(guī)劃體積塊粗加工刀具路徑，實現(xiàn)對毛坯工件的粗加工，結(jié)果如圖21所示；

2、 規(guī)劃腔槽銑削刀具路徑，實現(xiàn)對槽內(nèi)曲面的加工，結(jié)果如圖22所示；

3、 規(guī)劃輪廓精加工刀具路徑，實現(xiàn)對外圍曲面的精加工，結(jié)果如圖23所示；

4、 規(guī)劃直線切削曲面加工刀具路徑，對以上刀具路徑未能有效加工的淺平面進行加工，結(jié)果如圖24所示；

5、 規(guī)劃精加工刀具路徑，實現(xiàn)對淺平面區(qū)域的精加工，結(jié)果如圖25所示；

6、 全部序列完成后并確認(rèn)無誤后，進入后處理操作，得到煙灰缸下模數(shù)控加工的NC程序。

5 總結(jié)

在煙灰缸產(chǎn)品設(shè)計中，成功應(yīng)用了Pro/ENGINEER Wildfire軟件中的拉伸、拉伸切除、倒圓角、拔模斜度、陣列、抽殼等特征實現(xiàn)了三維建模。同時進行了煙灰缸壓鑄模具設(shè)計，實現(xiàn)了開模仿真、模架裝配等重要的生產(chǎn)過程，并運用數(shù)控編程模塊Pro/NC對煙灰缸上下模進行了刀具參數(shù)設(shè)置、制造參數(shù)設(shè)置及加工刀路設(shè)計，實現(xiàn)模擬加工過程。

在整個生產(chǎn)過程中，采用Pro/ENGINEER Wildfire軟件來實現(xiàn)模具三維設(shè)計和數(shù)控加工，大大地縮短了模具設(shè)計和加工的周期，降低了模具設(shè)計和加工的成本，完善了實際生產(chǎn)過程，對提高企業(yè)利潤至關(guān)重要，為進一步生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，具有一定理論價值和實用價值。