基于CAD/CAM技術的閥塊熔模模具設計

劉淑芬

LIU Shu-fen

（遼寧工業(yè)大學 機械工程與自動化學院，錦州 121001）

0 引言

閥塊在液壓機、航空發(fā)動機的液壓系統(tǒng)中應用廣泛，在整個液壓系統(tǒng)的設計和功能實現(xiàn)上起著至關重要的作用，其制造技術和質量直接影響著液壓設備的性能和系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性及可靠性。

本論文所述的閥塊結構復雜，制造材料為6061-T6（航空硬鋁），價格昂貴，毛坯制造精度要求高，從而對其模具的結構和制造提出了更高要求。通常對這類零件，企業(yè)采用熔模精密鑄造方式生產(chǎn)其毛坯。本文基于Pro/E和MasterCAM平臺，將CAD/CAM技術應用到了閥塊的熔模模具設計中，有效提高了閥塊模具的設計效率，并有助于保證模具制造精度。

1 閥塊毛坯實體造型

Pro/E是功能強大的三維CAD/CAM軟件，在模具設計與制造行業(yè)應用廣泛[1]。在Pro/E的建模模塊中可以快速完成閥塊毛坯的實體造型。造型主要過程為采用拉伸增料命令造型出頂部大孔，并以此頂孔作為基準，采用用拉伸增料、拉伸除料、變截面掃描等命令構造出零件實體、前面孔、背面和側面；用曲面填充、曲面合并、實體化命令造出零件側面輪廓；最后建立各處倒角、倒圓。造型后的閥塊毛坯實體如圖1、圖2所示。

2 模具設計

熔模鑄造是一種優(yōu)異的工藝技術，采用熔模鑄造生產(chǎn)閥塊的毛坯，可以有效保證毛坯的制造精度，并減少閥塊的機械加工量。

在Pro/E的模具設計模塊中，根據(jù)閥塊毛坯的結構特點采用裝配法和分型面法相結合，進行閥塊的熔模模具結構設計。

圖1 閥塊前面

圖2 閥塊后面

2.1 蠟模相關數(shù)據(jù)的確定

該閥塊毛坯表面粗糙度的最大值為3.2，考慮到中溫蠟的鑄件表面粗糙度可達到2.0左右，充分滿足非加工表面粗糙度要求，故選用中溫蠟作為蠟模原料。鑄件的收縮率由合金收縮率、模料收縮率和型殼膨脹率綜合決定，最終確定鑄件的綜合收縮率為1%[2]。

2.2 蠟模的模具CAD

在Pro/E的模具模塊中進行模具設計，最關鍵的工作是設計合理的分型面。分型面的位置和結構的合理性，不僅對毛坯的制造效率和精度有影響，而且也關系到模具操作的方便性和模具零件的結構工藝性以及經(jīng)濟性。

本文中閥塊模具的分型面方案和結構設計過程是：首先復制閥塊毛坯的上頂孔面并延伸到模具頂面形成第一個分型面，構造出模具的型芯；再利用雙側拉伸創(chuàng)建第二個分型面將模具整體一分為二，構造出模具的上下模型腔，如圖3所示。分型面設計完成后，在Pro/E中進行開模檢測，沒有干涉。另外，為方便脫模和便于型腔的加工，下模設計了頂桿，并將型腔中加工難度大的部分設計了活塊和型芯，如圖4所示。從制造的工藝性和生產(chǎn)率的角度考慮，將下模型芯與頂料機構的頂桿設計為一體，使鑄件能夠完好的取出。

圖3 模具分型

圖4 模具完整結構

3 上、下模型腔的CAM刀路設計及仿真

MasterCAM軟件具有強大的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能[3]，易于完成各類表面的數(shù)控編程。閥塊模具的上、下型腔均具有較多復雜表面需要加工，選用數(shù)控銑床即可完成各表面的加工。其數(shù)控加工刀路采用MasterCAM 9.0軟件進行設計，并在其中完成加工仿真和數(shù)控代碼生成；再利用CIMCO Edit軟件進行刀具軌跡模擬。

3.1 文件格式轉換

將Pro/E造型完成的上、下模（如圖3、圖4所示）實體另存為IGES格式。由于IGES文件是Pro/E和MasterCAM的通用文件，所以在MasterCAM中可以IGES格式的模具零件實體進行仿真加工。在加工中一些小的圓角加工效果不是很理想，所以將切削用量適當調(diào)整，并且對刀具參數(shù)、加工方式進行改進。加工困難的部位需要多次精銑，以保證加工精度。

3.2 CAM編程及仿真

在MasterCAM里建立加工任務，選擇以外形環(huán)狀銑削加工方式，先選擇Φ10的平銑刀粗銑內(nèi)型腔，再換Φ5的球頭銑刀精銑內(nèi)型腔，調(diào)整切削參數(shù)開始加工仿真并生成數(shù)控代碼。將生成的數(shù)控代碼復制到CIMCO Edit軟件中進行刀具軌跡模擬如圖5～圖8所示。

圖5 上模CAM仿真

圖6 下模CAM仿真

圖7 上模刀路軌跡

圖8 下模刀路軌跡

4 結論

1）本文的閥塊零件在液壓系統(tǒng)中需求量大，材料昂貴，毛坯制造精度要求高，采用熔模鑄造其毛坯可有效保證其批量和精度的要求。采用Pro/E軟件的三維造型功能快速準確地建立了閥塊的毛坯數(shù)模，并在其模具模塊中結合熔模鑄造工藝設計了閥塊毛坯的熔模鑄造模具，經(jīng)開模檢測，模具結構合理。

2）在MaseterCAM軟件中對模具的上、下模型腔進行數(shù)控加工刀路設計，經(jīng)加工仿真顯示刀路軌跡合理，導入到CIMCO軟件，為傳給數(shù)控機床進行實際加工做準備。

3）基于CAD/CAM技術，輔助完成閥塊的模具設計，不僅降低了人工勞動強度，加快了模具的開發(fā)速度，而且可節(jié)約設計成本，提高模具的設計質量和制造質量。對同類產(chǎn)品開發(fā)起到積極的借鑒作用。

[1] 柯曉華,陳冰冰,等.基于Pro/E的模具CAD/CAM[J].計算機應用技術,2008,(9)：47.

[2] 姜不居.熔模精密鑄造[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004.

[3] 張曉光.基于Pro/E汽車驅動盤模具CAD/CAM[J].制造業(yè)自動化,2012,(10)：7.