基于CAD/CAM航空彎管零件的模具設計與制造

摘 要：文章主要通過對航空彎管零件的結構進行分析，通過計算機軟件PRO/E，MasterCAM9.0，CIMCO Edit軟件對零件進行造型，模具型腔設計，加工過程仿真，以及數控代碼的生成。希望對相關工作能夠提供借鑒。

關鍵詞：PRO/E；MasterCAM9.0；CIMCO Edit；模具設計；仿真加工

1 零件的結構特征分析

該零件是航空零件——彎管。零件的毛坯材料為灰鑄鐵，生產批量為中小批量。零件整體結構難度適中，外部輪廓比較簡單，零件主要由平面，沉頭孔，彎管，肋板，凸臺組成。該零件圓面上和矩形面上分別有4個沉頭孔，各沉頭孔的位置左右兩側對稱，兩平面的粗糙度要求較高。兩個平面在其投影面上成74度角，各平面上面的各孔之間存在位置度要求，部分被加工表面的加工精度要求較高。

故該零件的加工方法為先鑄造零件的外形輪廓，然后加工零件的圓面和矩形面及面上的4個沉頭孔。如圖1所示。

2 PRO/E模具設計的基本方法

（1）裝配法：即利用裝配模塊，利用布爾運算，在以創建的實體中減去零件的體積，完成零件基本型腔的創建。之后使用Pro/E中的基本特征創建功能完成各需要特征的建立，從而完成模具的設計。

（2）分型面法：在模具模塊中設計模具型腔，基于表面創建模具的型腔。這種方法相對簡單表面的零件比較適合。

（3）體積塊法，即在Pro/E的在模具模塊中建立若干體積塊來組成模具體。

分析了Pro/E模具設計的三種基本方法后，根據彎管的結構特點選擇了裝配法和分型面法相結合的方法。在新建模具模塊后，在Pro/E下調入模具參考模型，利用分型面法創建模具型腔，抽取模具體積塊，保存上、下模；然后建立附屬零件，新建組件，分別調入上述零件裝配，從而完成模具的設計。在分型面創建過程當中，在曲面選項當中選擇拉伸的命令，在工件的中間大平面上拉伸出一個分型面，將模具整體一分為二。模具設計過程中盡可能用最少的分型面來進行開模，降低加工成本。

3 模具型腔CAM的設計過程

利用MasterCAM9.0軟件進行模具型腔CAM及加工仿真和數控代碼生成；利用CIMCO Edit軟件進行刀具軌跡模擬。

（1）將Pro/E生成的實體轉化為IGES格式文件，以便與MasterCAM9.0軟件進行交互。

（2）利用MasterCAM9.0軟件將生成的IGES格式文件調入，在進行旋轉以便加工。

（3）在MasterCAM9.0里建立加工任務，選擇以外形環狀銑削加工方式進行粗加工，刀具選擇平底銑刀，調整參數，之后在進行精加工，刀具選擇球頭銑刀，調整參數并進行加工仿真和數控代碼生成。利用CIMCO Edit軟件把生成好的數控代碼進行刀具軌跡模擬。

4 精密鑄造的基本介紹

彎管的毛坯選為精密鑄件，精密鑄造不同與傳統壓力鑄造。它能獲得相對準確地形狀和較高的鑄造精度。精鑄的表面質量Ra理論值可達到2.5，但實際應用中由于鑄造工藝的不同，最好的表面質量可達Ra值1.5，基本可以滿足眾多的非加工表面要求。鑄件的尺寸相對傳統壓力鑄造要小得多，擴展了鑄造的尺寸范圍。精密鑄造運用蠟做鑄型原料，修改靈活方便，而且可以再利用，可大大節省生產成本。較為普遍的做法是：首先做出所需毛坯的模具，再用澆鑄的方法鑄蠟，獲得原始的蠟模。在蠟模上一層層刷上耐高溫的液體砂料。待獲得足夠的厚度之后晾干，再加溫，使內部的蠟模溶化掉，獲得與所需毛坯一致的型腔。再在型腔里澆鑄鐵水，固化之后將外殼去掉，就能獲得高精度的成品。

4.1 蠟模原料的選擇

精密鑄造所用的模型原料有低溫蠟，外表看上去是黃顏色的，鑄入模具時需要59℃，蠟型出模后可以看出，表面比較光滑。中溫蠟，原料呈綠色，工作時溫度需要保持在70～90℃，蠟型出模后，與低溫蠟相比可明顯看出表面質量要好于低溫蠟模。還有高溫蠟，需要的工作溫度要高于前兩者，而且質量也為最優。經過考察分析和零件的大小程度，和手工灌蠟決定選用低溫蠟作為蠟模原料，鑄件表面粗糙度可達到毛坯所要求，充分滿足非加工表面粗糙度要求。

4.2 蠟模縮率的選擇

在蠟模實際澆注后，由于熱漲冷縮的原因，鑄件體積回根據材料縮率不同有所減少。所以在模具設計過程中，要將收縮率考慮到模具的參數中去。另外，在實際操作過程中，如果零件的長寬比較大，則長度方向相比于寬度方向縮小量要大，在實際設計中要充分考慮。

參考文獻

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