Master CAM软件下底座熔模模具研制

　　摘要：对底座零件结构进行了分析, 利用Pro/E软件完成底座零件的三维建模。采用分型面切割的方法设计了熔模精铸模具, 结合Master CAM软件进行了模具复杂型腔刀具轨迹的设计, 并且生成加工过程的数控代码, 利用CIMCO软件进行模拟加工, 提高了底座零件熔模模具设计的开发效率。

　　关键词：熔模铸造; 三维建模; 分型面; Master CAM; 数控代码;

　　Abstract：The structure of a base part was analyzed, and the 3 D model of base part was established by using Pro/E software. The investment mold was designed by using cutting mothod of parting surfaces, and the tool path of the complex mold cavity was designed by using Master CAM software, and the NC code was generated, and CIMCO software to was used simulate machining, which improves the development efficiency of the base part's mold design.

　　Keyword：investment casting; 3D modeling; parting surface; Master CAM; NC code;

　　底座类零件主要用于工程机械的固定部分。底座经精铸、机加工, 然后进行气压测试, 最终成为成品。零件整体形状复杂, 有斜面和斜孔, 而且精度要求较高, 所以工艺过程复杂。零件的主要机加工部位为端面和内孔, 底座零件的毛坯选为精铸件。精密铸造不同于传统压力铸造, 通过精密铸造成型能够得到较高精度的铸件, 并且铸件的外形尺寸公差和形状公差相对较高, 非工作部分基本能够满足使用要求, 但是一些连接部分及精度要求较高的部分则需要再加工。熔模铸造的过程:首先利用三维软件进行毛坯的设计, 然后设计及制造出生产毛坯用的模具, 接着向模具里注入液体蜡, 开模具得到蜡模具, 再涂上多层耐火材料, 烘干后再加热, 使型腔内部的蜡融掉, 最后向陶瓷模浇注金属液, 凝固化后去掉外壳获得铸件[1]。

　　1、底座毛坯三维造型

　　使用三维建模软件Pro/E进行底座毛坯的三维造型[2], 该零件外部结构是以平面及45°斜面为基础建立三维模型。45°斜面是利用基准面和基准轴的工具创建基准斜面, 然后在基准斜面上利用拉伸、打孔倒角和圆角等操作完成最后的建模。在建模过程中, 还要创建大量的辅助基准平面结合旋转功能完成基本造型;较为复杂的部分是型芯部分, 通过曲面拉伸、曲面旋转、曲面合并、曲面实体化和去除材料等功能完成造型[3]。底座毛坯三维模型如图1所示。

图1 底座毛坯三维模型

　　2、熔模模具设计

　　在Pro/E的装配模块中选择模具设计子模块, 利用分型面法进行模具的开模设计。首先要正确选择分型面, 通过分型面把体积块分割成两个部分, 分别为上下模具, 然后使用装配法, 完成模具的结构设计[4]。

　　2.1、蜡模相关数据的确定

　　精铸的表面光洁度Ra一般可达到6.3μm, 基本可以满足众多的非加工表面要求。铸件尺寸相对传统重力铸造要小得多, 扩展了铸造的尺寸范围。精密铸造使用蜡做铸型原料。铸件和蜡模在成型过程中, 由于热胀冷缩的作用, 尺寸都有所减少, 所以相应的模具尺寸都必须相应的增加, 所以在设定铸件的收缩率, 应该考虑蜡模收缩率、模料收缩率等综合指标, 根据实际情况最后确定综合收缩率为0.5%[5]。

　　2.2、座体的模具设计

　　根据底座的结构特点选择了分型面法来设计模具。在新建模具模块后, 在Pro/E中调入模具参考模型, 利用分型面法创建模具型腔[6]。在主分型面创建过程中, 选择拉伸命令, 在工件的对称面上拉伸出一个分型面, 将模具整体一分为二。模具设计过程中尽可能用最少的分型面来进行开模, 以降低加工成本。次分型面需要先填充平面, 然后复制、粘贴曲面, 合并曲面和填充面, 最后将边界延伸到毛坯上, 成为一个封闭的体积。主分型面和次分型面合并完之后进行体积块分割, 如果在分型面进行体积块的分割过程中, 提示零件交叉失败, 原因就是分型面与实体没有交上, 这时应该重新定义分型面, 对其进行检查和修改[7]。通过两个分型面进行体积块的切割, 生成蜡模模具的上、下型腔。蜡模模具型腔三维模型如图2所示。

图2 蜡模模具型腔三维模型

　　2.3、模具整体设计

　　根据模具的分模方案得到底座零件的上下型腔及型芯, 利用三维软件Pro/E进行其它部分设计, 如气动连接法兰、顶板、支撑板、尿素型芯和定位支撑钉等, 最后生成利用工程图模块生成投影视图, 并且标注尺寸及序号得到二维装配图, 如图3所示。

　　模具的整体设计是由气缸提供动力实现上模具模块和下模具模块的开模和闭模, 所述上模具模块为整体式的, 上模具模块通过两个定位销和两个螺钉与顶板连接, 下模具模块为整体式的, 下模具模块和底板通过内六角圆柱头螺钉连接在一起。合模时, 上模具模块和下模具模块合成封闭型腔, 为了保证上、下模具的运动位置的准确性, 通过四导柱模架的结构实现定位和导向, 为了保证在注蜡过程中, 上模具模块和下模具模块由于型腔内部压力使其分离, 通过气缸压力夹紧整体模具。

图3 模具的二维装配图

　　1-底板2-上推板3-下推板4-下模具模块5-上模具模块6-顶板7-支撑柱8-支撑板9-直线气缸10-尿素型芯

　　底座气动蜡模模具具体操作如下:底座蜡模模具开模过程为气动开模, 具体操作为气缸先向上运动到上模具模块与下模具模块分离, 然后顶出机构向上抬起推板, 使浮升销与上推板、下推板向上运动, 直到底座蜡模脱离下模具模块型腔, 取下蜡模, 浮升销与上推板、下推板复位, 完成一个工作循环。

　　3、型腔CAM刀路设计及仿真

　　计算机辅助制造是指由计算机辅助进行加工、检测、装配等过程, 实现与这些过程有关的控制和管理的工作。随着计算机技术应用的发展, 向上逐步实现了制造过程的工艺设计, 并且在整体过程中强调生产准备设计, 如计算机辅助工艺过程设计、器材需求计划系统 (MRP) 等;向下则扩展到产品的包装和成品仓库的发货与管理[8]。

　　进行模具型腔CAM设计使用的软件是Master CAM9.1。该软件生成的数控代码经过简单的修改后, 即可直接输入数控铣床或者加工中心就可以完成模具型腔的加工[9], 这样可以缩短模具的制造周期, 能够提高加工表面的精度。最后利用CIMCO Edit软件来验证刀具轨迹是否正确, 进行走刀路线的模拟。

　　具体步骤如下:

　　(1) 将Pro/E生成的实体转化为IGES格式文件, 以便与Master CAM9.1软件进行交互。

　　(2) 利用Master CAM9.1软件将生成的IGES格式文件调入, 进行旋转以便加工。

　　(3) 在Master CAM9.1软件中建立加工任务, 选择以外形环状铣削加工方式进行粗加工, 刀具选择平底铣刀, 调整参数, 粗加工参数设置如图4 (a) 所示;然后进行精加工, 刀具选择球头铣刀, 调整参数, 如图4 (b) 所示;最后进行加工仿真和数控代码生成[10], Master CAM软件仿真加工如图4 (c) 所示。

图4 型腔CAM刀路设计及仿真

　　4、结语

　　通过底座的模具设计、型腔CAM刀路设计及仿真分析表明, 在Pro/E的模块中进行模具设计时, 利用分型面法完成上、下型腔的分离, 这种方法相对利用装配设计方法更加灵活, 并且底座零件内部是空腔, 设计模具时需要设计水溶性型芯, 这样的结构利用装配设计法是无法实现的。

　　利用CAD/CAM软件进行模具设计时, 应根据设计零件的结构特点, 结合模具的分型方案进行合理的模具设计, 可以缩短周期, 能够对产品更新换代快的市场做出快速响应, 降低成本, 提高市场竞争能力。

　　参考文献
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　　[3]何政军.基于实例的注塑模具CAD/CAE/CAM技术研究与应用[D].北京:华北电力大学, 2014.
　　[4]王迎春.UG软件在注塑模具设计中的应用研究[J].机械制造与自动化, 2011 (2) :102-104.
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　　[6]陈晖, 李名尧, 吴华春.模具CAD/CAE/CAM技术的发展及软件应用[J].机械设计与制造, 2011 (6) :238-240.
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　　[8]刘淑芬.基于CAD/CAM技术的阀块熔模模具设计[J].制造业自动化, 2015 (5) :47-48.
　　[9]徐宗驰, 姚芳萍, 李金华.基于CAD/CAM的座体熔模模具三维设计与数控加工[J].热加工工艺, 2015, 44 (13) :82-83.
　　[10]何修旭, 黄瑶, 王雷刚.基于Pro/E和Master CAM的注塑模设计与加工[J].模具技术, 2010 (1) :40-43.