模具的新技艺研制与应用

　　在发动机气缸体、气缸盖等复杂铸件的开发过程中，模具设计、制作周期的长短起着决定性的作用。传统的模具设计是设计人员以二维图纸进行模具设计，模具制作是以二维图进行加工，对于气缸体、气缸盖这类复杂铸件，由于其模具结构复杂、数量众多、直观性差，设计人员工作量大，设计费时费力，模具的设计、制作需要很长时间，因而延长了铸件的开发周期。

　　随着三维计算机辅助设计的普及应用，越来越多的零件采用计算机进行三维设计，为三维CAD模具的设计提供了数据上的便利。应用三维CAD技术进行模具设计能有效地缩短产品开发周期，减少设计人员工作量，提高设计质量，并且其三维数据可直接用于模具型腔加工。

　　在缺乏设计产品的三维模型数据，或者设计部门由于种种原因不予提供三维数据的情况下，铸造部门进行铸造模具设计时，不得不重新根据二维图设计，首先重复进行三维造型，这种做法不仅会延长产品的开发周期、增加铸造模具设计的工作量，而且设计质量也难以保证，难以体现产品设计的意图。如果搞并行工程，铸造部门参与产品的开发和设计，则会带来一系列的好处。其中铸造模具设计就可以利用设计部门的产品三维模型数据。如果有了设计部门的产品零件三维模型数据，可以根据下面介绍的方法进行铸造模具设计。这种方法可以节省铸造模具设计时的三维造型时间，提高数据的准确性，加快铸件开发的速度，缩短产品的开发时间。

　　Pro／CASTING模块是Pro／Engineer的一个模块，本文主要介绍了Pro／CASTING模块在铸造模具设计中的应用。1软件简介美国PTC公司的Pro／Engineer软件是国际著名的三维CAD软件之一，在制造业特别是汽车行业得到了广泛的应用。

　　Pro／CASTING模块是Pro／Engineer的一个模块，其功能主要是提供铸造模具设计。Pro／Engineer设计全部采用参数化造型，能够满足新产品开发过程中零件结构的调整更改，实现工装模型的快速对应更改，并且芯头定位、拔模斜度、组芯间隙、分型负数等工艺参数可以整体考虑，保证铸件的尺寸精度和外观质量，并能有效地缩短新产品开发周期。

　　2铸件的三维CAD模具的设计路线在Pro／Engineer软件系统中，根据零件的铸造工艺设计图，对零件的三维模型进行修改，得到铸件的三维实体模型。在Pro／CASTING模块下，对铸件的三维模型进行比例缩放，进行砂芯抽取，分别在各砂芯上作出芯头、拔模斜度、配合间隙、浇注系统等，形成一个个完整的砂芯，对砂芯模样进行装配，检查壁厚、配合间隙是否干涉等。在Pro／MOLDESIGN模块下，进行模具分型面、结构设计。三维模具模型建成后，再直接由三维软件生成加工数据，用于数控加工。最后输出二维模具图纸。

　　现以618气缸体为例，介绍铸件的三维CAD模具的设计过程。

　　2.1铸件工艺设计先由工艺设计人员在零件的二维工程图纸上进行详细的铸造工艺设计，确定铸造工艺方案，包括：分型面的确定，浇注系统设计，加工余量、拔模斜度、收缩率的制定，芯头尺寸、配合间隙等工艺参数的确定，造型、制芯设备的确定，作为模具的设计依据。

　　2.2铸件三维实体模型的生成在零件的三维实体模型上，根据工艺设计图，修改零件的三维实体模型。包括添加加工余量、拔模斜度、工艺修正量，不铸出孔、槽的删除，得到铸件的三维实体模型。

　　2.3砂芯及外模的创建2.3.1砂芯的抽取在Pro／CASTING环境下创建新文件1，调入铸件三维实体模型，作为参照模型，选取“Skrinkage”

　　（收缩）菜单，对铸件三维模型进行铸造收缩率比例缩放，以“Creat”

　　（创建）＞“SandCore”

　　（砂芯）＞“Gather Vol”

　　（聚合体积块）菜单分别抽取水套、水道，缸筒挺杆组合等铸件内腔砂芯。砂芯抽取后分别形成单独的“。prt”文件，由于采用的“GatherVol”

　　（聚合体积块）命令，所形成的砂芯为实体，这就为以后外模的分模及模腔的形成提供了方便。

　　2.3.2砂芯工艺设计通过聚合体积块所抽取的砂芯，只是形成铸件内腔部分的砂芯，还不是生产出合格铸件所需的砂芯，因此还需对砂芯进行工艺设计。

　　打开所生成的砂芯“。prt”文件，对缸筒挺杆组合、水套、水道等砂芯，分别按照工艺图作出砂型芯头、砂芯与模板之间的定位结构，以及砂芯上的浇注系统等。由于Pro／Engineer强大的再生功能，在各砂芯文件下对砂芯的修改，可以通过“再生”命令反映到文件1中，文件1中的参考件已经具备了铸件外模的雏形。

　　2.3.3铸型及前、后、上端的形成在文件1中，利用“Workpiece”

　　（工件）命令创建工件，把参考模型包围在其中，在“插入”下拉菜单中选择“拉伸”、“旋转”、“拔模”等命令作出前后端芯、上端芯与铸型的分型面，利用“DieVolume”（模具体积块）命令分割出前后端芯、上端芯，利用“拉伸”命令作出上下分型面，利用“DieVolume”（模具体积块）命令分割出上下型。

　　2.3.4砂芯分割由于铸件的内腔相通，抽取的砂芯中，六颗缸筒芯与挺杆是连在一起的，按照铸造工艺要求，缸筒芯与挺杆芯需要分开，且缸筒芯要按照气缸体的六个缸，分别为六颗缸筒芯单独制作模具，这就需要对砂芯进行分割。

　　在Pro／CASTING环境下创建新文件2，调入缸筒挺杆组合芯作为参照模型，在“DieVolume”

　　（模具体积块）菜单下，通过“Gather”

　　（聚合）命令生成体积块，在“插入”菜单命令下，按照工艺要求，作出分形曲面，通过“DieVolume”

　　（模具体积块）＞“Split”

　　（分割），利用所作的分芯曲面，将砂芯组合分割为符合工艺要求的砂芯。图4所示为分割后的挺杆芯图。至此，所有砂芯及铸型的三维设计全部完成。

　　2.4装配检查在“装配校验”模块下，创建新文件3，将铸型与所有砂芯按照铸造要求，装配在一起进行装配检查，检查砂芯相互之间和砂芯与铸型的配合、干涉情况，预测铸件的壁厚。经检查确认正确无误以后，再进行模具的结构设计。

　　2.5模具结构设计在Pro／MOLDESIGN环境下创建新文件，将需制作模具的砂芯作为参照模型装配到新文件中，按照模具各模块外形尺寸大小，创建工件，利用“Parting Surf”（分型面）命令或“插入”菜单下的命令作出分型面，再利用“MoldVolume”（铸型体积块）＞“Split”（分割）命令分割出上、下、左、右等各模块。选择“Mold Comp”（铸型元件）命令生成各模块实体，在“插入”菜单命令下对各模块进行顶芯杆孔、复位杆孔、定位销孔、射砂孔等细节设计，设计模具的射砂、吹胺、顶芯系统，完成模具结构设计。

　　2.6二维工程图纸生成模具的三维实体模型生成后，为了便于模具制作施工及图纸文档管理，需要制作二维工程图纸。

　　新建文件，选择绘图模块，调入需要生成二维图纸的三维模型，在“插入”＞“绘图”＞“视图”命令下，插入三维模型，调整视图方向及视图比例、视图显示生成主视图，重复插入所需各视图，在“插入”命令下，插入“视图尺寸”、“几何公差”等。完成视图尺寸及形位公差标注，或选择“视图”菜单下的“显示及拭除”命令，自动显示视图的尺寸及形位公差，在工程图界面下，还可以对各视图标注进行修改，如改变各视图的比例、移动试图、改变尺寸位置、添加局部视图等。

　　2.7模具制造模具的三维模型建成后直接由三维软件生成加工数据，用于数控加工，以保证模具的制造精度，实现模具设计的意图。

　　3结束语铸造与设计部门在产品的开发阶段就搞并行工程，可以充分利用共享资源，加快铸造模具的设计效率，缩短铸件开发时间，并能相应有效地缩短新产品开发周期。

　　在可以共享产品设计部门的三维模型数据的前题下，应用Pro／CASTING进行铸造模具设计，能够共享三维数据，保证数据质量，避免重复设计。此外，本文介绍的这一模具设计过程能非常直观地反映模具的具体结构，而且工艺更改能快速地在模具上直接体现，使得零件设计、工艺设计与模具设计、制造部门能够方便地进行协调和沟通。

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