浅谈MasterCAM软件在模具制造中的运用

引言：Master CAM作为美国CNC Software Inc.公司开发的一种基于PC平台的CAD/CAM软件，其集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、数控编程、体素拼合、刀具路径模拟及真实感模拟等多种功能于一体，在模具制造中的应用极为广泛。文章便以汽车轮毂模具为例，探讨Master CAM软件在汽车轮毂模具制造的具体应用，以供相关人员参考所用。

现代机械工业日新月异，计算机辅助制造技术（CAM）与计算机辅助设计技术（CAD）在模具加工中的应用已非常广泛。在汽车轮毂模具加工行业中，由于轮毂模具型面复杂，应用传统的模具设计及制造方法很难满足模具的加工要求[1]，采用Master CAM软件进行汽车轮毂模具设计可解决这一难题。因此，充分应用计算机技术、自动控制技术与高速切削加工等新技术，进行汽车轮毂模具设计，有效提高轮毂加工质量，便也成为必然趋势。

一、汽车轮毂构造及轮毂模具构造分析

1.1汽车轮毂的构造分析

汽车轮毂模具的制造主要通过产品结构设计、工艺方案设计、模具设计、产品试样四大程序组成。轮毂作为车轮上安装轮胎的零件，主要分为铝合金轮毂与钢质轮毂两种，铝合金轮毂大多用于中、高档轿车，钢质轮毂大多用于普通轿车和载重汽车。但不论哪种类型的汽车轮毂，其构造基本都是相同的，各式各样的汽车轮毂，如图1所示。

如上图所见，汽车轮毂主要由轮芯、轮辋、轮辐三部分组成，由于轮辋是按照国家标准（GB-T 3487-2005汽车轮辋规格系列）规定的尺寸所设计的，因此，进行轮毂设计时，主要是通过调整辐板结构以及外轮圈的过渡圆角来完成。轮毂结构的基本知识为：①轮辋。与轮胎装配配合，起着支撑轮胎车轮部分的作用；②轮辐。与车轴轮毂实施安装连接，起着支撑轮辋车轮部分的作用；③轮缘。起着保持并支撑轮胎方向轮辋部分的作用；④偏距。是指轮辋中心面到轮辐安装面之间的距离，有零偏距、正偏距与负偏距之分；⑤胎圈座。与轮胎圈相连接，起到支撑维持轮胎半径方向轮辋部分的作用；⑥槽底。槽底是指为了方便轮胎装卸，于轮辋上留有一定宽度及深度的凹坑；⑦气门孔。其是指用来安装轮胎气门嘴的小孔。

1.2汽车轮毂模具的构造分析

汽车轮毂横具作为生产汽车轮毂的压铸模具，其结构主要由上模、下模、边模、导管（中心仁）等构件组成。在进行浇铸时，铝合金或钢液体由浇口注入，通过铁心分流液体。边模的主要作用是形成汽车轮毂外环面，一般分为对开、四开边模；下模的作用是形成汽车轮毂的外表面；上模的作用是形成汽车轮毂的内环面；中心仁的作用是形成汽车轮毂固定部分形状，如图2。

二、汽车轮毂模具方案的设计标准

本文以MasterCAM软件为开发平台，完成对汽车轮毂模具的设计。用户提供汽车轮毂模具零件加工图纸后，编程人员在MasterCAM系统中建立相应的加工模型。最常采用的建模方法主要有曲线建模、实体建模、线架构建模三种。当零件待加工面为曲面时，可采用曲线建模，利用MasterCAM軟件的二维绘图、绘图画设置、曲面绘画及编辑命令来实现。零件待加工面为曲面时出可通过实体建模来实现。二维线架构建模比较常用，例如下模、上模、中心仁车削加工自动编程均可应用二维线架构建模，实际建模中，可通过MasterCAM软件的绘圆、线等命令建立加工模型[2]。

进行汽车轮毂模具方案设计时，根据实际选择最合理的建模方式，轮毂模具的主要设计方案可分成两步完成：第一步，设计出符合要求的轮毂三维实体模型。第二步，根据轮毂的三维模型设计出轮毂模具。在设计中，轮毂实体设计最为关键，直接涉及到模具的结构以及模具尺寸精度，应多加注意。

三、基于MasterCAM软件的汽车轮毂模具的设计

在计算机上可利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真处理，由此便可较为真实的反映出实际的切削加工过程，并通动态地观察参数的设置效果，以便能及时进行工艺及参数调整，有效避免因工艺不合理或编程出错造成的工件报废，从而降低材料的生产及消耗成本，提高工作效率[3]。文章以汽车轮毂的挤压模具为例，具体分析在MasterCAM软件的应用下轮毂模具的设计方式。

3.1外形尺寸的确定。确定铸件的最小壁厚：δ=5～7mm，平均壁厚6mm；铸造内外圆角：R=2mm；汽车轮毂的受阻收缩率控制在0.5～1%之间；铸造斜度（拔模斜度）：a=5°30′。

3.2设计原则。原则一，铸造收缩率：根据轮毂自身结构，结合其他因素充分考虑，确定轮毂铸造的收缩率，本次轮毂铸造的收缩率设计为0.5%；原则二，加工余量：实际设计中，在铸件外侧、上下端都应设有2mm的加工余量，以便于施压；原则三，铸造圆角：严格根据挤压铸造工艺的要求，铸件所有直角设计为半径2mm的铸造圆角；原则四，起模斜度：为保证起模的方便，在起模方向上应留有结构斜度，起模斜度设计控制在3～5°之间；原则五，配合间隙及长度：阴模、阳模以及阳模外套之间的间隙要合理适当，过小或过大都会影响质量，本次设计中，将阴模、阳模的配合间隙设计在0.15～0.20mm之间，配合长度设计在30mm左右；原则六，排气：阳模外套上需留有长度20mm，半径2mm的排气槽8条，在挤压铸造时，留在阳模外套导向部分的少量气体，可经排气槽排出。

3.3工艺参数。第一，确定汽车轮毂模具的分模面。以轿车轮毂为例，根据其结构特点，可将汽车轮毂模具设计为3个分模面，共需4个模具。打开在MasterCAM软件，利用三维图形技术进行仿真设计，在【模具】菜单栏中，依次选择【分型面】→【创建】选项，在打开的【分型面名称】中输入“shangmu”，之后在打开的曲面定义菜单中依次选择【增加】→【复制】→【完成】选项，以选取轮毂内侧表面。接着于复制对话框中依次选择【填充环】→【环】→【增加】，选择需要填充的靠破孔的边界曲线，然后完成。根据软件强大的分模功能，在已生成的曲面“shangmu”上进行增加、组合等操作，便可得到符合要求的分模面。第二，进行凸模设计。本次研究中，凸模设计采用整体式，连接方式为直装式，通过窝座和销进行定位。凸模尺寸计算公式为：L=L1+L2+L3+L4（式中，L代表凸模长度；L1代表边锻本身尺寸决定的长度；L2代表导入长度；L3代表自由长度；L4代表装配长度）。第三，模板设计。模板作为挤压模具的连接零件，通过螺针、销针等零件将挤压模装在其上，组成一套完整的挤压模。

3.4模具装配。汽车轮毂模具中所有零件设计完毕后，再进行总体的装配。本次设计中，主要是采用三片两开式的开模结构，设计为上模（1个）、下模（1个）、侧模（2个）。通过对模具各零件的设计，最后完成对汽车轮毂模具的三维建模。

四、总结

MasterCAM软件在模具制造中的应用极为广泛，本文就主要以汽车轮毂为例，对MasterCAM软件在汽车轮毂模具设计中的应用作一论述，期望能通过简单的讲述，使人们了解MasterCAM软件的强大功能，进而为提高模具的设计水平起到帮助。

参考文献

[1]殷燕芳.MasterCAM二维加工数控编程技巧[J].模具制造，2014，14（6）：77-79.

[2]李欢虎.MasterCAM软件进行自动编程的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2013，9（9）：84-86.

[3]罗一桓.Mastercam在电子装备制造领域的优势[J].新技术新工艺，2013，1（1）：28-31.

（作者单位：江西工业工程职业技术学院）

作者简介

李春玲，1987年4月，女，汉族，江西宜春人，本科，助教，江西工业工程职业技术学院机电工程系从事模具设计与制造专业教学与研究工作。