连接件零件熔模模具的CAD/CAM设计

熊安平，李悦凤

(1.吉林工商学院 生物工程学院，长春 130000;2.大连职业技术学院 机械工程学院，辽宁 大连 116000)

0 引言

随着工业社会的不断发展，传统的模具设计与制造技术已不能满足复杂、精密、单件、小批量的生产要求。随着CAD/CAM技术在模具工业中越来越广泛的应用，模具行业的生产效率明显提高，成本控制更加合理，因此模具生产水平已经成为衡量一个国家装备制造业发展水平的重要指标。本文主要根据熔模模具的设计原则，并基于Pro/Engineer软件作为设计和加工平台，实现对连接件零件进行熔模模具的CAD/CAM设计。

1 零件造型分析

零件(图1)由型腔，侧板，斜圆筒，加强筋等部位构成。其中型腔部位用旋转命令即可完成，侧板部位用拉伸命令，型腔表面的字可用拉伸命令完成。难点是圆柱斜筒的建立，这部分需要注意空间轴线和空间斜面的建立。加强筋的建立也不太容易，因为根据图纸内容很难断定出其形状，还需发挥自己的空间想象能力再进一步结合图纸内容进行建立。综合分析，实体建模的顺序为:型腔，侧板，加强筋，圆筒。

图1 零件实体造型图

图2 主分型面

2 模具设计

2.1 模具设计过程

1)创建模具文件。

2)调入参考零件模型。

3)创建毛坯模型。

4)设置收缩率:在注射成形过程中，首先将熔融蜡料注射入模具型腔内，充填结束后熔料冷却固化，从模具中取出蜡件时即出现收缩，此收缩称为成形收缩。

本文零件依据生产实际中的经验收缩率设置为0.008。

5)分型面的设计:在实际的模具设计中要选择最大投影面做分型面，但是部分的分型面的选择还需要根据模具的实际形状而定。由于该零件靠近右端处有两个圆柱筒，因此在此处要设计两个型芯。根据本文模具的特点若左右开模会产生干涉，因为包括一定的弯曲，在垂直弯曲的方向才能顺利的开模，所以分型面设置与平行于主视图且经过中心轴线的平面，在垂直于主视图方向进行开模。

若要成功的创建分型面，分型面必须和欲分割的模块或模具体积块完全地相交，多个曲面能够合并在一起而产生一个面组，且分型面不能自身相交。主分型面和滑块分型面分别如图2、图3所示。

图3 滑块分型图

6)浇注系统设计。

7)分割模具体积产生各模具体积块:创建模具体积块，利用主分型面及滑块分型面将工件分割为滑块体积块、上模以及下模体积块。

8)抽取模具体积块以产生模具元件:模具元件如图4所示。

图4 模具元件

2.2 模具定位及锁紧设计

模具的组件设计就是根据模具加工需要来设计模具的定位、夹紧等附属机构。模具的上下模采用销定位的方式，在模具的对角线安放一对定位销，由于加工方便而且成本低，定位销采用圆柱销，两销与上模间隙配合，与下模过盈配合，而且上下模的销孔需要配做，这样保证了定位销定位的准确性和安装的方便性;各滑块之间用管状销钉连接定位，将螺钉拧入各滑块的螺纹处进行抽芯。夹紧模具上下模用双头螺柱。定位、锁紧机构如图5所示。

图5 模具的定位锁紧装置图

2.3 模具的开模仿真

利用Pro/Engineer软件对于真实模具开模情况进行模拟仿真的过程，开模爆炸图如图6所示。

2.4 模具加工方案

2.4.1 毛坯加工的设计

毛坯的材料一般采用方形毛坯，本文毛坯尺寸为180*145*150 mm3。模具的材料由模具年生产蜡型件数决定，通常20万件/年采用钢，10万件/年以下采用铝合金。本文毛坯材料为:铝合金。考虑到误差、收缩率以及冒口加工等因素，上、下模具加工余量均取5 mm。

2.4.2 型腔的加工

对型腔进行加工时选用三轴数控铣床进行加工并采用平口钳作为夹紧装置。由于表面有多处倒角，因此在加工时就需要选用球形铣刀或者圆柱铣刀来完成加工。

2.4.3 基准的加工

下模的加工基准先把底面铣出来，然后以底面为粗基准加工顶面，然后互为基准精加工底面，后续加工时以底面为精基准。

图6 开模爆炸图

3.5 工艺规程总体方案制定

整体加工思路:粗加工—精加工。机床的选择应尽量选择加工成本低、工作效率高的不同机床的组合。本文的模具下模由方料开始加工，在前期的面加工时选择铣床加工，后期型腔加工时为了加工方便，首先用镗床镗孔，型腔结构复杂选择加工中心来完成，各处螺纹孔及销孔选择立式钻床加工。

3.5.1 结构工艺性分析

所谓零件的工艺性，是指在不同生产类型的具体生产条件下，从毛坯的制造、零件加工到产品的装配和维修的各方面，在保证使用要求的前提下，把产品经济方便地制造出来。

3.5.2 拟定下模工艺路线

1)模具的基准和定位:基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择的合理与正确，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

根据基准的选择原则，在粗加工模具表面时，采用以底面作为基准，在加工型腔时采用底面作为精基准，加工顶面的销孔时以底面为基准，加工侧面的孔时以侧面的另一面为基准，加工型腔和孔时除底面限制三个自由度外再用平口钳和压板限制三个自由度。

2)模具下模的加工处理:零件图及其有关部件装配图是了解零件结构和功能及制订其工艺规程最主要的原始资料，根据零件图纸的要求，模具分型面是尺寸基准以及装配基准，因此要对分型面做精加工，其他型腔按其使用性能做相应的加工处理。

本文在型腔的半精加工后需要进行调质处理，提高其耐磨性和耐冲击载荷能力。热处理后，安排校直工序;在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序;精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

3)确定模具下模工艺路线:本文工件的精度需要达到8级精度，所以一般采用粗铣精铣的方法就能完成。孔的加工采用钻—铰的方法完成。粗铣时的加工余量定为4 mm，精铣时的加工余量为1mm。在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表1列出了下模的工艺路线。

表1 模具下模工艺路线及设备、工装的选用

续表

图7 下模数控加工图

3 运用Pro/E软件进行模拟数控加工

Pro/Manufacturing模块产生生产过程规划、刀路轨迹，并能根据用户需要产生的生产规划做出时间及价格成本上的估计。Pro/Manufacturing将生产规划与设计造型连接起来，所以任何在设计上的改变，软件也能自动地将已做过的生产上的程序和资料自动更新，而无需用户自行修改。它将具备完整关联性的Pro/Engineer产品线延伸至加工制造的工作环境里。它容许用户采用参数化的方法去定义数值控制(NC)刀具路径，凭此才可将Pro/Engineer生成的模型进行加工。这些信息接着作后期处理，产生驱动NC器件所需的编码。图7为下模数控加工图。

4 结语

本文通过结合熔模模具设计理论进行的分析及制造的实际应用，得到符合要求的熔模模具。本次设计中CAD/CAM技术的应用符合我国当前模具制造业现状，具有很大的发展潜力。采用Pro/E软件不但可以进行零件三维造型及模具设计，并且可以自动生成模具成型零件的加工刀具轨迹，使零件尺寸精确度高、表面粗糙度好、加工效率高，是一般机床或钳加工不能比拟的。

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