基于Pro/E三維技術(shù)在推臺(tái)鋸鑄件零件上的優(yōu)化設(shè)計(jì)

戰(zhàn) 麗，董路平

ZHAN Li,DONG Lu-ping

（東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040）

0 引言

推臺(tái)鋸是人造板及實(shí)木家具生產(chǎn)線的重要設(shè)備之一，用途廣泛。不僅可以對(duì)各種板材進(jìn)行縱剖，橫截或成一定角度的鋸切加工，以滿足客戶的需要。同時(shí)還可以用于各種絕緣板、薄鋁板和鋁型材的鋸割，是建筑裝磺、車輛船舶制造業(yè)不可缺少的設(shè)備[1]。我國(guó)引進(jìn)推臺(tái)鋸始于上個(gè)世紀(jì)80年代初期，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，走過(guò)了引進(jìn)、消化、吸收、不斷完善和不斷發(fā)展的道路，技術(shù)形態(tài)逐漸趨于成熟，但推臺(tái)鋸在具體結(jié)構(gòu)上還存在很多不合理的地方。本文將對(duì)推臺(tái)鋸的相關(guān)鑄件零件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以彌補(bǔ)以往設(shè)計(jì)上的不足。

在進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分掌握客戶的要求，熟悉企業(yè)和工廠的生產(chǎn)條件，這些是鑄造工藝設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。此外，要求設(shè)計(jì)者有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)對(duì)鑄造先進(jìn)技術(shù)有所了解，具有經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)，才能很好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)[2]。

基于Pro/E軟件提供的強(qiáng)大的三維造型功能，設(shè)計(jì)者可以依據(jù)自己的設(shè)計(jì)意圖，快速完成產(chǎn)品的創(chuàng)建與修改。在此基礎(chǔ)上，利用模具設(shè)計(jì)功能可方便快捷地完成分模、模具型腔及型芯的自動(dòng)生成，標(biāo)準(zhǔn)模架零部件和組件的調(diào)用等相關(guān)內(nèi)容，最終完成注塑模、鑄造模、沖壓模的設(shè)計(jì)[3]。優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工藝流程相結(jié)合的基礎(chǔ)之上，如鑄造、注塑成型中的澆口、流道、凸凹模的間隙設(shè)計(jì)等，并對(duì)模具分型面的設(shè)計(jì)、零件厚度與拔模檢測(cè)等制造工藝經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了吸收和應(yīng)用。

1 鑄件模型的建立

1.1 設(shè)計(jì)流程

首先需要將設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品零件和參照標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計(jì)的毛坯零件進(jìn)行裝配，之后選擇好正確的拔模方向，進(jìn)行拔模和厚度檢測(cè)，選取合適的鑄造產(chǎn)品收縮率與凸凹模間隙；然后，進(jìn)行模具有關(guān)滑塊，砂芯及主分型面的設(shè)計(jì)與凸凹模的分割，再進(jìn)行模擬開(kāi)模和干涉的相關(guān)檢測(cè)；待凸凹模抽取成功后進(jìn)行澆口流道及脫模機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)模架及組件的裝配設(shè)計(jì)；至此，將所有的設(shè)計(jì)成品轉(zhuǎn)入生產(chǎn)部門進(jìn)行零部件的選取，完成加工制造。

所以Pro/E模具的設(shè)計(jì)流程即是將企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程集成在一起。這樣有效地提高了產(chǎn)品、模具、工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程的效率。

1.2 創(chuàng)建模具模型

進(jìn)入Pro/E的鑄件設(shè)計(jì)界面后，一般是先創(chuàng)建型腔,再根據(jù)型腔的特性來(lái)設(shè)計(jì)模座,型腔的元件包括動(dòng)模,定?；蛐颓?、澆道系統(tǒng)（包括注道，流道，流道滯料部，澆口等）滑塊，斜導(dǎo)柱，砂芯等，而模座則包括固定側(cè)模板(也稱為下模座)，移動(dòng)側(cè)模板(也稱為上模座)，頂出銷、回位銷、冷卻水線、電熱管、停止銷，定位螺釘，導(dǎo)柱，導(dǎo)銷等。

參照模型：一個(gè)設(shè)計(jì)模型被運(yùn)用到模具模型后，proe會(huì)以設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本復(fù)制出另一個(gè)模型裝配到模具模型中。

創(chuàng)建模具模型，導(dǎo)入?yún)⒄樟慵鐖D1所示。

具體的步驟是：模具模型→裝配→參照模型→Z.rt→打開(kāi)→缺?。ㄈ鐖D2）→完全約束，確定之后，在彈出的對(duì)話框中，選擇按參照合并，在名稱中寫(xiě)入M-1_REF（如圖3）→確定。

圖1 參照零件

圖2 缺省狀態(tài)下的零件

圖3 M-1_REF對(duì)話框

1.3 創(chuàng)建工件

工件模型（也稱坯料）代表模具原件的全部體積，其體積包括模型，模穴，澆口，流道等。創(chuàng)建工件的步驟是：模具模型→創(chuàng)建→工件→手動(dòng)→Z_wrk→確定→創(chuàng)建方法→創(chuàng)建。特征→確定→加材料→伸出項(xiàng)→完成→放置→定義→Front面→草繪；拉伸之后選擇參照將模型完全包住，之后綠色的為工件（如圖4）。

圖4 工件

1.4 設(shè)定產(chǎn)品的收縮率

成型產(chǎn)品由于材料具有熱脹冷縮的現(xiàn)象，經(jīng)收縮會(huì)小于實(shí)際的尺寸，因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須要考慮鑄件的收縮性，因此，必須選則適當(dāng)收縮。鑄件收縮率受合金的種類及成分、鑄件冷卻、收縮時(shí)受到阻力的大小、冷卻條件的差異等許多因素的影響。因此，要十分準(zhǔn)確地給出收縮率是很困難的。

分析鑄件零件的cad設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)其需要滿足的要求進(jìn)行分析，建立幾何模型進(jìn)行鑄造的相關(guān)工藝處理：在相應(yīng)的加工面上添加必要的加工余量，構(gòu)設(shè)適當(dāng)?shù)膱A角，對(duì)整個(gè)幾何模型進(jìn)行比例縮放（根據(jù)鑄造環(huán)境和鑄造方法及鑄件材質(zhì)的不同而制定的收縮率）。

鑄造收縮率K的定義是

式中LM——模樣（或芯盒）工作面的尺寸；

LJ——鑄件尺寸[2]。

鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)鑄造收縮率K來(lái)確定模樣和芯盒的工作尺寸。例如某鑄件圖樣尺寸為1000mm,若K值選定為1%，則模樣尺寸為1010mm。但是，如果由于鑄件結(jié)構(gòu)、砂芯、砂型等因素使得鑄件實(shí)際收縮率為0.8%，則用1010mm模樣所鑄出的鑄件尺寸為1001.9mm,比圖樣要求尺寸大1.96mm,因此，必須正確地選定鑄造收縮率。

對(duì)于大批量生產(chǎn)的鑄件，一般應(yīng)在試生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)鑄件多次劃線，測(cè)定鑄件各部位的實(shí)際收縮率，反復(fù)修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖樣要求。然后再依實(shí)際鑄造收縮率設(shè)計(jì)制造金屬模樣。

本步驟的具體操作（如圖5）：模具→收縮→按尺寸→輸入→0.006→Enter。

圖5 收縮率對(duì)話框

1.5 用分型面設(shè)計(jì)分型面

在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，分型面是用來(lái)分割工件模型的，它由一個(gè)或多個(gè)曲面特征組成。利用分型面，可以通過(guò)模具體積塊命令將工作分割為凹模體積/凸模體積，砂芯體積，滑塊體積。

分型面的設(shè)計(jì)：分型面選擇應(yīng)符合鑄件脫模要求，為使塑件能從模具內(nèi)取出，分型面的位置應(yīng)設(shè)在塑件斷面尺寸最大的部位，這是一項(xiàng)最根本的原則，其次要滿足保證位置精度，有利于排氣，應(yīng)使模具分割成便于加工的零件，以減少機(jī)械加工困難等要求。

Pro/E分型面是一種曲面組，在模型樹(shù)中以特征標(biāo)識(shí)顯示。單個(gè)的曲面特征的外部邊緣是黃色的，內(nèi)部邊是洋紅色的，多個(gè)曲面合并后會(huì)成為曲面面組，此時(shí)曲面片的邊界會(huì)變成洋紅色，而曲面面組的邊界為黃色，這可以作為個(gè)曲面片是否合并的判據(jù)。在Pro/E設(shè)計(jì)分型面，就是設(shè)計(jì)一系列曲面特征，再經(jīng)過(guò)合并，裁剪或其它操作將其合并成一個(gè)曲面面組，用于將工件分割成型腔、型芯和成型零件。

創(chuàng)建分型面的方法：在創(chuàng)建分型面的時(shí)候要注意分析鑄件特征，本例必須先將滑塊分出，接著再將砂芯提取之后，才能將主分型面進(jìn)行剖分。具體的步驟如下：

本步驟的具體操作為：點(diǎn)選分型面工具→將工件Z_wrk遮蔽→選滑塊面復(fù)制→粘貼→確定；將工件Z_wrk取消遮蔽→將工件Z_REF遮蔽；選取要延伸的邊→編輯→延伸→到參照平面；注意分型面必須完全相交→確定。接著逐次選取砂芯面和主分型面，重復(fù)以上步驟。完成后的模型如圖6。

圖6 分型面示意圖（1）

將工件顯示后的分型面示意圖如圖7所示。

圖7 分型面示意圖（2）

1.6 設(shè)計(jì)澆道系統(tǒng)

澆道系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道之總稱。澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)得正確與否對(duì)鑄件品質(zhì)影響很大，鑄件廢品中約有30%是因澆注系統(tǒng)部當(dāng)引起的。

本設(shè)計(jì)澆道系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，具體步驟：選取特征選項(xiàng)→型腔組件→實(shí)體→切減材料→拉伸→完成→放置→定義到指定的面→草繪→完成。

1.7 模具元件

使用模具元件，將凹模體積/凸模體積，砂芯體積，滑塊體積，等轉(zhuǎn)換為凹模/凸模/砂芯等。具體步驟：分割模具體積塊命令→兩個(gè)體積快→所有工件→完成；將顯示設(shè)置為線框模式→選中分型面→確定→確定→分別輸入加亮體積塊的名稱（如圖8），將體積塊變?yōu)榱慵耗＞咴槿　小_定→完成。

圖8 線框模式下體積塊

1.8 鑄模

利用鑄模進(jìn)行材料填充，以創(chuàng)建成型件。具體步驟：選中將上一步所選的零件→鑄?！?ing→確定→確定→m-1_ing.prt。

1.9 模擬開(kāi)模

利用模具進(jìn)料孔，來(lái)模擬開(kāi)模的操作，并在開(kāi)模過(guò)程中進(jìn)行干涉檢測(cè)一個(gè)型腔設(shè)計(jì)后所產(chǎn)生的文件。具體步驟：先將工件及其參考元件及所有的分型面遮蔽→點(diǎn)擊模具進(jìn)料孔→定義間距→定義移動(dòng)→選擇零件→確定→選擇邊或者軸作為運(yùn)動(dòng)的方向→輸入沿指定方向的位移→確定→完成。開(kāi)模之后的零件如圖9、圖10所示。

圖9 開(kāi)模之后的零件示意圖（1）

圖10 開(kāi)模之后的零件示意圖（2）

1.10 型腔設(shè)計(jì)完畢所產(chǎn)生的文件

1）m-1.mfg 型腔設(shè)計(jì)的文件；

2）m-1.asm 型腔組件；

3）z.prt原始的設(shè)計(jì)件；

4）m-1_ref.prt參考零件；

5）z_wrk.prt工件；

6）m-1up.prt凹模；

7）m-1dwn.prt 凸模；

8）m-1_ing.prt 成型件。

2 相關(guān)檢測(cè)分析

2.1 厚度檢測(cè)

點(diǎn)選分析→厚度檢測(cè)→選擇需要檢測(cè)的零件m-1dwn.prt→在設(shè)置厚度檢查中點(diǎn)選層切面→ 點(diǎn)選起點(diǎn)與終點(diǎn)→選取層切面的使用數(shù)：20→選取層切面方向（起點(diǎn)與終點(diǎn)的方向相反）→→輸入層切面的位移→選擇為0.002→設(shè)置厚度最大最小值為0.5-8→點(diǎn)擊計(jì)算→讀取結(jié)果（如圖11）：截面1不交截任何實(shí)體幾何。

圖11 厚度檢測(cè)圖

2.2 拔模檢測(cè)

點(diǎn)選模具→模具進(jìn)料孔→定義間距→拔模檢測(cè)→方向→單側(cè)→線框模式→選取方向：曲線/邊/軸→選擇邊→正向→輸入拔模角度（0°）→確定→點(diǎn)選零件→讀取結(jié)果（如圖12）。

2.3 模具干涉

點(diǎn)選模具→模具進(jìn)料孔→定義移動(dòng)→選擇需要移動(dòng)的實(shí)體→確定→選擇要移動(dòng)的邊→輸入要移動(dòng)的距離→點(diǎn)擊確定→干涉→移動(dòng)1→選擇靜態(tài)零件（所謂的靜態(tài)零件指的是相對(duì)要移動(dòng)的零件而言不動(dòng)的零件）→讀取檢測(cè)結(jié)果→沒(méi)有發(fā)現(xiàn)干涉（如圖13）。

圖12 拔模檢測(cè)圖

圖13 模具干涉圖

3 結(jié)束語(yǔ)

1）本文以Pro/E三維技術(shù)在推臺(tái)鋸鑄件零件上的優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，講述了在Pro/E軟件平臺(tái)上，如何進(jìn)行三維鑄件模型的建立，利用系統(tǒng)的參數(shù)化，在避免二維軟件設(shè)計(jì)鑄件缺點(diǎn)的同時(shí)提高了模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)和成功率。

2）對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，保證了加工的精度。

3）在CAD設(shè)計(jì)時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)模型（鑄件模型）既是三維軟件所需要采用的原始實(shí)體，又是進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)的參數(shù)實(shí)體。這就從一定程度上保證了型、芯對(duì)應(yīng)的一致性和設(shè)計(jì)與制造的一致性，使CAD/CAM一體化。

[1] 郭鳳武,齊英杰,李志仁,陳守謙,齊曉杰,張兆好. 精密推臺(tái)鋸動(dòng)態(tài)特性的研究[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,1999(12)： 21-22.

[2] 李魁盛,馬順龍,王懷林. 典型鑄件工藝設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京： 林業(yè)工業(yè)出版社,2007.10 (2008.5重印).

[3] 王華僑,李新洲,許建明. ProE在熱復(fù)合模設(shè)計(jì)與數(shù)控加工編程中的應(yīng)用[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2003(10)： 86-88.