基于CAD/CAM技術(shù)的閥塊熔模模具設(shè)計(jì)

劉淑芬

LIU Shu-fen

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，錦州 121001）

0 引言

閥塊在液壓機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，在整個(gè)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)上起著至關(guān)重要的作用，其制造技術(shù)和質(zhì)量直接影響著液壓設(shè)備的性能和系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性及可靠性。

本論文所述的閥塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造材料為6061-T6（航空硬鋁），價(jià)格昂貴，毛坯制造精度要求高，從而對(duì)其模具的結(jié)構(gòu)和制造提出了更高要求。通常對(duì)這類(lèi)零件，企業(yè)采用熔模精密鑄造方式生產(chǎn)其毛坯。本文基于Pro/E和MasterCAM平臺(tái)，將CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用到了閥塊的熔模模具設(shè)計(jì)中，有效提高了閥塊模具的設(shè)計(jì)效率，并有助于保證模具制造精度。

1 閥塊毛坯實(shí)體造型

Pro/E是功能強(qiáng)大的三維CAD/CAM軟件，在模具設(shè)計(jì)與制造行業(yè)應(yīng)用廣泛[1]。在Pro/E的建模模塊中可以快速完成閥塊毛坯的實(shí)體造型。造型主要過(guò)程為采用拉伸增料命令造型出頂部大孔，并以此頂孔作為基準(zhǔn)，采用用拉伸增料、拉伸除料、變截面掃描等命令構(gòu)造出零件實(shí)體、前面孔、背面和側(cè)面；用曲面填充、曲面合并、實(shí)體化命令造出零件側(cè)面輪廓；最后建立各處倒角、倒圓。造型后的閥塊毛坯實(shí)體如圖1、圖2所示。

2 模具設(shè)計(jì)

熔模鑄造是一種優(yōu)異的工藝技術(shù)，采用熔模鑄造生產(chǎn)閥塊的毛坯，可以有效保證毛坯的制造精度，并減少閥塊的機(jī)械加工量。

在Pro/E的模具設(shè)計(jì)模塊中，根據(jù)閥塊毛坯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用裝配法和分型面法相結(jié)合，進(jìn)行閥塊的熔模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 閥塊前面

圖2 閥塊后面

2.1 蠟?zāi)Ｏ嚓P(guān)數(shù)據(jù)的確定

該閥塊毛坯表面粗糙度的最大值為3.2，考慮到中溫蠟的鑄件表面粗糙度可達(dá)到2.0左右，充分滿(mǎn)足非加工表面粗糙度要求，故選用中溫蠟作為蠟?zāi)Ｔ稀ｈT件的收縮率由合金收縮率、模料收縮率和型殼膨脹率綜合決定，最終確定鑄件的綜合收縮率為1%[2]。

2.2 蠟?zāi)５哪＞逤AD

在Pro/E的模具模塊中進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，最關(guān)鍵的工作是設(shè)計(jì)合理的分型面。分型面的位置和結(jié)構(gòu)的合理性，不僅對(duì)毛坯的制造效率和精度有影響，而且也關(guān)系到模具操作的方便性和模具零件的結(jié)構(gòu)工藝性以及經(jīng)濟(jì)性。

本文中閥塊模具的分型面方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程是：首先復(fù)制閥塊毛坯的上頂孔面并延伸到模具頂面形成第一個(gè)分型面，構(gòu)造出模具的型芯；再利用雙側(cè)拉伸創(chuàng)建第二個(gè)分型面將模具整體一分為二，構(gòu)造出模具的上下模型腔，如圖3所示。分型面設(shè)計(jì)完成后，在Pro/E中進(jìn)行開(kāi)模檢測(cè)，沒(méi)有干涉。另外，為方便脫模和便于型腔的加工，下模設(shè)計(jì)了頂桿，并將型腔中加工難度大的部分設(shè)計(jì)了活塊和型芯，如圖4所示。從制造的工藝性和生產(chǎn)率的角度考慮，將下模型芯與頂料機(jī)構(gòu)的頂桿設(shè)計(jì)為一體，使鑄件能夠完好的取出。

圖3 模具分型

圖4 模具完整結(jié)構(gòu)

3 上、下模型腔的CAM刀路設(shè)計(jì)及仿真

MasterCAM軟件具有強(qiáng)大的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能[3]，易于完成各類(lèi)表面的數(shù)控編程。閥塊模具的上、下型腔均具有較多復(fù)雜表面需要加工，選用數(shù)控銑床即可完成各表面的加工。其數(shù)控加工刀路采用MasterCAM 9.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在其中完成加工仿真和數(shù)控代碼生成；再利用CIMCO Edit軟件進(jìn)行刀具軌跡模擬。

3.1 文件格式轉(zhuǎn)換

將Pro/E造型完成的上、下模（如圖3、圖4所示）實(shí)體另存為IGES格式。由于IGES文件是Pro/E和MasterCAM的通用文件，所以在MasterCAM中可以IGES格式的模具零件實(shí)體進(jìn)行仿真加工。在加工中一些小的圓角加工效果不是很理想，所以將切削用量適當(dāng)調(diào)整，并且對(duì)刀具參數(shù)、加工方式進(jìn)行改進(jìn)。加工困難的部位需要多次精銑，以保證加工精度。

3.2 CAM編程及仿真

在MasterCAM里建立加工任務(wù)，選擇以外形環(huán)狀銑削加工方式，先選擇Φ10的平銑刀粗銑內(nèi)型腔，再換Φ5的球頭銑刀精銑內(nèi)型腔，調(diào)整切削參數(shù)開(kāi)始加工仿真并生成數(shù)控代碼。將生成的數(shù)控代碼復(fù)制到CIMCO Edit軟件中進(jìn)行刀具軌跡模擬如圖5～圖8所示。

圖5 上模CAM仿真

圖6 下模CAM仿真

圖7 上模刀路軌跡

圖8 下模刀路軌跡

4 結(jié)論

1）本文的閥塊零件在液壓系統(tǒng)中需求量大，材料昂貴，毛坯制造精度要求高，采用熔模鑄造其毛坯可有效保證其批量和精度的要求。采用Pro/E軟件的三維造型功能快速準(zhǔn)確地建立了閥塊的毛坯數(shù)模，并在其模具模塊中結(jié)合熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)了閥塊毛坯的熔模鑄造模具，經(jīng)開(kāi)模檢測(cè)，模具結(jié)構(gòu)合理。

2）在MaseterCAM軟件中對(duì)模具的上、下模型腔進(jìn)行數(shù)控加工刀路設(shè)計(jì)，經(jīng)加工仿真顯示刀路軌跡合理，導(dǎo)入到CIMCO軟件，為傳給數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工做準(zhǔn)備。

3）基于CAD/CAM技術(shù)，輔助完成閥塊的模具設(shè)計(jì)，不僅降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了模具的開(kāi)發(fā)速度，而且可節(jié)約設(shè)計(jì)成本，提高模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造質(zhì)量。對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起到積極的借鑒作用。

[1] 柯曉華,陳冰冰,等.基于Pro/E的模具CAD/CAM[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),2008,(9)：47.

[2] 姜不居.熔模精密鑄造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 張曉光.基于Pro/E汽車(chē)驅(qū)動(dòng)盤(pán)模具CAD/CAM[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2012,(10)：7.