基于CAD/CAM航空彎管零件的模具設(shè)計(jì)與制造

摘 要：文章主要通過對航空彎管零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過計(jì)算機(jī)軟件PRO/E，MasterCAM9.0，CIMCO Edit軟件對零件進(jìn)行造型，模具型腔設(shè)計(jì)，加工過程仿真，以及數(shù)控代碼的生成。希望對相關(guān)工作能夠提供借鑒。

關(guān)鍵詞：PRO/E；MasterCAM9.0；CIMCO Edit；模具設(shè)計(jì)；仿真加工

1 零件的結(jié)構(gòu)特征分析

該零件是航空零件——彎管。零件的毛坯材料為灰鑄鐵，生產(chǎn)批量為中小批量。零件整體結(jié)構(gòu)難度適中，外部輪廓比較簡單，零件主要由平面，沉頭孔，彎管，肋板，凸臺組成。該零件圓面上和矩形面上分別有4個(gè)沉頭孔，各沉頭孔的位置左右兩側(cè)對稱，兩平面的粗糙度要求較高。兩個(gè)平面在其投影面上成74度角，各平面上面的各孔之間存在位置度要求，部分被加工表面的加工精度要求較高。

故該零件的加工方法為先鑄造零件的外形輪廓，然后加工零件的圓面和矩形面及面上的4個(gè)沉頭孔。如圖1所示。

2 PRO/E模具設(shè)計(jì)的基本方法

（1）裝配法：即利用裝配模塊，利用布爾運(yùn)算，在以創(chuàng)建的實(shí)體中減去零件的體積，完成零件基本型腔的創(chuàng)建。之后使用Pro/E中的基本特征創(chuàng)建功能完成各需要特征的建立，從而完成模具的設(shè)計(jì)。

（2）分型面法：在模具模塊中設(shè)計(jì)模具型腔，基于表面創(chuàng)建模具的型腔。這種方法相對簡單表面的零件比較適合。

（3）體積塊法，即在Pro/E的在模具模塊中建立若干體積塊來組成模具體。

分析了Pro/E模具設(shè)計(jì)的三種基本方法后，根據(jù)彎管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇了裝配法和分型面法相結(jié)合的方法。在新建模具模塊后，在Pro/E下調(diào)入模具參考模型，利用分型面法創(chuàng)建模具型腔，抽取模具體積塊，保存上、下模；然后建立附屬零件，新建組件，分別調(diào)入上述零件裝配，從而完成模具的設(shè)計(jì)。在分型面創(chuàng)建過程當(dāng)中，在曲面選項(xiàng)當(dāng)中選擇拉伸的命令，在工件的中間大平面上拉伸出一個(gè)分型面，將模具整體一分為二。模具設(shè)計(jì)過程中盡可能用最少的分型面來進(jìn)行開模，降低加工成本。

3 模具型腔CAM的設(shè)計(jì)過程

利用MasterCAM9.0軟件進(jìn)行模具型腔CAM及加工仿真和數(shù)控代碼生成；利用CIMCO Edit軟件進(jìn)行刀具軌跡模擬。

（1）將Pro/E生成的實(shí)體轉(zhuǎn)化為IGES格式文件，以便與MasterCAM9.0軟件進(jìn)行交互。

（2）利用MasterCAM9.0軟件將生成的IGES格式文件調(diào)入，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以便加工。

（3）在MasterCAM9.0里建立加工任務(wù)，選擇以外形環(huán)狀銑削加工方式進(jìn)行粗加工，刀具選擇平底銑刀，調(diào)整參數(shù)，之后在進(jìn)行精加工，刀具選擇球頭銑刀，調(diào)整參數(shù)并進(jìn)行加工仿真和數(shù)控代碼生成。利用CIMCO Edit軟件把生成好的數(shù)控代碼進(jìn)行刀具軌跡模擬。

4 精密鑄造的基本介紹

彎管的毛坯選為精密鑄件，精密鑄造不同與傳統(tǒng)壓力鑄造。它能獲得相對準(zhǔn)確地形狀和較高的鑄造精度。精鑄的表面質(zhì)量Ra理論值可達(dá)到2.5，但實(shí)際應(yīng)用中由于鑄造工藝的不同，最好的表面質(zhì)量可達(dá)Ra值1.5，基本可以滿足眾多的非加工表面要求。鑄件的尺寸相對傳統(tǒng)壓力鑄造要小得多，擴(kuò)展了鑄造的尺寸范圍。精密鑄造運(yùn)用蠟做鑄型原料，修改靈活方便，而且可以再利用，可大大節(jié)省生產(chǎn)成本。較為普遍的做法是：首先做出所需毛坯的模具，再用澆鑄的方法鑄蠟，獲得原始的蠟?zāi)?。在蠟?zāi)Ｉ弦粚訉铀⑸夏透邷氐囊后w砂料。待獲得足夠的厚度之后晾干，再加溫，使內(nèi)部的蠟?zāi)Ｈ芑簦@得與所需毛坯一致的型腔。再在型腔里澆鑄鐵水，固化之后將外殼去掉，就能獲得高精度的成品。

4.1 蠟?zāi)Ｔ系倪x擇

精密鑄造所用的模型原料有低溫蠟，外表看上去是黃顏色的，鑄入模具時(shí)需要59℃，蠟型出模后可以看出，表面比較光滑。中溫蠟，原料呈綠色，工作時(shí)溫度需要保持在70～90℃，蠟型出模后，與低溫蠟相比可明顯看出表面質(zhì)量要好于低溫蠟?zāi)！＿€有高溫蠟，需要的工作溫度要高于前兩者，而且質(zhì)量也為最優(yōu)。經(jīng)過考察分析和零件的大小程度，和手工灌蠟決定選用低溫蠟作為蠟?zāi)Ｔ希T件表面粗糙度可達(dá)到毛坯所要求，充分滿足非加工表面粗糙度要求。

4.2 蠟?zāi)？s率的選擇

在蠟?zāi)?shí)際澆注后，由于熱漲冷縮的原因，鑄件體積回根據(jù)材料縮率不同有所減少。所以在模具設(shè)計(jì)過程中，要將收縮率考慮到模具的參數(shù)中去。另外，在實(shí)際操作過程中，如果零件的長寬比較大，則長度方向相比于寬度方向縮小量要大，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要充分考慮。

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