張學(xué)鵬

摘 要：設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及到零件的模具設(shè)計(jì)、鑄件加工工藝規(guī)程的制定。制定工藝規(guī)程，針對(duì)所制定的工藝規(guī)程進(jìn)行裝夾機(jī)構(gòu)仿真。

關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)；工藝工裝設(shè)計(jì)；裝夾機(jī)構(gòu)仿真

1 熔模模具設(shè)計(jì)及制造

用蠟料做模樣時(shí)，熔模鑄造又稱"失蠟鑄造"。熔模鑄造通常是指在易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。由于模樣廣泛采用蠟質(zhì)材料來制造，故常將熔模鑄造稱為“失蠟鑄造”。熔模鑄造工藝過程較復(fù)雜，且不易控制，使用和消耗的材料較貴，故它適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高、或很難進(jìn)行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片等。

模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。CAD/CAE，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程，它包括概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu)，再通過CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，還要保證模具零件有足夠的強(qiáng)度和剛度。

2 蠟?zāi)Ｔ?/p>

精密鑄造所用的模型原料有低溫蠟，是通過去除皂化物的反應(yīng)制出，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，通過脫水提純處理，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)?，而且?qiáng)度要高于低溫蠟，適用于航空航天類零件。由于葉輪的形狀復(fù)雜，開模的時(shí)候必須使用人工開模，而且可以在低溫蠟中添加各種添加劑以提高蠟的強(qiáng)度以及表面光潔度，而且低溫蠟較中溫蠟價(jià)格比較便宜，所以綜合各個(gè)方面考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是低溫蠟。

3 蠟?zāi)Ｊ湛s率

鑄件在凝固過程中，它的各部分尺寸一般都要縮小，鑄件尺寸縮小的百分率，叫做鑄造線收縮率或鑄造收縮率。制造鑄模（包括芯盒）時(shí)，要按確定的鑄造收縮率，將鑄模放大一些，以 保證冷卻后鑄件的尺寸符合要求。鑄件冷卻時(shí)各個(gè)尺寸的收縮量可由下式求得： 收縮量 = 鑄件尺寸×鑄造收縮率

影響鑄件收縮率的因素主要的有：（1）鑄件的材料鑄件的材料不同，鑄造收縮率也不同；（2）鑄件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜收縮困難，鑄件的收縮率減?。唬?）鑄型的退讓性鑄型的退讓性好，鑄件的收縮率增大。

所以鑄造收縮率要結(jié)合實(shí)際情況來選擇。尺寸要求精確的鑄件，鑄造收縮率要根據(jù)試澆的鑄件進(jìn)行修正。

同一個(gè)鑄件，由于結(jié)構(gòu)上的原因，其軸向與徑向或長、寬、高三個(gè)方向的收縮率可能不一致。對(duì)于尺寸要求較精確的鑄件，各個(gè)方向應(yīng)給以不同的收縮率。由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不夠，因此選擇手冊(cè)推薦值，綜合收縮率值設(shè)置為0.5%。

G&M代碼是一個(gè)面向底層數(shù)據(jù)模型計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），如不完整的數(shù)據(jù)，缺乏準(zhǔn)確性。這就限制阻礙真正的仿真系統(tǒng)的發(fā)展。然而，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)兼容數(shù)控（STEP-NC）是一種新的數(shù)控和高級(jí)數(shù)據(jù)模型。它為數(shù)控機(jī)床提供了豐富的信息，它創(chuàng)造了一個(gè)豐富和真實(shí)的模擬條件。因此，本文提出了基于STEP-NC高級(jí)數(shù)控加工仿真解決方案集成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/ 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD / CAPP / CAM）。事實(shí)證明，這項(xiàng)研究提供了一個(gè)更完善的模擬環(huán)境，促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。

3.1 基本的幾何仿真

基本的造型提供普遍性，3 D的準(zhǔn)確性和完整性的部分表示。這些都是有用的幾何仿真進(jìn)程內(nèi)的加工過程工件、刀具和切屑幾何圖形需要準(zhǔn)確地代表。例如，邢和趙發(fā)達(dá)ACIS-based加工仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)NC程序驗(yàn)證和碰撞檢查。

3.2 基于幾何的空間圖像仿真

在空間圖像中基于模型的數(shù)控加工仿真，部分是由深度像素（dexel是深度和像素總稱）的混合模型，因?yàn)閐exel模型及其一維布爾運(yùn)算，在所有的模擬是仿真速度最快的。VERICUT模擬器使用早期研究等方法。

3.3 基于幾何模型空間仿真

在基于幾何模型空間仿真的數(shù)控加工仿真中，部分是由離散點(diǎn)的集合（表示向量），或與載體表面，或某些體積元素。因?yàn)閷?duì)象是離散的，對(duì)象之間的布爾操作簡化。ISO標(biāo)準(zhǔn)通常被稱為STEP-NC正在開發(fā)提供一個(gè)數(shù)據(jù)模型的新一代智能數(shù)控控制器。STEP-NC提供CAD/CAM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換模型和數(shù)控機(jī)器。面向?qū)ο蟮氖褂谩安竭M(jìn)”的概念，這對(duì)應(yīng)于高層和相關(guān)工藝參數(shù)，加工特性，實(shí)現(xiàn)STEP-NC可以意識(shí)到從任務(wù)級(jí)別的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法級(jí)的數(shù)據(jù)，并把所有的加工信息，比如幾何特性，寬容、機(jī)床和刀具。使用STEP-NC數(shù)控加工仿真的好處如下：

（1）STEP-NC告訴“該做什么”信息的一部分，如鉆井、粗，精加工，所以程序提供了數(shù)控加工仿真的高級(jí)信息。

（2）它支持設(shè)計(jì)和制造之間的雙向信息流動(dòng)，這樣的變化在數(shù)控仿真分析可以反饋給設(shè)計(jì)人員。

（3）它提供完整的數(shù)控仿真加工過程信息，做一個(gè)真正的模擬容易。STEP-NC數(shù)據(jù)文件包含兩個(gè)部分。第一部分頭部分，其中包含一些一般信息和評(píng)論如文件名、作者、日期、和組織。數(shù)據(jù)部分是第二部分，包含所有的生產(chǎn)任務(wù)和幾何信息。此外，部分包含一個(gè)項(xiàng)目實(shí)體的數(shù)據(jù)，比如，一個(gè)顯式引用的起點(diǎn)制造任務(wù)。項(xiàng)目實(shí)體引用其他實(shí)體提供工作計(jì)劃信息，可執(zhí)行文件、技術(shù)描述和幾何描述。

如今，數(shù)控加工仿真在現(xiàn)代制造業(yè)方面發(fā)揮了重要作用。然而，現(xiàn)有研究限制實(shí)際仿真系統(tǒng)的發(fā)展。促進(jìn)進(jìn)步的數(shù)控加工仿真和滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，本文提出了基于STEP-NC高級(jí)加工仿真與CAD/CAPP/CAM集成的解決方案。

提出的解決方案的功能包括通用STEP-NC程序生成器，特定STEP-NC程序生成器，STEP-NC程序處理器和模擬器。它有許多高級(jí)功能：它可以提供一個(gè)信息和實(shí)際模擬，和它可以使CAD / CAPP / CAM集成仿真分析。在高級(jí)加工仿真系統(tǒng)，一些模塊如STEP-NC程序處理器和模擬器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。因此，其他模塊將被添加，整個(gè)系統(tǒng)將在不久的將來完成。此外，因?yàn)楣δ軌K技術(shù)可用于模塊化流程規(guī)劃、加工仿真和執(zhí)行，這將是應(yīng)用在未來的數(shù)控加工仿真中。