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        基于CAD/CAM航空彎管零件的模具設(shè)計(jì)與制造

        2016-12-31 00:00:00王佳智李中博
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年14期

        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)?。還有高溫蠟,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?,鑄件表面粗糙度可達(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。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]曹巖,等.Pro/ENGINEERwildfire模具設(shè)計(jì)實(shí)例精解[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

        [3]戴兢志.Pro/ENGINEER模具設(shè)計(jì)入門與實(shí)務(wù)[M].人民郵電出版社,2005.

        [4]趙杜法.MastercamX實(shí)用教程[M].清華大學(xué)出版社,2001.

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