毕业论文范文——连接件(347-2270)零件 熔模模具的CADCAM

本科生毕业设计（论文） I 摘 要 熔模精密铸造是一种少切削或无切削的先进铸造工艺，铸造零件与零件最后 形状十分接近，可不经加工直接使用或经很少加工后使用。 本文主要介绍熔模精密铸造的基本情况和基于 CAD/CAM 技术的连接件零件 （347-2270）熔模模具的设计及加工方案。 本文首先详细阐述了模具设计的基础知识和设计规则，并对连接件零件（3 47-2270）熔模模具进行分析，确定设计方案；然后，本文介绍了基于 Pro/Engineer 软件的连接件零件（347-2270）熔模模具的设计，包括依据毛坯图建 立零件实体，依据零件实体进行模具设计；再次，本文给出了上模加工工艺规程， 包括所选择的毛坯材料、所用的加工机床，加工刀具及切削用量；最后，本文叙 述了利用 Pro/Engineer 软件进行模拟数控加工、生成数控加工代码。 关键词：熔模模具；分型面；模具 CAD/CAM 本科生毕业设计（论文） II Abstract Casting is a little cutting or no cutting of advanced casting process, casting parts and components are very close to final shape, may, without processing or direct use very little processing before use. This paper describes the basic Casting conditions and based on CAD / CAM technology connector parts (347-2270) fused model mold design and processing program. This paper elaborated on the basis of knowledge of mold design and design rules, and connector parts (347-2270) fusion analysis of mold, determine the design; then, this paper based on Pro / Engineer software connector parts ( 347-2270) fused model mold design, including the establishment of parts based on rough map entities, according to parts mold design entities; again, this paper presents the model of order processing, including the choice of blank material, the use of machine tools, processing tool and cutting parameters; Finally, the paper describes the use of Pro / Engineer software, CNC machining simulation, generate NC code. Keywords: Die; melting model; parting surface; die CAD / CAM 本科生毕业设计（论文） III 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论-1 1.1 熔模精密铸造概述 -1 1.2 熔模铸造的特点 -2 1.3 设计任务内容 -2 1.4 PRO/ENGINEER 软件功能简介-3 第第 2 章章 模具设计总体流程制定模具设计总体流程制定-4 第第 3 章章 基于基于 PRO/E 软件建立零件三维实体软件建立零件三维实体-6 3.1 零件三维实体设计 -6 3.2 建立零件三维实体关键步骤 -7 3.3 零件造型经验汇总-10 3.4 模具参考零件创建-11 第第 4 章章 零件的模具设计零件的模具设计 -13 4.1 模具设计的总体分析-13 4.1.1 分型面的设计原则 -13 4.1.2 浇注系统的设计原则 -14 4.2 P RO/ENGINEER WILDFIRE5.0 软件模具设计-14 4.2.1 模具毛坯的创建-14 4.2.2 模具收缩率的设置-15 4.2.3 模具分型面创建-15 4.2.4 分割模具体积块-17 4.2.5 生成模具元件-17 4.2.6 应用 Pro/e 软件进行开模仿真 -18 4.3 模具的定位和锁紧设计-19 4.4 外形模具的开模仿真动画-20 4.5 尿素型芯模具的设计-21 第第 5 章章 模具上模零件设计及加工工艺规程的制定模具上模零件设计及加工工艺规程的制定 -22 5.1 模具上模零件图绘制-22 5.2 模具上模零件加工工艺规程-23 5.2.1 工艺规程总体方案的制定-23 本科生毕业设计（论文） IV 5.2.2 模具上模零件加工工艺分析-23 5.3 模具上模零件加工工艺规程制定-23 第第 6 章章 模具上模零件的加工仿真模具上模零件的加工仿真 -26 6.1 加工技术概述-26 6.2 应用PRO/E 软件进行数控加工仿真-26 第第 7 章章 结论结论 -29 参考文献参考文献-30 致谢致谢-32 附录附录 1-33 附录附录 2 2-35 本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 熔模精密铸造概述 熔模精铸即熔模精密铸造的简称1。精密铸造法是指使用非金属铸模，制品 尺寸精度高于普通砂模铸件之铸造法的总称，包括脱蜡法(Lost Wax Casting 或 Investment Casting)，石膏模法(Plaster Mold Casting)和陶瓷模(Ceramic Mold Casting)法三大类。脱蜡精密铸件广泛应用于喷射引擎、燃气涡轮、蒸汽涡轮、飞 机零件、内燃机、车辆、食品机械、印刷机械、制纸机械、压缩机、阀件、帮浦、 计测仪、缝纫机、武器、事务机器、及其它机器零件2。 当今，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的 重要标志3。我国将模具工业视为整个制造业的“加速器”4。针对 “交货期短”、 “精度高”、“质量好”、“价格低”等要求。模具技术的发展应该与这些要求相适应。 模具 CAD/CAM/CAE 技术，是模具技术发展的一个重要里程碑5。模具 CAD/CAE/CAM 集成制造系统的适应性强，重复性好，加工周期短，特别适用于 曲面复杂、线型多变的芯盒和金属型及压铸模的制造6 。如今模具 CAD/CAE/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期、降低生产成本和提高产品 质量已成为模具界的共识7。目前，利用 CAE 精铸技术，已完成多种航天、航空、 兵器等关键部件的试制，取得满意的效果8。模具制造有很好的发展，随着一些 先进技术在模具领域的应用，模具的开发过程发生了根本变化，尤其是技术进步 促进了模具生产管理的进步，使得规模化模具生产成为可能9 。我国模具工业从 起步到飞跃发展，历经了半个世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模 具水平有了较大提高10。 汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件， 经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到 了明确13。铸造熔模铸件尺寸精度较高，一般可达 CT46。熔模铸件的表面光 洁度比一般铸造件的高，一般可达 Ra.1.63.2m。采用熔模铸造方法可大量节省 机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。 熔模铸造方法还可以铸造各种 合金的复杂的铸件。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的 本科生毕业设计（论文） 2 一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中14。在模具生产中，模具制 造的生产成本粗略可分为切削 65%，工件材料 20%，热处理 5%，装配/调整 10%。这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对 模具的经济生产的重要性15。 1.2 熔模铸造的特点 熔模铸件尺寸精度较高，一般可达CT4-6（砂型铸造为 CT1013，压铸 为 CT57）,当然由于熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素较 多，例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合 金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等，所以普通熔模铸件的尺寸精度虽 然较高，但其一致性仍需提高（采用中、高温蜡料的铸件尺寸一致性要提高很 多）。 压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也 比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂 在熔模上而制成，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸 件的表面光洁度比一般铸造件的高，一般可达Ra.1.63.2m。 熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度 ，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即 可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见， 采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。 熔模铸造方法的另一优点是，它可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别可 以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔， 用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产， 保证了铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。 1.3 设计任务内容 本论文就是针对复杂型腔件的模具设计进行的。课题基于 Pro/Engineer 软件 作为设计和加工平台，对连接件零件（347-2270）熔模模具的 CAD/CAM、制造 (CAD /CAM)进行一体化的设计研究。课题达到的设计任务内容如下： 1. 依据模具设计的基础知识和设计规则，运用 Pro/E 软件完成连接件零件 本科生毕业设计（论文） 3 （347-2270）的三维实体造型及模具设计（其中包括水溶性型芯模具设计） ，并运 用 CAXA 软件绘制二维装配图。 2. 应用 Pro/E 软件的动画模块进行模具开模过程的动态仿真，制作模具开模 动画。 3. 应用 CAXA 软件绘制模具上模的零件图。 4. 根据模具上模零件图设计模具上模的加工工艺规程。 5. 利用 pro/e 软件在计算机上完成模具的模拟数控加工，生成模具零件的数 控加工代码。 6. 在 pro/e 环境下进行模具加工过程动态仿真，如轨迹不合理则修改加工程 序，生成加工过程仿真动画。 1.4 Pro/Engineer 软件功能简介 Pro/ Engineer 软件作为当今国内外 CAD/CAE/CAM 软件系统应用最广泛的软 件之一，它集成了零件设计、产品装配、模具开发、NC 加工、钣金件设计、逆 向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，在机 械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业都得到广泛应用。 Pro/E 是集 CAD/CAE/CAM 于一体的优秀软件。它是美国参数技术公司，简 称 PTC 公司的产品。该公司 1985 年成立于波士顿，现已发展为全球 CADCAE/CAM/PDM 领域最具代表性的著名软件公司，其软件产品的总体设计 思想体现了 MDA(Mechanical Design Automation)软件的新发展，所采用的新技术 比其他 MDA 软件具有优越性。 Pro/E 是同步工程观念的产物，它为现今 CADCAM 的应用提供了优良的软 体工作环境。所谓同步工程，其主要的目的是以有系统的步骤来整合产品设计和 相关的制造和支持程序，以大幅缩短产品的设计过程、降低生产、产品测试以及 模型产品生产等成本。 本科生毕业设计（论文） 4 第 2 章 模具设计总体流程制定 根据从无锡鹰普公司获取的零件图纸及其相关资料制定总体设计方案。 本次设计主要使用 Pro/Engineer Wildfire 软件进行设计。在 Pro/Engineer Wildfire5.0 软件的零件设计模块中进行零件实体造型，在模具设计模块中进行模 具设计,生成成型的上下模和滑块并进行开模运动仿真。在 Pro/Engineer Wildfire4.0 软件的装配模块中进行模具装配设计。使用 Pro/Engineer Wildfire2.0 软件进行模拟数控加工，生成数控代码，并进行模拟数控加工仿真。总体设计流 程如图 2.1 所示： a) 零件造型：考虑连接件零件（347-2270）结构为复杂的薄壁型腔件，造型 采用扫描混成及曲面片合并实体化的造型方法。 b) 模具设计（包括水溶性型芯模具设计）：根据相关的模具设计常识结合 零件的具体情况，制定合理的分型面及滑块设计，然后考虑相关定位问题，同时 还要考虑具体流道、排气孔、冒口、局部加工是否困难等。 c) 模具开模仿真：在 Pro/Engineer wildfire5.0 的运动仿真模块中对零件及其 模具进行开模的运动仿真模拟。 d) 绘制模具装配图：应用 CAXA 软件绘制模具总装图和水溶性型芯模具装 配图。 e) 绘制模具零件图：应用 CAXA 软件绘制模具上模零件图。 f)制定模具上模零件加工工艺规程：制定合理的加工工艺，以便高质高效 的进行加工。 g) 模拟数控加工：通过模拟数控加工检查可能出现的问题，就存在的问题 对加工工艺规程进行修改优化。 h) 生成模具零件数控加工代码：完成数控加工代码的生成。 本科生毕业设计（论文） 5 图 2.1 模具设计总体流程图 本科生毕业设计（论文） 6 第 3 章 基于 PRO/E 软件建立零件三维实体 3.1 零件三维实体设计 利用 PRO/E 软件进行参考零件实体构建，必须清楚整个设计流程。经过对连 接件零件(347-2270)模型造型方案以及设计方法的分析、对比和选用，最终确定 最合理的设计流程。 图 3.1 零件结构图 1) 建模方案分析 连接件零件（347-2270）模型如图 3.1 所示。零件为管状，管壁厚较薄，最 薄为 2.5mm，连接件零件的主要是由两个不对称的空间管组成的，而且管是变截 面的，所以两管需要用扫描混成的方法建立。两管之间的倒圆角不能直接用实体 倒圆角得到，综上所述两管应该用曲面片扫描混成方法间接得到。经过曲面扫描 本科生毕业设计（论文） 7 混成，修剪，合并，偏移，填充，实体化得到两个空间管。其余的部分用拉伸， 拔模，倒圆角建立。该零件的建模难点一是空间管的建立，二是倒圆角的顺序。 2) 零件三维实体 根据以上拟定的设计方案进行实体造型设计。造型结果如图 3.2 所示。 图 3.2 零件实体造型结果 3.2 建立零件三维实体关键步骤 利用扫描混成来创建零件的两个管，由于两个管是复杂的空间弯曲的形状， 所以先通过交截命令得到两管的轨迹线，再用曲面扫描混成命令通过以上的轨迹 线生成空间变化的两个管。 首先根据连接件零件（347-2270）图纸的尺寸，画出在相应的参考面上的两 个轨迹线。然后，用交截命令把两条在不同参考面下的轨迹线合成一条空间轨迹 线。用同样的方法创建出另一条空间轨迹线。创建空间轨迹线的具体步骤如下： 单击草绘工具按钮 在草绘菜单下选取一个平面，定义草绘平面 选取一个参照以定义视图方向 单击草绘按钮 进入草绘界面绘制曲线 单击完成曲线绘制 曲线如下图 3.3 所示 本科生毕业设计（论文） 8 同上述步骤绘制另一条曲线，曲线如图 3.4 用交截命令将上述的两条曲线合成一条空间的轨迹线如图 3.5 然后以创建的曲线为参照进行扫描混合， 具体方法步骤如下： 单击插入调出下拉菜单 在插入下拉菜单中单击扫描混合，进入扫描混合界面，进行扫描混合设定 选取扫描参照曲线（即上面合成的曲线） 单击截面调出截面绘制菜单 绘制截面 点击按钮完成第一个截面绘制 绘制截面面 点击按钮完成第二个截面绘制 （最终完成如下图 3.6 所示） 同以上方法创建另一侧空间管，如图 3.7 所示 用修剪，合并，倒圆角，偏移，旋转，填充，合并和实体化命令，得到两个 空间管的三维实体，如下图 3.8 所示 图 3.3图 3.4图 3.5 图 3.6 图 3.7 本科生毕业设计（论文） 9 接着用拉伸、旋转和拔模等命令创建零件其他部分，如图 3.9 所示 用曲面实体化裁剪命令创建两个空间管的内部空腔，如图 3.10 所示 用倒圆角命令创建零件上所有的圆角，特别注意的是在倒圆角的过程中倒圆 角的顺序。所得实体如图 3.11 所示 用拉伸、曲面偏移和实体化命令创建零件上的标号，如图 3.12 所示 用拉伸和打孔命令将零件上的所有孔都创建出来，如图 3.13 所示 用移除命令将不需要铸造所得的孔特征从零件中剔除，所得实体如图 3.14 所 示 图 3.10 图 3.11 图 3.12 图 3.13 图 3.8 图 3.9 本科生毕业设计（论文） 10 3.3 零件造型经验汇总 在连接件零件(347-2270)的三维实体创建过程中，有一部分特征采用简单的 拉伸旋转命令就可以实现，但是还有一些特征看起来用简单的命令就可以实现， 其实实际上要用到扫描混成，曲面裁剪，合并，实体化才能完成。鉴于零件的复 杂性和自身特点，因此所采用的绘图方法也是多种多样的。即使是同一个零件模 型也有许多不同的思路和解决方法。在零件造型过程中，我遇到了各种问题，针 对这些问题采用了多种解决方法，现归纳总结如下： 1)在创建空间管轨迹时，开始用到的是曲线投影的方法，这种方法是能创 建出空间轨迹线，但是此方法操作起来有些复杂。最后改用交截命令创建空间轨 迹线。 2)在创建空间管的过程中，开始我用实体扫描混成命令创建空间管，由于 两个空间管不是绝对对称的，因此不能用镜像命令得到另一侧的空间管。只能将 两个空间管分别创建出来，但在分别创建时，又遇到了问题。一侧的空间管已经 创建出来，然后再创建另一侧的空间管就发生了干涉。实体扫描混成命令无法创 建不对称的空间管，这样就只能用曲面扫描混成的方法。通过曲面扫描混成，裁 剪，合并，倒圆角，偏移，填充，合并和实体化等命令创建出实心空间管的三维 实体。然后再用拉伸旋转命令得到其他简单的零件特征。最后用曲面实体化裁剪 命令得到空心的空间管的三维实体。 图 3.14 本科生毕业设计（论文） 11 3)倒圆角时还要注意先后顺序，在底座上倒圆角时，要后倒底座侧面的圆 角，要不然就不能达到图纸的要求。部分倒圆角顺序如图 3.15 所示 3.4 模具参考零件创建 连接件零件(347-2270)空腔部分形体较复杂，所以必须加入型芯。型芯的材 料，分析能否用金属型芯，由于该零件的空腔部分比较复杂，即使将型芯分块也 是不可能完成抽芯的，所以我选择用水溶性型芯。由于尿素价格便宜,且在熔融 状态下流动性极好,冷凝时凝固快,收缩小,采用自由浇注时得到的型芯轮廓清晰, 表面光洁,不易出现缩陷,流痕等缺陷,所以用尿素基水溶性型芯。两套模具的参考 零件模型分别是在零件的基础上建立的，外模的参考零件是通过移除零件模型中 空的部分实现的，芯参考零件是通过复制零件模型内部曲面实体化实现的。具体 形状如图 3.16 、3.17 所示 图 3.15 本科生毕业设计（论文） 12 图 3.17 尿素芯模具参考零件模型 图 3.16 外形模具参考零件模型 本科生毕业设计（论文） 13 本科生毕业设计（论文） 14 第 4 章 零件的模具设计 4.1 模具设计的总体分析 一般熔模铸造是考虑蜡型的冷凝收缩量、铸模的加热膨胀量及熔融金属的冷 凝收缩量后，再制作与最终铸件尺寸近似的模具。熔模铸造又称失 蜡法。失蜡 法是用蜡制作所要铸成器物的模子，然后在 蜡模上涂以泥浆，这就是泥模。 泥模晾干后，在焙烧成陶模。一经焙烧， 蜡模全部熔化流失，只剩陶模。一 般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口灌入 金属液，冷却后，所需的器物 就制成了。 模具设计的主要内容：1)毛坯的选择，连接件零件（347-2270）的蜡模是中 温蜡，采用注蜡机注蜡，毛坯材料选用 45 号钢，根据零件的大小，毛坯的规格 选为 285205152mm ；2)滑块和镶块的设计，参照连接件（347-2270）零件的 形状，需要设计四个滑块和两个镶块； 3)分型面的确定，依据滑块和镶块的分型 面确定合适的主分型面；4)浇道的设计，根据现有浇注系统的特点选择合适的浇 注系统；5)设计定位和锁紧，设计滑块的定位和锁紧，设计型芯的定位。难点在 于分型面的设计，开模干涉部分滑块的设计。 4.1.1 分型面的设计原则 1) 开模时，铸件应留在下模内； 2) 有利于浇铸的填充、排气； 3) 应尽量选择平直分型面； 4) 有利于确保铸件的尺寸、形位精度及外观要求； 5) 有利于嵌件的放置； 6) 有利于模具加工、简化模具结构。 模具上用以取出蜡模和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的选择 在模具设计中占有相当重要地位。分型面选择得合理与否，直接影响到模具整体 结构复杂程度及零件质量。 分型面可能是一个成形的曲面，因此在设计分型面时，不要只局限于考虑平 本科生毕业设计（论文） 15 行式的分型面。 “模具打开方向”就是定义上下模打开方向的一个平面，也就是要定 义“分模方向的平面”。然而大部分的模具分型面是由一些曲面而不是单一曲面来 组成的。对连接件来设计模具，根据其零件实体，考虑采用投影的方法确定最大 的轮廓线，依据轮廓线建立多个简单的曲面，最后合并为一个主分型面。 根据分型面选取的原则和方法，结合各种分型面的特点，同时考虑到连接件 零件的复杂结构，主分型面采用曲面分型，同时对难以分开的部位和加工比较困 难的部位进行相关滑块和镶块的设计。 4.1.2 浇注系统的设计原则 a) 填充时，应尽可能不产生涡流、紊流、喷雾，避免转入空气。 b) 填充时，首先进入的浇铸液不应封闭排气槽。 c) 在满足排气条件下，应减少弯、折，选取最短流程。 d) 应尽可能避免浇铸液正面冲击型心或型腔，防止产生粘模。 e) 应尽可能避免浇铸液进入型腔后因受阻停滞，产生回流。 f)薄壁框形铸件，开设浇口时，要防止铸件产生变形。 g) 一般应选择在铸件厚壁处开设浇口，有利于压力传递，减少或避免铸件 产生缩孔。 h) 在某些情况下，应开设盲浇道，以改善模具热平衡条件，更有利于填充 成形。 4.2 P ro/Engineer Wildfire5.0 软件模具设计 4.2.1 模具毛坯的创建 依据参照零件模型大小、形状以及其自身的结构特点进行参照零件模具的放 置。 模具毛坯的设计过程：启动 Pro/ENGINEER 软件，点选 ManufacturingMold Cavity 进入模具设计工作界面，在菜单管理器中依序点选 Mold Model(模具模型) Assemble(装配) Ref Model(参考模型)，在查找文件对 话框中选取参照零件模型，点选 Open。在元件放置对话框中，选取缺省约束，按 Done，在创建参照模型对话框中，选择 Merge By ReferenceReference Mold Name 栏内输入文件名：MFGOOk，完成参照模型的导入。在菜单管理器中依 次点选 Mold Model(模具模型)Create(创建)Workpiece(工件)Manual(手动)， 本科生毕业设计（论文） 16 在弹出的对话框中输入工件名为：M-OOk，在创建选项对话框 Creation Options 栏中，点选 Locate Default Datums，在 Locate Default Method 栏中，点选 Align Csys To Csys，按 Ok。用鼠标点选原始坐标系，依次点选菜单中的 Solid(实体) Protrusion(加材料)Extrude(拉伸)Solid(实体)Done(完成)。 用鼠标点选 Top 面作为草图绘制平面，取 Okay(正向)，选择 Right 面为参考 面，进入 2D 绘图界面，选择基准边绘制 285mm205mm 的矩形，调整矩形位置 包住参考零件。单击 Done(完成)点选 Blind(盲孔)Done(完成)，在信息对话框内 输入两侧拉伸长度为 135 和 17 按 Ok，即完成工件的创建，如图 4.1 所示。 4.2.2 模具收缩率的设置 收缩率一般考虑蜡型收缩，型体膨胀，金属收缩。一般中温蜡 304 材质，总 收缩取 3.23.5%，半阻碍 2.42.8%。 连接件（347-2270）零件的熔模模具所使用的是中温蜡，根据蜡料的特性和 零件材料的特性，依据生产实际中的经验收缩率设置为 0.026。 收缩率的设计过程：在菜单编辑器中单击 Shrinkage（收缩率）By Dimension（按尺寸）Set/Reset（设置/复位）All Dims（所有尺寸） ，在屏幕 下方的收缩率设置文本框中输入 0.026，单击 OK 完成。如图 4.2 所示 4.2.3 模具分型面创建 根据分型面的分类和选择原则，结合连接件（347-2270）零件的自身特点， 主分型面的选择采用大致分型的方法得到。首先是找到无法正常开模的部分进行 图 4.1 模具毛坯图图 4.2 收缩率设定 本科生毕业设计（论文） 17 创建，包括水溶性型芯的分型面、四个滑块的分型面和两个镶块的分型面。然后 找到开模的最大轮廓线，根据轮廓线和以上所作出的分型面大致确定主分型面。 主分型面不是简单的曲面，考虑开模和加工等因素，主分型面是由多个曲面合并 而成的。 （1）构建水溶性型芯的分型面 水溶性型芯分型面创建方法：点选菜单管理器中的 Parting Surf（分型面） Create（创建）输入分型面的名称Add（添加）Copy（复制）按住 Ctrl 键选择创建滑块所需要的面Done，在编辑菜单中选择延伸命令将曲面延伸到毛 坯上，然后用拉伸命令将水溶性型芯增厚的半圆形创建出来，接着用旋转命令创 建用于定位的半圆凸块，最后用合并命令将上述的分型面合成水溶性型芯的分型 面。分型面如图 4.3 所示 （2）滑块和镶块分型面的设计 构建滑块和镶块的基本方式：点选菜单管理器中的 Parting Surf（分型面） Create（创建）输入分型面的名称Add（添加）Extrude（拉伸）完成 拉伸。滑块和镶块的分型面如图 4.4 所示 （3）构建分割上、下模模具型腔的主分型面 主分型面创建的方式：首先找到最大的轮廓线，再用裙边命令得到一个基本 的分型面，用延伸命令延伸分型面到毛坯。然后用拉伸、边界混成、合并等命令 创建出主分型面，其中有些曲线不是完全封闭的，用到了创建点、样条曲线等命 令。在边界混成创建分型面的过程中，要注意边界混成的顺序，这直接影响主分 型面的合并创建。通过反复运用上述命令得到的主分型面，如图 4.5 所示 图 4.3 图 4.4 本科生毕业设计（论文） 18 4.2.4 分割模具体积块 完成型芯、滑块、镶块分型面和主分型面后，利用所创建的分型面就能分割 出体积块。在分割时，先分割模具，最后分割上下模。型芯分割方法：Mold Volume（模具体积块）Split（分割）DoneTwo Volumes（两个体积块） All Wrkpcs（所有工件）选择的滑块分型面Ok 完成选取输入型腔体积块 名称，滑块体积块的名称完成滑块的分割，其余滑块和镶块的分割同理，但要注 意的是在选择分割对象时选择的是模具体积块（Mold Volume）而不再是 All Wrkpcs（所有工件） 。 最后利用主分型面将型腔体积块分割出得出上下模的体积， Mold Volume（模具体积块）Split（分割）DoneTwo Volumes（两个体积块） 模具体积块（Mold Volume）选择主分型面Ok 完成选取输入上下模名称。 最终完成整个模具的分割。 4.2.5 生成模具元件 点选菜单管理器中的 Mold Comp（模具元件)Extract（抽取） ，在创建模具 元件对话框内点选 Select AllOk，即完成模具体积块的抽取，产生模具成品元 件。所产生的模具元件如图 4.6 示。 图 4.5 模具主分型面 本科生毕业设计（论文） 19 4.2.6 应用 Pro/e 软件进行开模仿真 在模具零件创建完成后，便利用 Pro/E 的开模仿真，通过对移动条件的设定， 对开模步骤做一步一步的仿真，以检验特定的模块在开模时是否有与其他组件发 生干涉的现象。点选菜单管理器中的 Mold Opening（模具进料孔）Define Step（定义间距）Define Move（定义移动）选取所要移动的工件Ok选择 移动的方向并输入距离OkDone 完成。同样的方式完成所有模块的开模模拟， 结果如图 4.7 所示。 图 4.6 模具元件图 本科生毕业设计（论文） 20 4.3 模具的定位和锁紧设计 模具的组件设计就是根据模具加工需要来设计模具的定位、锁紧。模具的上 下模采用一面两销定位销，与上模间隙配合，与下模过盈配合；四个滑块均采用 凸台定位；水溶性型芯在伸出端设计半球形凸起作为定位；镶块分别与上模和下 模采用过盈配合； 模具上下模不用再设计锁紧装置，上下模靠注蜡机的压板锁 紧。滑块的锁紧也是靠注蜡机的压板来完成的。如图 4.8 所示。 图 4.7 图 4.8 本科生毕业设计（论文） 21 4.4 外形模具的开模仿真动画 开模仿真是对于真实开模情况进行的模拟，以检测相关的运动，在不进行实 际生产的之前尽可能多的找出实际情况中可能出现的问题。因为开模时的滑块、 模具的开模方向是限定的，本次设计开模仿真的难点在于关键帧的选取。 点选 AnimationAnimation在弹出对话框中点 NewAnimation1Close， 定义一个新的动画。 点选 AnimationBody definition in Animation 在弹出的对话框中选择 One Part per Body点 GroundEdit选择基本体。 点选 SnapshotCurrent Snapshot 获取第一个位置的快照，按照开模的先 后次序依次移动每个部件，每移动一个部件到指定位置就点Current Snapshot 获取当前位置的快照。 点选 AnimationKey Frame Sequence在快照列表中选择相应的快照同时在 相应的时间框中填写该快照对应的时间。若实际所需时间超过录制时间可以通过 调整时间刻度，来延长录制时间，右键单击录制时间轴点选 Edit Time Domain修改 End Time。 点选 AnimationStart The Animation 运行结束后，点 PlaybackCaptureOK,生成动画录像的视频文件。 开模仿真动画截图，如图 4.9 所示。 2 2 图 4.9 1 1 3 3 4 4 5 5 6 6 本科生毕业设计（论文） 22 4.5 尿素型芯模具的设计 型芯模具设计的主要步骤：1）毛坯的创建 2）设置收缩率 3）分型面创建 4）分割体积块 5）产生模具元件 6）开模仿真 7）定位和锁紧设计 具体方法步骤同外型模具设计过程，其中型芯模具用螺栓锁紧，设计完成后的效 果图如下图 4.10 所示。 图 4.10 尿素型芯模具 本科生毕业设计（论文） 23 第 5 章 模具上模零件设计及加工工艺规程的制定 5.1 模具上模零件图绘制 模具上模的零件图绘制，考虑上模零件的复杂程度，而且要清楚的表达上模 零件的型腔，所以上模零件图的基本视图选择主、俯、左。剖视图主要是表达滑 块、镶块位置的模具型腔形状。模具上模零件图如图 5.1 所示 型腔和型芯的模具型腔成形部位尺寸精度是 IT8，滑块、镶块的配合部分尺 寸精度等级 IT8，不影响铸件尺寸的自由尺寸的尺寸精度等级为 IT12。模具型腔 的表面粗糙度要比铸件细 24 级。型腔表面粗糙度 1.6，活块、镶块的配合面、 定位面粗糙度定为 1.6，分型面的表面粗糙度定为 3.2，浇注系统表面的表面粗 糙度 1.6，非工作部分表面的表面粗糙度 6.3。 图 5.1 本科生毕业设计（论文） 24 5.2 模具上模零件加工工艺规程 将模具加工工艺过程，及其中各工序的内容，采用表格或卡片形式规定下来 的文件，称为模具加工工艺规程。 制定工艺规程的依据是：模具结构设计图样及其制造技术要求和企业所拥有 的加工机床、工装，以及相关文件资料等。 5.2.1 工艺规程总体方案的制定 连接件（347-2270）零件模具主要由上模、下模、滑块、镶块、尿素型芯组 成。整体的加工思路是：粗加工精加工。机床的选择是尽量在普通机床进行加 工，复杂型腔选用加工中心进行加工，加工不了用电火花和线切割。本次设计的 模具的上下模主要是在立式加工中心上加工出来。滑块和镶块的加工主要也是在 加工中心中进行的。 5.2.2 模具上模零件加工工艺分析 1. 表面加工方法的选择 表面加工有很多种方法，对于上模可以采用下面的方法：平行加工、曲面加 工等。 2. 加工阶段的划分 当零件的加工质量要求比较高时，往往不能用一道工序完成所有面的操作， 如型腔的加工，分为粗铣阶段、精铣阶段、清根铣阶段和平整加工阶段。 3. 工序的划分 按工序集中原则划分工序，对于上模的加工，采用以所用机床来划分：铣床 部分、数控机床部分、坐标镗床部分和电火花部分等。 4. 加工顺序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序，这些工序 的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。因此，应该合理安排 好它们，并解决好工序间的衔接问题。 5.3 模具上模零件加工工艺规程制定 1. 模具的基准和定位 本科生毕业设计（论文） 25 根据基准的选择原则，在粗加工模具的表面时，采用以底面作为基准，在加 工型腔时采用底面作为精基准，加工顶面的销孔时以底面为基准，加工型腔和孔 时除底面限制三个自由度外再用一个销限制一个自由度，用平口钳进行找正。 2. 零件表面的加工方法 由于该工件的精度需要达到 8 级精度，所以一般采用粗铣精铣的方法就能 完成。型腔采用粗铣精铣清根铣平整铣削的方法完成。定位销孔采用钻 镗孔粗铰精铰的方法完成。 3. 加工余量的确定 所谓加工余量是指使加工表面达到所需要的精度和表面质量而应切除的金属 表层。工件的材料为 45 号钢。上模的最大长宽高尺寸分别 291mm210mm90.7 mm，查实用机械加工工艺手册P239 表 3-106 铣平面加工余量：粗加工加工 余量为 2mm、粗铣后精铣余量为 1 mm。 4. 设备的确定和工艺装备的选择 零件的加工精度和生产率在很大程度上取决于所用的机床设备。选择机床时 一方面要考虑生产地经济性，另一方面还要考虑机床性能与加工工序的适合性。 由于型腔复杂，所以选用加工中心进行加工。 5. 刀具的选择 刀具的选择是根据机床和加工工件而确定的。在铣削平面时选用圆柱铣刀， 在型腔加工时选用高速钢球头铣刀，在加工孔时选用高速钢钻头和高速钢铰刀。 6. 切削用量的确定 切削用量包括主轴转速、切削深度及进给速度等。对于不同的加工方式，需 要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙 度，充分发挥刀具本身的切削性能，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产 率，降低成本。 （1）切削深度：根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件 下，应尽可能使切削深度等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生 产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量。 （2）切削速度：计算公式为： vv yx p m v fat C v 本科生毕业设计（论文） 26 式中： 切削速度（m/min）v 系数 指数 v C vv yxm、 刀具耐用度t 背吃刀量（mm） p a 进给量（mm/r）f （3）主轴转速：主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。 其计算公式为： )/(1000dvn 式中：v切削速度（m/min） ，由刀具的耐用度决定 n主轴转速（r/min） d刀具直径（mm） 计算所得的主轴转速 n 圆整为机床有的或较接近的转速。 粗铣上下表面切削用量确定： 选取刀具及机床：查机械加工常用刀具数据速查手册采用高速钢端 铣刀，直径 d=80mm,机床采用立式升降台铣床 X5032。 切削速度确定：可通过查机械加工工艺师手册P1029 表 30-31 来选 取，取 v=25m/min。 主轴转速确定：可通过公式 n=1000v/d=(1000*25)/(3.148*80)=100r/min 取主轴转速为 100r/min。 进给量的确定：首先通过查机械加工工艺师手册P1016 表 30-13 每 齿进给量 af=0.050.10mm/z，取 af=0.05mm/z。=afz=0.15mm/r 精铣上下表面切削用量确定： 选取刀具及机床：查机械加工常用刀具数据速查手册采用高速钢端 铣刀，直径 d=80mm,机床采用立式升降台铣床 X5032。 切削速度确定：可通过查机械加工工艺师手册P1029 表 30-31 来选 取 V=40m/min。 主轴转速确定：可通过公式 n=1000v/d=(1000*40)/(3.148*80)=160r/min 取主轴转速为 160r/min。 进给量的确定：首先通过查机械加工工艺师手册P1017 表 30-13 每 轴进给量 f=0.51.2mm/r，取 f=0.5mm/r。 其它的切削用量方法大体同上。 本科生毕业设计（论文） 27 第 6 章 模具上模零件的加工仿真 6.1 加工技术概述 科学技术和社会生产的不断发展，机械