基于Pro_E的连杆锻模CAD系统开发.pdf

模具工业 2005 No 1总287 10 基于Pro E的连杆锻模CAD系统开发 吴海华 田启华 郭江洪 三峡大学 湖北宜昌443002 摘要 在完成R175A型柴油发动机连杆冷热锻件工艺CAD的基础上 以Pro E软件为平台 运用特征造 型技术 改变了传统锻模设计 加工都是依据锻件图和毛坯图来进行的设计路线 由二维零件图直接建 立锻件三维模型 实现了连杆锻模计算机辅助设计 从而提高了锻模设计效率和精度 缩短了锻模开发 周期 克服了传统的锻模设计缺点 关键词 连杆 锻模 CAD Pro E 特征造型 中图分类号 TP391 72文献标识码 B文章编号 1001 2168 2005 01 0010 04 Development of CAD System for the Forging Dies for the Connecting Rods Based on Pro E WU Hai hua TIAN Qi hua GUO Jiang hong China Three Gorges University Y ichang Hubei 443002 China Abstract Based on the CAD of the technological process for the cold and hot forgings of R175A diesel engine connecting rod with the Pro E 3D solid modeling software as a platform by using the feature modeling technology the 3D model of a forging has been directly built from a 2D part drawing The traditional technical route that the design and manufacture of forging dies were done according to the drawings of the forgings and blanks has been changed and computer aided design of the forging dies for connecting rodshas been realized Thus the efficiency and precision for designing the forging dieshave increased the development cyclesof the forging dieshave been shortened and the traditional design shortcomings overcome K eywords connecting rod forging die CAD Pro E feature modeling 图6教学平台的原型系统 朝着网络化 集成化 智能化的方向发展 基于校园 网的模具CAD CAM教学平台具有基于Web对象计 算体系的三层Client Server体系结构 通信协议采 用Internet上使用的HTTP和TCP IP网络协议 系统 开发应用CORBA Web技术方案 整个平台由客户 端 服务器端 数据库端以及开放式NC加工中心所 组成 通过该教学平台开展模具CAD CAM教学 对 于国内高校模具教学改革以及我国模具制造业的 发展将起到积极的促进作用 参考文献 1 张人佶 基于CAD CAM RPM的模具快速制造技术 J 计算机辅助设计与制造 2000 4 2 汪芸 CORBA技术及其应用 M 南京 东南大学 出版社 1999 3 安德森 ASP 3程序员参考手册 M 北京 机械工 业出版社 2001 4 J P Tsai Y C K ao R S Lee Development of a Remote Collaborative Forging Engineering System J Int J Adv Manuf T echnol 2002 19 5 宛延凯 工程数据库系统 M 北京 清华大学出版 社 1999 6 赵汝嘉 殷国富 CAD CAM实用系统开发指南 M 北京 机械工业出版社 2001 7 T ao Cheng Jie Zhang Chunhua Hu et al Intelligent Machine T ools in a Distributed Net work Manufacturing M ode Environment J Int J Adv Manuf T echnol 2001 17 模具工业 2005 No 1总287 11 作者简介 吴海华 1970 男 湖北黄梅人 副教授 硕士 主要 研究方向 CAD CAM 并行工程 地址 三峡大学机械与材料学 院 电话 0717 6392060 收稿日期 2004 07 16 1引言 连杆是发动机中的关键部件之一 长期以来多 数厂家依靠传统方法进行连杆锻模设计 需要反复 修改 再设计 不仅设计效率低 而且精度也难以保 证 目前所开发的锻模CAD系统大多基于二维绘图 系统 1 下面以先进的三维造型软件 Pro E2001为 开发环境 以Visual Basic6 0为开发语言 将连杆的 锻造工艺计算与连杆锻件及其锻模模膛设计等功 能模块置于同一环境下运行 避免数据传递错误 实现了分析 设计 图形显示的一体化 这对于提高 锻模设计的质量和效率 具有重要意义 2连杆锻模CAD原理框图 连杆属于长轴类零件 其外形复杂 大 小头端 通过细长的工字形杆身连接 其尺寸精度 形状精 度和相互位置精度以及表面粗糙度的要求都很高 其锻件目前国内企业大多采用锤上模锻方式生产 一般工艺流程为 轻锻 制坯 拔长杆部 滚挤大小 头端 拍扁 预锻 终锻 2 连杆锻模设计是重要 的生产准备工作之一 图1是在利用计算机完成连 杆冷热锻件工艺设计的基础上 连杆锻模CAD系统 原理框图 图1连杆锻模CAD系统原理框图 采用传统的设计方案 先由二维零件图绘制锻 件图 再通过分析锻件图 在锻件长度范围内手工 剖切一定数量的截面 并计算各个横截面积以绘制 计算毛坯图 最后设计制坯模具 预锻模具 终锻模 具 一方面由于锻件图设计信息明显不足 造成锻件 毛坯计算和绘图的工作量大 准确率低 设计过程繁 琐 设计效率低下 另外一方面不能集成设计过程信 息 不利后续的锻模型腔的设计和加工 难以保证锻 模的设计质量和使用寿命 3 4 而三维实体模型能完 整描述锻件的几何拓扑信息 通过由连杆二维工程 图直接设计其冷锻件三维模型 可以自动计算出模 型的物理特征如体积 投影面积 质量 剖切形体长 度和形状复杂系数等 利用PRO E软件强大的造型 功能可以方便地添加过渡圆角 脱模斜度和形成终 锻模膛 还可以准确设计制坯 预锻模膛 实现 CAD CAM信息集成 直接生成NC数控代码 进行 模膛加工 从而提高锻模开发效率 保证了锻模制造 精度和使用寿命 3锻件工艺CAD 根据连杆零件图和加工工艺信息 系统在处理 工程数据表格 线图和设计准则的基础上 自动查找 机械加工余量 锻件公差 确定脱模斜度 圆角半径 大小及冲孔连皮形式和尺寸 并生成锻件工艺Pro program文档 该文档为工艺参数CAD系统与 Pro E 造型软件之间的接口文件 5 其包含连杆冷锻件造 型所需的特征尺寸信息 用户根据需要 编辑Pro program文档中的参数输入部分 利用参数化驱动技 术就可以控制锻件毛坯的尺寸大小与形状 系统将连杆及连杆盖合在一起锻造 在连杆体 和连杆盖之间留有切口余量 切口余量取5mm 所以 大 小头孔中心长度由零件图上的130 0 03 0 03mm改为 135 0 6 1 7mm 大小头端端面采用粗铣 精铣加工 留 3mm加工余量 其 厚 度 尺 寸 由31 0 32 0 27mm 改为 34 0 6 1 2mm 大头端侧面采用粗铣加工 其尺寸由 74 0 15 0 15mm 改为78 0 6 1 2mm 小头孔因其直径小于 30mm 故不锻出 大头孔直径由零件图上的 490 0 016mm改为 45 0 6 1 2mm 采用直线式分模面 连 杆的分模位置取在连杆锻件侧面的中部 当锻件终 锻成型后 温度继续下降 外模锻斜度上的金属由于 冷缩而有助于锻件出模 内孔因冷缩反而将型槽凸 起部分夹得更紧 阻碍锻件出模 所以 在同一锻件 上内模斜度应比外模斜度大 故脱模斜度为 外 5 内 7 模锻圆角半径取R 3mm 连杆锻件的 内孔直径小于 60mm 模具工业 2005 No 1总287 12 4连杆冷锻件设计 4 1特征建模技术 特征是零件或部件上一组相关联的具有特定 形状和属性的几何实体 有着特定的设计或制造意 义 特征建模技术是将产品描述为特征的集合 把 特征作为定义产品的基本单元 由于复杂零件的特 征识别很困难 因此 采用特征直接进行设计已成 为当前的主流 6 按其功能分类 将零件特征分成 1 基本形状特征 它是构成零件形状的主要 部分 其主要共同特点是其存在及其空间位置不受 其它形状特征是否存在的影响 这些特征主要包括 孔类 凸台类 筋类 槽类及自定义类形状特征 2 辅助形状特征 它是依附在一个或几个基 本形状特征之上的各种形状特征 辅助形状特征的 主要特点是它们不能独立存在 其所依附的形状特 征一旦消失或变化 它必随之消失或变化 3 基准特征 它是数学意义上的点 线 面或 坐标系 常见的基准特征主要有基准点 基准线 基 准面和零件坐标系 其作用是用以辅助生成某些基 本或辅助形状特征 4 2连杆冷锻件模型设计 冷锻件是终锻模膛设计的参考零件 其形状精 度和尺寸精度与锻模的质量有关 连杆锻件形状复 杂 按照上述特征分类 其包括以下特征 连杆大 小头端 工字形杆身基本形状特征 油孔 脱模斜 度 圆角等辅助形状特征 空间曲线 辅助线 辅助 平面 基准面等基准特征 在连杆冷锻件三维模型 建立过程中 工字形杆身造型是难点 以Pro E三维 造型软件为平台 采用交互式特征造型技术 利用 创建空间曲线 变截面扫描以及取代命令来生成 7 连杆冷锻件特征造型过程为 拉伸大小头端 切除大头端孔特征 生成杆身空间曲线 工字 形杆身设计 连接杆身与大小头端 加入脱模 斜度 圆角等辅助形状特征 造型过程中所需具体 的特征参数值 通过运行Pro program文件自动获 取 空间曲线的创建方式有很多种 由于连杆零件 图上已经清晰地表达了杆身空间曲线在主 俯视图 平面上的投影曲线信息 所以应用Pro E的Creat Curve 2 Projections命令来创建空间曲线 再以分模 面为基准面镜像 生成4条空间轨迹线 如图2所 示 图2杆身空间曲线 由于工字形杆身截面是不断变化的 运用变截 面扫描 Variable Section Sweep 技术设计杆身实体 模型 特征造型中两次用到变截面扫描命令 一次使 用Protrusion命令生成杆身 另一次是使用Cut命令 生成凹槽 由这两次变截面扫描的组合就可创建杆 身基本形状 将杆身特征与大小头端连接起来是连 杆冷锻件造型的又一个难点 运用Replace命令实 现了杆身与大 小头端的柱形曲面的自由连接 取 代 Replace 特征不但具有切削 Cut 的功能 而且能 够把原来实体延长至取代的曲面 采用该命令可以 创建形状复杂的表面 实现曲面间的自然过渡连 接 最后加入脱模斜度 圆角辅助形状特征 连杆冷 锻件模型如图3所示 图3连杆冷锻件模型 5连杆锻模CAD 传统的模膛设计方法是根据毛坯图绘制出模膛 的二维形状和尺寸 工作量大 且根据经验设计的模 膛 模具形状及尺寸精度不高 从而直接影响到锻件 质量 连杆锻模终锻模膛的设计通过调用前面的设计 结果利用Pro M old模块完成 它将锻模视作装配 体 将参考零件 这里是连杆毛坯冷锻件 及模座按 照某种装配关系装配成模具模块 通过布尔减运算 在模具上自动形成模膛 然后在分模面位置将模块 切开 就获得上 下模 连杆冷锻件是最终锻件 而用于锻模预锻 终锻 模膛的设计的是热锻件 终锻模膛由连杆毛坯冷锻 模具工业 2005 No 1总287 13 件直接加热收缩率 和冲孔连皮在模块上切除形 成 热锻件的尺寸应比冷锻件的相应尺寸适当增 大 加放收缩量的原则一般是 见尺寸就放 这里 取收缩率 1 4 至于飞边槽 模膛壁厚 钳口 燕尾的设计以及模膛的布置参见文献 7 从终锻 模膛中出来的连杆毛坯件带有飞边 需要经过切边 工序得到连杆的最终锻件 连杆热锻件以及从终锻 模膛中出来的锻件如图4 图5所示 冷锻件与热锻 件的区别为 冷锻件与热锻件的尺寸不同 热锻 件加了收缩率后尺寸增大 热锻件带有冲孔连 皮 而冷锻件没有 图4连杆热锻件 图5未切边的连杆毛坯件 利用Pro M old模块设计连杆锻模的基本过程 为 建立模型文件 导入参考零件 生成模具模型 设置收缩率 分模面 生成连杆终锻模膛 生成上 下模 定义开模距离 设计飞边槽 模膛壁厚 钳口 燕尾等 终锻模具模型如图6所示 通过修改连杆 热锻件 生成连杆预锻件 遵循上述设计思路 可以 设计出预锻模膛 而制坯锻件和制坯模膛设计是在 预锻件基础上完成 6结束语 将锻模工艺CAD 实体造型 锻模的设