基于Pro／CASTING的铸件三维CAD模具设计

马素娟 (潍柴动力股份有限公司铸锻厂，山东潍坊261001) 摘要：以气缸体为例，介绍铸造模具的三维设计过程：在据零件的铸造工艺设计 图，对零件的三维模型进行修改，得到铸件的三维实体模型；在铸件的三维模型进行 比例缩放，进行砂芯抽取，分别在各砂芯上作出芯头、拔模斜度、配合间隙、浇注系统，并对砂芯模样进行装配、 检查；之后，在行模具分型面、结构设计。 关键i：具设计 中图分类号：献标识码：B 文章编号：10038345(2006)01一一D c n o61001，Ab a as of as on of -D of as in to -D of to on to AD；发动机气缸体、气缸盖等复杂铸件的开发过 程中，模具设计、制作周期的长短起着决定性的作 用 传统的模具设计是设计人员以二维图纸进行模 具设计，模具制作是以二维图进行加工，对于气缸 体、气缸盖这类复杂铸件，由于其模具结构复杂、数 量众多、直观性差，设计人员计费时费 力，模具的设计、制作需要很长时间，因而延长了铸 件的开发周期。 随着 维计算机辅助设计的普及应用，越来越 多的零件采用计算机进行三维设计，为三维稿日期：200一者简介：马素娟(1970一)，士，山东雄坊人，1992年毕业 于山东大学，工程师，主要从事铸造工装设计工作。 可进行进排气道模具的数字化设计。并对之进行分 析和优化，进而在数控机床上加T，大大提高了模具 精度，缩短了开发周期。使我们能够设计和制造象气 96 具的设计提供了数据上的便利。应用三维行模具设计能有效地缩短产品开发周期，减少设 计人员工作量，提高设计质量，并且其三维数据可直 接用于模具型腔加工。 在缺乏设计产品的三维模型数据，或者设计部 门由于种种原因不予提供三维数据的情况下铸造 部门进行铸造模具设计时，不得不重新根据二维图 设计，首先重复进行三维造型，这种做法不仅会延长 产品的开发周期、增加铸造模具设计的_且 设计质量也难以保证，难以体现产品设计的意图。如 果搞并行工程，铸造部门参与产品的开发和设计，则 会带来一系列的好处。其中铸造模具设计就可以利 用设计部门的产品三维模型数据。如果有了设计部 门的产品零件三维模型数据，可以根据下面介绍的 道这样有复杂分型面的模具。对提高整机产品质量 有极大的现实意义。鞠敞 维普资讯 l 辫嬲 警譬 鬻 搿 鳓 西i I居 ： 回 j I ， I l 舅 图1铸件 三维实体模型图 3-D l 0f 一个模块萁功能主要是提供铸造模具设计。够满足新产 品开发过程中零件结构的调整更改，实现工装模型 的快速对应更改。并且芯头定位、拔模斜度、组芯间 隙、分型负数等工艺参数可以整体考虑。保证铸件的 尺寸精度和外观质量，并能有效地缩短新产品开发 周期 2铸件的三维据零件的铸造 工艺设计图，对零件的三维模型进行修改，得到铸件 的三维实体模型。在铸件的 三维模型进行比例缩放，进行砂芯抽取分别在各砂 芯上作出芯头、拔模斜度、配合间隙、浇注系统等，形 成一个个完整的砂芯，对砂芯模样进行装配，检查壁 厚、配合间隙是否干涉等。在进行模具分型面、结构设计。三维模具模型建成 后，再直接由三维软件生成)j7于数控加 丁。最后输出二维模具图纸。 现以618气缸体为例介绍铸件的三维的设计过程。 21铸件工艺设计 先由工艺设计人员在零件的二维工程图纸上进 行详细的铸造工艺设计，确定铸造工艺方案，包括： 分型面的确定，浇注系统设计加丁余量、拔模斜度、 收缩率的制定，芯头尺寸、配合间隙等工艺参数的确 定，造型、制芯设备的确定，作为模具的设计依据。 22铸件三维实体模型的生成 在零件的三维实体模型上，根据工艺设计图。修 改零件的三维实体模型。包括添加加丁余量、拔模斜 度、工艺修正量，不铸出孔、槽的删除。得到铸件的三 维实体模型。如罔1所示为铸件的三维实体模型图。 23砂芯及外模的创建 231砂芯的抽取 在入铸 件三维实体模型，作为参照模型，选取“(收缩)菜单，对铸件三维模型进行铸造收缩率比例缩 放，以“创建)“砂芯)“聚合体积块)菜单分别抽取水套、水道，缸筒挺 杆组合等铸件内腔砂芯。砂芯抽取后分别形成单独 的“件，由于采用的“聚合体积块) 命令，所形成的砂芯为实体(如图2所示为缸筒一挺 杆组合砂芯图)，这就为以后外模的分模及模腔的形 成提供了方便。 232砂芯_T=艺设计 通过聚合体积块所抽取的砂芯，只是形成铸件 内腔部分的砂芯，还不是生产出合格铸件所需的砂 芯 因此还需对砂芯进行工艺设计。 打开所生成的砂芯“文件对缸筒挺杆组 合、水套、水道等砂芯。分别按照工艺图作出砂型芯 头、砂芯与模板之间的定位结构，以及砂芯上的浇注 系统等。由于各砂 芯文件下对砂芯的修改，可以通过“再生”命令反映 到文件1中，文件1中的参考件已经具备了铸件外 模的雏形。 233铸型及前、后、上端的形成 在文件1中，利用“工件)命令创建 工件把参考模型包围在其中在“插入”下拉菜单中 选择“拉伸”、“旋转”、“拔模”等命令作出前后端芯、 20062现代铸铁】97 维普资讯 ，利用“模具体 积块)命令分割出前后端芯、上端芯，利用“拉伸”命 令作出上下分型面，利用“模具体积块) 命令分割出上下型(如图3所示为下型图)。 234砂芯分割 由于铸件的内腔相通，抽取的砂芯中。六颗缸筒 芯与挺杆是连存一起的按照铸造筒芯 与挺杆芯需要分开。且缸简芯要按照气缸体的六个 缸分别为六颗缸简芯单独制作模具，这就需要对砂 芯进行分割。 在入缸 筒挺杆组合芯作为参照模型，在“模具 体积块)菜单下，通过“聚合)命令生成体积 块，存“插入”菜单命令下，按照出分形 曲面，通过“模具体积块)“分 割)，利用所作的分芯曲面将砂芯组合分割为符合 图4所示为分割后的挺杆芯图。至 此。所有砂 芷=及铸型的三维设计全部完成。 24装配检查 在“装配校验”模块下。创建新文件3，将铸型与 所有砂芯按照铸造要求，装配在一起进行装配检查 检查砂芯相互之间和砂芯与铸型的配合、干涉情况， 预测铸件的壁厚。 经检查确认正确无误以后，冉进行模具的结构 设计 98 25模具结构设计 在需制 作模具的砂芯作为参照模型装配到新文件中，按照 模具各模块外形尺寸大小，创建用“分型面)命令或“插入”菜单下的命令作出分型 向，再利用“铸型体积块)“分 割)命令分割 上、下、左、右等各模块。选择“铸型元件)命令生成各模块实体，在“插入”菜 单命令下对各模块进行顶芯杆孔、复位杆孑L、定位销 孑L、射砂孔等细节设计，设计模具的射砂、吹胺、顶芯 系统完成模具结构设计。 26二维具的三维实体模型生成后，为了便于模具制 作施要制作二维工程图纸。 新建文件，选择绘图模块，调入需要生成二维图 纸的=“插入”“绘罔”“视图”命令下，插 入三维模型调整视图方向及视图比例、视图显示生 成主视图重复插入所需各视图在“插入”命令下， 插入“视罔尺寸”、“几何公差”等。完成视图尺寸及形 化公差标注，或选择“视图”菜单下的“ 示及拭除” 命令，自动显示视图的尺寸及形位公差，在工程图界 面F，还可以对各视图标注进行修改，如改变各视图 的比例、移动试网、改变尺寸位置、添加局部视图等。 27模具制造 模具的三维模型建成后直接由三维软件生成加 于数控加工，以保证模具的制造精度，实 现模具设计的意图 3结束语 铸造与设计部门在产品的开发阶段就搞并行工 程，可以充分利用共享资源，加快铸造模具的设计效 率，缩短铸件开发时间，并能相