毕业设计（论文）-基于ProE的空压机曲轴铸模设计

湖北汽车工业学院毕业设计开题报告PAGE1毕业设计（论文）课题名称基于Pro/E的空压机曲轴铸模设计课题来源东风汽车有限公司铸造一厂（48厂）专业机械设计制造及其自动化班级T1113-2学号20110130221学生姓名指导教师完成日期2015.5.28PAGE独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：

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日期：年月日湖汽车工业学院毕业（设计）论文PAGEPAGE1摘要随着科学技术的进步，模具技术飞速发展，本文利用现如今使用广泛、通用性强的Pro/E三维造型及仿真软件进行三维的造型设计与装配，说明其造型步骤及注意事项，为进一步的力学分析提供了三维实体模型。Pro/E是美国PTC公司推出的CAD/CAM/CAE一体化软件，目前，Pro/E软件先进的设计理念体现了机械设计自动化系列软件的最新发展方向，成为提供工业解决方案的有力工具。它已被广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空、航天、军工、纺织、家电、玩具等行业。本次毕业设计以3509D—025A空气压缩机曲轴为研究对象，设计的任务是完成铸件及模样的三维建模、结构功能及铸造工艺分析；完成铸造工艺计算并拟定铸模结构方案；用Pro/E完成铸模设计。关键词：Pro/E三维建模铸模CAD

AbstractWiththeprogressofscienceandtechnology,therapiddevelopmentofmoldtechnology,thispapernowwidelyusedandversatileonPro/Ethree-dimensionalmodelingandsimulationsoftwareforthree-dimensionaldesignandassembly,describeditsshapestepsandprecautions,forfurthermechanicalanalysisprovides3Dsolidmodel.Pro/EistheUnitedStateslaunchedthePTCCAD/CAM/CAEintegrationsoftware,whichcombinesmechanicaldesign,molddesign,manufacturing,sheetmetaldesign,institutionalanalysis,finiteelementanalysisandrelationaldatabasemanagementandotherfunctions,iscurrentlythemostwidelyusedprofessionaldesignerspowerfulnewgenerationofproductmodelinganddynamicsimulationsoftware.Currently,Pro/Esoftware,advanceddesignreflectsthelatestdevelopmentsinthedirectionofmechanicaldesignautomationsuiteofsoftware,apowerfultoolforprovidingindustrialsolutions.Ithasbeenwidelyusedinelectronics,machinery,tooling,industrialdesign,automotive,aviation,aerospace,defense,textiles,householdappliances,toysandotherindustries.Thisgraduationdesignedto3509D-025Aaircompressorcrankshaftforthestudy,thedesigntaskistocompletecastingandappearanceof3Dmodeling,structuralanalysisfunctionsandthecastingprocess;completecastingprocessandtoprepareamoldstructurecalculationprograms;usingPro/EcompletemolddesignKeywords:Pro/EThree-dimensionalmodelingMoldCAD

目录TOC\o"1-3"\h\u8542第一章绪论 1272661.1本课题的来源、目的及意义 1160611.1.1课题来源 1125521.1.2本课题研究目的 1213491.1.3本课题研究的意义 2281681.2模具基础知识、国内外概况、预测和文献综述 342551.2.1模具基础知识 3108211.2.2国内外概况 436501.2.3模具的发展趋势 428657第二章曲轴结构性能分析与铸造工艺分析 61562.1曲轴结构功能分析 6208362.1.1曲轴结构分析 6109832.1.2曲轴性能分析 6323192.2铸造工艺分析 7231062.2.1铸造基本知识 789662.2.2零件结构的铸造工艺性 8218872．3铸造工艺方案的确定 9282192．3．1浇注位置的确定 9205452．3．2分型面的确定 9121462.4工艺参数 1092872．4．1机械加工余量 10266252．4．2铸造收缩率 10270952．4．3起模斜度 1087592．5浇注系统设计 10192622．6模样 11257392．7模板 11279232．8模样与模底板的装配 1116332．8．1模样在模底板上的装配 11207932．8．2浇注系统在模底板上的装配 1224094第三章Pro/ENGINEER软件包CAD/CAM功能介绍 1266763.1Pro/ENGINEER2000i概况 13321133．2Pro/ECAD常用功能介绍 1341123.3Pro/E_CAM常用功能介绍 1423231第四章曲轴的三维实体建模 1623014．1准备工作 16208854．2铸件的实体建模 17172204．3模样实体的三维建模 19316144．4分型 2171474．5装配 21195914．6建立工程图 2432120第五章总结 2830979第六章致谢 305944第七章参考文献 31第一章绪论1.1本课题的来源、目的及意义1.1.1课题来源本课题来源于东风汽车公司铸造一厂（48厂），课题名称为3509D—025空压机曲轴铸模CAD，来源于东风汽车公司铸造一厂（48厂）。空压机曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲轴前端、后端、平衡块组成。在工作过程中，曲轴运动旋转带动活塞下降（上升），使制冷剂蒸汽进入（排出）由汽缸和活塞顶部组成的气室，以此来输送和压缩制冷剂蒸汽、保证制冷循环正常工作。下图所示为空压机曲轴的三维模型：课题源自于工厂生产一线的工程实例，并不是毕业设计指导老师按照自己的想法编造出来的。因此该课题与工厂的生产实际联系十分紧密，具有很强的代表性与应用性，我们有必要好好钻研分析，认真的把它看透、搞懂，做出来，这样对我们今后的工作有着非常大的帮助。1.1.2本课题研究目的大学四年在校期间多以理论知识学习为主，基本没有机会去工厂、车间亲身体验学习，导致我们对所学的知识一知半解，不能熟练运用、融会贯通，因此我们在做毕业设计的前期非常茫然，不知道自己该从何处着手毕业设计。本课题来源于东风汽车公司铸造一厂的工程实例，通过对本课题的深入细致研究可以让我们对工厂的工作有一个大概的了解。另外要完成该课题需要很多交叉学科的专业知识，可以使我们在学习方面得到很多帮助：对以前所学的知识进行加深巩固；提高对图纸的理解能力，这对我们以后的工作有很大帮助；加强了自己二维、三维软件绘图能力，这是我们做毕业设计必不可少的步骤；对曲轴的生产和铸造模有了更多的认识和理解。本课题研究的主要目的是完成铸件及模样的三维建模、结构功能及铸造工艺分析；完成铸造工艺计算并拟定铸模结构方案；用Pro/E完成铸模设计。通过在设计中遇到的问题，能独立思考，查找相关的文献资料，灵活运用本专业所学的相关知识，并结合生产实际了解现代机械加工制造技术，弥补个人实践的不足，提高个人能力，以便毕业后能更好更快的适应工作的需求。1.1.3本课题研究的意义首先，模具是制造业的重要基础工艺装备，先进的、新型的模具，不仅为发展新产品、新工艺提供了良好的条件，也为传统的机械加工、电加工或锻造、铸造、钣焊等手段难以加工或根本无法加工的外形内构非常复杂、尺寸和形位精度及表面光滑程度要求都很高的异性零件找到了一条先进有效的加工途径。合理的先进的模具设计结构和精确先进的模具制造工艺可大大提高模具寿命，进而大大降低产品成本并节省能耗和设备耗用其次，人们常见的工业产品有60％—90％的零件需要用模具成形。体现了国家可持续发展的战略和科学发展观。最后，据国外统计资料显示，模具行业的发展可带动其相关产业发展的比例大约是1:100，即模具发展1亿元，可带动相关产业100亿元。而2005年，我国模具企业的模具销售总额约610亿元。因此，模具产业的发展对国民经济的贡献是巨大的。1.2模具基础知识、国内外概况、预测和文献综述1.2.1模具基础知识作为材料成形及控制专业与机械设计制造及其自动化专业的接口，模具是现代制造业最活跃的地带之一。为了适应教学改革的需要，在机械设计制造及其自动化专业开设《模具概论》课程，简要介绍各种常用成形工艺及相应模具的知识，有利于学生拓宽视野、增强适应能力，更好地满足各种实际需求。模具以其特定的结构形式通过一定的方式使材料成型，因其生产效率高、产品质量好、材料能耗低、生产成本低而获得广泛应用。从材质上看，几乎所有的金属零件如锻件、冲压件、压铸件，以及非金属零件如塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等制品都是用模具成型的。模具工业是经济发展的重要基础工业之一。从民用工业到国防工业，从地上跑的、水上水下游的，到天上和太空飞的产品，从成人用的产品、用具，到小孩玩的玩具以及人们的衣食住行、游乐、休闲等方面的产品、用品和教育、文化、艺术等领域，几乎都离不开模具在其研制、改型、生产中的作用。1.模具的定义：依据材料成形工艺（如：冲压工艺、锻压工艺、铸造工艺、塑料工艺等），借助相关设备（如：冲床、注塑机等），通过无切削（或少切削）方式将材料加工成零件的工艺装备称为模具。2.模具的分类：按制件材料的不同可以将模具分为：金属模（如：冲模、锻模、铸模）、塑料模（如：注射模、压制模、吹塑模、吸塑模等）、橡胶模、陶瓷模和玻璃模等。冲模又分为成形模（如：拉伸模、压弯模、翻边模和整形模）与分离模（如：修边模、冲孔模和落料模）。除部分冲模以外的上述各种模具都属于型腔模。用模具加工零件，其原理是建立在材料塑性变形基础上，人们对塑性变形机理和模具技术进行了大量的研究，取得了许多新进展。在设计制造方法上，现代模具中心广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），设计过程程序化和自动化，使用程序，模拟成型过程，采用交互式设计方法，发挥人机的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量的资料和信息,设计与制造之间的直接传输很方便于设计中的反复修改。在模具CAD系统中，产品的几何模型是产品的核心数据，并作为整个设计、计算、分析中的最原始数据。通过模具CAD系统的计算、分析和设计得到的大量信息，运用数据库和网络技术将其存储和直接传送到生产制造环节的各个有关方面，从而实现模具设计制造一体化。与传统的模具设计制造方法相比，模具CAD具有如下优点：1）模具的生产周期大大缩短了；2）模具的质量有一定的提高；3）显著降低了模具成本；4）将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其从事更多的创造性劳动。1.2.2国内外概况改革开放20多年来，各行各业蓬勃发展，吸引外资逐渐增多，加入WTO后，大量的制造业务转向我国。因此中国将成为“世界工厂”，这就必须出现大量的模具需求，同时，随着机械加工工业技术的进步和迅速发展，少切削和无切削加工工艺范围必将日益扩大，也使作为现代工业重要工艺装备的各类模具的需求量日益增多，并对其功能和精度提出了更高的要求，亦即对各类模具的设计和制造提出了更多、更高的要求。显然模具工业在国民经济和社会发展中起着极其重要的作用，占有重要的地位，故发达国家有着“模具工业是进入富裕社会的原动力”的说法，当今，在某种意义上确实可以认为：“模具就是产品质量，模具就是经济效益。”全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与大陆，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国，技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。人们已经非常深刻的意识到模具在机械制造业中的特殊地位，懂得了模具技术水平的高低深浅，必将作为衡量一个国家机械制造业水平高低的重要标志，并在相当大程度上决定着产品的效益、质量和新型产品的开发能力，很多专业制造模具企业非常重视模具技术的发展与进步,增加了用于技术进步的资金投资,将技术的发展与进步视为企业迅速良好发展的重要动力。同时，由于模具出口大幅增长，也在很大程度上带动了模具水平的增长。1.2.3模具的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈，在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质量好、价格低，因此，模具工业的发展的趋势是非常明显的。具体可分为以下几方面：模具产品发展将大型化、精密化模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔（如塑封模已达到一模几百腔）使模具日趋大型化。随着零件微型化以及模具结构发展的要求，精密模具精度已由原来的5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下，这就要求发展超精加工。模具研磨抛光的自动化、智能化，模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大影响。目前我国仍以手工研磨抛光为主，其效率低，工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。（3）全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。模具CAD/CAM/CAE技术使模具技术发展的一个重要里程碑。由于产品的更新换代日趋频繁，产品精度要求越来越高，形状越来越复杂，对模具的要求也越来越高。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计、制造的发展方向。

第二章曲轴结构性能分析与铸造工艺分析2.1曲轴结构功能分析2.1.1曲轴结构分析图2-13509D—025A空气压缩机曲轴该曲轴采用整体式结构。它的毛坯由球墨铸铁（QT700-2）铸造而得到。整体式曲轴具有工作可靠、质量小等特点。而且刚度和强度较高，加工表面也比较少。3509D—025A空气压缩机曲轴采用全支称结构，其刚度较高，轴承摩擦损失小，提高了曲轴的抗弯强度。曲轴自带4个整体式平衡块可减轻主轴承受的离心负荷，减轻整个发动机的振动。2.1.2曲轴性能分析曲轴的工作条件及其复杂，不仅承受着缸内气体的作用力、往返运动质量惯性力及旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，还要对外输出扭矩，并伴有扭矩振动。为保证发动机长期可靠工作【4】【5】，曲轴必须具有：满足条件要求的弯曲疲劳强度。主要是弯曲疲劳强度、扭转疲劳强度和功率输出端的静强度。弯曲载荷具有决定性的作用，弯曲疲劳失效是曲轴的主要破坏形式，破坏通常从应力集中处开始，即从主轴颈及曲柄销到曲轴臂的过度圆角处，或从曲柄销的油道口边缘开始。满足条件要求的弯曲刚度和扭转刚度。目的是为了减少挠曲变形、提高曲轴的自振频率。曲轴弯曲刚度不足会加大机体的纵向振动，产生附加应力，恶化连杆轴承和主轴承以至于活塞、连杆的工作条件，影响这些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使局部应力过大而开裂；曲轴扭转刚度不足，则会降低轴系扭振附加应力，加大传动机构的噪声和冲击载荷下的磨损。良好的耐磨性，轴颈尺寸应该能够满足轴承承载能力和润滑条件的要求。良好的平衡性，目的是为了尽可能地减少发动机的冲击和振动。尽可能少的材料和小的尺寸。曲轴是影响发动机外形尺寸和质量的主要零件之一，因此合理设计曲轴将对发动机的整体性能产生非常大的影响。曲轴苛刻的工作环境决定了曲轴的结构形状非常复杂，其断面沿着轴线方向急剧变化，因此应力分布极不均匀。所以制造一根合格的曲轴需要好的材料和合格的铸造模具2.2铸造工艺分析2.2.1铸造基本知识铸件的生产过程，从零件图开始，一直到铸件成品检验合格入库为止，要经过很多道工序。涉及到合金熔炼，造型、制芯材料的配制，工艺装备（模具）的准备，铸型的制造、合箱、浇注、落砂和清理等许多方面。这一个铸件的生产过程称为铸造生产工艺过程。铸造是一项传统行业，是装备制造业的基础。大至所有工业部门，小至个人的日常生活用品都离不开铸件。铸造分为砂型铸造和特种铸造两种。砂型是用各种无机或有机粘结剂与砂（包括石英砂、锆砂、铬铁矿砂、铬镁砂等，而以石英砂为主）以及必要时加入的各种附加物配成的型（芯）制成的。铸造生产中，砂型铸造应用的最广泛。它生产率高、成本低、灵活性大、适应面广且技术比较成熟。随着工业的发展，对铸件质量的要求也日益提高，从而对铸型的要求也随之提高。要求铸型不仅要赋予铸件以规定的形状、尺寸，还要使铸件具有所规定的性能，也就是说铸型的最基本作用是要使铸件的性能、尺寸、公差、表面粗糙度等能最大限度的接近成品零件的要求。也就是要求实现少、无切削加工工艺。特种铸造与砂型铸造相比较有以下优缺点：特种铸造的尺寸精度和表面光洁度较高，且铸件的机械性能、内部质量较好。在生产一些结构特殊的铸件时，具有较好的技术经济效果。它使铸造生产达到不用砂或少用砂的目的，降低了材料消耗及改善条件。但其适应性差，不能广泛推广，且其要求的技术含量高。对于大量生产的铸件，除了要详细绘制铸造工艺图，填写工艺卡以外，还应该绘制铸件图、铸型装配图以及大量的工装图，如模样图、模板图、砂箱图、芯盒图、下芯夹具图，检验样板及量具图等。铸造工艺及工装设计的一般步骤：①对零件图纸进行审查和进行铸造工艺性分析；②选择铸造方法；③确定铸造工艺方案；④绘制铸造工艺图；⑤绘制铸件图；⑥填写铸造工艺卡和绘制铸型装备图；⑦绘制各种铸造工艺装备图纸。2.2.2零件结构的铸造工艺性铸件的生产，不仅需要采用合理的、先进的铸造工艺和设备，而且还要求零件的设计结构符合铸造生产的要求。为了使铸件的结构有良好的铸造工艺性，产品设计人员应与铸造工艺设计人员密切合作，进行工艺性分析，使铸件结构的铸造工艺性合理。下面从保证铸件质量方面介绍铸造工艺对铸件结构的要求。2．2．2.1最小壁厚从保证合金液充型能力看，在设计铸件壁厚时，要考虑合金液的流动性和铸件的轮廓尺寸。在一定铸造条件下，铸造合金能充满铸型的最小壁厚为铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，应使铸件的设计壁厚不小于最小壁厚。2．2．2.2临界壁厚在铸件结构设计过程中，为了充分发挥金属的潜力，节约金属，必须充分考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚的敏感性。厚壁铸件容易产生缩孔、晶粒粗大、偏折和松软等缺陷，从而使铸件的力学性能下降，从这方面考虑，各种铸造合金都存在一个临界壁厚，铸件的壁厚超过临界壁厚后，铸件的力学性能显著下降。因此，铸件的结构设计应科学地选择壁厚。2．2．2.3铸件的内壁厚度砂型铸造时，散热条件差的铸件内壁，即使内壁厚度和外壁的厚度相等，但由于它比外壁的凝固速度慢，力学性能往往比外壁的要低，同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生接应力致使铸件产生裂纹，对于凝固收缩大的铸造合金还易产生缩孔和缩松，因此将铸件的内壁设计得比外壁薄一些是合理的。除此之外，还有其它一些要求，如铸造斜度、肋、凸台等。2．3铸造工艺方案的确定2．3．1浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中的位置。正确的浇注位置应该能保证健全的铸件，并使造型、造芯和清理方便。浇注位置的确定一般遵循以下原则：铸件的重要加工表面、主要工作表面和受力面应尽量放在底部或侧面，以防止这些表面上产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷；浇注位置应有利于所确定的凝固顺序。对于体收缩较大的合金，浇注位置应尽量满足定向凝固的原则，铸件厚实部分一般应置于浇注位置上方，以有利于设置冒口补缩；浇注位置应有利于砂芯的定位和稳固支撑，使排气通畅，尽量避免吊芯，悬臂砂芯；铸件的大平面应置于下部或倾斜放置，以防止夹砂等缺陷；铸件的薄壁部位应置于浇注位置的下部或侧面，以防止浇不足、冷隔等缺陷。本次设计的浇注位置见图所示，浇注时金属液很容易在压力下沿型腔壁流下来，不选在最高处是为了便于清砂，并且那里是一个重要加工表面，而浇注位置处相对来说不太重要。2．3．2分型面的确定铸造分型面是指铸型组元间的接合面。合理地选择分型面，对于简化铸造工艺，提高生产率，降低成本，提高铸件质量等都有直接关系。分型面的确定一般应遵循以下原则：尽可能将铸件的全部或大部分放在同一箱内，以减少因错箱造成的尺寸偏差；应尽量把铸件的加工定位面和主要加工面放在同一箱内,以减少加工定位的尺寸偏差；尽量减少分型面的数量；尽量减少砂芯的数量；应尽量使分型面为平面；为方便起模，分型面应选在铸件的最大截面处。综合各方面考虑,本次设计的分型面见图所示。2.4工艺参数2．4．1机械加工余量机械加工余量是指为了保证铸件机械加工面尺寸和零件加工精度，在设计铸件和铸造工艺时预先增加并在机械加工时应予以切除的金属层厚度。查阅有关手册，并结合工厂生产实际，确定的机械加工余量见工程图。2．4．2铸造收缩率铸造收缩率又称铸件收缩率或铸件的线收缩率，是指铸件从线收缩开始温度冷却至室温时的相对线收缩率，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示%LLL%LLL--模样长度；--铸件长度；查阅有关手册，可知铸件（中小型铸件）的铸造收缩率为0.8%-1.0%，在工程图中对比铸件图和前后模型图，可发现已经加上了缩尺。2．4．3起模斜度当零件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或铸造工艺过程时给出铸件的起模斜度以保证铸型的起模操作。起模斜度可采用增加铸件壁厚，增减铸件壁厚，或减少铸件壁厚的方式形成。查阅有关的手册，并结合工厂的生产实际，起模斜度见工程图标示。2．5浇注系统设计浇注系统是指砂型中引导液态金属进入型腔的通道。一般铸件的浇注系统由以下四部分组成：浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。浇注系统应满足以下要求：控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔；有利于铸件温度的和分布；金属液在型腔中的流动因平稳、均匀，以避免夹带空气，产生金属氧化物及冲刷砂型；浇注系统应具有除渣功能。按内浇口在铸件上的相对位置（注入位置），可分为顶注式、中注式、底注式、分层注入式等。本次设计采用的是中注式。金属液在浇注中的流动方向为：浇口杯→横浇道→后模板内浇口→前模板内浇口。2．6模样模样按其性质分类可分为：木模样、铝合金模样、铜合金模样、铸铁模样、塑料模样、泡沫模样等。按其结构分类可分为：整体模样、分开模样、刮（车）板等。本次设计采用的是分开模样，材料是HT200。2．7模板模板一般是由模底板和模样，浇冒口系统及定位销等装配而成，也有整铸的。通常模底板的工作面形成铸件的分型面，模样及浇冒口系统形成铸件的外轮廓及浇冒口系统型腔。本次设计的模底板按48厂标准制造，在前后模板上均有错位监测块、安全柱，错位监测块主要是合箱时防止错位，而安全柱则是主要是防止误操作或搬运时的碰撞、撞击等对模板的损坏。2．8模样与模底板的装配2．8．1模样在模底板上的装配2．8．1．1模样在模底板上的放置形式放置形式有平放式和嵌入式。平放式是将模样平放在模底板上，模底板不必挖槽，比较方便；嵌入式是根据模样的结构特点将模样下部或整个凹模样嵌入模底板中，并通过紧固件与模底板。本次设计采用的是平放式。2．8．1．2模样在模底板上的定位模样在模底板上常采用定位销定位，以防止模样因螺钉松动而错位。定位销在模样上的位置，一般选择在模样高度较低的地方，并尽量能够使其距离远一些。定位销常采用圆柱销。当模样与模底板的联结需要经常拆卸时，模样和模底板与圆柱销间的配合应为一方为过盈配合，另一方为间隙配合。当模样和模底板联结不经常拆卸时，则均采用过盈配合。定位销的数量，对平放式的模样每块上定位销的数量最少是2个，最多不超过4个。本次设计时，是在每个模样上上下两端各布置一个。2．8．1．3模样在模底板上的紧固模样常采用螺钉、螺栓以及铆钉紧固在模底板上。用螺钉紧固时有上固定法和下固定法。上固定法是用螺钉或螺栓穿过模样而紧固在模底板上，模样上设有沉头座沉孔，紧固后用金属或塑料填平。下固定法是用螺钉通过模底板，从底面把模样紧固在模底板，这时模样上要攻螺纹，而模底板上钻通孔。本次设计采用下固定法，并修整螺钉。2．8．2浇注系统在模底板上的装配同模样的装配相似，浇注系统在模底板上的定位也采用定位销（圆柱销），紧固也采用螺钉，只是在前模板上浇口杯、内浇口采用下固定法，而后模板上横浇道、内浇口采用上固定法。

第三章Pro/ENGINEER软件包CAD/CAM功能介绍在介绍Pro/ENGINEER之前我们先来看看国内外一些流行的CAD/CAM软件。国外的有Unigraphicssolutions公司的拳头产品Unigraphics(UG)，Autodesk公司的主导产品AutoCAD，生信国际有限公司推出的基于windows的机械设计软件Solidworks，以色列Cimatron公司的Cimatron，美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation，简称PTC)的产品Pro/ENGINEER，美国Sdrc公司开发的CAD/CAM软件I–deas。国内的有北京北航海尔软件有限公司开发的CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师软件，华工科技开目公司开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件开目CAD等。3.1Pro/ENGINEER2000i概况Pro/ENGINEER（以下简称Pro/E）自1988年问世以来，十几年间己成为全世界范围内最普及的3DCAD/CAM系统之一，被广泛应用于机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等各行业。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/E软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。该软件集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动量测、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，其模块众多。Pro/E系统主要功能如下:真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方；具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力；具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图；容易使用，可以极大地提高设计效率。另外，利用Pro/E提供的二次开发工具Pro/TOOLKIT，在Pro/E的基础上进行二次开发，可以比较方便的实现面向特定产品的程序自动建模功能，并且可以把较为丰富的非几何特征如材料特征、精度特征加入所产生的模型中，所有信息存入统一的数据库是实现CAD/CAE/CAM集成的关键技术之一。3．2Pro/ECAD常用功能介绍Pro/E的CAD功能很强大，其模块众多，限于篇幅，在此只介绍几种常用的功能。1.挤塑成型（Protrusion）这是建立3D实体时最常用的方法。挤塑成型是以绘制的2D截面图来建立实体或特征。挤塑成型的方式有拉伸（Extrude）、旋转（Revolve）、混成（Blend）、扫掠（Sweep）等。2.切除材料（Cut）这也是最常用的方法。选中Cut之后所出现的几种特征建立方法与Protrusion是一模一样的。它与挤塑成型的差别因仅在于当绘制完一个截面之后，挤塑成型是以此截面建立实体或特征，而剪切则是根据这个截面进行删除的动作。3.拔模（Draft）在扭曲（Tweak）菜单里，拔模分为中性平面拔模（NeutralPlaneDraft）和中性曲线拔模（NeutralCurve）。中性平面拔模的拔模曲面根据一个平面参考旋转。中性曲线拔模的拔模曲面饶着基准曲线或零件边缘旋转。4.倒圆角（Round）一般绘制圆角时有三点注意事项：圆角的建立最好是在实体绘制的末期；标注特征的位置尺寸时，尽量不要以圆角的边作为参考边，以免产生父子关系，不利于往后的变更设计；各圆角绘制完成后可将它们放入同一图层（Layer）中，并用Suppress将该图层隐藏起来以加快计算的速度。3.3Pro/E_CAM常用功能介绍Pro/E的CAM功能很强大，其加工方式很多，如：Volume、LocalMill、ConventlSrf、ContourSrf、Face、Profile、Pocketing、Trajectory、Holemaking、Thread、Engraving、Plunge，限于篇幅，在此只介绍几种常用的功能。1.容积铣（VolumeMilling）VolumeMilling所产生的刀具路径会根据规划的切削体积区块(MillingVolume),并配合适当的刀具与加工资料及参数设定，以等高分层(Slice)的方式产生路径将材料切除，主要用在大量切除材料体积的粗加工过程中。2.口袋铣（Pocketing）Pocketing针对凹槽特征加工，对于平面以VolumeMilling的精修平面刀具路径加工，对于垂直面或倾斜度不大的几何曲面以Profile的刀具路径加工。配合适当的加工参数(如：切深、步距、加工余量等)，进行凹槽特征的曲面精加工。3.轨迹铣（TrajectoryMilling）TrajectoryMilling是以扫描的方式，使刀具沿着所选定的路径加工。可针对特别的沟槽加工，刀具的外形则需根据欲加工的沟槽形状而定义，即以成型刀沿着设定的刀具路径对特别的沟槽或外形进行加工。4.表面轮廓铣（ContourSurfaceMilling）ContourSurfaceMilling针对复杂曲面，可依照曲面的变化情形选择斜率方向、切削路径方向及投影方式设定各种加工路径，作为产生刀具路径的依据，使所产生的刀具路径能更逼近于曲面的几何形状。①Surf/Surf：依各曲面的斜率方向定义切削路径方向。②AlongCutLine：以曲线定义切削路径方向。③ProjToolPath：以投影法定义切削路径5.轮廓加工(Profile)Profile是对垂直和倾斜度不大的几何形状曲面进行加工,刀具以等高方式沿着工件曲面分层加工,作为外围轮廓精加工选用一种方法,选用不同大小和形状的各种铣刀来完成不同曲面加工。其他的如局部铣（LocalMilling）、刻字加工（Engraving）、螺纹加工（Thread）等由于它们比较少用，限于篇幅的限制，在这就不多介绍了。

第四章曲轴的三维实体建模4．1准备工作在建模之前我们要先设好以下四个步骤：1.设定工作目录设定工作目录将为以后的工作带来很多好处，如：便于文件的保存和打开等。该路径可以为任意文件夹，但最好是同一个项目的文件都放在一个文件夹中，便于日后查阅和修改。工作目录在以后的装配(Assembly)里的重要性就显得尤其重要。因为Pro/E的装配模块的虚拟装配和实际生产的装配是一样,它的顺序也是由零件装配成小组件,由各个小组件装配成大组件，再由大组件装配成机构。所以，我们就要管理好每个零件、组件。否则，在装配时，就会遇到不知道到哪找零件和组件的情况。以下为设计工作目录的具体操作步骤：File/WorkingDirectory→[输入路径:D:\proework\zhujian→OK]2.新建一个Part文件，如：zhujianFile/New→[输入零件名：zhujian→OK]3.设置长度单位mm和精度0.0012mm①目前通行的单位系统有公制与英制两种，而系统默认的长度单位是inch，而我国常用的是mm。所以，要把它设回mm。SetUp→Units→[选择：millimeterNewtonSecond(mmNs)]→Set→[选择：InterpretExistingNumbers(SameDims)]→OK→Close图3-1如图3-1所示图3-1注:设置mm也可以在中设：Utilities→Preferences→EditConfig→给定文件名:XXX.pro(或接受默认文件名:)图3-2→Open→出现一空白的Pro/TABLE编辑窗口。图3-2然后，在编辑窗口里输入：Pro_UNIT_LENGTHUNIT_MM后保存退出，如图3-2。这样以后每次启动Pro/E，系统自动设为mm制。②设置精度主要是为了保证加工尺寸精度。SetUp→Accuracy→[输入精度：0.0012]→[按回车键Enter确认]→Done4.建立默认基准面建立基准面有很多好处，如：便于二维图的绘置，便于装配，作为尺寸标注的参考等等。Feature→Create→Datum→Plane→Default→[完成默认基准面DTM1、DTM2、DTM3的建立]4．2铸件的实体建模图3-3

图3-3为铸件的二维图图3-4为建好的铸件的三维图图3-4图3-4由上图可知，可以看出实体建模并不是很难，这个曲轴它是由轴颈、平行块和曲拐构成。分析了它的结构，就知道对于轴颈部分只是由一些圆柱体构成，这对于任何学过Pro/E的人来说都不难，采用Protrusion／Revolve或者Protrusion／Extrude都可以建出。这两种方法的区别在于截面的不同。平衡块看似复杂，其实只要按照图纸画好截面，再用挤塑成型Protusion／Extrude的方法可。关键的是在曲拐部分，从图3-3可以看到曲拐部分有个15度的拔模，又有个半径为15的倒圆。笔者在这过程中探索了很久，得出几个方案。但由于篇幅有限，不能一一列出。下面只说明一种比较简单有效的方法。图31)先用Protusion/Extrude建出如图3-5所示模型。图32)后用Cut命令，选图3-5箭头所示为草绘面。图3-5图3-5图3-6图3-6图3-6

3)再用GeomTools／UseEdge／SelEdge／Pick选择圆的上半部分，表示利用它的边。如图3-6所示，将它切除到离对边距离为7mm。图3-64)然后，先要在曲拐顶上的圆上切除（cut）掉一小块,先做这步,这有点技巧。图3-71图3-712第二,在后一步拔模（Draf）时，需要利用到切除后的一段边。如图3-7所示。5)拔模。Part／Feature／Solid／Draf／Neutrelcrv／Done选择箭头1为中性边线图3-8选择箭头2为拔模面图3-8倒圆。镜像。Part／Feature／MirrorGeom得出结果如图3-88）其他部分建模就比较简单了，在此就不多说了4．3模样实体的三维建模分析模样和铸件之间的关系，就知道模样是用来制作模具的，铸件是模具制作出的产品。模样和铸件的尺寸关系就是相差个收缩率。因为绝大部分材料都会受温度变化影响而产生体制变动的，以本次设计的砂型铸造成型为例，铁水填充入模具的整个过程，刚开始是高温的，待铁水冷却下来，尺寸就会产生收缩。铁水完全固化冷却开模后，成形品的尺寸会略小于模具尺寸，因此通常模具制作时尺寸会稍微加大些。所以只要在建好的模样上加个缩尺。就很轻易的得出铸件模型。Pro/E2000i里就有收缩率这个命令。SS成形品尺寸成形品尺寸模具尺寸收缩比例点选SetUp→Shrinkage→Formula,系统提供两种不同的数学公式,一是1＋S,其二是1／（1＋S）。1＋S——是以原始模型尺寸为参考，此为系统默认情况。1／（1－S）——是以最后模型尺寸为参考待关系式选定且给定收缩比例后，有两种方式将此收缩量指定到模型中，一是ByDimension按尺寸数值、二是ByScaling按比例缩放。ByDimension将收缩量直接指定到尺寸数值中，有多种选择（如图3-9所示）：全部尺寸（AllDims）、单一尺寸（ByDim）、单一特征（ByFeature）、列表编辑（ByTable）等方式。可以输入收缩比例（ShrinkRatio）或直接输入单一尺寸的最后尺寸数值（FinalValue）。另外，系统提供Clear（清除）功能，删除在此之前已设置的收缩情况。ByScaling针对三个坐标轴方向，分别指定不同的收缩比例（图3-10），故属于不等比例缩放。而Modify→ScaleModel功能则是等比例缩放。图3-10图3-9图3-10图3-9下面就是实体的具体操作说明：点File→Open打开铸件的模型；点Setup→Shrinkage→Formula→1+S→Done→ByDimension→AllDimS输入收缩比例（S）0.0085后→Done即可完成。4．4分型有关分型面的知识见1．3．2分型面的确定。我们要把曲轴模样沿分型面分型，将分型后的前、后模样及浇注系统分别装在模底板上做成模板，以用于铸造生产。因此，必须对已建好的曲轴模样分型。分型很简单，因为它的分型面是选在沿轴线位置，是一个平面。所以我们用一种非常方便的方法，就是沿着曲轴的分型面用Cut将曲轴一分为二，得出了前、后模样。如图3-11的前、后模样：后模样后模样前模样图3-114．5装配前模样Pro/ENGINEER系统提供的零件装配环境,可根据设计要求轻易地完成所有零件的装配工作,支持大型复杂零组件的创建与管理,具有单一数据库的特征,按照装配过程的要求,可立即变更零组件的尺寸,并且能以爆炸(Explode)方式显示所有零组件的位置关系。前模样系统提供了十二种约束形式（图3-12），绝大多数要两三个形式指令互相配合使用，才能完成装配。这些约束形式中，有六种是限制模型表面或基准面的相对方位，也就是调整其法向量的方向，分别为Mate、MateOffset、Align、AlignOffset、Default。注意：模型表面（平面）的法向量朝外部（仅有正方向），基准面则分两个方向（两侧），分别以黄色和红色表示，其中，黄色面为正方向（可使用Redefine加以变更），故选用基准面时，基准面上会显示出黄色面的方向，系统会询问那一侧是要使用的。Mate使两平面或基准面面对面贴合，法向量互相平行且反向（相差180°）2、MateOffset使两平面或基准面面对面，相隔一距离，法向量互相平行且相反（相差180度）。3、Align使两平面或基准面共平面，其法向量互相平行且同方向。另一方向，可使两基准轴、点与点、线与线对齐。4、AlignOffset使两平面或基准面互相平行且相距特定距离，其法向量互相平行且同方向。约束形式(ConstraintType)约束形式(ConstraintType)图3-121、部分／完全约束进行零件装配，允许部分约束（PartiallyConstrainde），也就是零组件装配位置并非完全确定，只是暂时排放在某方位上，这样的零组件称为PackagedComponent。但一般都需要完全约束（FullConstrained）情况。装配（Assembly）在前面我们都建好模样、浇注系统和模底板。所以，现在我们只要把他们装配在一起。首先点选New→选择Assembly模块→子模块（Sub－type）为Design→输入装配文件名：[输入：qmb]→Ok→进入零件装配模式。Component→Assemble→[选择mdb.prt]→Assemble→[选择qmy.prt]→OK[在主窗口中显示模底板和前、后模样实体模型，如图3-12所示]→[在弹出的对话框中选择Mate、Align、EdgeONSrf如图12所示的三组约束型式]→OK→[装配成功]注意:EdgeOnSrf这个约束要放在最后，因为它只是约束边在面上，而面有两个方向。假如，放在前面时，系统就出错，约束不了。MateMateAlignEdgeOnSrf图3-13图3-13是装配好的前、后模样图。图3-14前模板和后模板三维图图3-14前模板和后模板三维图4．6建立工程图Pro/E系统强调单一数据库（Single-Date-Base）特性，由三维实体模型直接产生二维工程图，并且包含所有的创建尺寸，不论是在3D或2D图形上修改尺寸数值时，其相关的2D或3D模型均会自动更新。同样地，零件装配、机制加工等相关设计的数据页会自动修改，所以，设计数据完全相关联的。三维实体模型创建完成后，接下来就是产品的加工制造。设计者首要任务就是提供二维工程图给现场制造人员，除了须包含实体模型各相关尺寸外，材料的选择、加工方式、公差配合、表面处理等数据，都必须标注清楚。按照本次毕业设计的要求，作出三维建模后，要导出二维图形，出于方便的考虑，采用的方法是：在Pro/E里面仅作出图形，而尺寸、公差、局部剖视图等则在AutoCAD里面作补充。1．新建文件File/New Drawing，输入文件名 OK，在出现的NewDrawing对话框中首先要选择OptionalDefaultModel，Name默认为None，按Browse（预览），选择要画的三维的图形，相应地在Name中会出现所选图形名称。接受SpecifySheet中的设置，在Orientation中选择图纸摆放形式Portrait（竖式）、Landscape（横式）、Variable（可变），在Size中选择图纸大小，设置完成OK。如图3-15所示。2．创建视图因为美国标准和中国的不一致，在创建视图前要修改有关设置，DRAWING/Advance,DELSETUP/ModifyVal，将THIRD_ANGLE改为FIRST_ANGLE，保存后退出。点选DRAWING/Viewing，系统提供了八种主要的视图类型，其中有五种常用，它们是：General(一般视图)，Projection（投影视图），Revolved（旋转剖视图），Detailed（局部放大视图），Auxiliary（辅助视图），其它三种只对特定情况才有用途。视具体情况选择相应的视图形式，在本次设计中只用到了前两种，其它视图在AutoCAD里加以补充。接受默认视图类型，Done，根据提示在图框内选择一点放置三维图形，在Orientation图3-16图3-16图3-15对话框的Reference1，Reference2中选择相应的视图方向(Front，Back，Top，Bottom，Left，Right等)，在三维视图中点选（Pick）选择合适的参考方向（DTM1，DTM2，DTM3等），OK。如图3-16所示。视具体情况再添加其它视图，大致步骤为DRAWINGViewsAddViews选择合适视图形式，DONE。在所画视图中可能存在许多不足之处，如图形比例过小，放置位置不