模具的新技藝研制與應用

動機氣缸體、氣缸蓋等復雜鑄件的開發過程中，模具設計、制作周期的長短起著決定性的作用。傳統的模具設計是設計人員以二維圖紙進行模具設計，模具制作是以二維圖進行加工，對于氣缸體、氣缸蓋這類復雜鑄件，由于其模具結構復雜、數量眾多、直觀性差，設計人員工作量大，設計費時費力，模具的設計、制作需要很長時間，因而延長了鑄件的開發周期。

隨著三維計算機輔助設計的普及應用，越來越多的零件采用計算機進行三維設計，為三維CAD模具的設計提供了數據上的便利。應用三維CAD技術進行模具設計能有效地縮短產品開發周期，減少設計人員工作量，提高設計質量，并且其三維數據可直接用于模具型腔加工。

在缺乏設計產品的三維模型數據，或者設計部門由于種種原因不予提供三維數據的情況下，鑄造部門進行鑄造模具設計時，不得不重新根據二維圖設計，首先重復進行三維造型，這種做法不僅會延長產品的開發周期、增加鑄造模具設計的工作量，而且設計質量也難以保證，難以體現產品設計的意圖。如果搞并行工程，鑄造部門參與產品的開發和設計，則會帶來一系列的好處。其中鑄造模具設計就可以利用設計部門的產品三維模型數據。如果有了設計部門的產品零件三維模型數據，可以根據下面介紹的方法進行鑄造模具設計。這種方法可以節省鑄造模具設計時的三維造型時間，提高數據的準確性，加快鑄件開發的速度，縮短產品的開發時間。

Pro/CASTING模塊是Pro/Engineer的一個模塊，本文主要介紹了Pro/CASTING模塊在鑄造模具設計中的應用。1軟件簡介美國PTC公司的Pro/Engineer軟件是國際著名的三維CAD軟件之一，在制造業特別是汽車行業得到了廣泛的應用。

Pro/CASTING模塊是Pro/Engineer的一個模塊，其功能主要是提供鑄造模具設計。Pro/Engineer設計全部采用參數化造型，能夠滿足新產品開發過程中零件結構的調整更改，實現工裝模型的快速對應更改，并且芯頭定位、拔模斜度、組芯間隙、分型負數等工藝參數可以整體考慮，保證鑄件的尺寸精度和外觀質量，并能有效地縮短新產品開發周期。

2鑄件的三維CAD模具的設計路線在Pro/Engineer軟件系統中，根據零件的鑄造工藝設計圖，對零件的三維模型進行修改，得到鑄件的三維實體模型。在Pro/CASTING模塊下，對鑄件的三維模型進行比例縮放，進行砂芯抽取，分別在各砂芯上作出芯頭、拔模斜度、配合間隙、澆注系統等，形成一個個完整的砂芯，對砂芯模樣進行裝配，檢查壁厚、配合間隙是否干涉等。在Pro/MOLDESIGN模塊下，進行模具分型面、結構設計。三維模具模型建成后，再直接由三維軟件生成加工數據，用于數控加工。最后輸出二維模具圖紙。

現以618氣缸體為例，介紹鑄件的三維CAD模具的設計過程。

2.1鑄件工藝設計先由工藝設計人員在零件的二維工程圖紙上進行詳細的鑄造工藝設計，確定鑄造工藝方案，包括：分型面的確定，澆注系統設計，加工余量、拔模斜度、收縮率的制定，芯頭尺寸、配合間隙等工藝參數的確定，造型、制芯設備的確定，作為模具的設計依據。

2.2鑄件三維實體模型的生成在零件的三維實體模型上，根據工藝設計圖，修改零件的三維實體模型。包括添加加工余量、拔模斜度、工藝修正量，不鑄出孔、槽的刪除，得到鑄件的三維實體模型。

2.3砂芯及外模的創建2.3.1砂芯的抽取在Pro/CASTING環境下創建新文件1，調入鑄件三維實體模型，作為參照模型，選取“Skrinkage”

(收縮)菜單，對鑄件三維模型進行鑄造收縮率比例縮放，以“Creat”

(創建)>“SandCore”

(砂芯)>“Gather Vol”

(聚合體積塊)菜單分別抽取水套、水道，缸筒挺桿組合等鑄件內腔砂芯。砂芯抽取后分別形成單獨的“。prt”文件，由于采用的“GatherVol”

(聚合體積塊)命令，所形成的砂芯為實體，這就為以后外模的分模及模腔的形成提供了方便。

2.3.2砂芯工藝設計通過聚合體積塊所抽取的砂芯，只是形成鑄件內腔部分的砂芯，還不是生產出合格鑄件所需的砂芯，因此還需對砂芯進行工藝設計。

打開所生成的砂芯“。prt”文件，對缸筒挺桿組合、水套、水道等砂芯，分別按照工藝圖作出砂型芯頭、砂芯與模板之間的定位結構，以及砂芯上的澆注系統等。由于Pro/Engineer強大的再生功能，在各砂芯文件下對砂芯的修改，可以通過“再生”命令反映到文件1中，文件1中的參考件已經具備了鑄件外模的雛形。

2.3.3鑄型及前、后、上端的形成在文件1中，利用“Workpiece”

(工件)命令創建工件，把參考模型包圍在其中，在“插入”下拉菜單中選擇“拉伸”、“旋轉”、“拔模”等命令作出前后端芯、上端芯與鑄型的分型面，利用“DieVolume”(模具體積塊)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“DieVolume”(模具體積塊)命令分割出上下型。

2.3.4砂芯分割由于鑄件的內腔相通，抽取的砂芯中，六顆缸筒芯與挺桿是連在一起的，按照鑄造工藝要求，缸筒芯與挺桿芯需要分開，且缸筒芯要按照氣缸體的六個缸，分別為六顆缸筒芯單獨制作模具，這就需要對砂芯進行分割。

在Pro/CASTING環境下創建新文件2，調入缸筒挺桿組合芯作為參照模型，在“DieVolume”

(模具體積塊)菜單下，通過“Gather”

(聚合)命令生成體積塊，在“插入”菜單命令下，按照工藝要求，作出分形曲面，通過“DieVolume”

(模具體積塊)>“Split”

(分割)，利用所作的分芯曲面，將砂芯組合分割為符合工藝要求的砂芯。圖4所示為分割后的挺桿芯圖。至此，所有砂芯及鑄型的三維設計全部完成。

2.4裝配檢查在“裝配校驗”模塊下，創建新文件3，將鑄型與所有砂芯按照鑄造要求，裝配在一起進行裝配檢查，檢查砂芯相互之間和砂芯與鑄型的配合、干涉情況，預測鑄件的壁厚。經檢查確認正確無誤以后，再進行模具的結構設計。

2.5模具結構設計在Pro/MOLDESIGN環境下創建新文件，將需制作模具的砂芯作為參照模型裝配到新文件中，按照模具各模塊外形尺寸大小，創建工件，利用“Parting Surf”(分型面)命令或“插入”菜單下的命令作出分型面，再利用“MoldVolume”(鑄型體積塊)>“Split”(分割)命令分割出上、下、左、右等各模塊。選擇“Mold Comp”(鑄型元件)命令生成各模塊實體，在“插入”菜單命令下對各模塊進行頂芯桿孔、復位桿孔、定位銷孔、射砂孔等細節設計，設計模具的射砂、吹胺、頂芯系統，完成模具結構設計。

2.6二維工程圖紙生成模具的三維實體模型生成后，為了便于模具制作施工及圖紙文檔管理，需要制作二維工程圖紙。

新建文件，選擇繪圖模塊，調入需要生成二維圖紙的三維模型，在“插入”>“繪圖”>“視圖”命令下，插入三維模型，調整視圖方向及視圖比例、視圖顯示生成主視圖，重復插入所需各視圖，在“插入”命令下，插入“視圖尺寸”、“幾何公差”等。完成視圖尺寸及形位公差標注，或選擇“視圖”菜單下的“顯示及拭除”命令，自動顯示視圖的尺寸及形位公差，在工程圖界面下，還可以對各視圖標注進行修改，如改變各視圖的比例、移動試圖、改變尺寸位置、添加局部視圖等。

2.7模具制造模具的三維模型建成后直接由三維軟件生成加工數據，用于數控加工，以保證模具的制造精度，實現模具設計的意圖。

3結束語鑄造與設計部門在產品的開發階段就搞并行工程，可以充分利用共享資源，加快鑄造模具的設計效率，縮短鑄件開發時間，并能相應有效地縮短新產品開發周期。

在可以共享產品設計部門的三維模型數據的前題下，應用Pro/CASTING進行鑄造模具設計，能夠共享三維數據，保證數據質量，避免重復設計。此外，本文介紹的這一模具設計過程能非常直觀地反映模具的具體結構，而且工藝更改能快速地在模具上直接體現，使得零件設計、工藝設計與模具設計、制造部門能夠方便地進行協調和溝通。