金属缸体的三维造型及模具设计.doc

1、 金属缸体的三维造型及模具设计 摘 要： 为了解决压铸模具 ， 在设计 和制造 中 存在的一些不足 ， 如 模具的热平衡分析、冷却系统设置 、 零件的快捷安装和更换 及 模具的质量和精度 等 。 本文主要阐述了基于Pro/ENGINEER Wildfire 软件的 烟灰缸 实体 三维 建模 、模具设计和模拟开模过程、模架设计及烟灰缸上下模的数控加工过程 ，为解决上述问题提供了一定依据。 关键词 ： Pro/E 压铸 模 三维建模 模具设计 数控加工 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人 在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成

2、果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保 存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或

3、全部内容。 作者签名： 日 期： 第一章 序言 . 5 1.1 模具行业简介 . 5 1.2 我国模具设计工业概况 . 6 1.3 我国压铸模具行业发展现状 . 6 1.4 课题的内容及意义 . 8 1.5 压铸模具的概述 . 8 1.5.1 压铸成型原理 . 8 1.5.2 压铸模具结构组成 . 8 1.5.3 压铸模具结构根据作用分类 . 9 第二章 烟灰缸三维建模 . 9 2.1 建模前的准备工作 . 9 2.2 烟灰缸三维建模 .11 2.2.1 建立烟灰缸基体 .11 2.2.2 切除烟灰缸基体 . 13 2.2.3 实体边 P1 P3 的圆角 . 15 2.2.4 设置烟灰缸的拔模

4、角度 . 16 2.2.5 设置香烟放置区 . 18 2.2.6 其它设置 . 19 第三章 烟灰缸模具设计 . 20 3.1 模具设计初始操作 . 20 3.1.1 新建 文件 . 20 3.1.2 模具设计工具栏简介 . 20 3.1.3 导入零件 . 21 3.1.4 设置收缩率 . 21 3.1.5 创建工件 . 21 3.2 创建模具型芯、型腔 . 22 3.2.1 创建分型面 . 22 3.2.2 分割模具体积块 . 23 3.2.3 抽取模具元件 . 23 3.2.4 创建铸模零件 . 23 3.2.5 模拟开 模 . 24 3.3 动模板结构设计 . 25 3.3.1 打开型芯

5、文件 . 25 3.3.2 创建混合特征 . 25 3.3.3 倒圆角 . 26 3.3.4 创建拉伸切割特征 . 26 3.3.5 创建基准平面 . 27 3.3.6 镜像特征 . 27 3.4 定模板结构设计 . 28 3.4.1 切除操作 . 28 3.4.2 打开型腔文件 . 28 3.4.3 创建拉伸切除特征 . 28 3.5 导柱、导套设计 . 29 3.5.1 创建导套 . 29 3.5.2 创建导柱 . 30 3.6 定模底板和浇注系统设计 . 30 3.6.1 拉伸创建定模底板 . 30 3.6.2 拉伸切割定模底板 . 31 3.6.3 旋转创建浇道衬套 . 31 3.6.

6、4 创建流道 . 32 3.7 冷却水道设计 . 32 3.7.1 创建基准平面 . 32 3.7.2 在定模板上创建水线 . 33 3.7.3 在动模板上创建水线 . 34 3.8 动模垫板、垫块及动模底板设计 . 35 3.8.1 创建动模垫板 . 35 3.8.2 拉伸切割动模垫板 . 35 3.8.3 创建垫板 . 36 3.8.4 创建动模底板 . 36 3.9 顶出结构设计 . 37 3.9.1 创建限位钉 . 37 3.9.2 创建顶出底板 . 37 3.9.3 创建顶出板 . 38 3.9.4 绘制顶针孔的位置 . 39 3.9.5 创建顶针孔 . 39 3.9.6 创建复位杆

7、孔 . 40 3.9.7 创建顶针杆 . 41 3.9.8 装配顶针杆 . 42 3.9.9 修剪顶针杆 . 42 3.9.10 创建复位杆 . 44 3.9.11 创建推板导套 . 44 3.9.12 创建推板导柱 . 45 3.9.13 检视图形 . 45 第四章 烟灰缸上下模数控加工 . 46 4.1 烟灰缸上模的数控加工 . 46 4.1.1 初始化设置 . 46 4.1.2 表面铣削 . 47 4.1.3 粗加工 . 49 4.1.4 刀具路径重新排序 . 51 4.1.5 以轮廓铣削方式进行陡斜面精加工 . 51 4.1.6 精加工浅平面切削加工 . 53 4.1.7 后处理 .

8、54 4.2 烟灰缸下模的数控加工 . 55 4.2.1 初始化设置 . 55 4.2.2 窗口体积块粗加工 . 56 4.2.3 腔槽铣削 . 58 4.2.4 轮廓铣削精加工 . 59 4.2.5 直线切削曲面加工 . 61 4.2.6 精加工浅平面切削加工 . 62 4.2.7 后处理 . 64 第五章 总结 . 65 第一章 序言 模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关机械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工业、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖来机、电机、电器、仪表仪器等机电产品中占 80%以上；在电脑、电视

9、机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占 85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占 90%以上；兵器产品中占 95%以上。 目前我国的模具生产厂约有 3 万多家，从业人数 80 万人。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%、塑料模具约占 33%、压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。 随着我国 压铸制造工 业的不断发展壮大， 压铸 模具的设计与制造也 愈来愈受到人们的关注。在经济全球化的浪潮中，产业发展过程中的国际分工正在形成，基于成本的压力，大量外商在我国采购压铸件，甚至还在我国建立压铸生产基地，从而使我国的 压铸模具制造水平和能力有了很大提高，模

10、具质量与先进工业国的差距逐步缩小，价格低廉驱使国外采购量剧增。而 海内外模具市场的需求对我国模具产业的兴旺也起到一定的推动作用。同时，随着汽车行业的快速发展以及国产化过程的加快，如汽车缸体、仪表盘、启动档变速箱壳体等大型、精密、复杂的压铸件的需求会越来也大，从而使大型、精密、复杂的压铸模具的需求会越来也大。 虽然， 我国 压铸模具的设计与制造水平在一定程度上有了很大提高， 但是压铸模的制造总体来说与国外先进工业国家相比差距 仍然很 大， 主要表现在： 1、 结构复杂些的模具以造复制模为主， 缺乏 创新 能力； 2、在设计时对 模具的热平衡分析、冷却系统设置 及 零件的快捷 安装和更换 等方面考

11、虑欠周全 ； 3、制造的模具 质量 和 精度 较 差 ； 4、 模具 在使用时 稳定性不高 、 故障率大 。 这些在设计和制造上存在的缺陷可能会导致所生产的模具不满足使用的要求，造成一定的浪费。因而亟需发展有效、准确的设计与制造压铸模具的方法。 1.1 模具行业简介 模具是制造业的重要基础工艺装备。模具品种繁多，共有大类，其中冲压模具、塑料模具、铸造模具、锻压模具、橡胶模具、粉末冶金模具、拉丝模具、无机材料成形模具等是最主要的八大类，用于制造业中的几乎所有产品的生产。 现代模具制造业已成为技术密集型和资金密集型的产业，它与高新技术已形成相互依托的 关系。一方面，模具是直接为高新技术产业化服务的

12、不可缺少的装备；另一方面，模具生产本身又大量采用高新技术及装备，因此，模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。模具成形零件时实现快速、优质、低耗是国家可持续发展战略的要求。 1.2 我国模具设计工业概况 在 我 国，模具生产长期以来一直被当作产品生产的工艺后方，生产的模具也主要是自产自配 。改革开放后 ， 我 国模具工业发展十分迅速。国民经济的发展对模具的需求越来越大，原有的国有模具企业有了很大发展，而三资和乡镇、个体模具企业的发展更为迅速。例如广东省和浙江省，原来模具生产 规模不大，在国内未占重要地位，但目前主要依靠三资企业的广东省全省有多家模具生产企业和主要依靠乡镇、个体企业的浙江省全省

13、有多家模具生产企业。 据 国内不完全统计 2003 2006 年间 模具生产及进出口 的 情况见表 （一） 、表 （二）： 表 （一） 2003 2006 年中国模具生产情况 亿元人民币 年份 2003 2004 2005 2006 产值 450 530 610* 720* 注：有 *数值是销售额 表 （二） 2003 2006 年中国模具进出口情况亿美元 年份 2003 2004 2005 2006 进口 13.69 18.13 20.68 20.47 出口 3.37 4.91 7.38 10.47 从 表（一）、表（二） 可见，虽然中国模具工业发展迅速，但仍不能满足我国制造业发展的需求，特

14、别是中高档模具，在精密、大型、复杂、长寿命类型的模具仍旧供不应求。由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面中国与国际水平相比尚有较大差距，所以每年尚需大量进口。由于中国模具价格比较低廉，水平也在不断提高，因此出口发展很快。近年来每年出口增长幅度比行业增长幅度大得多。 在模具产值产量和进出口迅速发展的同时，近年来中国在模具行业技术进步 和模具水平的提高方面也取得了可 一定 的成绩。现在，我国已能生产精度达到 2m 的多工位级进模，寿命可达 3亿冲次以上。个别企业生产的多工位级进模已可在 2000次 /min的高速冲床上使用，精度可达 1m。在大型塑料模具方面，我国已能生产 43 英寸 (109cm

15、)大屏幕彩电和 65 英寸(165cm)背投式电视的塑壳模具、 10kg 大容量洗衣机全套塑料件模具以及汽车保险杠、整体仪 100t。我国模具企业 CAD、 CAM、 CAE、 CAPP、 PDM、 PLM、 ERP 等数字化信息化技术的使用面正在不断扩大，水平也在不断提高。 自从我国加 入 WTO 后 , 国内模具市场不断扩大，国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具国际采购的趋向十分明显。因此，展望未来，国际、国内模具市场总体发展前景美好。我国模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期。 1.3 我国压铸模具行业发展现状 目前，我国生产上所需的压铸模具基本上可以做到自给，但

16、一些新产品和零件的压铸模，尤其是大型、薄壁、精密模具和技术含量高、难度大的模具一般还要需引进。随着技术引进的同时还要购买大型的压铸机，从而使 压铸市场异常活跃，压铸产业的高速增长带来了压铸模具制造工业的一片兴旺 ，主要表现在以下几个方面： （一） 汽车行业压铸模具的生产 目前，国内完全有能力自行设计和制造汽车行业使用的中、大型压铸模具，如离合器、变速箱、转向器 、 齿轮箱等。 这一类模具一般由汽车企业模具分厂或有实力的专业模具厂制造。随着技术合作或技术转让的出现，一般从国外引进同一产品的首个模具，其后补充的模具则在吸收、消化进口模具的基础上研制。 如， 上海乾通汽车附件有限公司从美国引进在30

17、00KN 压铸机上使用 的大型模具，该厂也自行生产部分自用大型压铸模，尤其是镁合金模具。除此之外，该厂还委托国内厂家制造适合在 18000 25000KN 压铸机上使用的 F15 汽车离合器及油底盘模具。同时，东风汽车公司使用的富康轿车的离合器和变速箱的大型模具也是国内厂家制造的。 迄今为止，我国自行设计、制造的最大的汽车零件压铸模是一汽铸造有限公司铸造模具厂生产的“中间壳体 变速箱”模具。该模具重达 33.5T，主见重量 29KG，32000KN 压铸机成型，制造难度极大。 广州市型腔模具制造有限公司前后为夏利、富康、北吉、长安、大众、通用、 标致 、本田、 庆铃等汽车厂制造大型汽车压铸模。

18、成都兴光压铸工业有限公司为一汽、二汽、长安厂家提供的模具，黑龙江省模具技 术开发中心生产的变速箱模具，北仑模具压铸有限公司的“双缸柴油机箱体”模具都具一定的特色。这些厂家的产品反映出，目前我国在汽车大、中型压铸模开发与制造上有一定的水平和数量。 （二） 摩托车行业压铸模具的生产 摩托车行业 使用的压铸模已能大量生产，完全可以满足国内的需求。自从我国成为摩托车生产大国以来，每年所需的压铸模越来越多，绝大部分都是国产模具。不少企业提供的模具在性能与寿命上都比较接近日本同类产品，该类模具制造成熟、周期短、价格低，如摩托车的左、右曲轴箱。在北仑地区大约 2 3 个月就可制造出这类模具。 摩托车模 具

19、主要来源于行业的模具厂及专业的模具厂，特别是浙江宁波一带的模具厂。如北仑地区众多的模具厂、北京模具厂、成都兴光压铸工业有限公司、共立精机（大连）有限公司及广州市型腔模具有限公司每年都提供大量这类模具。 此外，宁波经济技术开发区吉业汽配模具有限公司和湛江得力化油器厂生产的化油器模具水平较高。 （三） 电机、电器行业压铸模具的生产 电机行业、电风扇、洗衣机、电视机、熨斗、电热锅等行业所使用的压铸模具已基本自给，其制造水平能满足产品需要。 （四） 特大型模具压铸模具的生产 特大型模具如自动扶梯梯级模具， 现在国内已经可 以自行设计、制造这类模具。当前，我国电梯行业中使用的进口模具与国产模具参半。该类

20、模具往往重达 20T、制造精度高，如踏面齿距为 0.05MM，使用压铸机锁模 力大于 2500KN， 模具结构复杂，加工难度大，制造风险大。 无锡市曙光模具有限公司最早生产梯级模具，已提供多副交付使用。广州市型腔模具制造有限公司自 1999 年开始生产电梯模具以来，每年都为该行业提供几套，模具采用高温控技术控制模具工作温度，液压抽芯，有时一套模框要安装 3 种规格产品型腔（ 1000MM、 800MM、600MM），甚至 9 种产品规格，模具加工精度高，互换性好，为用户节省制模费用。上述两厂生产的梯级模具， 曾在中国国际（上海）模具技术和设备展览会模具评比中获 A 类奖项（接近国际水平）。 （

21、五） 其它行业压铸模具的生产 热室压铸机所使用的模具，特别是在制锁、燃气具、水暖设备、仪表、玩具等行业大量使用，模具虽不大，但数目多。此类模具多为企业自产自用或本地区协作制造。西安东方机械厂制造的高精度小型锌合金模具，广东运豪机铸有限公司生产的仿真汽车压铸模，广东小榄镇的制锁模具、燃气具模具及 江浙、广东一带的热室机使用的模具都颇具 特色和规模。 1.4 课题的内容 及意义 基于目前压铸模具的市场行情和 CAD/CAM 在模具设计行业的流行，我的毕业论文课题选择了基于大型三维软件（集造型、加工、制造于一体）的 Pro/ENGINEER Wildfire 进行压铸模具的设计与加工。 Pro/EN

22、GINEER 软件是美国 PTC 公司推出的 CAD/CAM/CAE 软件产品，Pro/ENGINEER 通过一种独特的参数化设计及基于特征的实体造型设计制造技术，为压铸模具设计和生产提供了前所未有的新局面。 本 课题 设计对象是烟灰缸模具 ，运用 Pro/ENGINEER Wildfire 较 强大的造型和加工功能会烟灰缸模具进行设计和制造。在设计过程中，充分考虑 模具的热平衡分析、冷却系统设置及 零件的快捷 安装和更换 等 问题。同时在 制造的 过程中，根据实际的生产条件，设置合适的切削速度和主轴转速，从而改善了 模具 的 质量 和 精度 。 1.5 压铸模具的概述 1.5.1 压铸成型原理 压力铸造亦称压铸，压铸是将液态或半液态的金属，在高压的作用下，以高速填充模具型腔，在压力的作用下快速凝固而获得铸件的一种方法。压力铸造所用的设备是压铸机，成型所用的模具是压铸模具。 压铸成型过程 如 图 1-1 所示 ： 图