1、本科生毕业设计（论文）I摘 要熔模精密铸造是一种少切削或无切削的先进铸造工艺，铸造零件与零件最后形状十分接近，可不经加工直接使用或经很少加工后使用。本文主要介绍熔模精密铸造的基本情况和基于 CAD/CAM 技术的连接件零件（347-2270） 熔模模具的设计及加工方案。本文首先详细阐述了模具设计的基础知识和设计规则，并对连接件零件（3 47-2270）熔模模具进行分析，确定设计方案；然后，本文介绍了基于Pro/Engineer 软件的连接件零件 （347-2270）熔模模具的设计，包括依据毛坯图建立零件实体，依据零件实体进行模具设计；再次，本文给出了上模加工工艺规程，包括所选择的毛坯材料、所用
2、的加工机床，加工刀具及切削用量；最后，本文叙述了利用 Pro/Engineer 软件进行模拟数控加工、生成数控加工代码。关键词：熔模模具；分型面；模具 CAD/CAM本科生毕业设计（论文）IIAbstractCasting is a little cutting or no cutting of advanced casting process, casting parts and components are very close to final shape, may, without processing or direct use very little processing befo
3、re use.This paper describes the basic Casting conditions and based on CAD / CAM technology connector parts (347-2270) fused model mold design and processing program.This paper elaborated on the basis of knowledge of mold design and design rules, and connector parts (347-2270) fusion analysis of mold
4、, determine the design; then, this paper based on Pro / Engineer software connector parts ( 347-2270) fused model mold design, including the establishment of parts based on rough map entities, according to parts mold design entities; again, this paper presents the model of order processing, includin
5、g the choice of blank material, the use of machine tools, processing tool and cutting parameters; Finally, the paper describes the use of Pro / Engineer software, CNC machining simulation, generate NC code.Keywords: Die; melting model; parting surface; die CAD / CAM 本科生毕业设计（论文）III目录第 1 章 绪论 -11.1 熔模
6、精密铸造概述 -11.2 熔模铸造的特点 -21.3 设计任务内容 -21.4 PRO/ENGINEER 软件功能简介 -3第 2 章 模具设计总体流程制定 -4第 3 章 基于 PRO/E 软件建立零件三维实体 -63.1 零件三维实体设计 -63.2 建立零件三维实体关键步骤 -73.3 零件造型经验汇总 -103.4 模具参考零件创建 -11第 4 章 零件的模具设计 -134.1 模具设计的总体分析 -134.1.1 分型面的设计原则 -134.1.2 浇注系统的设计原则 -144.2 P RO/ENGINEER WILDFIRE5.0 软件模具设计 -144.2.1 模具毛坯的创建
7、-144.2.2 模具收缩率的设置 -154.2.3 模具分型面创建 -154.2.4 分割模具体积块 -174.2.5 生成模具元件 -174.2.6 应用 Pro/e 软件进行开模仿真 -184.3 模具的定位和锁紧设计 -194.4 外形模具的开模仿真动画 -204.5 尿素型芯模具的设计 -21第 5 章 模具上模零件设计及加工工艺规程的制定 -225.1 模具上模零件图绘制 -225.2 模具上模零件加工工艺规程 -235.2.1 工艺规程总体方案的制定 -23本科生毕业设计（论文）IV5.2.2 模具上模零件加工工艺分析 -235.3 模具上模零件加工工艺规程制定 -23第 6 章
8、 模具上模零件的加工仿真 -266.1 加工技术概述 -266.2 应用 PRO/E 软件进行数控加工仿真 -26第 7 章 结论 -29参考文献 -30致谢 -32附录 1-33附录 2 -35本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 熔模精密铸造概述熔模精铸即熔模精密铸造的简称 1。精密铸造法是指使用非金属铸模，制品尺寸精度高于普通砂模铸件之铸造法的总称，包括脱蜡法(Lost Wax Casting 或Investment Casting)，石膏模法(Plaster Mold Casting)和陶瓷模(Ceramic Mold Casting)法三大类。脱蜡精密铸件广泛应用于喷射引擎
9、、燃气涡轮、蒸汽涡轮、飞机零件、内燃机、车辆、食品机械、印刷机械、制纸机械、压缩机、阀件、帮浦、计测仪、缝纫机、武器、事务机器、及其它机器零件 2。当今，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 3。我国将模具工业视为整个制造业的“加速器” 4。针对 “交货期短”、“精度高”、“质量好”、“ 价格低” 等要求。模具技术的发展应该与这些要求相适应。模具 CAD/CAM/CAE 技术，是模具技术发展的一个重要里程碑 5。模具CAD/CAE/CAM 集成制造系统的适应性强，重复性好，加工周期短，特别适用于曲面复杂、线型多变的芯盒和金属型及压铸模的制造 6 。如今模具CAD
10、/CAE/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期、降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识 7。目前，利用 CAE 精铸技术，已完成多种航天、航空、兵器等关键部件的试制，取得满意的效果 8。模具制造有很好的发展，随着一些先进技术在模具领域的应用，模具的开发过程发生了根本变化，尤其是技术进步促进了模具生产管理的进步，使得规模化模具生产成为可能 9 。我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高 10。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得
11、到了明确 13。铸造 熔模铸件尺寸精度较高，一般可达 CT46。熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高，一般可达 Ra.1.63.2m。采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。 熔模铸造方法还可以铸造各种合金的复杂的铸件。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的本科生毕业设计（论文）2一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中 14。在模具生产中，模具制造的生产成本粗略可分为切削 65%，工件材料 20%，热处理 5%，装配/ 调整10%。这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对模具的经济生产的重要性 15。1.2 熔模铸造的特
12、点熔 模 铸 件 尺 寸 精 度 较 高 ， 一 般 可 达 CT4-6（ 砂 型 铸 造 为 CT10 13， 压 铸为 CT5 7） ,当 然 由 于 熔 模 铸 造 的 工 艺 过 程 复 杂 ， 影 响 铸 件 尺 寸 精 度 的 因 素 较多 ， 例 如 模 料 的 收 缩 、 熔 模 的 变 形 、 型 壳 在 加 热 和 冷 却 过 程 中 的 线 量 变 化 、 合金 的 收 缩 率 以 及 在 凝 固 过 程 中 铸 件 的 变 形 等 ， 所 以 普 通 熔 模 铸 件 的 尺 寸 精 度 虽然 较 高 ， 但 其 一 致 性 仍 需 提 高 （ 采 用 中 、 高 温 蜡
13、 料 的 铸 件 尺 寸 一 致 性 要 提 高 很多 ） 。 压 制 熔 模 时 ， 采 用 型 腔 表 面 光 洁 度 高 的 压 型 ， 因 此 ， 熔 模 的 表 面 光 洁 度 也比 较 高 。 此 外 ， 型 壳 由 耐 高 温 的 特 殊 粘 结 剂 和 耐 火 材 料 配 制 成 的 耐 火 涂 料 涂 挂在 熔 模 上 而 制 成 ， 与 熔 融 金 属 直 接 接 触 的 型 腔 内 表 面 光 洁 度 高 。 所 以 ， 熔 模 铸件 的 表 面 光 洁 度 比 一 般 铸 造 件 的 高 ， 一 般 可 达 Ra.1.6 3.2 m。 熔 模 铸 造 最 大 的 优 点
14、 就 是 由 于 熔 模 铸 件 有 着 很 高 的 尺 寸 精 度 和 表 面 光 洁 度， 所 以 可 减 少 机 械 加 工 工 作 ， 只 是 在 零 件 上 要 求 较 高 的 部 位 留 少 许 加 工 余 量 即可 ， 甚 至 某 些 铸 件 只 留 打 磨 、 抛 光 余 量 ， 不 必 机 械 加 工 即 可 使 用 。 由 此 可 见 ，采 用 熔 模 铸 造 方 法 可 大 量 节 省 机 床 设 备 和 加 工 工 时 ， 大 幅 度 节 约 金 属 原 材 料 。 熔 模 铸 造 方 法 的 另 一 优 点 是 ， 它 可 以 铸 造 各 种 合 金 的 复 杂 的
15、铸 件 ， 特 别 可以 铸 造 高 温 合 金 铸 件 。 如 喷 气 式 发 动 机 的 叶 片 ， 其 流 线 型 外 廓 与 冷 却 用 内 腔 ，用 机 械 加 工 工 艺 几 乎 无 法 形 成 。 用 熔 模 铸 造 工 艺 生 产 不 仅 可 以 做 到 批 量 生 产 ，保 证 了 铸 件 的 一 致 性 ， 而 且 避 免 了 机 械 加 工 后 残 留 刀 纹 的 应 力 集 中 。1.3 设计任务内容本论文就是针对复杂型腔件的模具设计进行的。课题基于 Pro/Engineer 软件作为设计和加工平台，对连接件零件（347-2270）熔模模具的 CAD/CAM、制造(CA
16、D /CAM)进行一体化的设计研究。课题达到的设计任务内容如下：1. 依据模具设计的基础知识和设计规则，运用 Pro/E 软件完成连接件零件本科生毕业设计（论文）3（347-2270）的三维实体造型及模具设计（其中包括水溶性型芯模具设计） ，并运用 CAXA 软件绘制二维装配图。2. 应用 Pro/E 软件的动画模块进行模具开模过程的动态仿真，制作模具开模动画。3. 应用 CAXA 软件绘制模具上模的零件图。4. 根据模具上模零件图设计模具上模的加工工艺规程。5. 利用 pro/e 软件在计算机上完成模具的模拟数控加工，生成模具零件的数控加工代码。6. 在 pro/e 环境下进行模具加工过程动
17、态仿真，如轨迹不合理则修改加工程序，生成加工过程仿真动画。1.4 Pro/Engineer 软件功能简介Pro/ Engineer 软件作为当今国内外 CAD/CAE/CAM 软件系统应用最广泛的软件之一，它集成了零件设计、产品装配、模具开发、NC 加工、钣金件设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，在机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业都得到广泛应用。Pro/E 是集 CAD/CAE/CAM 于一体的优秀软件。它是美国参数技术公司，简称 PTC 公司的产品。该公司 1985 年成立于波士顿，现已发展为全球CAD CAE/CAM/PDM 领域最具
18、代表性的著名软件公司，其软件产品的总体设计思想体现了 MDA(Mechanical Design Automation)软件的新发展，所采用的新技术比其他 MDA 软件具有优越性。Pro/E 是同步工程观念的产物，它为现今 CADCAM 的应用提供了优良的软体工作环境。所谓同步工程，其主要的目的是以有系统的步骤来整合产品设计和相关的制造和支持程序，以大幅缩短产品的设计过程、降低生产、产品测试以及模型产品生产等成本。本科生毕业设计（论文）4第 2 章 模具设计总体流程制定根据从无锡鹰普公司获取的零件图纸及其相关资料制定总体设计方案。 本次设计主要使用 Pro/Engineer Wildfire
19、软件进行设计。在 Pro/Engineer Wildfire5.0 软件的零件设计模块中进行零件实体造型，在模具设计模块中进行模具设计,生成成型的上下模和滑块并进行开模运动仿真。在 Pro/Engineer Wildfire4.0 软件的装配模块中进行模具装配设计。使用 Pro/Engineer Wildfire2.0软件进行模拟数控加工，生成数控代码，并进行模拟数控加工仿真。总体设计流程如图 2.1 所示：a) 零件造型：考虑连接件零件（347-2270）结构为复杂的薄壁型腔件，造型采用扫描混成及曲面片合并实体化的造型方法。b) 模具设计（包括水溶性型芯模具设计）：根据相关的模具设计常识结合
20、零件的具体情况，制定合理的分型面及滑块设计，然后考虑相关定位问题，同时还要考虑具体流道、排气孔、冒口、局部加工是否困难等。c) 模具开模仿真：在 Pro/Engineer wildfire5.0 的运动仿真模块中对零件及其模具进行开模的运动仿真模拟。d) 绘制模具装配图：应用 CAXA 软件绘制模具总装图和水溶性型芯模具装配图。e) 绘制模具零件图：应用 CAXA 软件绘制模具上模零件图。f) 制定模具上模零件加工工艺规程：制定合理的加工工艺，以便高质高效的进行加工。g) 模拟数控加工：通过模拟数控加工检查可能出现的问题，就存在的问题对加工工艺规程进行修改优化。h) 生成模具零件数控加工代码：
21、完成数控加工代码的生成。本科生毕业设计（论文）5图 2.1 模具设计总体流程图本科生毕业设计（论文）6第 3 章 基于 PRO/E 软件建立零件三维实体3.1 零件三维实体设计利用 PRO/E 软件进行参考零件实体构建，必须清楚整个设计流程。经过对连接件零件(347-2270)模型造型方案以及设计方法的分析、对比和选用，最终确定最合理的设计流程。图 3.1 零件结构图1) 建模方案分析连接件零件（347-2270）模型如图 3.1 所示。零件为管状，管壁厚较薄，最薄为 2.5mm，连接件零件的主要是由两个不对称的空间管组成的，而且管是变截面的，所以两管需要用扫描混成的方法建立。两管之间的倒圆角不能直接用实体倒圆角得到，综上所述两管应该用曲面片扫描混成方法间接得到。经过曲面扫描
