基于Pro/E三维技术在推台锯铸件零件上的优化设计

2012-04-10董路平

制造业自动化 2012年16期

战丽，董路平

ZHAN Li,DONG Lu-ping

（东北林业大学，哈尔滨 150040）

0 引言

推台锯是人造板及实木家具生产线的重要设备之一，用途广泛。不仅可以对各种板材进行纵剖，横截或成一定角度的锯切加工，以满足客户的需要。同时还可以用于各种绝缘板、薄铝板和铝型材的锯割，是建筑装磺、车辆船舶制造业不可缺少的设备[1]。我国引进推台锯始于上个世纪80年代初期，经过30多年的发展，走过了引进、消化、吸收、不断完善和不断发展的道路，技术形态逐渐趋于成熟，但推台锯在具体结构上还存在很多不合理的地方。本文将对推台锯的相关铸件零件进行设计分析，以弥补以往设计上的不足。

在进行铸造工艺设计前，设计者应充分掌握客户的要求，熟悉企业和工厂的生产条件，这些是铸造工艺设计的基本依据。此外，要求设计者有一定的生产经验和设计经验，并应对铸造先进技术有所了解，具有经济观点和可持续发展观点，才能很好地完成设计任务[2]。

基于Pro/E软件提供的强大的三维造型功能，设计者可以依据自己的设计意图，快速完成产品的创建与修改。在此基础上，利用模具设计功能可方便快捷地完成分模、模具型腔及型芯的自动生成，标准模架零部件和组件的调用等相关内容，最终完成注塑模、铸造模、冲压模的设计[3]。优秀的模具设计专家系统是在产品设计与制造工艺流程相结合的基础之上，如铸造、注塑成型中的浇口、流道、凸凹模的间隙设计等，并对模具分型面的设计、零件厚度与拔模检测等制造工艺经验进行了吸收和应用。

1 铸件模型的建立

1.1 设计流程

首先需要将设计好的产品零件和参照标准模架设计的毛坯零件进行装配，之后选择好正确的拔模方向，进行拔模和厚度检测，选取合适的铸造产品收缩率与凸凹模间隙；然后，进行模具有关滑块，砂芯及主分型面的设计与凸凹模的分割，再进行模拟开模和干涉的相关检测；待凸凹模抽取成功后进行浇口流道及脱模机构、标准模架及组件的装配设计；至此，将所有的设计成品转入生产部门进行零部件的选取，完成加工制造。

所以Pro/E模具的设计流程即是将企业的产品设计、工艺设计、模具设计和数控加工编程集成在一起。这样有效地提高了产品、模具、工艺设计及数控编程的效率。

1.2 创建模具模型

进入Pro/E的铸件设计界面后，一般是先创建型腔,再根据型腔的特性来设计模座,型腔的元件包括动模,定模或型腔、浇道系统（包括注道，流道，流道滞料部，浇口等）滑块，斜导柱，砂芯等，而模座则包括固定侧模板(也称为下模座)，移动侧模板(也称为上模座)，顶出销、回位销、冷却水线、电热管、停止销，定位螺钉，导柱，导销等。

参照模型：一个设计模型被运用到模具模型后，proe会以设计模型为蓝本复制出另一个模型装配到模具模型中。

创建模具模型，导入参照零件如图1所示。

具体的步骤是：模具模型→装配→参照模型→Z.rt→打开→缺省（如图2）→完全约束，确定之后，在弹出的对话框中，选择按参照合并，在名称中写入M-1_REF（如图3）→确定。

图1 参照零件

图2 缺省状态下的零件

图3 M-1_REF对话框

1.3 创建工件

工件模型（也称坯料）代表模具原件的全部体积，其体积包括模型，模穴，浇口，流道等。创建工件的步骤是：模具模型→创建→工件→手动→Z_wrk→确定→创建方法→创建。特征→确定→加材料→伸出项→完成→放置→定义→Front面→草绘；拉伸之后选择参照将模型完全包住，之后绿色的为工件（如图4）。

图4 工件

1.4 设定产品的收缩率

成型产品由于材料具有热胀冷缩的现象，经收缩会小于实际的尺寸，因此，设计模具时，必须要考虑铸件的收缩性，因此，必须选则适当收缩。铸件收缩率受合金的种类及成分、铸件冷却、收缩时受到阻力的大小、冷却条件的差异等许多因素的影响。因此，要十分准确地给出收缩率是很困难的。

分析铸件零件的cad设计图纸，对其需要满足的要求进行分析，建立几何模型进行铸造的相关工艺处理：在相应的加工面上添加必要的加工余量，构设适当的圆角，对整个几何模型进行比例缩放（根据铸造环境和铸造方法及铸件材质的不同而制定的收缩率）。

铸造收缩率K的定义是

式中LM——模样（或芯盒）工作面的尺寸；

LJ——铸件尺寸[2]。

铸造工艺设计时，通过铸造收缩率K来确定模样和芯盒的工作尺寸。例如某铸件图样尺寸为1000mm,若K值选定为1%，则模样尺寸为1010mm。但是，如果由于铸件结构、砂芯、砂型等因素使得铸件实际收缩率为0.8%，则用1010mm模样所铸出的铸件尺寸为1001.9mm,比图样要求尺寸大1.96mm,因此，必须正确地选定铸造收缩率。

对于大批量生产的铸件，一般应在试生产过程中，对铸件多次划线，测定铸件各部位的实际收缩率，反复修改木模，直至铸件尺寸符合铸件图样要求。然后再依实际铸造收缩率设计制造金属模样。

本步骤的具体操作（如图5）：模具→收缩→按尺寸→输入→0.006→Enter。

图5 收缩率对话框

1.5 用分型面设计分型面

在模具设计过程中，分型面是用来分割工件模型的，它由一个或多个曲面特征组成。利用分型面，可以通过模具体积块命令将工作分割为凹模体积/凸模体积，砂芯体积，滑块体积。

分型面的设计：分型面选择应符合铸件脱模要求，为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面尺寸最大的部位，这是一项最根本的原则，其次要满足保证位置精度，有利于排气，应使模具分割成便于加工的零件，以减少机械加工困难等要求。

Pro/E分型面是一种曲面组，在模型树中以特征标识显示。单个的曲面特征的外部边缘是黄色的，内部边是洋红色的，多个曲面合并后会成为曲面面组，此时曲面片的边界会变成洋红色，而曲面面组的边界为黄色，这可以作为个曲面片是否合并的判据。在Pro/E设计分型面，就是设计一系列曲面特征，再经过合并，裁剪或其它操作将其合并成一个曲面面组，用于将工件分割成型腔、型芯和成型零件。

创建分型面的方法：在创建分型面的时候要注意分析铸件特征，本例必须先将滑块分出，接着再将砂芯提取之后，才能将主分型面进行剖分。具体的步骤如下：

本步骤的具体操作为：点选分型面工具→将工件Z_wrk遮蔽→选滑块面复制→粘贴→确定；将工件Z_wrk取消遮蔽→将工件Z_REF遮蔽；选取要延伸的边→编辑→延伸→到参照平面；注意分型面必须完全相交→确定。接着逐次选取砂芯面和主分型面，重复以上步骤。完成后的模型如图6。

图6 分型面示意图（1）

将工件显示后的分型面示意图如图7所示。

图7 分型面示意图（2）

1.6 设计浇道系统

浇道系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。浇道系统设计得正确与否对铸件品质影响很大，铸件废品中约有30%是因浇注系统部当引起的。

本设计浇道系统比较简单，具体步骤：选取特征选项→型腔组件→实体→切减材料→拉伸→完成→放置→定义到指定的面→草绘→完成。

1.7 模具元件

使用模具元件，将凹模体积/凸模体积，砂芯体积，滑块体积，等转换为凹模/凸模/砂芯等。具体步骤：分割模具体积块命令→两个体积快→所有工件→完成；将显示设置为线框模式→选中分型面→确定→确定→分别输入加亮体积块的名称（如图8），将体积块变为零件：模具元件→抽取→所有→确定→完成。

图8 线框模式下体积块

1.8 铸模

利用铸模进行材料填充，以创建成型件。具体步骤：选中将上一步所选的零件→铸模→-ing→确定→确定→m-1_ing.prt。

1.9 模拟开模

利用模具进料孔，来模拟开模的操作，并在开模过程中进行干涉检测一个型腔设计后所产生的文件。具体步骤：先将工件及其参考元件及所有的分型面遮蔽→点击模具进料孔→定义间距→定义移动→选择零件→确定→选择边或者轴作为运动的方向→输入沿指定方向的位移→确定→完成。开模之后的零件如图9、图10所示。

图9 开模之后的零件示意图（1）

图10 开模之后的零件示意图（2）

1.10 型腔设计完毕所产生的文件

1）m-1.mfg 型腔设计的文件；

2）m-1.asm 型腔组件；

3）z.prt原始的设计件；

4）m-1_ref.prt参考零件；

5）z_wrk.prt工件；

6）m-1up.prt凹模；

7）m-1dwn.prt 凸模；

8）m-1_ing.prt 成型件。

2 相关检测分析

2.1 厚度检测

点选分析→厚度检测→选择需要检测的零件m-1dwn.prt→在设置厚度检查中点选层切面→ 点选起点与终点→选取层切面的使用数：20→选取层切面方向（起点与终点的方向相反）→→输入层切面的位移→选择为0.002→设置厚度最大最小值为0.5-8→点击计算→读取结果（如图11）：截面1不交截任何实体几何。