柴油机缸体模具CAD技术

柴油机缸体模具CAD技术用Pro/ENGINEER进行柴油机缸体铸件模具的设计，借助三维实体复合建模技术的可视性、可检测性及可分析性，解决了模具设计中的疑难问题。本文以513缸体的设计为例，具体介绍了应用CAD技术进行铸件建模、合理分配砂芯和设计模具的方法和技巧。三维CAD技术给制造业带来的方便令传统的二维设计望尘莫及。随着时代的进步，科技的发展和CAD技术的应用。模具行业由传统二维设计向三维设计转变，应用CAD技术进行三维模具设计，不仅缩短了设计周期，而且提高了模具精度，使模具结构更趋合理。同时应用CAD设计的模具在以后的铸件试制生产中，减少了模具修改的次数，减少了试制费用，节省了新产品的试制时间。以Pro/ENGINEER软件为例，我们来比较传统二维设计和三维设计所用的时间。图1使用二维软件进行机械设计图2使用Pro/ENGINEER三维软件进行机械设计图1与图2是国内某3C产品制造公司设计开发的流程与花费的时间。很显然，使用三维软件进行设计比传统设计大约节省一半的时间。应用传统二维设计方法设计的缸体模具的铸件肥大，尺寸精度低，加工后的产品零件外表不美观且重量较大，模具在试制时反复修改，影响模具寿命，无形中增加了新产品的开发费用。另有一些芯盒特别是热芯盒，用传统的设计方法设计，须用普通机床无法加工，如果改用数控加工，则需要进行人工代码编程，费时费力。综上所述，应用三维CAD技术开发设计缸体模具是一种先进方法，下面以513缸体为例，具体介绍应用CAD技术进行铸件建模、合理分配砂芯和设计模具的方法和技巧。一、铸件模型的建立分析缸体零件的二维产品图纸，找出其主体构架，运用CAD技术，首先建立零件的主体构架模型，然后再建立那些在主体构架（主模型）之上的功能小模型，最后，将这些主体模型与功能小模型作布尔运算，即可得到缸体零件的三维实体几何模型。对几何模型进行铸造工艺处理：加工面上添加加工余量，尖锐的棱角作圆角，设置冷加工使用的定位夹紧工艺凸台，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），本设计是将几何模型放大1.008倍，如图3所示。图3用Pro/ENGINEER三维软件设计的BF8L513缸体铸件模型二、铸件模型的型、芯设计传统的铸造外模模具设计和芯盒模具设计是大家所熟悉的。这种老方法制作出的外模模具和芯盒模具，由于二维工程图纸的抽象和型芯模具设计制作的分离性，很难使他们组装后体现出缸体二维工程图纸所要求的精确效果，继而影响产品的整体性能。运用三维实体复合建模技术，可以解决传统模具设计难以解决的问题。首先是模具型腔的精度问题，在进行铸件模型的型芯分离时，需采取以下步骤：(1)建立一个在三维空间能够完全包容铸件模型的实体方体；(2)用缸体铸件模型作为工具实体，与目标实体方体作布尔减运算，得到一个初始的型芯组合实体；(3)用软件中的剪切功能将芯头与外型相连的部位切成分离的两个实体（无特征参数），即得到了砂芯组合体和铸型的反模；(4)根据砂芯的成型工艺将砂芯的组合体合理分配成若干小砂芯，分别制芯。（见图4）图4计算机三维模拟砂芯组装图其中1为端芯；2为第一缸芯；3为第二缸芯；4为第三缸芯；5为第四缸芯，采用手工树脂砂芯；6为传动箱芯，采用热芯盒制芯。组装顺序为：依次按标号顺序将砂芯放到组芯胎具上，用螺杆穿起来拧紧。(5)建立一个同（1）中描述的一样的实体方体，以上、下模分型面为界限将该方体分割成两部分，以（3）中得到的铸型外模的反模作为工具实体，将其对应的一半方体实体作为目标实体，进行布尔减运算，即可得到外型上模型和外型下模型的初始原形（见图5）。图5上、下模型三、上、下模板的形成及铸型模拟检测利用布尔运算生成的上、下模型，按照造型设备的规格和连接方式进行排版，做出工装连接部分。按造型工艺的要求在模具适当部位安装数量和大小不等的排气柱（见图6），并在与组合砂芯的配合部位添加芯头成型块（见图7）和砂芯排气柱，这样即可得到生产中应用的模具模型（见图6、图7）。图6上模板图7下模板从以上介绍可以看出，造型模具和砂芯模具都是从同一个铸件模型上获得的，其内部型腔和外部形状的对应精确度是很高的（可精确到0.001mm以上），这样就实现了铸件外部表面及内部型腔在模具上的精确参数转换，以及内部型腔砂芯的合理分配。同样运用布尔减运算对上、下模板进行运算，形成上、下型腔（见图8、图9）。图8上型腔牛图9革下哈型腔吗运用渐Pr棚o/担EN泄GI导NE锦ER帆中的蔑装配疤模块交，将贪组合睛后的当整体凡砂芯皂调入驱并装垮配到喘相对鹿应的混芯座衬上，蛋这样搭就组盛合成婆了一脾个完狭整的押模拟乡铸型初（见慕图1忠0）涂。如建果你撇想了迁解铸缓型中丝各处活壁厚帐的话鄙，可坦以调沟用P迫ro熟/E榨NG紫IN萌EE建R中栏的剖木切功炉能在万你想暮看的赶位置润进行赛剖切合。这美时，猎如果夸某个无部位更的尺锋寸形贺状与叔图纸雁不符精，可辆以对掠设计趋进行耍检测寿修改粒；而家且铸穗造工怕艺参啄数，雷通过狂剖切娃尺寸瓶检查卖认为乱不合汁理可尝以进唱行修挺正。明而传秤统设窝计依值靠浇桐注铸粒件进攀行铸测件解劲剖检辆测，央在合滑箱时宅用橡态皮泥析进行绿壁厚移检查机，其跳结果笨会造昂成生僚产周谷期长棋、试棕制费必用高省、尺权寸精贺度差突、表勉面质资量差州等弊雕端。弃衣图1立0垮计算猎机三拜维合粉型模佣拟图斧四、哑砂漂芯模李具设愚计及湾模具亩参数杆的选洞定（谜以传怠动箱衫芯为丈例）剂合同样叨运用唤Pr秧o/向EN住GI因NE仗ER棉的三全维建塘模技甲术，立建立古一个脱方形弱实体潜，完询全包姐住传畜动箱逢芯。奖以方胳形实稠体作阔为被画切割险对象敲，以杯传动题箱芯谋实体恳作为蚁切割睛参照谦进行新布尔葬减运脱算，厚得到贩一个开中空之的实燥体，捞内腔丝形状虚同传争动箱粪芯的仰外部雷形状患完全纺一样付。依咳照砂含芯的亡分型糖面分金割实事体成翁上、爱下两爷个半头模，期根据鹿起模器方向植设置状拔模滤斜度腥，即室可得验到上减、下亮芯盒朽体（溜见图炮11造、图役12众）。潜婶图1仅1熄上芯迫盒体喜图1斯2舟下芯汉盒体午芯盒禽排气迹工艺练参数带的选约定兆砂芯跨品质乱的好取坏，字在很尖大程较度上冒取决顺于芯满盒排卖气是史否合黄理。世因为医射砂警时，容压缩冰空气爬与砂病芯一森起进刚入芯穿盒，籍如果作芯盒朵内的匹气体触不能个及时饱排出考，则赵砂芯跌不能勤充分盐紧实盐，表术面质逆量差劣。排者气主诸要通拨过3嚼种渠标道：潜排气捉槽排娱气、胸间隙评排气凶和排贡气塞离排气愚。排听气槽幻一般盖设在挖分盒拌面上蒜，其直深度面0.伸4～幅0.复6m具m，纷出口浸端可贩扩大爽到1浇mm仁，宽蜂度为牌10岗～2催0m强m。腹间隙糠排气抱是利幼用芯很盒与科顶芯肉杆及税活块傻间的畏间隙宿进行药排气壳。为肚了使半顶芯民杆及河活块稻在高损温下孩滑动负灵活躲且便垫于排穷气，萝芯盒次与顶扩芯杆挖间的蓝配合头间隙台一般途为0眯.2汪～0勺.3屋mm玻，滑皂（活良）块毛与芯稀盒间镜的配乳合间蛙隙单唤边为轰0.语1～腊0.磨15漠mm壁。排腐气塞嗓排气原是在西芯盒溜的深举凹处续设置斧排气跌塞，洞如水僻套砂确芯的狂定位系芯头畅及出幅水孔趋处均乎设置号有排勺气塞周，排廉气塞荡的规早格为妙6m暂m～藏12火mm右不等膨。涨2．波芯益盒顶依芯杆饰和复避位杆盆工艺方参数汇的选狼定拼为保涂证顶汤芯杆选和复踢位杆辛有足名够的棕强度涌和刚该度，阀应选品定d鱼顶≥祖10忠mm幸，想d复鸟≥1米8m万m，危材料进为T水10霜（5艺0-需55节HR挤C）双。之3．壳芯完盒材损质的盼选定怒和热惜处理坟要求现里HT拜25喷0，休消除你应力记处理僻，加捷热到苗50第0～释55胡0籍℃猫，保厕温4绢～8汉小时土随炉炒冷却油到室锋温。妇搜4．慰芯凳盒射磁砂孔炮起模钟斜度华假选d位≥3闭°时辜，砂蒙芯能羡顺利总顶出掉。冻5．抚电持加热饲管功湖率参寺数的窝确定宜上根据辣每个寄芯盒葛成型盗砂芯寻的质储量和馒生产亏率选冲择电布加热刃管功蚁率，贯所用哄经验诵公式易为：饺茶N=垒G·来Q/树C豪式中哈：托N为怕热芯灵盒加艇热管茎功率泡KW擦；G条为每裂小时某生产征型芯饰总质帅量K屡g/预h；负Q为艇每公肃斤型旱芯加敞热硬驴化所递需热句量经捡验数互据，裁可取幅25堡10变40胶J/酬Kg贪；C坡为热道功当躬量常怖数（牧每千离瓦小虏时换时成焦额耳热肢量为冤35逝98久24须0J拍/K任W·苗h）强。守以传汉动箱谦芯为伸例，环运用渔Pr装o/袍EN歪GI培NE涝ER瞒中的宽分析柳测量云模块胁可以煌方便放地知上道，川砂芯马的总凡质量类为2另5.六65爹Kg庙，（蜡体积时为1秋3.柱5d故m3煮，砂火芯的仗密度愈取1搂.9却Kg苏/脂dm肃3）股。根浙据生蜂产安择排，无如果门每小未时需保要生岗产1霸5个落砂芯透，那汇么G滤=1库5×蹲25倾.6罚5=语38侧4.困75为（K奴g/艳h）辩，N篮=G陶·Q阀/C施=2站6.煤84交3(俯KW奶)。酸以此怀为依姿据选睁定功恒率为朵1.喜5K肌W、识双头钱接线专电加经热管惜18脖根。租泼五、学结巩论泻听(1洗)运忍用C寨AD放技术切进行绘模具灯开发滑，提谅高了退铸件贼精度赔，缩勿短了摸研发爹周期腹；泄(2止)模铃具C瞒AD徐开发棋过程呢中所方产生僻的数亡据模恒型（鹊铸件昂模型论）既军是模盾具所避采用谈的参艘数实祝体，决又是箩进行族数控团加工耳所采京用的醉参数悟实体宽。这螺就从按根本沃上保校证了劈型、唤芯对贿应的拿一致饲性和磁设计促与制塌造的考一致拌性，插使C距AD纷/C严AM射一体麦化；返悲(3俩)P迈ro找/E禁NG勺IN效EE束R三转维软客件的序应用抄极大争地促忧进了椒模具围CA众D技根术的筒发展净。悠压力此铸造广以金掠属铸赚造为舌基础英，将答熔融献合金判在高城压、取高速皆条件敌下成唇型，使从根获本上其解决桐了金擦属流问动性邀问鸡题。亏要充清分发翼挥压录力铸粒造制押备组销织致台密、雀具有鄙良好烘力学悟性能永铸件抄的特跳点，外除了号正确泥实施扁压铸怕合金让冶炼稠工唐艺、帖选择猜合适凳的压碌铸机升外，丢更重躲要的酿在于诱设计的、制吧造满芬足工骆艺要夫求的医压铸清模。呼压铸饭模是狐保证拉正确慰实施尊压铸事工派艺必步不可倡少的咬装备眨，其誉设计猎质量具的好绑坏直严接关阻系到门制件悔质量咬的优捧劣和叮生产胆效率太的高裙低。思霸带斜阅销抽标芯机便构的恶压铸姻模是环一种饭常见超的压袖铸成召型模慧具，依该类肥模具妹利用说开闭寺模动窄力抽模芯复维位，厅结构货简单粮。堆但其丑结构啊参数紫的设心计对衰模具斤的工尺作状封况和暮工作弄质量猪影响稼很大确，如粗何在虫对该服类模袖具进屠行可猫靠力胡学分誓析的罗基础值上草，优举化其青结构地参数泰的设牵计，隆具有培十分够重要贼的应里用价医值。脖凳1辩带斜比销抽促芯机吉构压五铸模驱工作警原理慨糊图一槐为带围斜销花抽芯斧机构亲压铸铲模结汉构简鬼图。僚合模补状态茂时斜盗销2牛与分祥型面宪成一亦定角面度固志定在好定模栽座板膜3涝内并霜穿过使定模揪套板池4进临入滑湾块6踏，滑割块由悄楔紧增块5池锁紧壶。开懒模时被滑块添由斜鲜销带澡动在舅导滑诊槽内染运动粮，抽志出型务芯。移抽芯会结束泉后茎滑块业由限酬位块摩7挡谱住，厅不离袄开导强滑槽誓。闭慰模后驴斜销追滑块晓复位卷。底图一漫带闷斜销体抽芯行机构繁压铸认模结扒构简坐图沿1-律定模骡镶块港2佣-斜窃销产3-今定模疮座板裕4初-定堤模套促板陕5-帖楔紧帮块遗6-锯滑块煤7侍-限劲位块欢8诵-动杏模套手板江9-今动模漠座板闸2滋带斜张销抽确芯机沉构压芬铸模呜力学介分析鲜流2.为1被滑块声力学求分析心史模具验中斜肠销抽段芯机化构滑亲块能宏否正胃常工浓作与否其受躲力情忽况有胳关乌，而饶滑块础受力禾情况卡与其各设计狗参数姓直接宏关联鞭，所揭以分勤析滑抗块狐受力桨情况疑和自矩锁条则件是赵合理绢设计姨斜销话抽芯侄机构困的基魂础。容唇图二辉为滑佛块受殊力情朝况。孔a、另b、是c、春h、泰s为核滑块语结构傍尺寸袍，截F为乘抽芯侵力，勾N1庭为斜顷销对睁滑块出的正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