基于Pro/E三維技術在推臺鋸鑄件零件上的優化設計

戰 麗，董路平

ZHAN Li,DONG Lu-ping

（東北林業大學，哈爾濱 150040）

0 引言

推臺鋸是人造板及實木家具生產線的重要設備之一，用途廣泛。不僅可以對各種板材進行縱剖，橫截或成一定角度的鋸切加工，以滿足客戶的需要。同時還可以用于各種絕緣板、薄鋁板和鋁型材的鋸割，是建筑裝磺、車輛船舶制造業不可缺少的設備[1]。我國引進推臺鋸始于上個世紀80年代初期，經過30多年的發展，走過了引進、消化、吸收、不斷完善和不斷發展的道路，技術形態逐漸趨于成熟，但推臺鋸在具體結構上還存在很多不合理的地方。本文將對推臺鋸的相關鑄件零件進行設計分析，以彌補以往設計上的不足。

在進行鑄造工藝設計前，設計者應充分掌握客戶的要求，熟悉企業和工廠的生產條件，這些是鑄造工藝設計的基本依據。此外，要求設計者有一定的生產經驗和設計經驗，并應對鑄造先進技術有所了解，具有經濟觀點和可持續發展觀點，才能很好地完成設計任務[2]。

基于Pro/E軟件提供的強大的三維造型功能，設計者可以依據自己的設計意圖，快速完成產品的創建與修改。在此基礎上，利用模具設計功能可方便快捷地完成分模、模具型腔及型芯的自動生成，標準模架零部件和組件的調用等相關內容，最終完成注塑模、鑄造模、沖壓模的設計[3]。優秀的模具設計專家系統是在產品設計與制造工藝流程相結合的基礎之上，如鑄造、注塑成型中的澆口、流道、凸凹模的間隙設計等，并對模具分型面的設計、零件厚度與拔模檢測等制造工藝經驗進行了吸收和應用。

1 鑄件模型的建立

1.1 設計流程

首先需要將設計好的產品零件和參照標準模架設計的毛坯零件進行裝配，之后選擇好正確的拔模方向，進行拔模和厚度檢測，選取合適的鑄造產品收縮率與凸凹模間隙；然后，進行模具有關滑塊，砂芯及主分型面的設計與凸凹模的分割，再進行模擬開模和干涉的相關檢測；待凸凹模抽取成功后進行澆口流道及脫模機構、標準模架及組件的裝配設計；至此，將所有的設計成品轉入生產部門進行零部件的選取，完成加工制造。

所以Pro/E模具的設計流程即是將企業的產品設計、工藝設計、模具設計和數控加工編程集成在一起。這樣有效地提高了產品、模具、工藝設計及數控編程的效率。

1.2 創建模具模型

進入Pro/E的鑄件設計界面后，一般是先創建型腔,再根據型腔的特性來設計模座,型腔的元件包括動模,定模或型腔、澆道系統（包括注道，流道，流道滯料部，澆口等）滑塊，斜導柱，砂芯等，而模座則包括固定側模板(也稱為下模座)，移動側模板(也稱為上模座)，頂出銷、回位銷、冷卻水線、電熱管、停止銷，定位螺釘，導柱，導銷等。

參照模型：一個設計模型被運用到模具模型后，proe會以設計模型為藍本復制出另一個模型裝配到模具模型中。

創建模具模型，導入參照零件如圖1所示。

具體的步驟是：模具模型→裝配→參照模型→Z.rt→打開→缺省（如圖2）→完全約束，確定之后，在彈出的對話框中，選擇按參照合并，在名稱中寫入M-1_REF（如圖3）→確定。

圖1 參照零件

圖2 缺省狀態下的零件

圖3 M-1_REF對話框

1.3 創建工件

工件模型（也稱坯料）代表模具原件的全部體積，其體積包括模型，模穴，澆口，流道等。創建工件的步驟是：模具模型→創建→工件→手動→Z_wrk→確定→創建方法→創建。特征→確定→加材料→伸出項→完成→放置→定義→Front面→草繪；拉伸之后選擇參照將模型完全包住，之后綠色的為工件（如圖4）。

圖4 工件

1.4 設定產品的收縮率

成型產品由于材料具有熱脹冷縮的現象，經收縮會小于實際的尺寸，因此，設計模具時，必須要考慮鑄件的收縮性，因此，必須選則適當收縮。鑄件收縮率受合金的種類及成分、鑄件冷卻、收縮時受到阻力的大小、冷卻條件的差異等許多因素的影響。因此，要十分準確地給出收縮率是很困難的。

分析鑄件零件的cad設計圖紙，對其需要滿足的要求進行分析，建立幾何模型進行鑄造的相關工藝處理：在相應的加工面上添加必要的加工余量，構設適當的圓角，對整個幾何模型進行比例縮放（根據鑄造環境和鑄造方法及鑄件材質的不同而制定的收縮率）。

鑄造收縮率K的定義是

式中LM——模樣（或芯盒）工作面的尺寸；

LJ——鑄件尺寸[2]。

鑄造工藝設計時，通過鑄造收縮率K來確定模樣和芯盒的工作尺寸。例如某鑄件圖樣尺寸為1000mm,若K值選定為1%，則模樣尺寸為1010mm。但是，如果由于鑄件結構、砂芯、砂型等因素使得鑄件實際收縮率為0.8%，則用1010mm模樣所鑄出的鑄件尺寸為1001.9mm,比圖樣要求尺寸大1.96mm,因此，必須正確地選定鑄造收縮率。

對于大批量生產的鑄件，一般應在試生產過程中，對鑄件多次劃線，測定鑄件各部位的實際收縮率，反復修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖樣要求。然后再依實際鑄造收縮率設計制造金屬模樣。

本步驟的具體操作（如圖5）：模具→收縮→按尺寸→輸入→0.006→Enter。

圖5 收縮率對話框

1.5 用分型面設計分型面

在模具設計過程中，分型面是用來分割工件模型的，它由一個或多個曲面特征組成。利用分型面，可以通過模具體積塊命令將工作分割為凹模體積/凸模體積，砂芯體積，滑塊體積。

分型面的設計：分型面選擇應符合鑄件脫模要求，為使塑件能從模具內取出，分型面的位置應設在塑件斷面尺寸最大的部位，這是一項最根本的原則，其次要滿足保證位置精度，有利于排氣，應使模具分割成便于加工的零件，以減少機械加工困難等要求。

Pro/E分型面是一種曲面組，在模型樹中以特征標識顯示。單個的曲面特征的外部邊緣是黃色的，內部邊是洋紅色的，多個曲面合并后會成為曲面面組，此時曲面片的邊界會變成洋紅色，而曲面面組的邊界為黃色，這可以作為個曲面片是否合并的判據。在Pro/E設計分型面，就是設計一系列曲面特征，再經過合并，裁剪或其它操作將其合并成一個曲面面組，用于將工件分割成型腔、型芯和成型零件。

創建分型面的方法：在創建分型面的時候要注意分析鑄件特征，本例必須先將滑塊分出，接著再將砂芯提取之后，才能將主分型面進行剖分。具體的步驟如下：

本步驟的具體操作為：點選分型面工具→將工件Z_wrk遮蔽→選滑塊面復制→粘貼→確定；將工件Z_wrk取消遮蔽→將工件Z_REF遮蔽；選取要延伸的邊→編輯→延伸→到參照平面；注意分型面必須完全相交→確定。接著逐次選取砂芯面和主分型面，重復以上步驟。完成后的模型如圖6。

圖6 分型面示意圖（1）

將工件顯示后的分型面示意圖如圖7所示。

圖7 分型面示意圖（2）

1.6 設計澆道系統

澆道系統是鑄型中液態金屬流入型腔的通道之總稱。澆道系統設計得正確與否對鑄件品質影響很大，鑄件廢品中約有30%是因澆注系統部當引起的。

本設計澆道系統比較簡單，具體步驟：選取特征選項→型腔組件→實體→切減材料→拉伸→完成→放置→定義到指定的面→草繪→完成。

1.7 模具元件

使用模具元件，將凹模體積/凸模體積，砂芯體積，滑塊體積，等轉換為凹模/凸模/砂芯等。具體步驟：分割模具體積塊命令→兩個體積快→所有工件→完成；將顯示設置為線框模式→選中分型面→確定→確定→分別輸入加亮體積塊的名稱（如圖8），將體積塊變為零件：模具元件→抽取→所有→確定→完成。

圖8 線框模式下體積塊

1.8 鑄模

利用鑄模進行材料填充，以創建成型件。具體步驟：選中將上一步所選的零件→鑄模→-ing→確定→確定→m-1_ing.prt。

1.9 模擬開模

利用模具進料孔，來模擬開模的操作，并在開模過程中進行干涉檢測一個型腔設計后所產生的文件。具體步驟：先將工件及其參考元件及所有的分型面遮蔽→點擊模具進料孔→定義間距→定義移動→選擇零件→確定→選擇邊或者軸作為運動的方向→輸入沿指定方向的位移→確定→完成。開模之后的零件如圖9、圖10所示。

圖9 開模之后的零件示意圖（1）

圖10 開模之后的零件示意圖（2）

1.10 型腔設計完畢所產生的文件

1）m-1.mfg 型腔設計的文件；

2）m-1.asm 型腔組件；

3）z.prt原始的設計件；

4）m-1_ref.prt參考零件；

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 相關檢測分析

2.1 厚度檢測

點選分析→厚度檢測→選擇需要檢測的零件m-1dwn.prt→在設置厚度檢查中點選層切面→ 點選起點與終點→選取層切面的使用數：20→選取層切面方向（起點與終點的方向相反）→→輸入層切面的位移→選擇為0.002→設置厚度最大最小值為0.5-8→點擊計算→讀取結果（如圖11）：截面1不交截任何實體幾何。

圖11 厚度檢測圖

2.2 拔模檢測

點選模具→模具進料孔→定義間距→拔模檢測→方向→單側→線框模式→選取方向：曲線/邊/軸→選擇邊→正向→輸入拔模角度（0°）→確定→點選零件→讀取結果（如圖12）。

2.3 模具干涉

點選模具→模具進料孔→定義移動→選擇需要移動的實體→確定→選擇要移動的邊→輸入要移動的距離→點擊確定→干涉→移動1→選擇靜態零件（所謂的靜態零件指的是相對要移動的零件而言不動的零件）→讀取檢測結果→沒有發現干涉（如圖13）。

圖12 拔模檢測圖

圖13 模具干涉圖

3 結束語

1）本文以Pro/E三維技術在推臺鋸鑄件零件上的優化設計為例，講述了在Pro/E軟件平臺上，如何進行三維鑄件模型的建立，利用系統的參數化，在避免二維軟件設計鑄件缺點的同時提高了模具設計開發的成功經驗和成功率。

2）對有關參數進行數據分析，保證了加工的精度。

3）在CAD設計時所產生的數據模型（鑄件模型）既是三維軟件所需要采用的原始實體，又是進行后續設計的參數實體。這就從一定程度上保證了型、芯對應的一致性和設計與制造的一致性，使CAD/CAM一體化。

[1] 郭鳳武,齊英杰,李志仁,陳守謙,齊曉杰,張兆好. 精密推臺鋸動態特性的研究[J]. 林業機械與木工設備,1999(12)： 21-22.

[2] 李魁盛,馬順龍,王懷林. 典型鑄件工藝設計實例[M]. 北京： 林業工業出版社,2007.10 (2008.5重印).

[3] 王華僑,李新洲,許建明. ProE在熱復合模設計與數控加工編程中的應用[J]. CAD/CAM與制造業信息化,2003(10)： 86-88.