淺談MasterCAM軟件在模具制造中的運用

引言：Master CAM作為美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的一種基于PC平臺的CAD/CAM軟件，其集二維繪圖、三維實體造型、曲面設(shè)計、數(shù)控編程、體素拼合、刀具路徑模擬及真實感模擬等多種功能于一體，在模具制造中的應(yīng)用極為廣泛。文章便以汽車輪轂?zāi)＞邽槔接慚aster CAM軟件在汽車輪轂?zāi)＞咧圃斓木唧w應(yīng)用，以供相關(guān)人員參考所用。

現(xiàn)代機械工業(yè)日新月異，計算機輔助制造技術(shù)（CAM）與計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）在模具加工中的應(yīng)用已非常廣泛。在汽車輪轂?zāi)＞呒庸ば袠I(yè)中，由于輪轂?zāi)＞咝兔鎻?fù)雜，應(yīng)用傳統(tǒng)的模具設(shè)計及制造方法很難滿足模具的加工要求[1]，采用Master CAM軟件進行汽車輪轂?zāi)＞咴O(shè)計可解決這一難題。因此，充分應(yīng)用計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)與高速切削加工等新技術(shù)，進行汽車輪轂?zāi)＞咴O(shè)計，有效提高輪轂加工質(zhì)量，便也成為必然趨勢。

一、汽車輪轂構(gòu)造及輪轂?zāi)＞邩?gòu)造分析

1.1汽車輪轂的構(gòu)造分析

汽車輪轂?zāi)＞叩闹圃熘饕ㄟ^產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方案設(shè)計、模具設(shè)計、產(chǎn)品試樣四大程序組成。輪轂作為車輪上安裝輪胎的零件，主要分為鋁合金輪轂與鋼質(zhì)輪轂兩種，鋁合金輪轂大多用于中、高檔轎車，鋼質(zhì)輪轂大多用于普通轎車和載重汽車。但不論哪種類型的汽車輪轂，其構(gòu)造基本都是相同的，各式各樣的汽車輪轂，如圖1所示。

如上圖所見，汽車輪轂主要由輪芯、輪輞、輪輻三部分組成，由于輪輞是按照國家標(biāo)準(zhǔn)（GB-T 3487-2005汽車輪輞規(guī)格系列）規(guī)定的尺寸所設(shè)計的，因此，進行輪轂設(shè)計時，主要是通過調(diào)整輻板結(jié)構(gòu)以及外輪圈的過渡圓角來完成。輪轂結(jié)構(gòu)的基本知識為：①輪輞。與輪胎裝配配合，起著支撐輪胎車輪部分的作用；②輪輻。與車軸輪轂實施安裝連接，起著支撐輪輞車輪部分的作用；③輪緣。起著保持并支撐輪胎方向輪輞部分的作用；④偏距。是指輪輞中心面到輪輻安裝面之間的距離，有零偏距、正偏距與負偏距之分；⑤胎圈座。與輪胎圈相連接，起到支撐維持輪胎半徑方向輪輞部分的作用；⑥槽底。槽底是指為了方便輪胎裝卸，于輪輞上留有一定寬度及深度的凹坑；⑦氣門孔。其是指用來安裝輪胎氣門嘴的小孔。

1.2汽車輪轂?zāi)＞叩臉?gòu)造分析

汽車輪轂橫具作為生產(chǎn)汽車輪轂的壓鑄模具，其結(jié)構(gòu)主要由上模、下模、邊模、導(dǎo)管（中心仁）等構(gòu)件組成。在進行澆鑄時，鋁合金或鋼液體由澆口注入，通過鐵心分流液體。邊模的主要作用是形成汽車輪轂外環(huán)面，一般分為對開、四開邊模；下模的作用是形成汽車輪轂的外表面；上模的作用是形成汽車輪轂的內(nèi)環(huán)面；中心仁的作用是形成汽車輪轂固定部分形狀，如圖2。

二、汽車輪轂?zāi)＞叻桨傅脑O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

本文以MasterCAM軟件為開發(fā)平臺，完成對汽車輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計。用戶提供汽車輪轂?zāi)＞吡慵庸D紙后，編程人員在MasterCAM系統(tǒng)中建立相應(yīng)的加工模型。最常采用的建模方法主要有曲線建模、實體建模、線架構(gòu)建模三種。當(dāng)零件待加工面為曲面時，可采用曲線建模，利用MasterCAM軟件的二維繪圖、繪圖畫設(shè)置、曲面繪畫及編輯命令來實現(xiàn)。零件待加工面為曲面時出可通過實體建模來實現(xiàn)。二維線架構(gòu)建模比較常用，例如下模、上模、中心仁車削加工自動編程均可應(yīng)用二維線架構(gòu)建模，實際建模中，可通過MasterCAM軟件的繪圓、線等命令建立加工模型[2]。

進行汽車輪轂?zāi)＞叻桨冈O(shè)計時，根據(jù)實際選擇最合理的建模方式，輪轂?zāi)＞叩闹饕O(shè)計方案可分成兩步完成：第一步，設(shè)計出符合要求的輪轂三維實體模型。第二步，根據(jù)輪轂的三維模型設(shè)計出輪轂?zāi)＞摺Ｔ谠O(shè)計中，輪轂實體設(shè)計最為關(guān)鍵，直接涉及到模具的結(jié)構(gòu)以及模具尺寸精度，應(yīng)多加注意。

三、基于MasterCAM軟件的汽車輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計

在計算機上可利用三維圖形技術(shù)對數(shù)控加工過程進行模擬仿真處理，由此便可較為真實的反映出實際的切削加工過程，并通動態(tài)地觀察參數(shù)的設(shè)置效果，以便能及時進行工藝及參數(shù)調(diào)整，有效避免因工藝不合理或編程出錯造成的工件報廢，從而降低材料的生產(chǎn)及消耗成本，提高工作效率[3]。文章以汽車輪轂的擠壓模具為例，具體分析在MasterCAM軟件的應(yīng)用下輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計方式。

3.1外形尺寸的確定。確定鑄件的最小壁厚：δ=5～7mm，平均壁厚6mm；鑄造內(nèi)外圓角：R=2mm；汽車輪轂的受阻收縮率控制在0.5～1%之間；鑄造斜度（拔模斜度）：a=5°30′。

3.2設(shè)計原則。原則一，鑄造收縮率：根據(jù)輪轂自身結(jié)構(gòu)，結(jié)合其他因素充分考慮，確定輪轂鑄造的收縮率，本次輪轂鑄造的收縮率設(shè)計為0.5%；原則二，加工余量：實際設(shè)計中，在鑄件外側(cè)、上下端都應(yīng)設(shè)有2mm的加工余量，以便于施壓；原則三，鑄造圓角：嚴(yán)格根據(jù)擠壓鑄造工藝的要求，鑄件所有直角設(shè)計為半徑2mm的鑄造圓角；原則四，起模斜度：為保證起模的方便，在起模方向上應(yīng)留有結(jié)構(gòu)斜度，起模斜度設(shè)計控制在3～5°之間；原則五，配合間隙及長度：陰模、陽模以及陽模外套之間的間隙要合理適當(dāng)，過小或過大都會影響質(zhì)量，本次設(shè)計中，將陰模、陽模的配合間隙設(shè)計在0.15～0.20mm之間，配合長度設(shè)計在30mm左右；原則六，排氣：陽模外套上需留有長度20mm，半徑2mm的排氣槽8條，在擠壓鑄造時，留在陽模外套導(dǎo)向部分的少量氣體，可經(jīng)排氣槽排出。

3.3工藝參數(shù)。第一，確定汽車輪轂?zāi)＞叩姆帜Ｃ妗Ｒ赞I車輪轂為例，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，可將汽車輪轂?zāi)＞咴O(shè)計為3個分模面，共需4個模具。打開在MasterCAM軟件，利用三維圖形技術(shù)進行仿真設(shè)計，在【模具】菜單欄中，依次選擇【分型面】→【創(chuàng)建】選項，在打開的【分型面名稱】中輸入“shangmu”，之后在打開的曲面定義菜單中依次選擇【增加】→【復(fù)制】→【完成】選項，以選取輪轂內(nèi)側(cè)表面。接著于復(fù)制對話框中依次選擇【填充環(huán)】→【環(huán)】→【增加】，選擇需要填充的靠破孔的邊界曲線，然后完成。根據(jù)軟件強大的分模功能，在已生成的曲面“shangmu”上進行增加、組合等操作，便可得到符合要求的分模面。第二，進行凸模設(shè)計。本次研究中，凸模設(shè)計采用整體式，連接方式為直裝式，通過窩座和銷進行定位。凸模尺寸計算公式為：L=L1+L2+L3+L4（式中，L代表凸模長度；L1代表邊鍛本身尺寸決定的長度；L2代表導(dǎo)入長度；L3代表自由長度；L4代表裝配長度）。第三，模板設(shè)計。模板作為擠壓模具的連接零件，通過螺針、銷針等零件將擠壓模裝在其上，組成一套完整的擠壓模。

3.4模具裝配。汽車輪轂?zāi)＞咧兴辛慵O(shè)計完畢后，再進行總體的裝配。本次設(shè)計中，主要是采用三片兩開式的開模結(jié)構(gòu)，設(shè)計為上模（1個）、下模（1個）、側(cè)模（2個）。通過對模具各零件的設(shè)計，最后完成對汽車輪轂?zāi)＞叩娜S建模。

四、總結(jié)

MasterCAM軟件在模具制造中的應(yīng)用極為廣泛，本文就主要以汽車輪轂為例，對MasterCAM軟件在汽車輪轂?zāi)＞咴O(shè)計中的應(yīng)用作一論述，期望能通過簡單的講述，使人們了解MasterCAM軟件的強大功能，進而為提高模具的設(shè)計水平起到幫助。

參考文獻

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[3]羅一桓.Mastercam在電子裝備制造領(lǐng)域的優(yōu)勢[J].新技術(shù)新工藝，2013，1（1）：28-31.

（作者單位：江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

作者簡介

李春玲，1987年4月，女，漢族，江西宜春人，本科，助教，江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系從事模具設(shè)計與制造專業(yè)教學(xué)與研究工作。