基于ProE和MasterCAM的注塑模设计与加工

40DieandMouldTechnologyN01.2010文章编号:1001—4934(2010)01—0040—04

基于Pro/E和MasterCAM的注塑模设计与加工

何修旭,黄瑶,王雷刚

(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013)

摘要:为了提高注塑模具设计与加工的质量和效率,更好地发挥各软件的特点,采用多种软件联合应用。以照相机面板注塑模为例,介绍了Pro/E在注塑模具设计中的应用以及在MasterCAM环境下的CAM实现。阐述了Pro/Moldesign的模具设计流程和优势,并运用MasterCAM对照相机面板凹模进行了仿真模拟加工。通过实例表明,两者结合使用能缩短模具生产周期和提高模具精度。

关键词:注塑模;Pro/E;MasterCAM;模具设计;数控加工

中图分类号:TP391.7文献标识码:B

Abstract:Thecombinedapplicationofsoftwarescouldimprovetheinjectionmolddesignandprocessingqualityandefficiency,givefullplaytotheadvantagesofeachone.Takingthemoldofcamerapanelasanexample,boththeapplicationofPro/Engineerinplasticin—jectionmolddesigningandtherealizationofCAMbasedonMasterCAMwereintroduced.MolddesigningprocessandtechnologicaladvantagesofPro/Moldesignwerestated.Andtheconcavemoldofcamerapanelwasmachinedin

simulationbytheMasterCAMsoftware.Theexampleshowedthatinmolddesigningthecombinedapplicationofthetwosoftwarescouldshortentheproductioncycleandimprovethemoldprecision.

Keywords:injectionmold;Pro/E;MasterCAM;molddesigning;NCmachining

0引言

随着计算机技术的不断发展,模具数字化设计与制造技术逐渐普及,出现了多种CAD/CAM软件,且各具特色。Pro/E与Master-CAM是在模具设计与加工中广泛应用的CAD/CAM软件。Pro/E具有强大的曲面和实体参数化造型功能,在工业产品设计与模具设计方面有一定优势,但在加工方面,因其参数设置较为繁琐,不利于学习和推广。MasterCAM软件是美国CNCSoftwareINC公司研制开发的基

收稿日期:2009—07—02

作者简介:何修旭(1979一),男,硕士研究生。于PC平台的CAD/CAM一体化软件,其要求的硬件配置低,具有良好的性价比、可靠的加工性能,特别是其广泛的“COM”(对接)功能、可编辑的后处理程式以及良好的机床适应性,使其备受广大企业的青睐,但其CAD部分功能相对较弱,进行复杂曲面、实体造型时比较困难。因此,利用Pro/E进行模具设计,结合Master—CAM进行数控加工就成为当前模具企业优先选择的CAD/CAM方式[1-2|。以照相机面板为例,介绍野火版Pro/E结合MasterCAMX在模具设计和加工方面的应用和优势。

万方数据

模具技术2010.No.141

1基于Pro/E的模具设计

Pro/E除了具有强大的曲面和实体造型功能外,还有十分强大的模具设计功能。Pro/E中的Moldesign模块提供了方便、实用且在三维环境下的模具设计与分析的各种工具。利用这些工具,设计人员可以根据塑料制品的三维模型,建立模具装配模型,设计分型面、浇注系统和冷却系统等,从而完成模具成型部分(即凹模和凸模)的设计工作[3|。利用Moldbase提供的标准件库和标准模架库完成顶出机构与模具总体装配设计。下面介绍利用Pro/Moldesign设计模具的一般流程。

1.1产品3D模型

模具设计时必须要建一个产品模型,产品模型的设计可以在Pro/E零件三维造型模块中进行,一般通过拉深、切除、拔模、圆角、抽壳等特征造型方法创建。图1为创建照相机面板的3D模型。

图1照相机面板3D模型

1.2创建模具模型

模具模型创建时,文件【类型】选择【制造】(Manufacturing),再选择【模具型腔】(MoldCavity)模块,然后将原产品设计模型装配至模具模型中,使之成为模具设计的参照模型。由于温度和压力的变化,注塑件从模具中取出后会产生收缩现象,为了补偿注塑件体积收缩的偏差,Pro/E提供了收缩率(Shrinkage)功能。设计人员通过设置适当的收缩率来放大参考模型,以便获得正确尺寸的注塑件,该照相机面板模型的收缩率设为0.5%。然后利用【菜单管理器】中【模具模型】/【创建l/[工件】在模具中创建工件,最后生成毛坯工件。图2为照相机面板模具工件图。

图2照相机面板模具工件图

1.3创建模具分型面

模具设计环节的关键在于分型面的设计。由于分型面的选择直接关系到模具成型零件的结构、尺寸精度、表面质量、飞边大小、脱模难易和制造成本,因此要慎重选择。Pro/E有挤出、复制、裙边曲面等分型方法。对于分型靠面和破孔均为平面型的模型,采用裙边曲面的方法能快速准确地建立分型面[4|。该照相机面板模型采用裙边曲面生成分型面。首先利用菜单栏中【插入】/【侧面影像曲线】命令生成侧面影像曲线,然后选择菜单栏中【编辑l/[裙状曲面】命令,选择前面所生成的侧面影像曲线,最后产生了裙边曲面如图3所示。

图3分型面

1.4创建模具元件的体积块

利用分型面将工件拆分成型腔、型芯体积块。通常运用【分割1(Split)菜单下的【两个体积块】(TwoVolumes)命令将工件拆分成各个体积块,即所谓的拆模。体积块是没有质量的

三维封闭曲面组,并不是模具元件。

万方数据

42DieandMouldTechnologyN01.2010

1.5抽取模具元件

通过向体积块中填充实体材料,使之转换成实际的模具成型元件,此即所谓的抽取模具元件。完成抽取后,模具成型元件就成为功能齐全的Pro/E零件,存为igs格式供后续分析加工模块调用或转换到其他软件中进行数控加工。在弹出的快捷菜单中选择【打开】命令,系统调用零件模块并打开下模零件。然后选择菜单栏中的【文件】/【保存副本】命令,系统会弹出【保存副本】对话框,在【类型】栏选择“IGES(*.igs)”格式,然后点击确定,系统会弹出的【输出IGEs】对话框,单击确定,将下模零件输出为IGES曲面格式文件。

上模零件采取同样方法转换成IGES格式文件,以便MasterCAM软件调用。

1.6注塑模仿真和开模仿真

2.2MasterCAM系统转入IGES文件Pro/E在完成模具元件抽取后,可自动将

熔融材料通过浇口注入模具型腔,成型注塑件。从Pro/E系统中输出的上、下模零件的IG一对模具开模进行仿真,同时进行装配干涉检查,

ES格式文件,便可以在MasterCAM系统将其以确保模具正常开模。模具开模仿真见图4。转入进行加工。打开MasterCAM,选择菜单栏

中“文件一转换一IGES一读入文件”,输入文件

名,指定文件存放目录,完成IGES格式文件的

转换。由于2种软件的坐标系不同,需要对导

入的模型进行调整,一般仅需要选择“侧视构图

面”将模型旋转一定角度就能解决坐标系的问

题。

图4模具开模仿真

2PI.o/E与MasterCAM的数据交换

Pro/E和MasterCAM都能接受和输出较多的数据格式和图像格式。只有数据格式和图像格式相同才能进行数据交换,提高效率。IG—ES(InitialGraphicsExchangeSpecification)图形交换文件格式是Pro/E和MasterCAM都支持的文件格式,具有专门格式的顺序文件,可以用各种编辑软件进行编辑,也可以用高级语言来读写。IGES文件在这2种设计软件中均具有操作简易性和双向性的特点,使Pro/E与MasterCAM之间图样的相互转换成为可能。

2.1从Pro/E系统转出IGES数据文件

模具设计完成后,将上、下模零件转换为IGES格式,然后MasterCAM系统转入进行加工。在Pro/E的模具图中模型树列表中“MOLD_VOL_1.PRT”下模零件上单击右键,3利用MasterCAM对照相机面板凹模进行加工模拟

MasterCAM拥有车削、铣削、雕刻、线切割等多种功能,允许用通过刀路模拟实体仿真来图形化地编辑和修改刀具路径,同时Master—CAM软件提供了多种图形文件接口,能够与其他CAD/CAM软件的输出格式如DWG、DXF、IGES、STL、STA等良好地相容[5|。

用Mastercam软件的CAM功能编制刀具路径(CAI),通过后处理转换成NC方式,传送至数控机床进行加工。

由于照相机面板模具的凹模比凸模形状复杂,加工过程细节考虑也较多,故在此只对凹模进行加工模拟及数控编程。照相机面板凹模加工主要包括加工坯料、对刀点的确定、规划曲面挖槽粗加工刀具路径、规划曲面平行粗加工刀具路径、规划曲面平行精加工刀具路径、规划曲面等高外形精加工刀具路径等内容。

3.1加工坯料及对刀点的确定

在规划照相机面板凹模加工刀具路径前,万方数据

先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界,并将图形中心的最高点移到系统坐标原点,便于加工时以图形中心对刀。

3.2曲面挖槽粗加工

规划照相机面板凹模曲面挖槽粗加工刀具路径,目的是粗切除大部分工件材料。由于模具材料较硬及工件的大小和形状结构,选用爹16ITllTI的圆鼻刀,平面进给率为1000mm/min,深度进给率为1000ram/rain,转速为2000r/min,回刀速率为2000ram/rain。预留量为“0.3”。挖槽加工采用螺旋下刀或斜线下刀,避免直接下刀,以免进刀时发生强烈震动,甚至导致刀具破裂,同时螺旋下刀的直径和高度不宜太大,以免过多走空刀。

3.3曲面挖槽加工

考虑到底面都是大平面,可以用粗加工代替精加工,来清除大刀加工后在底部平坦部位余留下的残料。选用妒6mm圆鼻刀进行挖槽加工,平面进给率为500mm/min,深度进给率为500mm/min,转速为2200r/min,回刀速率为2500mm/min,余量为“0”。

3.4曲面平行粗加工

由于凹模有一处圆弧形凹曲面,为了对其进行粗切削,规划曲面平行粗加工刀具路径。选用妒6mm圆鼻刀进行粗加工,平面迸给率为500mm/min,深度进给率为500mm/min,转速为2200r/rain,回刀速率为2500mm/min,余量为“0.1”。

3.5曲面平行精加工

规划曲面平行精加工刀具路径,将对圆弧形凹曲面进行精切削。选用妒3mm的球刀,平面进给率为300mm/min,深度进给率为300mm/min,转速为3000r/min,回刀速率为2000mm/min,余量为“0”。

3.6曲面等高外形精加工

由于凹模的四周曲面比较陡,因而对其余留残料进行精加工,提高加工质量。选用≯6mm球刀,平面进给率为400mm/min,深度进给率为400mm/min,转速为2500r/rain,回刀速率为2000ram/rain,对凹模四周曲面的残料进行精加工,余量为“0”。最终的加下轨迹如图5所示。

图5加工轨迹

3.7仿真模拟加工

对MasterCAMX生成的加工轨迹进行模拟仿真,检查生成的加工轨迹是否合理、加工表面是否光滑、是否有过切现象,如果出现类似情况,需重新编辑加工轨迹,直到满意为止。仿真结果如图6所示。

图6模具加工模拟效果图

3.8生成加工NC代码

利用MasterCAMX系统的Post后处理功能,自动生成加工照相机面板凹模所需的NC代码。系统会弹出如图7所示的NC程序文件编辑器。用户可以对NC程序进行榆查和编辑。

图7NC程序文件编辑器

(下转第63页)

万方数据

4结论

图6典型试样的金相显徽组织

(1)从渗层厚度、渗层硬度工艺试验结果选出的2组最佳工艺参数组合分析可知:这2组工艺参数组合除温度条件不同外,其余工艺参数基本相同。在既保证一定渗层厚度又保证较高表层硬度的前提条件下,将2组工艺条件重新优化组合,构成了氮硫二元气体共渗等温氮化工艺最优水平组合,即:A183C3D3El。

(2)从渗层厚度、渗层硬度、渗层组织的逐项试验结果分析可知,氮硫二元气体共渗等温氮化工艺完全适合于铝合金型材H13钢挤压模具表面硬化处理。在合理的工艺参数组合条件下,模具表面硬化处理效果——渗层厚度、渗层硬度、渗层组织完全能达到较高水平。

(3)铝合金型材挤压模具氮化工艺优化参数确定为:NHs流量为0.3~0.07m3/h;氮化温度为560℃;氮化压力为392MPa;S02流量为20ml/min;氮化时间为4h。按本文所述方式和工艺参数氮化处理的挤压模具表面硬度一般都可达1100HVo.2。

(4)采用优化工艺参数氮化处理的铝合金型材挤压模具使用寿命大大延长,单模型材挤压数量由原来的单模平均3000~4000kg提高至8000~10000kg,生产效率和经济效益同步提高。

(5)目前采用优化工艺参数氮化处理的铝合金型材挤压模具年产1×107kg铝合金型材时消耗模具约1200套,减少模具消耗约650套(该数据考虑了铝合金型材断面大小不同因而单模通过量不同的数据差异)。

(6)气体软氮化设备一次性投资较少,采用该项试验研究成果确定的优化氮化工艺参数进行挤压模具的强化处理,2年内就可收回全部设备投资并生产出表面光洁的建筑铝合金型材。

参考文献:

[1]聂兰启,神祥博.曲柄精锻模材料的选择EJ],模具技术,2008(4):56—59.

(上接第43页)

4结论

使用Pro/E可以准确创建模具分型面,合理拆分凸、凹模,快速生成成型零件。然后将图形数据转换到MasterCAM软件中,再根据模具零件的特点,拟定数控加工工艺,进行数控编程,确定具体的加工方式及加工参数,生成刀具路径。在进行刀具路径的模拟检查后,便可将生成的加工程序输送到数控加工中心或数控铣床的控制系统进行自动加工。Pro/E和Mas-terCAM相结合的模具设计与加工模式是现代化模具加工的趋势,缩短了模具研发时间,大大提高了模具的加工精度和生产效率,对提高市场响应速度,增强企业竞争力有非常重要的意义。参考文献:

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[3]张祥杰,黄圣杰.Pro/ENGINEERWildfire模具设计[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[4]肖正明.Pro/E、Cimatron环境下塑料模具设计与加工模拟[J].模具制造,2005(8):6-9.

[5]何满才.Pro/Engineer模具设计与MasterCAM

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基于Pro/E和MasterCAM的注塑模设计与加工

作者:何修旭, 黄瑶, 王雷刚, HE Xiu-xu, HUANG Yao, WANG Lei-gang

作者单位:江苏大学,材料科学与工程学院,江苏,镇江,212013

刊名:

模具技术

英文刊名:DIE AND MOULD TECHNOLOGY

年,卷(期):2010,""(1)

被引用次数:0次

参考文献(5条)

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2.张国新.单云基于Mastercam的机车中心盘锻模CAD/CAM[期刊论文]-模具技术 2004(5)

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5.何满才Pro/Engineer模具设计与MasterCAM数控加工 2009

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