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【摘 要】本文主要阐述了基于Pro/ENGINEER Wildfire 软件的烟灰缸实体三维建模、模具设计和模拟开模、模架设计及模具的数控加工，并为烟灰缸企业提供了生产技术和流程，也为前期产品的研究和后期产品的有效加工提供了实际生产经验。同时，为解决压铸模具在设计和制造中存在的模具的热平衡分析、冷却系统设计、零件的快捷安装和更换及模具的质量和精度等不足，提供了理论依据和实践依据。
【关 键 词】Pro/E；压铸模具；三维建模；模具设计；数控加工
【中图分类号】TG76【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0209-02
1 引言
模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关机械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工业、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖来机、电机、电器、仪表仪器等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；兵器产品中占95%以上。
目前我国的模具生产厂约有3万多家，从业人数80万人。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%、塑料模具约占33%、压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
随着我国压铸制造工业的不断发展壮大，压铸模具的设计与制造也愈来愈受到人们的关注。在经济全球化的浪潮中，产业发展过程中的国际分工正在形成，基于成本的压力，大量外商在我国采购压铸件，甚至还在我国建立压铸生产基地，从而使我国的压铸模具制造水平和能力有了很大提高，模具质量与先进工业国的差距逐步缩小，价格低廉驱使国外采购量剧增。而海内外模具市场的需求对我国模具产业的兴旺也起到一定的推动作用。同时，随着汽车行业的快速发展以及国产化过程的加快，如汽车缸体、仪表盘、启动档变速箱壳体等大型、精密、复杂的压铸件的需求会越来也大，从而使大型、精密、复杂的压铸模具的需求会越来也大。
虽然，我国压铸模具的设计与制造水平在一定程度上有了很大提高，但是压铸模的制造总体来说与国外先进工业国家相比差距仍然很大，主要表现在：
1、结构复杂些的模具以造复制模为主，缺乏创新能力；
2、在设计时对模具的热平衡分析、冷却系统设置及零件的快捷安装和更换等方面考虑欠周全；
3、制造的模具质量和精度较差；
4、模具在使用时稳定性不高、故障率大。
这些在设计和制造上存在的缺陷可能会导致所生产的模具不满足使用的要求，造成一定的浪费。因而亟需发展有效、准确的设计与制造压铸模具的方法。
本文介绍了运用Pro/ENGINEER Wildfire较强大的造型和加工功能对烟灰缸压铸模具进行设计和制造。在设计过程中，充分考虑模具的热平衡分析、冷却系统设置及零件的快捷安装和更换等问题。同时在制造的过程中，根据实际的生产条件，设置合适的切削速度和主轴转速，从而改善了模具的质量和精度。
2 烟灰缸三维建模
在进行烟灰缸模具设计与加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系统下的【零件】模块对烟灰缸进行三维造型。
烟灰缸形状基本为拉伸体，主要由圆柱体、圆角、拔模角、圆、壳体等特征组成。本课题采用拉伸、圆角、斜度、阵列、切割、抽壳等实体特征完成烟灰缸的三维建模。具体步骤如下：
1、 使用拉伸特征，建立烟灰缸基体，如图1所示；
2、 使用拉伸切除特征，建立烟灰放置区，如图2所示；
3、 使用圆角特征，对烟灰缸实体边线进行圆角设置，如图3所示；
4、 使用斜度特征，设置烟灰缸的拔模角度，如图4所示；
5、 使用拉伸和阵列特征，建立香烟放置区，如图5所示；
6、 使用圆角特征，对烟灰缸实体边线进行圆角设置，如图6所示；
7、 使用抽壳特征，建立烟灰缸壳体，如图7所示；
8、 烟灰缸三维模型如图8所示。
3 烟灰缸模具设计
本章对烟灰缸实体零件进行模具设计，实现了一个完整的模具结构设计及其操作过程。
3.1模具设计工具栏简介
工具栏的默认设置是垂直方向，单击并拖动它将其水平放置，如图9所示。
：修剪零件模型。
3.2创建模具型芯、型腔
进入Pro/E【模具设计】模块，根据烟灰缸的实际尺寸选择镶块毛坯，毛坯的长、宽、高分别为320mm × 240mm× 95mm（如图10所示），设计的拉伸分型面如图11所示。
Pro/ENGINEER提供了模具打开功能，便于观察模具内部结构，并检查开模时的干涉情况。烟灰缸压铸模具模拟开模后的结果如图12所示，图13为铸件，图14为型芯，图15为型腔。
3.3 模具元件的设计
模具元件设计的具体步骤如下：
1、使用混合特征、圆角特征、拉伸切除特征及镜像特征，设计动模板结构；
2、使用切除操作和拉伸切除特征，设计定模板结构；3、使用旋转特征和阵列特征，创建导套；4、使用旋转特征和阵列特征，创建导柱；
5、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建定模底板；
6、使用旋转特征，创建浇道衬套；
7、使用旋转特征，创建流道；
8、选择水线命令，在定模板和动模板上创建水线；9、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建动模垫板；10、使用拉伸特征，创建垫块；
11、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建动模底板；12、使用旋转特征，创建限位钉； 13、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建顶出底板；14、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建顶出板；
15、使用旋转特征，创建顶针杆，并装配和修剪顶针杆；16、使用旋转特征，创建复位杆；
17、使用旋转特征，创建推板导套；18、使用旋转特征，创建推板导柱；19、完成所有模具元件的创建后，遮蔽和隐藏不必要的因素，得到最后的装配图如图16所示。
4 烟灰缸上下模数控加工
一般而言， 计算机辅助制造系统由刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成两部分组成。利用CAD/ CAM 软件， 根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求（如加工机床的性能和参数、夹具、刀具等） 和工艺设计的具体特点生成描述加工过程的刀具路径文件之后，就需要用到称之为“后置处理器”的模块来读取生成的刀具路径文件，从中提取相关的加工信息， 并根据指定机床数控系统的特点以及NC（numerical control）程序格式要求进行相应的分析、判断和处理， 从而生成数控机床所能直接识别的NC程序。
4.1 Pro/Engineer NC 模具加工
数控编程是生成控制数控机床进行零件加工的数控程序的过程， 它是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。Pro/ NC 模块能生成驱动数控机床加工所必需的数据和信息。它所提供的工具能够使加工人员按照合理的工序将设计模型处理成ASCⅡ刀位数据文件， 这些文件经后处理变成数控加工程序。Pro/ Engineer NC 的加工流程包括：建立所需要的加工模型、设定加工操作环境、定义NC 序列、生成刀位数据文件、后置处理并生成NC代码，驱动数控机床。
4.2烟灰缸上模的数控加工
在规划烟灰缸上模加工操作之前，首先应进行初始化设置，包括参考模型的加载、工件的设置、机床的设置、加工零点与退刀曲面的选择等。烟灰缸上模数控加工的具体步骤如下：
1、 规划表面铣削刀具路径，实现对烟灰缸上模的数控加工，表面铣削结果如图17所示；
2、 规划粗加工刀具路径，实现对大部分材料的铣削加工，粗加工结果如图18所示；
3、 刀具路径重新排序，将粗加工放在表面铣削的前面，使其符合“先粗后精”的加工原则；
4、 规划轮廓加工刀具路径，实现对陡斜面的精加工，轮廓铣削结果如图19所示；
5、 规划精加工刀具路径，实现对浅平面区域的精加工，精加工结果如图20所示；
6、 全部序列完成后并确认无误后，进入后处理操作，得到烟灰缸上模数控加工的NC程序。
4.3烟灰缸下模的数控加工
在规划烟灰缸下模加工操作之前，首先应进行初始化设置，包括参考模型的加载、工件的设置、机床的设置、加工零点与退刀曲面的选择等。烟灰缸下模数控加工的具体步骤如下：
1、 规划体积块粗加工刀具路径，实现对毛坯工件的粗加工，结果如图21所示；
2、 规划腔槽铣削刀具路径，实现对槽内曲面的加工，结果如图22所示；
3、 规划轮廓精加工刀具路径，实现对外围曲面的精加工，结果如图23所示；
4、 规划直线切削曲面加工刀具路径，对以上刀具路径未能有效加工的浅平面进行加工，结果如图24所示；
5、 规划精加工刀具路径，实现对浅平面区域的精加工，结果如图25所示；
6、 全部序列完成后并确认无误后，进入后处理操作，得到烟灰缸下模数控加工的NC程序。
5 总结
在烟灰缸产品设计中，成功应用了Pro/ENGINEER Wildfire软件中的拉伸、拉伸切除、倒圆角、拔模斜度、阵列、抽壳等特征实现了三维建模。同时进行了烟灰缸压铸模具设计，实现了开模仿真、模架装配等重要的生产过程，并运用数控编程模块Pro/NC对烟灰缸上下模进行了刀具参数设置、制造参数设置及加工刀路设计，实现模拟加工过程。
在整个生产过程中，采用Pro/ENGINEER Wildfire软件来实现模具三维设计和数控加工，大大地缩短了模具设计和加工的周期，降低了模具设计和加工的成本，完善了实际生产过程，对提高企业利润至关重要，为进一步生产奠定了基础，具有一定理论价值和实用价值。
【关 键 词】Pro/E；压铸模具；三维建模；模具设计；数控加工
【中图分类号】TG76【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0209-02
1 引言
模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关机械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工业、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖来机、电机、电器、仪表仪器等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；兵器产品中占95%以上。
目前我国的模具生产厂约有3万多家，从业人数80万人。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%、塑料模具约占33%、压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
随着我国压铸制造工业的不断发展壮大，压铸模具的设计与制造也愈来愈受到人们的关注。在经济全球化的浪潮中，产业发展过程中的国际分工正在形成，基于成本的压力，大量外商在我国采购压铸件，甚至还在我国建立压铸生产基地，从而使我国的压铸模具制造水平和能力有了很大提高，模具质量与先进工业国的差距逐步缩小，价格低廉驱使国外采购量剧增。而海内外模具市场的需求对我国模具产业的兴旺也起到一定的推动作用。同时，随着汽车行业的快速发展以及国产化过程的加快，如汽车缸体、仪表盘、启动档变速箱壳体等大型、精密、复杂的压铸件的需求会越来也大，从而使大型、精密、复杂的压铸模具的需求会越来也大。
虽然，我国压铸模具的设计与制造水平在一定程度上有了很大提高，但是压铸模的制造总体来说与国外先进工业国家相比差距仍然很大，主要表现在：
1、结构复杂些的模具以造复制模为主，缺乏创新能力；
2、在设计时对模具的热平衡分析、冷却系统设置及零件的快捷安装和更换等方面考虑欠周全；
3、制造的模具质量和精度较差；
4、模具在使用时稳定性不高、故障率大。
这些在设计和制造上存在的缺陷可能会导致所生产的模具不满足使用的要求，造成一定的浪费。因而亟需发展有效、准确的设计与制造压铸模具的方法。
本文介绍了运用Pro/ENGINEER Wildfire较强大的造型和加工功能对烟灰缸压铸模具进行设计和制造。在设计过程中，充分考虑模具的热平衡分析、冷却系统设置及零件的快捷安装和更换等问题。同时在制造的过程中，根据实际的生产条件，设置合适的切削速度和主轴转速，从而改善了模具的质量和精度。
2 烟灰缸三维建模
在进行烟灰缸模具设计与加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系统下的【零件】模块对烟灰缸进行三维造型。
烟灰缸形状基本为拉伸体，主要由圆柱体、圆角、拔模角、圆、壳体等特征组成。本课题采用拉伸、圆角、斜度、阵列、切割、抽壳等实体特征完成烟灰缸的三维建模。具体步骤如下：
1、 使用拉伸特征，建立烟灰缸基体，如图1所示；
2、 使用拉伸切除特征，建立烟灰放置区，如图2所示；
3、 使用圆角特征，对烟灰缸实体边线进行圆角设置，如图3所示；
4、 使用斜度特征，设置烟灰缸的拔模角度，如图4所示；
5、 使用拉伸和阵列特征，建立香烟放置区，如图5所示；
6、 使用圆角特征，对烟灰缸实体边线进行圆角设置，如图6所示；
7、 使用抽壳特征，建立烟灰缸壳体，如图7所示；
8、 烟灰缸三维模型如图8所示。
3 烟灰缸模具设计
本章对烟灰缸实体零件进行模具设计，实现了一个完整的模具结构设计及其操作过程。
3.1模具设计工具栏简介
工具栏的默认设置是垂直方向，单击并拖动它将其水平放置，如图9所示。
：修剪零件模型。
3.2创建模具型芯、型腔
进入Pro/E【模具设计】模块，根据烟灰缸的实际尺寸选择镶块毛坯，毛坯的长、宽、高分别为320mm × 240mm× 95mm（如图10所示），设计的拉伸分型面如图11所示。
Pro/ENGINEER提供了模具打开功能，便于观察模具内部结构，并检查开模时的干涉情况。烟灰缸压铸模具模拟开模后的结果如图12所示，图13为铸件，图14为型芯，图15为型腔。
3.3 模具元件的设计
模具元件设计的具体步骤如下：
1、使用混合特征、圆角特征、拉伸切除特征及镜像特征，设计动模板结构；
2、使用切除操作和拉伸切除特征，设计定模板结构；3、使用旋转特征和阵列特征，创建导套；4、使用旋转特征和阵列特征，创建导柱；
5、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建定模底板；
6、使用旋转特征，创建浇道衬套；
7、使用旋转特征，创建流道；
8、选择水线命令，在定模板和动模板上创建水线；9、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建动模垫板；10、使用拉伸特征，创建垫块；
11、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建动模底板；12、使用旋转特征，创建限位钉； 13、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建顶出底板；14、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建顶出板；
15、使用旋转特征，创建顶针杆，并装配和修剪顶针杆；16、使用旋转特征，创建复位杆；
17、使用旋转特征，创建推板导套；18、使用旋转特征，创建推板导柱；19、完成所有模具元件的创建后，遮蔽和隐藏不必要的因素，得到最后的装配图如图16所示。
4 烟灰缸上下模数控加工
一般而言， 计算机辅助制造系统由刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成两部分组成。利用CAD/ CAM 软件， 根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求（如加工机床的性能和参数、夹具、刀具等） 和工艺设计的具体特点生成描述加工过程的刀具路径文件之后，就需要用到称之为“后置处理器”的模块来读取生成的刀具路径文件，从中提取相关的加工信息， 并根据指定机床数控系统的特点以及NC（numerical control）程序格式要求进行相应的分析、判断和处理， 从而生成数控机床所能直接识别的NC程序。
4.1 Pro/Engineer NC 模具加工
数控编程是生成控制数控机床进行零件加工的数控程序的过程， 它是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。Pro/ NC 模块能生成驱动数控机床加工所必需的数据和信息。它所提供的工具能够使加工人员按照合理的工序将设计模型处理成ASCⅡ刀位数据文件， 这些文件经后处理变成数控加工程序。Pro/ Engineer NC 的加工流程包括：建立所需要的加工模型、设定加工操作环境、定义NC 序列、生成刀位数据文件、后置处理并生成NC代码，驱动数控机床。
4.2烟灰缸上模的数控加工
在规划烟灰缸上模加工操作之前，首先应进行初始化设置，包括参考模型的加载、工件的设置、机床的设置、加工零点与退刀曲面的选择等。烟灰缸上模数控加工的具体步骤如下：
1、 规划表面铣削刀具路径，实现对烟灰缸上模的数控加工，表面铣削结果如图17所示；
2、 规划粗加工刀具路径，实现对大部分材料的铣削加工，粗加工结果如图18所示；
3、 刀具路径重新排序，将粗加工放在表面铣削的前面，使其符合“先粗后精”的加工原则；
4、 规划轮廓加工刀具路径，实现对陡斜面的精加工，轮廓铣削结果如图19所示；
5、 规划精加工刀具路径，实现对浅平面区域的精加工，精加工结果如图20所示；
6、 全部序列完成后并确认无误后，进入后处理操作，得到烟灰缸上模数控加工的NC程序。
4.3烟灰缸下模的数控加工
在规划烟灰缸下模加工操作之前，首先应进行初始化设置，包括参考模型的加载、工件的设置、机床的设置、加工零点与退刀曲面的选择等。烟灰缸下模数控加工的具体步骤如下：
1、 规划体积块粗加工刀具路径，实现对毛坯工件的粗加工，结果如图21所示；
2、 规划腔槽铣削刀具路径，实现对槽内曲面的加工，结果如图22所示；
3、 规划轮廓精加工刀具路径，实现对外围曲面的精加工，结果如图23所示；
4、 规划直线切削曲面加工刀具路径，对以上刀具路径未能有效加工的浅平面进行加工，结果如图24所示；
5、 规划精加工刀具路径，实现对浅平面区域的精加工，结果如图25所示；
6、 全部序列完成后并确认无误后，进入后处理操作，得到烟灰缸下模数控加工的NC程序。
5 总结
在烟灰缸产品设计中，成功应用了Pro/ENGINEER Wildfire软件中的拉伸、拉伸切除、倒圆角、拔模斜度、阵列、抽壳等特征实现了三维建模。同时进行了烟灰缸压铸模具设计，实现了开模仿真、模架装配等重要的生产过程，并运用数控编程模块Pro/NC对烟灰缸上下模进行了刀具参数设置、制造参数设置及加工刀路设计，实现模拟加工过程。
在整个生产过程中，采用Pro/ENGINEER Wildfire软件来实现模具三维设计和数控加工，大大地缩短了模具设计和加工的周期，降低了模具设计和加工的成本，完善了实际生产过程，对提高企业利润至关重要，为进一步生产奠定了基础，具有一定理论价值和实用价值。