Cimatron_E在消失模制造中的应用

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Cimatron_E在消失模制造中的应用    e2 ?/ b' q+ n7 a/ X) K
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南京513厂技术处 李雪梅  
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5 _2 |0 M# I! q. r* \6 D 一、前言  
8 J4 ^1 a7 \$ c$ |$ |2 b Cimatron_E是以色列Cimatron公司新近推出的全Windows界面的CAD/CAM一体化软件。该软件在草图约束上采用D-Cubed/DCM草图约束求解器；实体造型采用Spatial/ACIS核心；曲面造型和加工继承Cimatron it的优点；采用Cimatron it核心，在易学易用及曲面实体融合等方面有独到之处；在PDM方面内嵌Smart Solutions/SmarTeam作为产品数据管理核心，专门针对模具设计开发了快速技术系列Quick tools。这一系列的改进，使得Cimatron_E推出不久就深受用户好评。下面就Cimatron_E在消失模制造中的应用作一简单的介绍。  
$ }! T) E8 k! l. Z: F, r 消失模铸造是将泡沫塑料模埋在经过紧实的干砂中，在真空状态下浇入高温金属液体，金属液体将塑料模气化、燃烧掉并取而代之形成金属铸件的工艺过程。消失模铸造被誉为21世纪的铸造方法，其主要优点是：  3 @* q# h9 I! O
☆ 铸件尺寸精度高，可达国标CT7级以上；  * \! t$ @" g: ]; a+ X+ \$ Q/ x
☆ 铸件表面光洁，表面粗糙度＜Ra12.5mm；  
' u4 h: ?: y* @ ☆ 消失模铸造不用下芯子，没有分型面，可以采用灵活的设计，生产出各种形状复杂、薄壁、多孔槽的铸件；  
) f  `" v. {0 s1 {0 y, w3 R& V ☆ 铸件加工量小、重量轻，可以节省大量加工工时。  # F! R5 v2 b4 W/ H% |. v
消失模的设计制造有其特殊之处：  0 m. [! }# r5 h+ t
☆ 模具的型腔、型心一般形状复杂，而且大多作成整体，较少采用镶件，这对加工提出了更高的要求；  / J  V: N, {/ S1 `8 b
☆ 模具的型腔、型心正反面都要加工，而且要保证型腔、型心壁厚一致；  ! K' z' O, B4 n( J
☆ 造型文件一般都很大，在加工精度要求较高的情况下，如何提高刀轨的计算效率，对加工软件提出了很高的要求。  
5 w' I7 w- Q+ u* F- J3 h* d( [9 q 二、消失模左型腔几何处理  
4 {# \% w. w) B 图1和图2所示为某型消失模左型腔正、反面，下面用Cimatron_E对其进行处理。　　　  : ~% }: ~% S$ B: ?% s7 e8 X
图1 某型消失模左型腔正面  3 S/ V/ a8 O0 z' i3 Y6 ~# c9 E
图2 某型消失模左型腔反面  
' f/ G- {$ w% ?4 `  u( H 以上模型通过IGS接口转换，在Cimatron_E中利用快速分模Quick split提取模型的正反面。在分模过程中我们发现IGS接口转换丢失了一些面，同时还存在很多小碎面。加工模型需要将数控加工中不加工的孔补上。Cimatron_E对修复这样模型提供了很多方便工具：Blend融接曲面、Bounded封闭孔洞、Modify Boundary修复曲面边界等等。修复以上这样的模型一般只需要几分钟的时间。原模型有三千多张面，修复后每一个模型只有一千张面，文件只有原模型三分之一大小，这为加工提供了有利条件。修复后的加工模型，如图3、图4所示。  
. t/ z( @- c: c 图3 修复后消失模左型腔正面　  
# e6 ]. p- w+ U! R) d; b8 G8 t9 N 图4 修复后消失模左型腔反面　  - X' B' d" X5 A3 V0 E- Q9 o! j
三、加工工艺规划  
8 A2 O9 S! H% l# n  V  k+ e) ?+ l 数控加工工艺规划的目的是要求CAM编程生成的刀轨高效、准确、安全。当然,工艺规划离不开具体的CAD/CAM软件。针对左型腔正面加工，结合Cimatron_E加工编程的特点，采用如下加工工艺：  
5 t1 u  B) }5 g6 x( m3 P' q4 m' D （1）35mm直径立铣刀，粗加工，层降量5mm，侧向步长18mm，加工余量2mm。  
, u$ E% y2 b8 z  A5 u: \, L7 R （2）20mm直径立铣刀，半精加工，层降量2mm，侧向步长10mm，加工余量0.5mm。这一步只加工粗加工残留区域。Cimatron_E能够智能识别残留毛坯，这样生成的刀轨安全高效。注意这两步加工都采用螺旋式下刀。  7 ]8 y4 m5 I: K+ a0 N  Y0 X
（3）12mm直径键槽刀，精加工，层降量0.3mm，侧向步长2mm，加工余量0.05mm。零件中有很多垂直区域，这些区域采用层降法加工最为合理。此外，零件中还有许多水平或接近水平的区域，这些区域采用沿面加工比较合适，而且利用键槽刀的底面加工，加工质量和加工效率比球刀有很大提高。Cimatron_E能够智能识别零件的形状，自动区分这些不同的区域，然后针对不同的区域形状采用不同的走刀。  
) v' f" R& g: S) J6 ^0 M7 Z, H （4）6mm直径键槽刀，4mm直径键槽刀，局部精加工，层降量0.3mm，侧向步长0.5mm，加工余量0.05mm。加工方法同12mm直径键槽刀。  
' T' @! |; B% N8 ~# } （5）4mm直径球刀，局部清根加工，加工余量0.05mm。  2 B$ P2 _3 G+ l9 R& l
左型腔反面不是成型面，加工只是为了保证壁厚一致，使得模具在工作时模腔各处温度一致。加工工艺同正面加工类似，只是层降量和侧向步长要大些。  ' i6 z: ^1 c5 W
四、Cimatron_E编程加工结果  1 \. v( J( j5 j$ u5 u3 a6 J
加工的结果如图5、图6所示。　　　  
5 [. ?8 N% \) Z% A! I) Q' l 图5 左型腔正面粗加工结果  8 V+ k% R* {9 h. A
图6 左型腔正面半精加工结果  7 F, g$ b1 }) U
从图5中可清楚地看出，粗加工之后，余量不均匀，很多区域未加工到，如果人为将这些区域提取出来，需要花大量时间，并且这样生成的刀轨有可能不安全。粗加工及半精加工总的加工时间2.5h，如果直接用20mm直径立铣刀，粗加工需要4h。  ( x9 z( J  C' R
在模具加工中，经常遇到这样的问题：一种走刀方法很难满足所有面的加工要求，需要将不同面分别提取出来加工。这样加工工序过于复杂，编程员人为干预太多，有时加工边界很难确定。Cimatron_E加工很好地解决了这个问题，它能智能识别零件的垂直和水平区域。图7所示的刀轨中，水平区域环切加工，垂直区域等高加工。  7 A! I  R  \  {( F# R$ j
图7 左型腔正面精加工刀路局部  
- W' l3 g  L; Z! p+ Y6 W4 T 采用Cimatron_E对这副消失模加工编程，具有程序效率高，零件加工质量好特点。以前使用其他软件编程加工这样一副消失模需要一个月左右加工时间，使用Cimatron_E编程加工只用了10天时间。