[技术文章] 并行工程环境下铁路货车铸钢件模具的三维设计

dingpeng1980 · 2013-12-16

在铁路货车提速和新产品多极化的新形势下，对铁路货车走行部分的设计和制造工艺提出了新的挑战。为适应市场的需求，我公司承担了国家“863/CIMS”主题的“并行工程”项目，在有关专家的指导下，我们开发了一套“铸造工艺与模具设计系统”，并应用于工艺设计之中。主题词：863/CIMS 并行工程铸钢件模具三维设计 1 引言摇枕、侧架等铸钢件是铁路货车转向架中重要的承载件，这些铸件的质量和性能直接影响到整车的运行品质。特别是在近年来铁路货车提速和新产品多极化的新形势下，对此类件的设计、制造工艺提出了新的挑战。为适应市场做出快速反应并且获得质量健全、制造周期短、满足设计要求的铸件，随着公司的“并行工程”项目的深入和国家“863/CIMS”主题有关专家的指导下，我们开发一套“铸造工艺与模具设计系统”来迎接这一挑战。 2 系统环境建立 2.1 软件选型经过对Pro/ENGINEER、I-deas、UG等著名三维设计软件的比选，我们针对Pro/ENGINEER的专用铸造模具设计模块，选择了该软件做为三维工艺与模具设计平台。 2.2 硬件、操作系统根据软件对系统环境的要求我们选择了HiSense工作站（256MB内存、10G硬盘）和Windows NT4.0操作系统。 3 三维模具设计流程以铁路货车铸钢件摇枕为例(图1)，介绍三维铸造工艺与模具设计系统的开发流程。根据铸造工艺的特殊性和Pro/E软件的自身的特点，在多次实践中我们总结出了该铸钢件三维模具设计的一般方法。 3.1 系统功能模型参照图2的功能模型图，根据Pro/E软件的特点和本企业产品的结构特性，我们在反复实践中提出几个关键问题：（1）因工艺需要，将对三维铸件产品模型进行工艺尺寸调整，因此对模型的参数化要求较高，并且要求工艺调整后的尺寸链应按设计要求的方向变化。（2）用Pro/E软件进行三维铸件产品设计时，拔模斜度必须在铸造圆角完成前做出，否则拔模将不能进行。而设计者不能预测拔模角中性基准面的位置。（3）较大的铸件内腔砂芯需要分段处理，每个砂芯具有各自的拔模基准，无法在同一个平面上实现具有不同方向和位置的拔模斜度。针对以上提出的问题我们实践解决的方案如下：（1）我们针对不同的产品制定了建模协议，使模型在设计阶段融入工艺特征，并控制模型按照要求的方向变化，使模型的参数化方向可控。（2）设计部门提交的产品模型必须分两步进行：①按并行工程的思想预发布中间产品（即不包含任何铸造圆角但结构完整的模型）；②最终完整的三维设计产品（做参考使用）。（3）由于在铸件产品设计过程中不能预测工艺是如何划分砂芯的，况且即使知道操作起来也及其复杂，会失去模型参数化的弹性。因此，我们认为解决这一问题最有效的方法是先将内腔砂芯抽取后，按工艺需要将其划分为多段Pro/E的Part零件，然后分别对其进行拔模、圆角等一系列操作直到满足设计要求为止（参考设计发布的最终产品）。根据以上关键问题解决的方案和工艺现状，我们摸索出一套适合本企业铸钢件模具的设计流程，图3。 3.2 建模协议建模