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摘要：目前，我国大多数模具企业仍然基于二维工程图纸进行模具设计，其主要依据的是设计人员的实际工作经验，而基于二维工程图纸进行产品工艺分析和过程设计。通过分析我国模具设计与世界先进水平之间的差距，对我国今后的发展趋势进行分析，阐明铸造业在国民经济中的作用，并以某车型为例，将其应用于汽车零部件（变速箱顶盖）的重力浇注模CAD/CAM一体化。因此，本文对基于UG软件变速箱顶盖重力铸造模具设计及制造工艺进行了探讨，以供参考。

关键词：UG软件；变速箱；顶盖重力；铸造模具；设计及制造工艺

引言：

在汽车变速箱制造过程中，变速箱顶盖起着重要的作用，有着对箱体内各部件的保护作用，同时也承担着汽车在运行过程中所受到的载荷与振动的作用。为保证变速箱上盖产品的质量与使用性能，铸造模具的设计与制作显得尤为重要。本文以UG软件为平台，以汽车变速箱顶盖为例，对其重力浇注模进行了详细的设计与制作。通过本文的研究，可有效提升变速箱顶盖产品的生产效率与质量稳定性，降低生产成本，满足我国汽车行业高品质高效生产的需求。

一、重力铸造概述

重力铸造是将液态金属在其重力的影响下，首先冲到模腔的底部，熔化的液态金属因受热膨胀而凝固后，上层未固化的液态在重力的作用下，由下而上的液态金属通过重力进行补给，使其底部逐渐被填满，最后重新填满整个模腔。在此基础上，对铸造模具进行了优化设计，确定了铸造模具的工艺参数。金属模具的优点如下：操作简单、准确、价格低廉、可重复使用。在铸造模具的几何精度、金相观结构等方面，与其他铸造模具相比，具有优越的性能，且设计、制作过程较为简便，如图1所示。

二、UG软件变速箱顶盖重力铸造模具设计

（一）确定铸造方案

该类零件不仅对表面质量有极高的要求，而且其内部结构也十分复杂，不同部位的厚度相差很大，内肋数目也很多，经过反复试验和多方对比，最后决定采用重力铸造的方式来制作该类零件[1]。在实际生产中，要采用铝、砂两种不同的模具，所以在整个模具的设计中，包含了铝合金模具的设计与砂模的设计。

（二）变速箱顶盖的三维造型设计

（1）利用拉伸求差裁截底面生成底座

顶盖基座为规范块材，故选用最常用的拉伸构件构造。拉伸特征是将二维等高线转化为三维实体所必需的，是一种常用的拉伸特征，也是进行毛坯造型的基本步骤。拉伸特征是指将两个平面图形，例如手绘的草图、曲线等，沿法线方向进行伸展，从而产生一个实体化的过程。该方法有两种方法，一种是沿某一方向选取一条曲线，另一种是选取已画出的剖面，并将其延伸至某一特定方向。

（2）曲面的拉伸

在进行变速箱顶盖的三维造型设计时，利用工具栏的伸展特性是至关重要的一步。在草绘环境下，可以通过绘制裁剪轮廓线来定义要创建的曲面形状。通过选择适当的工具，如线条工具或曲线工具，可以绘制出符合设计需求的轮廓。然后，利用伸展特性，可以将这些轮廓线拉伸至所需的长度或形状，以创建出期望的曲面。在进行裁剪时，可以使用差值法，将绘制的轮廓线与目标物体进行裁剪，以得到符合设计要求的实体零件。这个过程需要仔细地计划和精确地操作，以确保最终的零件符合设计标准，并且能够完美地配合变速箱顶盖的整体结构。

（三）模具分型面的确定

在确定了整体结构后，需要对其进行划分。确定合适的分型面关系到模具的加工技术及服役性能，是设计合理模具结构的关键。对于具有复杂结构的模具，其分型面的判断主要包括：（1）选择的分型面应保证开模顺利，能够顺利地将铸造模具取出，而不会损坏铸造模具。（2）采用纵、竖向两种分流方式，既有利于浇注系统，又利于冒口的安装，有利于排气，也方便了金属模的应用，方便了生产过程的自动化。

（四）分型面的生成过程

单击模具向导工具条中的模具工具按钮，打开模具工具工具条。在其中的边缘修补按钮，弹出选择对话框，选择需要补片的曲面后，单击确定按钮，生成的补片体。确定分型面：（1）建立分型线，点击模板工具中的拆分面，弹出一个窗口，从中选取要剖分的面，然后在划分目标中选取增加参考面，然后选定一个基准面作为划分目标，点击确定键。（2）分型管理窗口出现后，单击“建立/编辑分型面”按钮，就会出现“分型面”对话框，并在距文字框最近的地方键入指定数值。在表面类型选项组中选择“带边界的”选项，然后点击“确定”按钮。

三、UG软件变速箱顶盖重力铸造模具制造工艺

（一）两套模具材料的选择

（1）寿命方面从模具寿命角度考虑球墨铸铁不是最佳选择材料，球墨铸铁的生产寿命为3万件，模具生产寿命较为理想的材料为灰铁200（HT200）耐热钢是最好的模具制造寿命，但在实际中，这两种材料的成本很高，并且材料又硬又脆，给加工工艺带来了很大的困难。（2）热处理方面这几种材料经氮化后，这些材料的性能都有了较大的改善，而且加工时对工具的消耗也比较小。经过氮化处理后，HT200、H13模具制造周期由150，000个提升至200，000个，但所需的时间却延长了一倍，且工具损耗也增加了一倍。

（二）其他零件顶出杆，浇口套各种模板，固定板，连接座，合模定位销，定位导向套等。

（1）顶出杆的主要性能指标是要有足够的强度和耐磨能力，材质选择45#，采用末端淬火进行热处理，硬度为HRC≥55。

（2）浇口套管的主要性能要求是具有良好的耐磨、耐腐蚀性能，材质选择T8A，采用淬火后进行低温回火处理，其强度可达HRC≥55。

（三）零件的生产

（1）砂芯的生产

将燃气注入喷火板后，在点火前先将燃气引燃，并对其进行预热，时间不能少于1个小时。预热完毕后，将模子竖起来，将喷口面朝上。树脂砂是从喷口喷出的，因为两边都有喷火板，所以树脂砂就粘在了铸模的内壁上，形成了与铸模内壁同样形状的砂型。大约40秒后，将整个模具翻转180°，将喷口朝下，将多余的树脂砂倒掉，让其自然冷却，形成砂芯。

（2）产品的生产过程

铝合金模具内壁厚相差很大，为确保产品的高精度和高品质，在制造前，需要在铝模内厚部位喷涂极冷漆，薄部位喷涂隔热涂层，以确保成型时模具各个部位的温度均匀。本产品的制作流程是：首先使用砂型模具对树脂砂芯进行加工，再将砂模已经加工好的砂芯放置和固定在铝模内腔的对应位置上，闭模后，从模边的进料口注入铝溶液，再将铝模向上翻转90度，让入料口朝上，让铝溶液完全地流进模内，并将里面完全填满。隔一段时间后，翻个身，让模具自然冷却后，再将零件打开，制造出模具时，有翻转前的状态，有翻转后的状态。

结论：

总之，在现代汽车制造中，变速箱顶盖的重力铸造模具设计与制造工艺扮演着至关重要的角色。通过使用UG软件进行设计，我们能够精确地模拟和优化模具结构，提高生产效率和产品质量。制造过程中，严格遵循工艺流程和质量控制标准，确保模具的精度和稳定性。通过不断的技术创新和经验总结，我们不断提升铸造模具的设计水平和制造工艺，为汽车行业的发展贡献力量。

参考文献：

[1] 汪志雷. 汽车变速箱顶盖铸造模具设计及数值模拟研究[D]. 哈尔滨商业大学，2022.