分析模具的制造及CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用論文

　　[摘要]作為一種高附加值和高技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),模具工業(yè)已成為當(dāng)今工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。而模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵主要依靠先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,本文在介紹了模具制造技術(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)的同時(shí),試析現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)、制造中應(yīng)用的各種先進(jìn)制造及CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用,揭示了當(dāng)前模具制造領(lǐng)域的發(fā)展方向。

　　[關(guān)鍵詞]模具制造設(shè)計(jì) CAD/CAE技術(shù)

　　一、模具制造技術(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)

　　模具的制造和使用方式形式多樣,技術(shù)含量高,生產(chǎn)工藝獨(dú)特,所牽系的生產(chǎn)要素多,應(yīng)用范圍廣等幾方面。除此之外,模具制造技術(shù)對(duì)生產(chǎn)者的業(yè)務(wù)能力和職業(yè)素質(zhì)都有很高的要求。模具制造技術(shù)具有以下兩個(gè)方面的原因特點(diǎn):一,模具是單件生產(chǎn)的產(chǎn)品,即模具是根據(jù)成品之間的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行和制造的專(zhuān)用成型工具;二,模具制造的關(guān)鍵主要是制造凸模、凹模及相關(guān)成型零件的專(zhuān)門(mén)工藝,以及模具制造工藝過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)與高度節(jié)約問(wèn)題。

　　二、模具設(shè)計(jì),加工的幾種技術(shù)

　　1.高速加工技術(shù)

　　高速加工概念起源于德國(guó)切削物理學(xué)家Carl Salomon,他認(rèn)為在常規(guī)切削范圍內(nèi)切削溫度隨著切削速度的增大而升高,當(dāng)切削速度達(dá)到臨界切削速度后,切削速度再增大,切削溫度反而下降,從而大大地減少加工時(shí)間,成倍地提高機(jī)床的生產(chǎn)率。高速加工的特點(diǎn)及在模具工業(yè)中的應(yīng)用:

　　加工效率高由于切削速度高,進(jìn)給速度一般也提高5-l0倍,這樣,單位時(shí)間材料切除率可提高3-6倍,因此加工效率大大提高;切削力小高速加工由于切削速度高,切屑流出的速度快,減少了切屑與刀具前面的摩擦,從而使切削力大大降低;熱變形小高速加工過(guò)程中,由于極高的進(jìn)給速度,95%的切削熱被切屑帶走,工件基本保持冷態(tài),這樣零件不會(huì)由于溫升而導(dǎo)致變形;加工精度高高速加工機(jī)床激振頻率很高,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“機(jī)床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍,這使得零件幾乎處于“無(wú)振動(dòng)”狀態(tài)加工,同時(shí)在高速加工速度下,積屑瘤、表面殘余應(yīng)力和加工硬化均受到抑制,因此用高速加工的表面幾乎可與磨削相比。

　　另外,簡(jiǎn)化工藝流程由于高速銑削的表面質(zhì)量可達(dá)磨削加工的效果,因此有些場(chǎng)合高速加工可作為零件的精加工工序,從而簡(jiǎn)化了工藝流程,縮短了零件加工時(shí)間。高速加工是以高切削速度、高進(jìn)給速度和高加工精度為主要特征的加工技術(shù)。其工件熱變形小,加工精度高,表面質(zhì)量好;非常適合模具加工中的薄壁、剛性較差、容易產(chǎn)生熱變形的零件,可以直接加工模具中使用的淬硬材料,特別是硬度在HRC46~60范圍內(nèi)的材料。

　　2.逆向工程技術(shù)

　　按照傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程,開(kāi)發(fā)過(guò)程是市場(chǎng)調(diào)研一概念設(shè)計(jì)一總體設(shè)計(jì)一詳細(xì)設(shè)計(jì)一制定工藝流程一設(shè)計(jì)工裝夾具一加工、檢驗(yàn)、裝配及性能測(cè)試一完成產(chǎn)品。即從“設(shè)計(jì)思路一產(chǎn)品”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程,這被稱(chēng)為正向工程或順向工程。模具工業(yè)中的逆向T程應(yīng)用大致可分為以下幾種情況:

　　在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖樣以及設(shè)計(jì)圖樣不完整或沒(méi)有CAD模型的情況下,在對(duì)零件原型進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖樣或CAD模型;某些難以直接用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維幾何設(shè)計(jì)的物體,目前常用黏土、本材或泡沫塑料進(jìn)行初始外形設(shè)計(jì),再通過(guò)逆向工程將實(shí)物模型轉(zhuǎn)化為三維CAD模型;人們經(jīng)常需要對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行局部修改。原始設(shè)計(jì)沒(méi)有三維cAD摸的情況r,應(yīng)用逆向工程技術(shù)建立C A D模型,再對(duì)CAD模型進(jìn)行修改,這將大火縮短產(chǎn)品改型周期,提高生產(chǎn)效率。

　　三、 CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用

　　模具設(shè)計(jì)是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的,所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件成型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與力學(xué)計(jì)算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計(jì)等,因此,模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)、模具總體方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。CAD/CAE,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程,它包括概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程管理等。應(yīng)用CAD技術(shù)可以設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu),再通過(guò)CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用模具CAD/CAE集成技術(shù)后,制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗(yàn),采用幾何造型技術(shù),制件的形狀能精確、逼真地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,有限元分析程序可以對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。借助于計(jì)算機(jī),自動(dòng)繪圖代替了人工繪圖,自動(dòng)檢索代替了手冊(cè)查閱,快速分析代替了手工計(jì)算,使模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)算中解放出來(lái),集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具投產(chǎn)之前,CAE軟件可以預(yù)測(cè)模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。

　　目前,世界上大型的CAD/CAE軟件系統(tǒng),如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊,我們稱(chēng)之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊或概念設(shè)計(jì)模塊。例如,Pro/ENGINEER就包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊——ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計(jì),以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計(jì)師的工作量,節(jié)約了工作時(shí)間,提高了工作效率,使設(shè)計(jì)師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及創(chuàng)新上。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　隨著時(shí)代的發(fā)展,模具制造業(yè)全球化是發(fā)展的必然趨勢(shì),其競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇,使當(dāng)前模具制造業(yè)面臨極大的挑戰(zhàn),這一挑戰(zhàn)主要來(lái)源于市場(chǎng)和技術(shù)兩大方面。每個(gè)技術(shù)單元同時(shí)面向市場(chǎng)和合作伙伴,必須靈活地進(jìn)行重組和集成,達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。高速切削、逆向工程、快速成形技術(shù)與CAD/CAE/CAM/RP虛擬環(huán)境的集成可使設(shè)計(jì)概念轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的時(shí)間縮短幾倍乃至幾十倍,構(gòu)成一個(gè)快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及其模具制造的綜合系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工到管理的靈活經(jīng)濟(jì)的組織方式,應(yīng)用CAD/CAE技術(shù),推動(dòng)模具制造技術(shù)快速發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn):

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