數(shù)字化模具技術(shù)及其應(yīng)用

2021.4數(shù)字化模具解決方案ProcessPlanning工藝過程設(shè)計(jì)CastingPatterns鑄型PressSimulation壓機(jī)模擬DieStructureDesign模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)DieFaceMachining模面加工ProcessSimulation成形過程模擬

①可制造性設(shè)計(jì)〔DFM〕，即在設(shè)計(jì)時考慮和分析可制造性，保證工藝的實(shí)現(xiàn)；②計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)〔CAPP〕；③計(jì)算機(jī)輔助分析〔CAE〕，仿真成形工藝過程，預(yù)測和解決可能出現(xiàn)的缺陷和成形問題；2.可制造性設(shè)計(jì)〔DFM〕傳統(tǒng)的產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)制造過程據(jù)統(tǒng)計(jì)，75%的成形缺陷和困難都是由于產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)不合理造成的，而這些缺陷和困難的80%是在產(chǎn)品后期工藝設(shè)計(jì)和模具調(diào)試階段才被發(fā)現(xiàn)和改正的。因此，應(yīng)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷控制在最低水平，盡量防止將設(shè)計(jì)缺陷傳遞到工藝和模具設(shè)計(jì)過程中。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程存在的問題面向產(chǎn)品開發(fā)和模具設(shè)計(jì)制造全過程的仿真產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)，就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段采用CAE方法，對產(chǎn)品的工藝性進(jìn)行分析，同步設(shè)計(jì)同步驗(yàn)證，可協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)師確定最正確產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，從源頭上防止方向性錯誤，保證產(chǎn)品具有良好的工藝性。產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)，不僅可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，還可降低產(chǎn)品開發(fā)本錢，保證產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的同步可成形性驗(yàn)證整體成形性分析產(chǎn)品零件的選材優(yōu)化

3.計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)〔CAPP〕

工藝設(shè)計(jì)是決定零件能否順利成形的關(guān)鍵。工藝設(shè)計(jì)受到制件形狀、材料和成形條件等多種因素的影響。傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)是依靠經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)可靠性差，質(zhì)量難以保證。工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜、難度大，費(fèi)時費(fèi)力，設(shè)計(jì)效率低。CAPP國內(nèi)外研究與開展現(xiàn)狀CAPP系統(tǒng):派生式CAPP系統(tǒng)、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)、混合式CAPP系統(tǒng)數(shù)值模擬在工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：工藝性分析及缺陷預(yù)測、工藝參數(shù)確實(shí)定知識工程在CAPP中的應(yīng)用：KBE的特點(diǎn)、KBE的應(yīng)用、KBE在工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

基于KBE的工藝設(shè)計(jì)知識工程〔KBE〕作為一種新型的智能設(shè)計(jì)方法，它通過知識驅(qū)動、繁衍和應(yīng)用來解決工程問題。KBE的應(yīng)用可提高工藝設(shè)計(jì)的智能化水平和設(shè)計(jì)效率。知識的獲取與繁衍：知識發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)挖掘

知識表示與推理知識表示：產(chǎn)生式規(guī)那么、框架表示法、語義網(wǎng)絡(luò)、過程表示法、面向?qū)ο蟊硎痉ā旌现R表示知識的建模與推理：基于規(guī)那么的知識建模與推理、基于實(shí)例的知識建模與推理、基于模型的知識建模與推理

知識的管理：知識庫的建立

基于KBE的工藝方案設(shè)計(jì)模型

產(chǎn)品工藝性分析工藝方案決策

工藝方案評價

沖壓工藝設(shè)計(jì)實(shí)例1〕導(dǎo)入零件并建立工藝設(shè)計(jì)管理樹2〕沖壓件特征識別及參數(shù)提取3)沖壓件工藝性分析及工藝特征提取4)沖壓件工藝路線5)沖壓方向確定

6)工藝補(bǔ)充面控制線和截面線模型

7)基于截面線的工藝補(bǔ)充面生成

8)拉深工序件〔發(fā)動機(jī)罩〕9)拉深成形數(shù)值模擬的網(wǎng)格模型

10)拉深成形模擬

等效拉延筋缺陷區(qū)域1缺陷區(qū)域2缺陷區(qū)域4缺陷區(qū)域34.成形過程的仿真〔CAE〕CAE〔ComputerAidedEngineering〕采用有限元、邊界元、有限差分等數(shù)值計(jì)算，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)進(jìn)行輔助分析的方法，用于仿真和分析成形過程，預(yù)測產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題或缺陷。CAE在沖壓成形中的應(yīng)用零件毛坯展開；確定修邊線位置；優(yōu)化成形工藝設(shè)計(jì)；預(yù)測可能出現(xiàn)的起皺、破裂和回彈等缺陷零件毛坯尺寸的展開優(yōu)化成形工藝汽車發(fā)動機(jī)罩的工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)〔a〕拉深筋設(shè)置〔b〕FLD與WLD〔a〕厚度分布〔b〕FLD與WLD發(fā)動機(jī)罩的拉深筋優(yōu)化設(shè)計(jì)——R6單筋〔a〕厚度分布〔b〕FLD與WLD

發(fā)動機(jī)罩的拉深筋優(yōu)化設(shè)計(jì)——局部雙筋發(fā)動機(jī)罩的工藝補(bǔ)充優(yōu)化設(shè)計(jì)〔a〕厚度分布〔b〕FLD與WLD以CAD為核心集成系統(tǒng)試模數(shù)控加工模具設(shè)計(jì)成形性分析工藝輔助設(shè)計(jì)分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)統(tǒng)一CAD環(huán)境虛擬試模5.高效率的3D模具設(shè)計(jì)模具CAD的開展2D繪圖，甩圖板三維設(shè)計(jì)〔參數(shù)化設(shè)計(jì)，關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)〕3D模具設(shè)計(jì)的必要性CAD/CAPP/CAE/CAM/CAT/ERP集成的需要，統(tǒng)一的3維模型是數(shù)字化制造的必要條件。模具企業(yè)的幾種設(shè)計(jì)模式AutoCAD概念圖UG、Pro/E三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AutoCAD零件圖Cimatron數(shù)控編程模式一：標(biāo)準(zhǔn)件庫DXFSTEP、IGES客戶確認(rèn)特點(diǎn)：3D、2D、CAM使用不同的軟件，各系之間采用中性文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。無論是三維還是二維，常采用一個文件來表達(dá)全套模具，沒有使用裝配，串行設(shè)計(jì)方式。模式一存在的主要問題UG三維概念圖UG三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)UG零件2D圖UG數(shù)控編程模式二：標(biāo)準(zhǔn)件庫客戶確認(rèn)主模型并行設(shè)計(jì)方法：主模型和裝配的使用一副復(fù)雜模具的模架、定模、動模、滑塊〔斜頂〕、2D、數(shù)控、總裝配、工程文檔等，可由不同的設(shè)計(jì)小組或人員分工協(xié)作，并行設(shè)計(jì)。三維模具設(shè)計(jì)需解決的問題定制化開發(fā)專用模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作1〕針對企業(yè)特點(diǎn)，做好標(biāo)準(zhǔn)化工作。2〕針對特定產(chǎn)品，采用模板和功能組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。3〕通過定制開發(fā)，集成企業(yè)的設(shè)計(jì)知識和設(shè)計(jì)流程，提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。高效率3D模具設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)非相關(guān)特征相關(guān)特征過渡特征功能組件不同結(jié)構(gòu)特征的處理方法例子方法相關(guān)特征拉延凸模、拉延凹模和壓料圈Programming非相關(guān)特征凸模、拉延凹模和壓料圈組件庫+組件裝配方法連接特征拉延凸模、拉延凹模和壓料圈Programming+KBE功能組件導(dǎo)柱導(dǎo)套合件等組件庫+組件裝配方法裝配體雙動拉延模、單動拉延模參數(shù)化庫和KBE標(biāo)準(zhǔn)件拉延凸模、拉延凹模和壓料圈參數(shù)化建庫整體模板的應(yīng)用〔拉深模設(shè)計(jì)〕標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)型面簡化等距面型生成曲線簡化水平等距線生成Z向等距線生成曲線投影空刀面生成空刀生成側(cè)壁設(shè)計(jì)內(nèi)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)外加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)初始化凸模主體設(shè)計(jì)下壓料面生成凹模主體設(shè)計(jì)上壓料面生成壓料圈主體設(shè)計(jì)雙動拉延模設(shè)計(jì)向?qū)蝿永幽ＴO(shè)計(jì)向?qū)д{(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)件快速裝配標(biāo)準(zhǔn)件尺寸修改標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)相關(guān)特征生成設(shè)計(jì)工具集工作局部設(shè)計(jì)凹模設(shè)計(jì)步驟1凹模片體設(shè)計(jì)工作局部2等距面生成設(shè)計(jì)工具3凹模主體設(shè)計(jì)工作局部4內(nèi)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工具5外加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工具6底板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件凹模片體設(shè)計(jì)凹模主體設(shè)計(jì)凹模內(nèi)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)草圖畫出加強(qiáng)筋中心線布置凹模外加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)草圖畫出加強(qiáng)筋中心線布置下底板設(shè)計(jì)調(diào)入組件組件開孔〔UG〕程序自動生成圖加標(biāo)準(zhǔn)件和端頭總體結(jié)構(gòu)

高速加工機(jī)床所謂高速主要是指高轉(zhuǎn)速和高的進(jìn)給速度。高速加工機(jī)床不僅具有高的主軸轉(zhuǎn)速，也具有與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的高的進(jìn)給速度。高速機(jī)床轉(zhuǎn)速已可達(dá)10萬RPM以上，在生產(chǎn)中應(yīng)用的通常為為1.5—3.5萬RPM。高速加工的優(yōu)越性1高切除率，可用于粗加工、半精加工和精加工；2高速硬切削，大大減少手工修磨工作量；3高外表質(zhì)量，尺寸精度高、外表光潔；4快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜的或薄壁類電極。高速切削加工機(jī)床高速加工程序的編制

Delcam’sRacelineMachiningPatentedDelcamstrategyforhigh-speedroughingSmoothesoutpassesastheymoveawayfromtheformMinimisessharpdirectionchangesandsoallowsfastermachiningandlongercutterlife激光檢測裝置的應(yīng)用可提高NC機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的平安性，防止由于機(jī)床位置的故障，工作裝夾定位和刀具問題引起的加工質(zhì)量問題。在NC機(jī)床的加工過程中，利用激光束檢測工件和刀具的位置，并與