虛擬制造與現(xiàn)代模具技術(shù)

1、 虛擬制造(VM是一種新的制造技術(shù),它以仿真技術(shù)、信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支撐,對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建模,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,實(shí)時(shí)、并行地模擬出產(chǎn)品未來制造全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響,使得在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前,就能使人體會(huì)或感受到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài),從而更有效、更經(jīng)濟(jì)、更柔性靈活地組織生產(chǎn),使工廠和車間的資源得到合理配置,并使新產(chǎn)品一次性開發(fā)成功,以達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本的最小化,產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化和生產(chǎn)效率的最高化,以此可以作出前瞻性的決策來優(yōu)化實(shí)施方案1。虛擬制造的主要特點(diǎn)有:虛擬制造不是真實(shí)的制造,而是在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和相關(guān)軟件系

2、統(tǒng)中進(jìn)行的制造,其使用的制造工具不是機(jī)床等物質(zhì)設(shè)備,而是計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和相關(guān)軟件系統(tǒng);虛擬制造所處理的對(duì)象是有關(guān)產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù),主要是產(chǎn)品和過程建模以及制造設(shè)備的數(shù)字化模型,而不是原材料等真實(shí)物質(zhì);虛擬制造的處理結(jié)果是全數(shù)字化產(chǎn)品,而不是真實(shí)的物質(zhì)產(chǎn)品,但是它是現(xiàn)實(shí)物質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)數(shù)字化模型,即是一個(gè)虛擬產(chǎn)品,是現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品在虛擬環(huán)境下的影射,并具有現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征和性能;企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是基于Internet/Intranet 的,整個(gè)虛擬制造活動(dòng)具有高度的并行性,產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工過程和裝配過程的仿真可以并行完成;虛擬制造可以是分布式的,完成虛擬制的人員和設(shè)備在空間上是能夠相互

3、分離的,不同點(diǎn)的技術(shù)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)來協(xié)同完成同一個(gè)虛擬制造過程2。1虛擬產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)一般借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行的模具設(shè)計(jì)不能有效、合理地把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造等結(jié)合起來考慮,在實(shí)際制造過程中造成返工修改的次數(shù)多、裝配性不好,在交付使用過程中則發(fā)現(xiàn)滿足不了用戶的要求,而且設(shè)計(jì)出來的模具生產(chǎn)靈活性差。虛擬制造技術(shù)的虛擬設(shè)計(jì)過程能夠克服上述缺點(diǎn),因?yàn)樘摂M設(shè)計(jì)能充分利用現(xiàn)有的CAD 軟件,基于特征設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)平臺(tái),較好地體現(xiàn)面向制造設(shè)計(jì)、面向裝配設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想。在虛擬設(shè)計(jì)的過程中,可以充分利用虛擬制造、虛擬裝配技術(shù)等收稿日期:2006-07-03作者簡(jiǎn)介:李和平(1963-,男,江西南昌人,副教授,

4、研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造;電話:0796-*;虛擬制造與現(xiàn)代模具技術(shù)李和平(井岡山學(xué)院機(jī)械系,江西吉安343009摘要:闡述了虛擬制造的基本概念及其在虛擬產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)、制造、裝配及調(diào)試中的應(yīng)用。探討了模具虛擬技術(shù)的發(fā)展前景。把虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在模具工業(yè)中,可以減少開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。因此,它是模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的重要輔助手段。關(guān)鍵詞:虛擬制造;模具設(shè)計(jì);模具制造中圖分類號(hào):TG241;TG315.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-3814(200701-0062-03Virtual Manufaturing and Modern Die TechnologyLI H

5、e-ping(Mechanical Department,Jinggangshan College,Ji'an 343009,ChinaAbstract :The concept of virtual manufacturing,its application to virtual workpiece design,die design,die assembly and its future development are introduced.By using the technology of virtual manufacturing,the developing cycle a

6、nd cost can be decreased,the productivity and product quality can be improved.So it is an important method to aid die design and manufacture.Key words :virtual manufacturing;die design;die manufacture 初步的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行虛擬裝配,并及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的問題。在三維CAD基礎(chǔ)上的虛擬設(shè)計(jì)是未來模具設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的三維描述,能快速確定模具型芯、型腔及凸模、凹模等主要工作零件。再?gòu)哪＜軒?kù)中選模架

7、,其他輔助的零件有些也可很快地從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中生成,從而大大縮短了虛擬設(shè)計(jì)的時(shí)間。它可以提供完整三維的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù),以適用于不同應(yīng)用的要求,并根據(jù)需要將三維數(shù)據(jù)生成工程圖紙,三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以輸出快速成型設(shè)備制作樣品。2虛擬模具制造虛擬模具制造充分利用計(jì)算機(jī)仿真等虛擬制造技術(shù),既對(duì)模具進(jìn)行虛擬制造,也從制造的角度考察設(shè)計(jì);既為設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供依據(jù),也為優(yōu)化制造過程提供分析和輔助工具。在虛擬模具制造過程中,模具的各個(gè)零部件的加工方法,機(jī)床、工藝參數(shù)的選用,以及加工過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷等在虛擬制造過程中進(jìn)行,得到的和傳遞的是數(shù)據(jù)信息。銑削仿真加工是目前應(yīng)用最廣泛的加工方法之一。虛擬銑削加工將對(duì)銑削加工能

8、夠完成的各種工作,如面銑削、外形銑削、挖槽、鉆孔、曲面銑削等加工形式中幾何及物理因素的變化情況進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)。銑削是模具制造中最為常用的一種加工方法,針對(duì)具有代表性的數(shù)控銑床,利用虛擬制造的優(yōu)勢(shì),通過計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)造一個(gè)虛擬的數(shù)控銑削加工環(huán)境,集成了銑削加工從設(shè)計(jì)到制造的全部功能。模擬過程中可觀測(cè)整個(gè)刀具路徑,及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工中存在的問題,并加以修正,最后向數(shù)控銑床輸出NC代碼。3虛擬模具裝配模具的零件設(shè)計(jì)再好,加工精度再高,如果難以裝配,也難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)。模具的裝配性是設(shè)計(jì)人員常易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方,以往要到最后裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致模具零件的報(bào)廢和工期的延誤,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)損失。采用虛擬

9、制造技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行驗(yàn)證,確保設(shè)計(jì)的正確性,避免損失。模具的虛擬裝配主要包括裝配過程的仿真、公差分析、裝配工藝規(guī)劃、動(dòng)態(tài)地仿真實(shí)際零件的裝配過程,并可進(jìn)行大裝配漫游,從而發(fā)現(xiàn)干涉問題。在模具裝配中,通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀地進(jìn)行設(shè)計(jì),避免可能出現(xiàn)的干涉和其他不合理問題。產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等。例如,生產(chǎn)線上各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)作協(xié)調(diào)和配合是比較復(fù)雜的,采用仿真技術(shù),可以直觀地進(jìn)行配置和設(shè)計(jì),保證工作的協(xié)調(diào)。4虛擬模具調(diào)試模具的調(diào)試主要是指虛擬模具的動(dòng)作過程,對(duì)不合理的地方及時(shí)反饋信息進(jìn)行調(diào)整。試模是模具出廠前

10、必須經(jīng)歷的一個(gè)階段。虛擬試模是虛擬制造模具生產(chǎn)的產(chǎn)品,對(duì)于虛擬生產(chǎn)出的產(chǎn)品是否滿足顧客需求予以檢驗(yàn),以確定模具能否投入正常生產(chǎn)。例如對(duì)塑料注射模具,通過虛擬注射過程檢驗(yàn)生產(chǎn)出的制件是否有缺陷,澆口、澆道是否設(shè)計(jì)合理,型腔能否正常填滿3,4。5模具CAD/CAE/CAM在虛擬制造技術(shù)中的應(yīng)用隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具工業(yè)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展,特別是模具成形過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的日趨成熟,國(guó)內(nèi)模具加工制造已經(jīng)開始由主要依賴經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)的盲目性走向依靠科學(xué)分析的自主性?，F(xiàn)在,虛擬制造技術(shù)的原理和方法為模具工業(yè)的發(fā)展又提供了一個(gè)有效的手段和工具,它使模具行業(yè)具有了快速反應(yīng)性、持續(xù)變化適應(yīng)性、高質(zhì)

11、量標(biāo)準(zhǔn)的可選擇性和低的費(fèi)用優(yōu)勢(shì),通過動(dòng)態(tài)地組合各個(gè)技術(shù)實(shí)體優(yōu)勢(shì),利用CAD/CAE/CAM集成技術(shù)來對(duì)整體項(xiàng)目提供有力的決策和技術(shù)支持,以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化,最終贏得市場(chǎng)。虛擬制造技術(shù)實(shí)際是CAD/CAE/CAM技術(shù)的集成和延伸,因此,模具工業(yè)今后推廣應(yīng)用虛擬制造技術(shù),必須首先對(duì)當(dāng)前正在應(yīng)用的各種先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)和方法進(jìn)行全面、深入的消化吸收和推廣應(yīng)用。目前,由于各種二維和三維CAD 軟件(例如AutoCAD、UG、CATIA、Pro/E、MDT、Solid Edge等技術(shù)發(fā)展很快,功能強(qiáng)大且價(jià)格易于被國(guó)內(nèi)廠家接受,所以CAD技術(shù)在模具企業(yè)中的應(yīng)用已比較廣泛。CAD技術(shù)對(duì)模具的尺寸計(jì)算、幾何造型,

12、尤其是復(fù)雜零件的幾何造型,已成為必不可少的工具;CAM技術(shù)在模具制造,尤其是在 (上接第61頁(yè)變中成為貝氏體的核心,細(xì)化貝氏體鐵素體條束和束間富碳?xì)堄鄪W氏體組織,加速貝氏體反應(yīng)速度15。這是分級(jí)淬火優(yōu)于傳統(tǒng)的鹽浴等溫淬火的根本緣由。3結(jié)束語隨著奧貝球鐵應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬、產(chǎn)量增加,將促使其生產(chǎn)工藝得到不斷改進(jìn)和創(chuàng)新,從而使我國(guó)的ADI生產(chǎn)技術(shù)水平提高到新的臺(tái)階。目前ADI在全世界的發(fā)展應(yīng)用相當(dāng)迅速,全世界的年產(chǎn)量已經(jīng)超過了30萬噸。隨著奧貝球鐵在工業(yè)生產(chǎn)上的成功應(yīng)用,正逐步形成可以直接指導(dǎo)生產(chǎn)的更加完善的理論體系,必將促進(jìn)其更迅速的發(fā)展。參考文獻(xiàn):1潘安霞.等溫淬火球鐵性能及其應(yīng)用J.淮陰工學(xué)

13、院學(xué)報(bào),2004,(10:10-12.2張忠仇,李克銳,吳建基.我國(guó)等溫淬火球鐵的現(xiàn)狀及前景J.鑄造,2004,(2:87-92.3葉學(xué)賢.等溫淬火球墨鑄鐵的發(fā)展及應(yīng)用第三屆全國(guó)等溫淬火球墨鑄鐵(ADI技術(shù)研討會(huì)論文集C.無錫:現(xiàn)代鑄鐵雜志社,2002.9-13.4向綱玉,余靖,龔文邦.奧貝球鐵的研究發(fā)展與應(yīng)用J.機(jī)械工人(熱加工,2000,(4:3-5.5李可青,楊迎東,張喜,等.等溫淬火球鐵及其在國(guó)內(nèi)開發(fā)應(yīng)用前景展望J.熱加工工藝,2004,(11:61-66.6劉金城.關(guān)于奧貝球鐵及其微觀組織術(shù)語的探討J.現(xiàn)代鑄鐵,2002,(1:9-12.7Kovacs B V.On the term

14、inology and structure of ADIJ.AFSTransactions,1994,417-420.8Bayati H.Relationship between structure and mechanicalproperties in high manganese alloyed ductile ironJ.Material Science and Technology,1995,11,(3:284-293.9李子全,許廣濟(jì),郝遠(yuǎn),等.鑄態(tài)奧氏體貝氏體球鐵的初步實(shí)驗(yàn)研究J.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,(9:20-25.10張明,梁文心.利用余熱在介質(zhì)中連續(xù)冷卻獲奧-貝型球鐵

15、J.鑄造設(shè)備研究,1999,(1:8-13.11舒信福,廖丕博,丁恒敏,等.準(zhǔn)鑄態(tài)工藝對(duì)貝氏體鑄鐵組織和性能的影響J.鑄造,1999,(1:15-19.12周世權(quán).分級(jí)等溫淬火球墨鑄鐵的組織與性能J.熱加工工藝,1993,(5:17-19.13劉云旭.鋼的等溫?zé)崽幚鞰.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1973.14Susil K.putatunda and Janghuai Yang.A novel processing ofaustempered ductile cast iron(ADIJ.Materials Science, 2003,426-432:913-918.15徐楊,周世康. 分級(jí)淬火奧

16、貝球鐵的組織與性能 J.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,(2:77-81.精密模具制造中發(fā)揮了巨大效力,模具型腔的幾何數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)化為刀具運(yùn)動(dòng)軌跡,進(jìn)而生成數(shù)控(NC代碼;而CAE技術(shù)(主要是模具充型和凝固過程模擬的技術(shù)在國(guó)內(nèi)企業(yè)的應(yīng)用還較少,仍處于理論研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用階段,與國(guó)外的應(yīng)用程度相比差距較大。這一方面是因?yàn)閲?guó)外的模具充型和模擬商業(yè)軟件價(jià)格十分昂貴,另一方面是由于國(guó)內(nèi)還沒有一個(gè)適合我國(guó)國(guó)情的、功能與國(guó)外軟件相當(dāng)?shù)摹?shí)用的模具充型和凝固過程模擬軟件,所以,這項(xiàng)工作是目前我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。同時(shí),也必須抓緊產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM等軟件的開發(fā)和應(yīng)用,加快CAD/CAE/CAM一體化技術(shù),即

17、共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。在CAD階段建立的幾何模型,可供CAE/CAM階段使用,在CAD/CAE/CAM任一階段修改模具數(shù)據(jù),則所有與該對(duì)象相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新,這些都將有助于實(shí)現(xiàn)模具生產(chǎn)過程的敏捷化和經(jīng)濟(jì)化以及管理和生產(chǎn)控制的高效化和智能化5,6。6結(jié)束語虛擬制造技術(shù)以其對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期全面準(zhǔn)確的仿真和控制能力將成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在模具工業(yè)中,可以減少開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本?？梢灶A(yù)見,隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提高和模具設(shè)計(jì)與制造工作者的不懈努力,虛擬制造必將在我國(guó)模具工業(yè)逐步得到實(shí)施和應(yīng)用,從而在整體上提高我國(guó)模具設(shè)計(jì)、制造和管理的水平。虛擬制造技術(shù)及其支撐技術(shù)的發(fā)展,必將使得整個(gè)制造業(yè)出現(xiàn)第二次生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。參考文獻(xiàn):1邵力,鐘廷修.虛擬制造及其應(yīng)用J.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,33(7