數(shù)字化模具技術(shù)及其應用

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

①可制造性設計〔DFM〕，即在設計時考慮和分析可制造性，保證工藝的實現(xiàn)；②計算機輔助工藝設計〔CAPP〕；③計算機輔助分析〔CAE〕，仿真成形工藝過程，預測和解決可能出現(xiàn)的缺陷和成形問題；2.可制造性設計〔DFM〕傳統(tǒng)的產(chǎn)品和模具設計制造過程據(jù)統(tǒng)計，75%的成形缺陷和困難都是由于產(chǎn)品早期設計不合理造成的，而這些缺陷和困難的80%是在產(chǎn)品后期工藝設計和模具調(diào)試階段才被發(fā)現(xiàn)和改正的。因此，應將產(chǎn)品設計缺陷控制在最低水平，盡量防止將設計缺陷傳遞到工藝和模具設計過程中。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)和模具設計制造全過程的仿真產(chǎn)品的可制造性設計，就是在產(chǎn)品設計階段采用CAE方法，對產(chǎn)品的工藝性進行分析，同步設計同步驗證，可協(xié)助產(chǎn)品設計師確定最正確產(chǎn)品設計方案，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)品的可制造性設計，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)品設計過程中的同步可成形性驗證整體成形性分析產(chǎn)品零件的選材優(yōu)化

3.計算機輔助工藝設計〔CAPP〕

工藝設計是決定零件能否順利成形的關(guān)鍵。工藝設計受到制件形狀、材料和成形條件等多種因素的影響。傳統(tǒng)的工藝設計是依靠經(jīng)驗的設計過程，設計可靠性差，質(zhì)量難以保證。工藝設計復雜、難度大，費時費力，設計效率低。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)值模擬在工藝設計中的應用：工藝性分析及缺陷預測、工藝參數(shù)確實定知識工程在CAPP中的應用：KBE的特點、KBE的應用、KBE在工藝設計中的應用

基于KBE的工藝設計知識工程〔KBE〕作為一種新型的智能設計方法，它通過知識驅(qū)動、繁衍和應用來解決工程問題。KBE的應用可提高工藝設計的智能化水平和設計效率。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、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的工藝方案設計模型

產(chǎn)品工藝性分析工藝方案決策

工藝方案評價

沖壓工藝設計實例1〕導入零件并建立工藝設計管理樹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)工藝補充面控制線和截面線模型

7)基于截面線的工藝補充面生成

8)拉深工序件〔發(fā)動機罩〕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)值計算，對產(chǎn)品設計、工藝設計和模具設計進行輔助分析的方法，用于仿真和分析成形過程，預測產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題或缺陷。CAE在沖壓成形中的應用零件毛坯展開；確定修邊線位置；優(yōu)化成形工藝設計；預測可能出現(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)動機罩的工藝優(yōu)化設計〔a〕拉深筋設置〔b〕FLD與WLD〔a〕厚度分布〔b〕FLD與WLD發(fā)動機罩的拉深筋優(yōu)化設計——R6單筋〔a〕厚度分布〔b〕FLD與WLD

發(fā)動機罩的拉深筋優(yōu)化設計——局部雙筋發(fā)動機罩的工藝補充優(yōu)化設計〔a〕厚度分布〔b〕FLD與WLD以CAD為核心集成系統(tǒng)試模數(shù)控加工模具設計成形性分析工藝輔助設計分析產(chǎn)品設計統(tǒng)一CAD環(huán)境虛擬試模5.高效率的3D模具設計模具CAD的開展2D繪圖，甩圖板三維設計〔參數(shù)化設計，關(guān)聯(lián)設計〕3D模具設計的必要性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)的幾種設計模式AutoCAD概念圖UG、Pro/E三維結(jié)構(gòu)設計AutoCAD零件圖Cimatron數(shù)控編程模式一：標準件庫DXFSTEP、IGES客戶確認特點：3D、2D、CAM使用不同的軟件，各系之間采用中性文件進行數(shù)據(jù)交換。無論是三維還是二維，常采用一個文件來表達全套模具，沒有使用裝配，串行設計方式。模式一存在的主要問題UG三維概念圖UG三維結(jié)構(gòu)設計UG零件2D圖UG數(shù)控編程模式二：標準件庫客戶確認主模型并行設計方法：主模型和裝配的使用一副復雜模具的模架、定模、動模、滑塊〔斜頂〕、2D、數(shù)控、總裝配、工程文檔等，可由不同的設計小組或人員分工協(xié)作，并行設計。三維模具設計需解決的問題定制化開發(fā)專用模具設計系統(tǒng)的工作1〕針對企業(yè)特點，做好標準化工作。2〕針對特定產(chǎn)品，采用模板和功能組件進行設計。3〕通過定制開發(fā)，集成企業(yè)的設計知識和設計流程，提升設計效率和設計質(zhì)量。高效率3D模具設計的實現(xiàn)方法模塊化設計的實現(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功能組件導柱導套合件等組件庫+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標準件拉延凸模、拉延凹模和壓料圈參數(shù)化建庫整體模板的應用〔拉深模設計〕標準件設計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)壁設計內(nèi)加強筋設計外加強筋設計模具結(jié)構(gòu)初始化凸模主體設計下壓料面生成凹模主體設計上壓料面生成壓料圈主體設計雙動拉延模設計向?qū)蝿永幽ＴO計向?qū)д{(diào)用標準件標準件快速裝配標準件尺寸修改標準件設計相關(guān)特征生成設計工具集工作局部設計凹模設計步驟1凹模片體設計工作局部2等距面生成設計工具3凹模主體設計工作局部4內(nèi)加強筋設計設計工具5外加強筋設計設計工具6底板設計標準件凹模片體設計凹模主體設計凹模內(nèi)加強筋設計草圖畫出加強筋中心線布置凹模外加強筋設計草圖畫出加強筋中心線布置下底板設計調(diào)入組件組件開孔〔UG〕程序自動生成圖加標準件和端頭總體結(jié)構(gòu)

高速加工機床所謂高速主要是指高轉(zhuǎn)速和高的進給速度。高速加工機床不僅具有高的主軸轉(zhuǎn)速，也具有與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的高的進給速度。高速機床轉(zhuǎn)速已可達10萬RPM以上，在生產(chǎn)中應用的通常為為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，特別是形狀復雜的或薄壁類電極。高速切削加工機床高速加工程序的編制

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