1 引言
由我院與中南大學(xué)、 云南鋁業(yè)股份有限公司合作完成的省院校、 企業(yè)科技合作項(xiàng)目“ 型材擠壓模具
CAE技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用及提高模具質(zhì)量和使用壽命的研究 ” 。項(xiàng)目由擠壓模具設(shè)計(jì)與制造 (CAD)、 擠壓
模具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、 擠壓過(guò)程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化(CAE)、 生產(chǎn)試模驗(yàn)證及提高擠壓模具使用壽命研
究等分項(xiàng)目組成。其中擠壓模具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立分項(xiàng)目的實(shí)施成果包括:一套名為“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)
及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) ” 的單機(jī)版的原型系統(tǒng) (配用:數(shù)據(jù)庫(kù)表、 圖片集、 測(cè)試分析大綱及測(cè)試分析報(bào)告和使
用手冊(cè) ) ,配套型材和工模具產(chǎn)品的三維模型庫(kù)和工程圖形庫(kù)。該系統(tǒng)基于 Visual Basic 6 . 0和 Access
97研發(fā) ,其中的模具設(shè)計(jì)模塊為在 Aut oCAD 2005的VBA內(nèi)研發(fā)調(diào)試無(wú)誤后 ,經(jīng)導(dǎo)出移植到系統(tǒng)內(nèi)。通
過(guò)該子項(xiàng)目的實(shí)施初步建立了鋁型材及其工模具的工程數(shù)據(jù)庫(kù) ,初步實(shí)現(xiàn)了擠壓模具設(shè)計(jì)與制造的標(biāo)
準(zhǔn)化和規(guī)?；?。該項(xiàng)目填補(bǔ)了云南省在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)與制造方面的空白 , 并為在云南省建立模
具研發(fā)中心和一條可年產(chǎn) 1～2萬(wàn)套擠壓模具的規(guī)?；a(chǎn)線打下了技術(shù)基礎(chǔ)。
2 系統(tǒng)的主要功能
2 . 1 系統(tǒng)管理功能
登錄身份預(yù)設(shè)有:系統(tǒng)管理員與普通用戶。由[系統(tǒng) ]各子菜單項(xiàng)完成:更改登錄用戶名和密碼,(系統(tǒng)管理員 )恢復(fù)普通用戶初始密碼 ,文件備份與
打印 ,注銷等。
2 . 2 工模具初步設(shè)計(jì)功能
由 [設(shè)計(jì) ]各子菜單項(xiàng)完成:型材可擠壓性分析、平面導(dǎo)流模工模具設(shè)計(jì)參數(shù)分析、 平面分流組合模
工模具設(shè)計(jì)參數(shù)分析、 平面導(dǎo)流模工模具強(qiáng)度校核、平面分流組合模工模具強(qiáng)度校核、 擠壓力校核和平
面分流組合模工模具設(shè)計(jì)。系統(tǒng)將模具設(shè)計(jì)與制造的最新理論、 方法和技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)、 數(shù)據(jù)等作為
相關(guān)的分析、 校核和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。整個(gè)設(shè)計(jì)流程為:型材可擠壓性分析 (注:含分析準(zhǔn)則、 過(guò)程與結(jié)論 ) →選擇擠壓設(shè)備、 擠壓力校核
(注:含校核準(zhǔn)則、 過(guò)程與結(jié)論 ) → 工模具設(shè)計(jì)參數(shù)分析 (注:含分析準(zhǔn)則、 過(guò)程與結(jié)論 ) → 模具設(shè)計(jì) →工模
具強(qiáng)度校核 (注:含校核準(zhǔn)則、 過(guò)程與結(jié)論 )。其中 ,通過(guò)平面分流組合模工模具設(shè)計(jì)模塊 ,系
統(tǒng)以向?qū)问揭来未蜷_系列窗口 ,通過(guò)在該窗口及Aut oCAD內(nèi)實(shí)時(shí)的人機(jī)交互完成設(shè)計(jì)各流程。
具體的流程和功能如下:
具體的流程和功能如下:
⑴在圖 1所示的《選取型材斷面圖形 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:用戶選取所需的型
材圖形文件 ( 3 . dwg) →系統(tǒng)啟動(dòng) Aut oCAD,以只讀方式打開該圖形文件 → 用戶選取型材斷面圖形對(duì)象
(注:需可構(gòu)成封閉的型材斷面 ) →系統(tǒng)僅保留型材斷面圖形。
圖 1 選取型材文件
(注:圖 1～6中均以 1633b型材所用的模具設(shè)計(jì)流程為例)
⑵在圖 2所示的《輸入擠壓筒和上下模的尺寸
并選取?？椎牟贾梅绞?》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:顯示型材斷面主要參數(shù)數(shù)據(jù)、 輸入擠壓
筒內(nèi)徑和上下模的外徑并選取模孔的布置方式 (將型材斷面質(zhì)心 /外接圓中心置于模具中心 ) →系統(tǒng)繪
制出上模圖形。
圖 2 輸入擠壓筒和模具和尺寸并選取模孔的布置方式⑶在圖 3所示的《分流孔和分流橋設(shè)計(jì) 》 窗口
及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:輸入分流孔數(shù)目、分流比、 分流孔中心圓直徑 /分流橋?qū)挾?,選取分流
孔形狀 (扇形 /圓形 ) →系統(tǒng)自動(dòng)在上模圖形內(nèi)繪制出分流孔和分流橋。若對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果不滿意 ,則系統(tǒng)
將分流孔和分流橋圖形刪除并返回《分流孔和分流橋設(shè)計(jì) 》 窗口。
圖 3 分流孔和分流橋設(shè)計(jì)
⑷在圖 4所示的《模孔尺寸和焊合室設(shè)計(jì) 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:輸入?？壮叽?/div>
經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)、 焊合室直徑和下模模心到橋墩的距離 → 系統(tǒng)自動(dòng)繪制出下模圖形。若對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果不滿
意 ,則系統(tǒng)將下模圖形刪除并返回《?？壮叽绾秃负鲜以O(shè)計(jì) 》 窗口。
最終的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 5所示:
圖 4 ?？壮叽绾秃负鲜以O(shè)計(jì)
圖 5 最終的設(shè)計(jì)結(jié)果 (設(shè)計(jì)方案一 )
設(shè)計(jì)方案二: 1633b型材所用模具設(shè)計(jì)實(shí)例內(nèi)參數(shù)及選項(xiàng)設(shè)置為:將型材斷面質(zhì)心置于模具中心 ,分
流孔形狀:圓形 ,圓形分流孔中心圓直徑: 108,分流比 20,分流孔數(shù)目: 6,其余設(shè)置同設(shè)計(jì)方案一 ,最終
的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 6所示:。
圖 6 最終的設(shè)計(jì)結(jié)果 (設(shè)計(jì)方案二 )
2 . 3 圖檔和云圖瀏覽功能
由 [圖檔 ]各子菜單項(xiàng)完成:型材、 平面導(dǎo)流模工模具和平面分流組合模工模具相關(guān)圖檔的分類瀏
覽 ,以及經(jīng) CAE分析的典型模具產(chǎn)品的云圖瀏覽。
2 . 4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能
由 [查詢 ]和 [維護(hù) ] / [瀏覽 ] (注:分別對(duì)應(yīng)以系
統(tǒng)管理員 /普通用戶身份登錄 )各子菜單項(xiàng)完成:型材、 平面導(dǎo)流模工模具、 平面分流組合模工模具和工鋁合金的材料檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有很多，我給你了些看看，不知道是不是你要的。網(wǎng)站與論壇里都有很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。GB 5237.1-2004 標(biāo)準(zhǔn)名稱:鋁合金建筑型材 第1部分：基材，GB 5237.2-2004 標(biāo)準(zhǔn)名稱:鋁合金建筑型材 第2部分：陽(yáng)極氧化、著色型材，GB 5237.3-2004 鋁合金建筑型材 第3部分：電泳涂漆型材，HB 5060-1977 鋁及鋁合金化學(xué)氧化膜層質(zhì)量檢驗(yàn)
模具管理 (含工模具入庫(kù)登記庫(kù)、 工模具使用及修理庫(kù)和工模具報(bào)廢登記庫(kù) )數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和維護(hù) (注:
指添加、 修改和刪除 ) /瀏覽功能 ,型材、 模具數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前記錄的輔助參數(shù) (注:含公式計(jì)算 )瀏覽功能。
2 . 5 圖形處理、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能 (配用 )
由 Pr o /E等完成三維建模 ,由 InterCAD等完成工程圖 ,由 DEFORM - 3D和 MSC. SuperForge完成工
模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并將最終結(jié)果經(jīng)提取后作為系統(tǒng)的圖形庫(kù)、 圖片集、 云圖集資源。
3 系統(tǒng)建造的關(guān)鍵技術(shù)及解決措施
3 . 1 將在 Aut oCAD VBA內(nèi)研發(fā)調(diào)試無(wú)誤后的模具設(shè)計(jì)界面及代碼移植到主程序內(nèi) ,并使用 COM技
術(shù) ,在 VB中直接操作 Aut oCAD,實(shí)現(xiàn) VB程序與 Au2t oCAD圖形的通訊。
解決措施:
⑴首先用 Aut oCAD VBA研發(fā)出模具設(shè)計(jì)模塊,經(jīng)調(diào)試無(wú)誤并用數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的記錄及其配用的工程圖形庫(kù)
為實(shí)例驗(yàn)證后,命名為“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)系統(tǒng) ”(注: 3 . dvb) ,既可單獨(dú)使用,又可將該模塊集成到主系
統(tǒng)內(nèi)。方法:從其工程管理資源器內(nèi),將相當(dāng)窗體、 模塊分別導(dǎo)出為同名的. fr m、 . bas格式,再將這些導(dǎo)出文件
添加到 VB的當(dāng)前工程內(nèi) (注: 3 . vbp)。
⑵在 VB的當(dāng)前工程內(nèi) ,在 [工程 ( P) ] | [引用
(R) ?]菜單項(xiàng)所打開的《引用 》 窗口內(nèi) ,從可用的引用列表中選中 [Aut oCAD 2005 Type Library]選項(xiàng)。
⑶在 VB的當(dāng)前工程內(nèi) ,將連接 Aut oCAD應(yīng)用程序和 Aut oCAD圖形的代碼添加到模具設(shè)計(jì)菜單項(xiàng)
首先調(diào)用到的模塊內(nèi)。
關(guān)鍵的源代碼段如下:
’ 連接至 Aut oCAD應(yīng)用程序 (注:指啟動(dòng) Aut oCAD)
Di m acadApp AsAcadApp licati on Set acadApp =
Get Object ( ,“Aut oCAD. App licati on . 16” ) ’獲取對(duì)
ActiveX對(duì)象的引用 I f Err Then
Err . Clear
Set acadApp =CreateObject (“Aut oCAD. App lica2
ti on . 16” ) ’創(chuàng)建對(duì) ActiveX對(duì)象的引用
I f Err ThenMsg Box Err . Descri p ti on: Exit Sub
End I f
’連接至 Aut oCAD圖形 (注:指打開 Aut oCAD圖形)
Di m acadDoc As AcadDocument
Set acadDoc = acadApp. ActiveDocument
3 . 2 在模具設(shè)計(jì)模塊內(nèi):
⑴使用選擇集和過(guò)濾規(guī)則 ,實(shí)現(xiàn)僅可從型材圖形屏幕拾取到有效的型材斷面圖形對(duì)象 ,有效的對(duì)
象類型包括: L ine、 Circle、 Arc、 Elli p se、 Mline、 LWPoly2line、 Sp line和 Regi on。
⑵將選取集導(dǎo)出 ( Export方法 →3 . wmf) →刪除圖形中全部對(duì)象 →再將該導(dǎo)出項(xiàng)導(dǎo)入 ( I mport方
法 )并作為塊 B l ock炸開 ( Exp l ode方法 ) ,實(shí)現(xiàn)圖形中僅保留型材斷面圖形對(duì)象。
⑶用全部型材斷面對(duì)象創(chuàng)建并僅保留面域集 ,遍歷獲得面積最大的面域并用它減去 ( acSubtrac2
ti on)其它面域 ,用最終面域的 Area和 Centroid屬性獲得型材斷面的面積和質(zhì)心。
⑷遍歷全部型材斷面對(duì)象 ,使用 Get Bounding2Box方法獲得其極左 /右 /上 /下點(diǎn) ,進(jìn)而獲得型材斷
面的 (橫向 )總長(zhǎng)和 (縱向 )總寬。通過(guò)由任意三個(gè)極值點(diǎn)作圓法 (注:若可用 ) ,獲得最大的外接圓 ,將
該圓作為型材外接圓 ,從而獲取型材外接圓的圓心坐標(biāo)和直徑。
⑸通過(guò)編程繪制單個(gè)扇形分流孔 ,將該孔組成元素轉(zhuǎn)換為面域 ,獲得該孔面積 ,進(jìn)而獲得分流孔的
總面積以及由分流比 K的定義公式求解出的實(shí)際值K’ , 比較 K’ 與輸入值 K” ,迭代 (K’ ≤ K” )地求解
并繪制出最優(yōu)的扇形分流孔圖形。由分流比的定義公式求解并繪制出圓形分流孔圖形。故實(shí)際繪制的
分流孔 ,其分流比的實(shí)際值與輸入值間的誤差較小。
⑹將先前獲得的型材斷面面積最大的面域的組成元素 ,作為下模?？讏D形 ,并用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)公式將
下模?？讏D形放大 ( ScaleEntity方法 ) ,從而完成下模?？椎脑O(shè)計(jì)。
4 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
4 . 1 功能性與集成性
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)鋁型材擠壓工模具的初步設(shè)計(jì)、 數(shù)據(jù)庫(kù)管理、 圖檔和云圖瀏覽、 工模具生命周期管理
(注:指從入庫(kù)到報(bào)廢全程 )等功能。系統(tǒng)功能強(qiáng)且集成度高。
4 . 2 工程性
數(shù)據(jù)庫(kù)表、 三維模型庫(kù)和工程圖形庫(kù)內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均來(lái)源于項(xiàng)目合作各方以及一些型材生產(chǎn)廠
家、 模具使用廠家、 模具設(shè)計(jì)和制作廠家的實(shí)際產(chǎn)品和工模具管理。字段覆蓋了型材參數(shù)、 擠壓設(shè)備及
工藝參數(shù)、 坯料參數(shù)和工模具參數(shù) ,以及工模具管理的整個(gè)生命周期。參數(shù)完整全面且分類管理 ,字段
總數(shù)達(dá) 200多個(gè)。系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)模具的初步設(shè)計(jì) ,并用平面分流組合模數(shù)據(jù)庫(kù)表內(nèi)的全部記錄作
為實(shí)例驗(yàn)證。系統(tǒng)及其配用的數(shù)據(jù)庫(kù)、 三維模型庫(kù)和工程圖形庫(kù)的工程價(jià)值均很高。
4 . 3 智能性
在 [設(shè)計(jì) ]各子菜單項(xiàng)激活的窗口內(nèi) ,根據(jù)用戶選取的選項(xiàng)值和輸入的參數(shù)值 ,智能地分析并給出
分析結(jié)果 ,若分析結(jié)果系統(tǒng)判斷為不理想 ,系統(tǒng)給出具體的失敗原因提示及處理建議 (注:若有 )。在與
Aut oCAD的交互中自動(dòng)識(shí)別并拾取有效的型材斷面圖形對(duì)象 ,系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的上下模圖形不會(huì)重疊等。
4 . 4 穩(wěn)定性
在數(shù)據(jù)庫(kù)文件名、 表名未找到、 數(shù)據(jù)庫(kù)表為空、 輸入的數(shù)據(jù)類型出錯(cuò)、 數(shù)據(jù)出界,與 Aut oCAD的交互中
用戶操作無(wú)效等特定條件下軟件均自動(dòng)識(shí)別并反饋。
4 . 5 成長(zhǎng)性
系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)功能 ,數(shù)據(jù)庫(kù)記錄及配套的圖片庫(kù)、 三維模型庫(kù)、 工程圖形庫(kù)等內(nèi)容均可不斷擴(kuò)
充。系統(tǒng)可根據(jù)需要添加其它功能 ,如:平面導(dǎo)流模工模具設(shè)計(jì)模塊等。
5 項(xiàng)目組織與實(shí)施過(guò)程
5 . 1 擠壓模具設(shè)計(jì)與制造 (CAD)分項(xiàng)
完成了 21個(gè)型材產(chǎn)品、 11個(gè)平面導(dǎo)流模模子和模墊產(chǎn)品、 10個(gè)平面分流組合模上下模產(chǎn)品的三維建模
和工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì),編寫了《 擠壓模具 CAD設(shè)計(jì)報(bào)告》 。
5 . 2 擠壓模具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立分項(xiàng)
5 . 2 擠壓模具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立分項(xiàng)
完成了“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) ” 及其配用數(shù)據(jù)庫(kù)、 圖檔等的研發(fā) ,另將該系統(tǒng)按
功能拆分為“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)系統(tǒng) ” 和“鋁型材擠壓模具數(shù)據(jù)庫(kù)及圖檔管理系統(tǒng) ” ,編寫了相關(guān)的測(cè)
試大綱、 測(cè)試分析報(bào)告、 使用手冊(cè)和《擠壓模具數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立和使用報(bào)告 》 。
5 . 3 擠壓過(guò)程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化 (CAE)分項(xiàng)完成了 1個(gè)典型的平面導(dǎo)流模模子和模墊產(chǎn)品
(注:型材壁厚為 1mm,擠壓比達(dá) 127)的擠壓過(guò)程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化 (使用 Deform - 3D軟件 ) , 1個(gè)典
型的平面分流組合模上下模產(chǎn)品的擠壓過(guò)程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化 (使用 MSC. Sur perForge軟件 ) ,它們均
為當(dāng)前鋁型材廠中成模前試模次數(shù)較多、 擠壓成形較困難的典型模具產(chǎn)品。在 Gleeble - 1500熱力模
擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了較系統(tǒng)的熱壓縮實(shí)驗(yàn) ,獲得了6063應(yīng)力、 應(yīng)變與溫度的本構(gòu)關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了將 BP
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法應(yīng)用于型材擠壓模具參數(shù)的多因素優(yōu)化設(shè)計(jì)。編寫了《6063鋁合金熱力模擬實(shí)驗(yàn)
與分析報(bào)告》 、 《鋁型材擠壓數(shù)值模擬報(bào)告 》 和《基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的建立與應(yīng)
用報(bào)告 》 。
5 . 4 生產(chǎn)試模驗(yàn)證分項(xiàng)
完成了按經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的模具圖紙實(shí)際制作平面分流組合模具 5付 ,平面導(dǎo)流模 3付。
上述模具一次試模成功率達(dá)到 80%以上并投入了正常使用 ,擠壓型材尺寸精度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
GB5237—2000,數(shù)值模擬得到的擠壓力與實(shí)際上機(jī)擠壓測(cè)試得到的擠壓力誤差在 ± 15%以內(nèi)。編寫了
《鋁型材擠壓模試模和試驗(yàn)報(bào)告 》 。
5 . 5 提高擠壓模具使用壽命研究分項(xiàng)
完成了通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝的優(yōu)化及模具材料性能的改進(jìn),結(jié)合經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究獲得的常用擠壓模
具材料 H13鋼較佳的熱處理工藝 ,使擠壓模具的使用壽命得到提高 ,使用壽命在 5 t基礎(chǔ)上提高到 6 t,
使模具損耗降低到型材生產(chǎn)總成本的 20%以下。編寫了《提高擠壓模具使用壽命的研究報(bào)告 》 。
5 . 6 進(jìn)行專題講座
項(xiàng)目開展過(guò)程中 ,進(jìn)行四次共 150學(xué)時(shí)以上的擠壓理論與模具設(shè)計(jì)專題講座。
6 對(duì)項(xiàng)目的展望
項(xiàng)目組探索并經(jīng)試用證實(shí) ,可用以下方法、 軟件來(lái)提升系統(tǒng)的集成度。
a) 應(yīng)用 Pr o /Toolkit進(jìn)行 Pr o /E二次開發(fā)。
b) 應(yīng)用 Pr o / Intralink、 PTC /Windchill實(shí)現(xiàn) Pro /
E內(nèi)部產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 ( PDM)。
c) 應(yīng)用 Aut omati on Gateway實(shí)現(xiàn) VB與 Pro /E通訊。
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
鋁型材廠擠壓模具設(shè)計(jì)、維護(hù)、保養(yǎng)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)PDF清晰版文檔下載：
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
參考文獻(xiàn)
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