（机械工程专业论文）浪型保持架模具工艺及capp系统研究.pdf

浪刑保持架模具t 艺及c a p p 系统研究摘要模具在现代生产生活中起着越来越大的作用，它通过一定的加工方式使原材料成形。模具作为一种附加值较高和技术含量较大的产品，其制造水平的高低可以看出一个国家制造业水平。因此模具研究制造工艺成为当前模具从业人员的一项必须研究课题。本文设计了浪型保持架整型模具，对模具的组成和用途作了介绍和分析，并对模具重点零部件铆合模、整型凹模、退料板、凸模座进行了三维实体建模和工艺卡片制作。根据所需模具自身结构及用途特点，面向模具工艺过程，同时符合生产、管理的要求，进行了c a p p 系统的功能的需求分析及总体设计；采用面向对象的方法，根据c a p p 系统的工艺信息模型；建立了以产品主要数据为核心，以交互式为基础的模具制造c a p p 系统，在哈尔滨轴承集团工模装公司进行了推广应用。根据c a p p 系统中工艺数据库分析及典型工艺库的建造方法的研究，根据模具结构特点和实际用途的特征，按照树结构对工艺进行分类，进行了具有代表性工艺为基本单元的查找方式和工艺路线的研究，实现按照形状相近或者加工工艺路线相似的自动检索。c a p p 系统在哈尔滨轴承集团公司工模装制造公司工艺制作及管理上得到了应用。在工艺设计上，对库中已有的工艺特征内容进行分析并应用，节省了工作时间，提高了工作效率；在工艺管理上，使各项工艺数据得到有效的管理，实现了资源共享：在生产管理上，实现了与生产准备的并行，缩短了工艺编制时间。关键词：浪型保持架；模具；工艺；c a p p浪刑保持架模具下艺及c a p p 系统研究a b s t r a c tt h em o u l db e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nm o d e mp r o d u c t i o na n dl i f e i tm a k e sr a wm a t e r i a lt a k es h a p eb yac e r t a i np r o c e s s i n gw a y a sak i n do fp r o d u c tw i t hh i g h e ra d d e dv a l u ea n dt e c h n o l o g y , t h em o u l d sm a n u f a c t u r i n gl e v e lc 锄i n d i c a t et h el e v e lo fac o u n t r y sm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho fm o u l dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sb e c o m e sam u s tf o rt h em o u l dp r a c t i t i o n e ra tp r e s e n t t h i sp a p e rd e s i g n st h ef o r m i n gm o u l do fr i b b o nc a g e s i ti n t r o d u c e sa n da n a l y z e st h es t r u c t u r ea n du s eo ft h em o u l d ，a n dm a k e sat h r e e - d i m e n s i o n a ls o l i dm o d e l i n ga n dt h ep r o c e s sc a r d sf o rt h ek e yc o m p o n e n t so ft h em o u l ds u c ha sr i v e t i n gm o u l d ，c o n c a v ef o r m i n gm o u l d ，s t r i p p e rp l a t ea n dc o n v e xm o u l db a s e a c c o r d i n gt ot h e i ro w ns t r u c t u r e sa n du s ec h a r a c t e r i s t i c so ft h en e e d e dm o u l d s ，f a c i n gt h em o u l dp r o c e s s i n ga n dc o m p l y i n gw i t ht h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，t h ed e m a n da n a l y s i sa n dt o t a ld e s i g nf o rt h ef u n c t i o no ft h em o u l da r cc a r r i e do u t a d o p t i n gt h em e t h o do ff a c i n gt h eo b j e c t ，c a p ps y s t e mo fm o u l dm a n u f a c t u r i n gi sb u i l du pw i t ht h em a i nd a t ao ft h ep r o d u c ta st h ec o r ea n di n t e r a c t i v i t ya st h ef o u n d a t i o ni na c c o r d a n c ew i t ht h ep r o c e s si n f o r m a t i o nm o d e lo fc a p ps y s t e m ，a n dw i d e l yu s e di nt o o l & t o o l i n gc o m p a n yo fh a r b i nb e a r i n gg r o u pc o r p a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fp r o c e s sd a t a b a s eo fc a p ps y s t e m ，t h er e s e a r c ho fb u i l d i n gm e t h o do ft y p i c a lp r o c e s sd a t a b a s ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o u l ds t r u c t u r ea n da c t u a lu s e s ，t h ec l a s s i f i c a t i o no ft h ep r o c e s si sm a d ea sp e rt h et r e es t r u c t u r e ；t h ec o n s u l t i n gm e t h o do fu s i n gt h er e p r e s e n t a t i v ep r o c e s s e sa st h eb a s i cu n i ta n dt h er e s e a r c ho fp r o c e s sr o u t i n ea r ec o n d u c t e d ，s ot h a ta u t o m a t e dr e t r i e v a la sp e rs i m i l a rf o r m so rs i m i l a rp r o c e s s i n gr o u t i n e si sr e a l i z e d c a p ps y s t e mi sa p p l i e dt ot h ep r o c e s se s t a b l i s h m e n ta n dm a n a g e m e n ti nt o o l t o o l i n gm a n u f a c t u r i n gc o m p a n yo fh a r b i nb e a r i n gg r o u pc o r p f o rt h ep r o c e s sd e s i g n ，t h ea n a l y s i sa n da p p l i c a t i o no ft h ee x i s t i n gp r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c si nt h ed a t a b a s ei sm a d es oa st os a v et i m ea n di m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y ；f o rt h ep r o c e s sm a n a g e m e n t ，i n d i v i d u a lp r o c e s sd a t ai sm a d et og e ta l le f f e c t i v em a n a g e m e n ta n dr e s o u r c es h a r i n gi sr e a l i z e d ；f o rt h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ，k e e p i n ga b r e a s to fp r o d u c t i o np r e p a r a t i o ni sr e a l i z e da n dp r o c e s se s t a b l i s h m e n tt i m ei sr e d u c e dk e yw o r d s ：r i b b o nc a g e ) m o u l d ；p r o c e s s ；c a p p第一章绪论第1 章绪论1 1 项目的背景及意义模具是一种专用工具，用于成形( 型) 各种金属或非金属材料所需要零件的形状制品，这种专用工具统称模具。模具是工业生产中最基础的产品，是实现少切削甚至无切削不可缺少的工具，广泛应用于工业生产中的多个领域。如火车、摩托车、家电产品、仪器、仪表、手机等。它们当中6 0 一8 0 的零件都需要使用模具制造；如大批量生产的塑料制品、螺钉、螺帽及垫圈等标准件也是用模具生产出来的：橡胶、工程塑料、粉末冶金、合金压铸、玻璃成型等无不需要用模具来成型【1 1 。当前，我国工业生产的主要特点为产品的品种多、更新快，且市场竞争非常激烈。在此情况下，用户对模具制造的要求主要有生产周期短、质量好、价格低。因此，模具工业的发展趋势是显而易见的。模具零件产品成型( 形) 的日趋大型化，使得高效率生产要求的一模多腔( 如塑封模已达到一模几百腔) ，使模具生产日趋大型化。随着零件微型化和模具结构的发展要求( 如多个工级进模工位数的增加，其步距精度的提高) ，精密模具精度已由原来的5um 提高到现在的2 3l im ，今后有些模具加工精度要求在1i im 以下，这就需要发展超精加工【z l 。随着市场经济的飞速发展，各种商品质量之间的竞争也日趋激烈，提高模具制造工艺水平对产品的质量会有重大的影响。工艺设计为产品制造业企业技术部门的主要工作之一，其质量之优劣及设计的效率，对生产组织、产品质量、生产效率、产品成本、生产周期等有着极大的影响【3 1 。影响模具的加工精度主要为模具的工艺设计人员。如何设计出相对合理的工艺路线，提高模具产品的加工质量，达到提高模具的使用寿命的最终目的，是模具制造加工技术的研究重点。本论文就是针对如何提高模具工艺制造水平及工艺设计自动化而进行的研究。虽然国内外对同一模具会有不同的模具制造工艺，但这些工艺多数不太适合哈尔滨轴承集团公司工模装公司这样的国有老企业的生产现状。为此，本文针对哈尔滨轴承集团公司工模装制造公司的生产现状，结合计算机辅助设计，制定出合理的工艺路线，并实现工艺设计的自动化，达到既要满足生产需要，又要节约生产成本。本文通过对典型模具零件( 保持架模具) 的工艺设计及分析，制定出了相对适合哈尔滨轴承集团公司工模装制造公司的工艺路线，同时也对计算机辅助工艺设计进行了较为深入的研究，把c a p p 系统应用于工艺设计当中，提高了工艺设计的准确性和效率。哈尔滨t 程大学硕十学位论文1 2 国内外模具制造技术的现状及分析模具是一种生产效率非常高的工艺装备，在工业产品的生产中所应用模具目的是保证产品质量、提高效率及降低成本。模具的种类繁多，按其用途可分为冷冲模、塑料模、锻模、压铸模、粉末冶金模、橡胶模、陶瓷模、拉丝模、玻璃模等【4 。5 1 。各种模具都是形状各异的零件组合而成，从制造角度而言，无论是何种类型的模具，其制造和工艺都具有下面五个共同的特点：1 2 1 模具制造工艺的特点( 1 ) 模具形状相对复杂，因此对制造工艺的加工精度要求较高，需采用多种先进的加工方法才能保证其加工质量。模具精度主要是由其加工制品精度和模具本身结构要求而决定的。为了保证其制品的精度，模具的工作面精度通常要比制品精度高出2 - - 4 级；模具结构要求上、下模之间配合精密，为此组成模具的零部件也需要很高的制造精度。( 2 ) 模具的使用寿命将直接影响产品的生产成本，所以除了小批量生产及新产品试制外，通常都要求模具具有理想的使用寿命，在批量较大生产情况下，模具的使用寿命更为重要，因此对模具的材料有特殊要求，通常模具的材料都具备优异、硬度高、耐磨性好等特点，因此加工过程难度大，需要对加工工艺过程进行合理安排。( 3 ) 要求模具的生产周期短，模具生产周期的长短主要取决于制造模具的技术和生产管理组织水平的高低。为满足生产需要，提高产品的市场竞争力，必须在保证质量的前提下，缩短模具制造周期。( 4 ) 模具要求制造成本低，模具的制造成本与模具的结构复杂程度、模具原材料、制造精度的要求及加工方法选择等有关。模具技术人员应根据加工产品要求，合理设计及制定加工工艺流程，降低模具的制造成本。( 5 ) 模具的生产批量小，大多数模具的制造为单件生产，其制造过程应根据该特点合理组织安排生产。本文根据哈尔滨轴承集团公司工模装制造公司典型模具零件的工艺设计要求，介绍了部分模具零件工艺设计的工艺路线，并对其进行了分析，通过不断改进，设计出最合理的加工工艺路线。模具的使用寿命与模具自身结构及模具零件工艺设计关系密切，通过修改不合理的工艺路线，达到提高成品的加工精度及使用寿命，从而达到降低成本。为了满足加工产品的精度要求，模具应具有良好的加工精度和理想的使用寿命。通过研究国内外模具制造技术的现状及发展情况得知，模具制造技术所涉及的领域非常广泛，但其研究重点主要包括计算机辅助设计( c a d ) 与计算机辅助工艺设计( c a p p ) 两个方面。2第一覃绪论随着计算机技术的飞速发展，将计算机辅助技术应用于产品开发、设计、分析与制造，逐渐成为现代制造企业提升市场竞争力的主要方法。设计自动化技术广泛应用于工业界，并由辅助设计过程的后期阶段向辅助概念设计的阶段推进。如今一般以计算机辅助为手段产品的设计、分析、制造与创新技术统称为c a x 技术，也称为计算机辅助机械工程( m c a e ) 技术【彻。c a x 技术所涉及的内容十分广泛，主要包含计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 、计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，c a m ) 、计算机辅助工艺规划( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 、计算机辅助工程( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ，c a e ) 、计算机辅助创新( c o m p u t e ra i d e di n n o v a t i o n ，c a i ) 等技术。本课题研究所涉及的模具工艺分析设计过程中，c a d 的二次开发技术的应用尤为重要。计算机辅助设计是根据计算机系统在工程和产品设计的各个阶段提供快速、有效的工具及手段，以辅助设计人员快速优化设计过程，得到设计结果，以达到最佳设计效果的一种技术1 8 j oc a d 技术作为现代信息技术的一个主要组成部分，用来实现设计方法及设计理念的根本变革，并把设计工作纳入信息技术轨道上来的一个必要手段i 们。从2 0 世纪7 0 年代起，商务用c a d 软件得到了长远发展，从最初的以交互式图形编辑为特征的二维设计系统，发展到如今流行的三维特征造型技术和参数化技术包括并行工程、协同设计等先进技术。c a d 系统发展方向为智能化、集成化、参数化、标准化以及网络化。c a d 的技术理论由最初的基本以表面和线框造型技术为代表的无约束造型技术，发展成以p r o e 为代表的参数化造型理论及d r c i d e a s 为代表的变量化造型理论两大派别的基于约束的实体造型技术【1 m 1 1 1 。s o l i dw o r k s 是美国s o l i dw o r k s 公司依据w i n d o w s 平台开发的著名全参数化三维实体造型软件，是在c a d 的基础上，基于w i n d o w s 操作系统的一种具有强大功能的三维建模与工程图绘制、动画制作、实物渲染等的工程软件；它具有非常强大的零件设计、钣金设计、管理设计及绘铝j j - - 维工程图，且支持异地协同工作等功能，能够完成由三维实体造型向二维工程图的转化，可以使零件设计、装配设计和工程图保持随时的全相关及同步；同时s o l i dw o r k s 具有良好的开放性与兼容性。它不但可以向下兼容二维a u t o c a d ，使得以前用a u t o c a d 软件进行的设计继续使用与转化，同时还可以和其它专业软件( 如有限元分析a n s y s 软件、数据加工c a m w o r k s 软件、数据管理s m a r t e a m s 系统、三维实体设计软件u g 、p r o e 等) 无缝集成为功能非常强大的c a d c a e c a m p d m 系统，绝对能胜任大哈尔滨丁程大学硕十学何论文i | m l m m l l型工程与产品的分析、设计、制造和数据管删1 2 1 3 1 。通过c a d 绘制三维实体零件模型，可以为工艺设计提供很好的参照基础，通过模拟装配还可以发现所设计零件是否存在缺陷。工艺过程设计就是连接产品设计和产品制造的桥梁，是制造系统的主要环节。c a p p作为计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 的一个主要组成部分，是连接计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 与计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，c a m ) 之问的桥梁和纽带，是整个制造系统中的重要环节，对产品质量和制造成本都具有极为重要的影响；是保证产品制造过程中信息流畅的关键环节【圳。人们于2 0 世纪6 0 年代末开始了对c a p p 的研究与开发，最早研究c a p p 技术的国家有前苏联和挪威等。但具有里程碑意义的c a p p 发展为美国的国际性组织c a m - i 于1 9 7 6年开发即c a p p ( c a m - i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 系统。国内最早开发的c a p p 系统是同济大学的修订式t o j i c a p 系统及西北工业大学的创成式c a o s 系统，完成的时间都是8 0 年代初【1 5 】。国内最早开展c a d c a p p c a m 智能集成化研究与原型系统开发的是清华大学与西北工业大学，而第一个有重要实用价值、且取得突出社会和经济效益的智能集成化f a c a d c a p p c a m 系统是由西北工业大学、航空部6 2 5 所在成都飞机工业公司开发的，其中西北工业大学开发的f a c a p p 分系统是完全自动决策的创成式专家系统，此智能集成系统已经由原来的工作站平台移植到微机w i n d o w s 平台【1 6 1 。经过了2 0 多年的研究历程，国内外对c a p p 技术已经进行了大量的探讨和研究，在研究的深度及广度上都在不断地取得进展。c a p p 已由早期的基于成组理论的简单检索式c a p p 发展成为基于各类复杂环境的综合式c a p p ，并且随着更多先进制造模式的不断提出，与其相适应的面向并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 的、面向计算机集成制造系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 【1 7 l 的、及面向网络化制造( n e t w o r km a n u f a c t u r i n g ，n m ) 系统的、基于快速重组制造技术( r e i n t e g r a t i o nm a n u f a c t u r i n g ，蹦) 系统的、基于敏捷制造技术( a g il em a n u f a c t u r i n g ，a m ) 模式的c a p p等等提法不胜枚举，极大地扩展了c a p p 的概念，增加了c a p p 的使用范围。于此同时，一些学科外的新思想新技术，如模糊推理( f u z z yr e a s o n i n g ，f r ) 、神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，a n n ) 【1 8 l 、遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ，g a ) 【1 们、层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) 等不断应用到该领域，也使c a p p 核心技术工艺决策逐步成为可能，并一度成为研究热点【2 0 1 。文献1 2 1 2 3 l 从不同的角度，对国内外c a p p 的发展历程、现状与分类、各类c a p p 的特点等做了详细的介绍。目前，c a p p 的研究与开发主要以实用4第一章绪论化为基础，以企业全面集成为应用目标，并全面考虑包括工艺决策自动化等系列问题，呈现出如下三个特点：( 1 ) c a p p 系统采用面向工程应用的、基于交互式的结构体系；( 2 ) c a p p 应用以零组件为主体的局部应用向以整个产品为对象的全面应用；( 3 ) c a p p 的应用开发依据平台工具类c a p p 软件为基础【2 4 1 。模具制造企业的c a p p 系统正由模具制造的工艺特点出发，逐步体现现代先进的制造思想，进一步向工艺设计与工艺管理一体化的制造工艺信息系统去发展。1 2 2 模具制造工业的国内外研究现状我国模具工业从起初到飞跃发展历经了大半个世纪，近几年来，我国模具技术水平获得了一定的发展和提高；大型、精密、高效率、复杂和长寿命模具又上了一个新台阶，模具质量和使用寿命提高明显，模具生产周期越来越短。模具c a d c a e c a m 技术得到广泛应用，并开发了自主版权的模具c a d c a e c a m 软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用【2 5 1 。目前，我国工业生产的特点为产品品种较多、更新较快和市场竞争非常激烈，在此情况下，用户对模具制造要求为“交贷期短”、“精度高、“质量好”和“价格便宜 。模具技术的发展必须与这些要求相适应。现代模具制造技术应以两大技术的应用为标志，其一是数控力n - r _ 技术，其二是计算机应用技术。：( 1 ) 数控加工技术主要包括：机械数控加工技术、电加工数控技术和特种加工数控技术。1 ) 数控机械加工技术：模具加工中的数控车削技术、数控铣削技术，该技术正向着高速切削的方向发展。二2 ) 电加工数控技术：如电火花数控加工技术、线切割数控技术。3 ) 数控特种加工技术：通常使用光能、声能和超声波等来完成加工，如快速原型制造技术等，它们为现代模具制造提供了更新的工艺方法和加工路线。( 2 ) 计算机技术c a d c a m 技术：用于建模和为数控加工提供n c ( 运行) 程序。c a e 技术：主要是根据不同的模具类型，采用相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型( 形) 过程的目的，最终改善模具设计。仿真技术：主要就是检测模具数控加工的n c 程序，尽量减少实际加工过程中的失误。网络技术：通过局域网或广域网达到异地同步通信、及时解决所存在的问趔2 宙2 7 1 。1 9 6 9 年挪威推出世界上第一个正式c a p p 系统a u t o p r o s ，1 9 7 3 年又正式推出商品化5哈尔滨t 程大学硕十学位论文的a u t o p r o s 系统。1 9 7 6 年美国的国际计算机辅助制造公司c a m 卜i ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g - - - i n t e r n a t i o n a l ，i n c ) 推出了c a p p 系统，该系统最著名、应用最广泛，在发展史上具有里程碑意义。国内最早开发的c a p p 系统是同济大学的t o j i c a p 系统和西北工业大学的c a o 系统，其完成的时间都于2 0 世纪8 0 年代初。近年来，国外c a p p 技术已经相当成熟，并广泛应用于模具制造业当中。c a d c a p p c a m 技术的普及率比我国高出许多1 2 8 】。虽然我国模具工业在过去1 0 多年中取得了非常可喜的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有一定的差距。例如。精密加工设备在模具加工设备中占的比例较低；c a d c a e c a m 技术的普及不理想；很多先进的模具技术应用都不够广泛，导致相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依靠进口。造成这种现象的主要原因有两个：( 1 ) 产需矛盾。工业发展水平的日益提高，工业产品更新速度不断加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了一定的发展，但无论在数量上，还是在质量上仍无法满足国内市场的需求。目前满足率只能达到6 0 以上，造成产需矛盾有所突出的原因为：一是专业化与标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作均需模具厂来完成，加工企业管理体制上的约束，造成模具生产周期长不能适应客户要求；二是设计及工艺技术相对落后，如模具c a d c a m 技术普及率不高，加工设备数控化程度较低等，也造成了模具生产周期较长，无法按时交货。( 2 ) 产品水平。衡量模具产品的水平，主要包括模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命及制造周期等，国内外模具产品水平仍有很大差距，见表1 1 、表1 2 【2 9 删。表1 1 模具制造的精度项目国外国内l注射模型腔的精度0 0 0 5 0 o l m0 0 2 0 0 5 r a m注射模r a 0 1 0 0 0 5 0 pmr a 0 2 0 u m2表面粗糙度数值( i t ll i t l 2 )( i t i o )3压铸模型腔的精度0 0 2 0 0 5 m m0 0 l 0 0 3 m m压铸模r a 0 2 0 o 1 0 l i mr a o 4 0 l i m4表面粗糙度数值( i t l o i t l l )( i t 9 )5冷冲模尺寸精度0 0 0 3 0 0 0 5 m0 0 1 一- - 0 0 2 m6第一章绪论冷冲模r a o 2 0um 以卜r a o 6 0 6 - - 0 8 0u m6表面粗糙度数值( i t i o 及以上)( i t 7 i t 8 )7锻造模0 0 2 0 0 3 r a mo 0 5 o 1 0 r a m锻造模r a o 4 0um 以下r a l 6l am8表面粗糙度数值( i t 9 及以上)( i t 7 )9级进模步距精度0 0 0 2 0 0 0 5 m0 0 0 3 o 0 1 r a m表i 2 模具的寿命项目国外国内锡、锌压铸模1 0 0 - - - - 3 0 0 万次2 0 - - 3 0 万次压铝压铸模约1 0 0 万次以上约2 0 万次铸铜压铸模约1 0 万次5 千次1 万次模黑色金属压铸模8 千次- - 2 万次1 5 0 0 次塑非淬火钢模1 0 - - - - 6 0 万次1 0 3 0 万次料模淬火钢模1 6 0 , - , - 3 0 0 万次5 0 1 0 0 万次冷合金钢模总寿命5 0 0 1 0 0 0 万次1 0 0 - , - 4 0 0 万次冲硬质合金冲模总寿命约2 亿次6 0 0 0 万次 - - 1 亿次模刃具模5 0 0 , - - 一1 0 0 0 万次刃部磨一次1 0 0 3 0 0 万次刃部磨一次锻普通的锻造模约2 5 万次8 千次1 万次造精密的锻造模l 1 5 万次3 千次8 千次模玻璃模3 0 - - - 6 0 万次1 0 3 0 万次通过表i 1 、表1 2 得知，我国模具无论在制造精度、模具的生产周期、模具的使用寿命三方面都明显落后于国外技术，可见我国模具的制造水平急需进一步提高。这就要求我国模具设计人员及工艺设计人员水平共同提高，不断地在实际工作中学习和积累，最终设计出合理的模具及其工艺路线。1 2 3 模具制造技术研究现状模具的设计与其制造是机械制造业中最为活跃的支柱产业之一。目前，我国国民经济的发展对模具制造业提出了更高的需求，模具制造业) j - r 的模具种类越来越多。但对于纯粹的模具企业而言，通常只能专注于一种或几种模具的生产，特别是当前工业发展急需的注塑模具、压铸模具、精密冲压模具和大型覆盖件冲压模具等。在如今产品竞争十分激烈的前提下，绝大部分模具企业都是按照订单来组织产品生产，产品型号的变化7哈尔滨t 程大学硕十学位论文快，要求模具设计的速度快、制造周期要短、质量要好、成本要低、售后服务同样好，因此要求模具制造企业应该具有快速响应手段，才能满足日益变化的客户需求。如何对客户的需求做出准确快速反应，缩减产品交付时间，直接关系到模具制造企业发展的前景。要想满足市场竞争对模具制造的要求，我们模具制造业不仅要依靠信息技术，还要不断提高生产规模及生产技术的水平。随着信息技术在模具制造业较为广泛的集成应用，我国模具制造业的水平和整体生产能力都会得到提高，促成模具设计的数字化、管理数字化、制造数字化、装备数字化，并促进实现模具制造的标准化与专业化。我国模具制造企业从“七五”到“九五 期间，国家在利用电子信息技术改造传统产业的方针政策指导下，在许多大中型企业开展了以c i m s 为哲理的“c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 及p d m 、m r p 一系列先进的设计、制造、管理方面的改造、应用及推广工作，形成了多种形式的单元信息化应用软件，与此同时模具工业也得n t 改造及优化【3 1 1 。在我国模具制造企业当中，c a d 技术已得到较为广泛的应用，大中型模具制造企业及大部分民营模具制造企业均已应用计算机绘图软件实现二维绘图设计，放弃了传统的手工图板，在提高绘图效率的同时，还保证了图纸质量。更先进一些的企业还应用了有限元分析软件及u g ，p r o e 等三维成型软件，进行c a d - - 维造型，为验证产品型体是否准确及实现无图化生产做了必要准备。c a m 技术在模具制造业中也已被广泛应用，将设计、工艺编制使用的计算机与生产制造车间的数控加工设备联网，实现了数据的网络传输，提高了生产效率【3 2 - 3 3 】0如今大部分企业在设计和制造中都运用了c a d 与c a m 软件，虽然软件提供了包括产品设计、实体造型、生成刀具加工轨迹仿真的功能，却都没有计算机辅助工艺设计的这个纽带，使得c a d 与c a m 之间无法进行相关联络，产生了相互脱离、彼此孤立，未能充分发挥计算机辅助系统( c a x ) 的功能，特别是模具零件的工艺设计工作，仍然有相当部分都靠工艺人员手工编制，产品的质量主要取决于工艺设计人员的已有经验。这些状态都不可避免地导致模具工艺文件的多样性、编制效率较低、质量更难保证，也无法实现设计的重复使用 3 4 - 3 5 】。目前，已有一些商品化的c a p p 软件提供了电子表格填写形式的解决方案，但是工艺设计过程与c a d 及c a m 系统还缺乏有机集成，零件信息不能达到共享，而模具零部件中经常会有复杂的曲面特征出现，工艺设计人员在进行工艺设计时有必要对加工刀具进行选择及加工余量进行确定，都需要了解更多的零件信息，很明显，目前这种电子表格式的c a p p 系统无法满足模具工艺设计的需求。此外，工艺设计还要和其它系统进行有机的集成，可为制造资源计划( m r p i i ) 系统提供所需的材料清单( b o m ) ，为产品数据管理( p d m )8第一章绪论系统来提供工艺编制文件等1 3 6 1 。根据上述分析，要想解决上述问题，就是在现有的c a d ，c a m 软件上开发一个c a p p系统达到方便、可行、实用的目的，这样就可以把c a d ，c a p p ，c a m 有机的集成起来，将工艺的设计结果放到外部数据库中，再与p d m 、m r p i i 等系统数据实现共享，从而完成加工产品成型分析、模具的图纸设计、工艺编制设计、数据管理、生产组织安排及模具制造的完全一体化。1 3 论文的主要工作内容本文研究的目的是对保持架模具的主要零件进行工艺设计与分析，使工艺的设计有效指导生产；结合模具制造的相关特点，进行c a p p 系统的需求分析与整体设计。因此，本文主要工作如下：( 1 ) 查阅国内外相关参考文献，对国内外模具制造的发展概况及现状进行分析和总结，对模具制造的工艺特点与工艺设计过程进行研究：，- ( 2 ) 绘制出所需典型保持架零件三维实体模型，并进行相应的工艺设计及分析；( 3 ) 采取面向对象的方式，分析并建立c a p p 系统的工艺信息的模型；( 4 ) 根据保持架模具制造的主要特点，在c a p p 系统中建立典型工艺库及信息检索；( 5 ) c a p p 系统的应用研究。d 9哈尔滨t 稗大学硕十学位论文第2 章模具制造工艺分析2 1 引言模具在现代化生产中，是生产各种工业产品的工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。模具制造必须朝着设计速度快、制造周期短、质量好、成本低、售后服务好的方向发展。这就要求模具制造企业具有快速响应手段，才能满足日益变化的市场需求。在模具的制造过程中，工艺设计决定了模具制造过程和制造所需要的制造资源、制造时间等，是从模具产品设计到制造转换的关键性环节，对模具产品的质量、制造成本等都具有重要的影响。模具零件工艺的可行性，对生产的影响十分大。这是因为模具零件的工艺性将直接影响到该零件的加工难易程度。通常说来，工艺性良好的零件，所需的加工设备数目相对较少，且容易加工，产品质量稳定，出现的废次品少，工艺操作相对容易，可以使技术准备工作及生产管理做到经济合理。假如所设计的零件工艺性不理想，则原材料及工时消耗必然增加，有时还会生产出不良产品。因此，要求模具零件的设计应满足工艺性要求。现代化模具的主要类型有：冲压模、锻造模、塑料模、压铸模、橡胶模、玻璃模、粉末冶金模、陶瓷模等。除部分冲模以外的上述各种模具都属于型腔模，依靠三维模具型腔使材料成型是它们共同的特征。冲压模具是对金属板材通过冲压方式，而获得合格产品的模具。冲压模具占模具总数的5 0 以上。按工艺性质划分，冲模又分为冲裁模、切料模、冲孔模、切环模、轴向压印模、折弯模、卷边模、校平模、打标记字头模、拉伸模、翻边模、铆合模、径向压印模、冲缺口模、锁球模等。按所需工序的不同，冲模又分为单一工序冲模、多任务序冲模、连续冲模、级进冲模等等。锻造模是金属在热态或冷态下进行成型时所使用模具的统称。按锻模设备的不同，锻模又分为锤用锻模、螺旋压力机专用锻模、热模锻压力机用锻模、高速锤用锻模、水压力机锻模、平锻机锻模、摆动辗压机锻模、辊锻机锻模、楔横轧机锻模等。根据用途不同，采用不同工艺，锻模又可分为预锻模具、终锻模具、挤压模具、精整模具、精锻模具、径轴向压印模、塑性锻模、冲孔模、恒温锻模等。塑料成型的工艺装备为塑料模。塑料模约占模具总数的1 3 ，还有继续上升的趋势。1 0第2 苹模具制造t 艺分析塑料模主要包括挤塑模具、压塑模具、注射模具，另外包括挤出成型模、包装聚苯乙烯泡沫塑料用的发泡成型模、吹塑模具、低发泡注射成型模具等。注射成型工艺是塑料工业中最常用的加工方法，多数塑料产品都是注射成型的，其基本加工步骤为：塑料熔融注射填充一保压一冷却一取出制品。注射模占塑料模具的5 0 以上。压铸模也称之为压铸型，为压力铸造的工艺装备。所谓压力铸造就是使液压金属在高压和高速下进行充填铸型，在高压下成型与结晶的一种特种铸造方法。粉末冶金模具用于粉末成型，粉末成型是粉末冶金的最主要工序之一。按成型工艺分类粉末冶金模具有：精整模、锻模、复压模、初压模、挤压模、热压模、松装烧结模、粉浆浇铸模等等。按模具原材料不同，可以分为橡胶模、硬质合金模、钢模、石墨模、塑料及石膏模。获得最为广泛应用的是用于压制、精整、复压和锻造的钢模与硬质合金模。模具属于边缘性学科，它不仅涉及机械设计制造、还包括塑性加工、金属材料、铸造、塑料、橡胶、玻璃等许多学科和行业。因此模具设计与制造专业技术人才的劳动有着较强的不可替代性。运用模具加工零件，其原理应建立在材料塑性变形的基础上。由于材料塑性变形通常是在高压、甚至在高温、高速度下产生的，还有产品零件的形状各异、尺寸及复杂程度均有不同，因此对模具的设计制造、模具原材料及其热处理工艺、模具的使用与维护保养等提出了一系列的要求。例如，模具设计首选要保证坯料在模腔内合理流动且能够充满模腔，才能保证加工产品质量；模具制造既要保证加工产品的精度及表面光洁度，又要提高生产效率及降低加工成本；模具原材料要保证其在高压、高温及高速下具有足够的强度、刚度、稳定性和抗热疲劳及抗磨损等一系列性能。人们在对塑性变形机理与模具技术进行了广泛研究，取得了一定程度的进展。可以通过改进原材料的成分和组织，达到提高其成形性能；研究原材料的成形性能及影响它的诸多因素，来提高工艺分析与模具设计的可靠性要求；进一步研究高效、高精度的模具制造技术与加工设备，如三坐标测量仪、n c ( 数控) 和c n c ( 计算机数控) 机床，高精度镗磨设备，机电相结合的电火花( 依靠放电腐蚀) 加工、数控线切割加工和各类特种加工已经成为现代模具加工的常用方式。高精度数控坐标磨床及数控光学曲面磨床、高精度慢走丝数控线切割机床、多功能数控铣镗加工中心等先进机床已成为关键设备。通过研究多种新型模具钢及表面热处理技术，根据不同的批量、不同材料以及不同零件形状尺寸、在不同的生产条件，研制出所需各种特殊模具结构、模具原材料及制造方法，如粉末冶金陶瓷模具、低熔点的合金模、激光切割多层组合模、等温锻造模和超塑性成型模等。哈尔滨t 释大学硕士学位论文在其设计制造方法上，现代模具中心大多采用计算机辅助设计、制造出( c a d c a m )设计过程的程序化和自动化，通过程序、模拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人与计算机自身的特点。设计人员通过数据库和计算机网络技术可以获得大量资料信息。另外在工艺设计方面，c a p p 的应用架起了设计和制造之间的重要桥梁，从而使工艺设计朝着自动化方向发展。现代模具的主要特点是：精度要求高、使用寿命长、生产效率高、型腔形状和模具结构相对复杂。( 1 ) 精度要求高。现代模具所要求的精度比传统模具至少高出一个数量级，多任务位级进模、精密塑料模、精冲模的精度已达0 0 0 3 m m 。一些精度高、没有毛刺的冲压件及精密塑料件都需要用高精度模具提供保证，特别对于那些全拼式、全互换的使用寿命长的多任务位级进模的精度要求更高。( 2 ) 使用寿命长。使用寿命长是模具保证高速冲压设备实现高效率生产的最基本条件之一。当今冲模寿命一般可达5 0 0 万次以上，硬质合金多任务位级进模最高可达6 千万次，注射模约4 0 6 0 万件，压铸模约为5 0 - - 1 0 0 万件，而传统模具的使用寿命只有现代模具的l o 一2 0 。( 3 ) 生产效率高。当代模具生产效率远远高传出统模具，其根本原因是现代模具具有多个工位、多个模腔甚至多种功能。例如，生产效率高的进级模有5 0 余个工位，橡胶鞋模具有1 8 个工位。一套多功能模具除了担负冲压成形外，还承担叠装、铆接、锁紧等多个组装任务，可以直接生产组合件。一模多腔的注射模及叠层模具可达到每模一次生产几十件产品，塑封模具每模一次生产多达数百件产品。生产塑料汽水瓶使用工位注射模，生产效率达8 0 0 0 件小时。( 4 ) 型腔形状和模具结构相对复杂。随着人们对于产品的形状与尺寸精度，整体性及生产效率要求的不断提高，使许多新材料与新工艺获得广泛应用，现代模具的结构和型腔越来越复杂。如一台大型复合材料成形模具，它结构的复杂程度超过一台精密机床的复杂程度，同时价格也会高出精密机床的价格。许多大型覆盖件成形的模具，不光型腔形状较为复杂，且模具配套性要求非常高，要求多个相关模具型腔与之匹配，传统加工方法根本达不到其对于的质量要求。现代模具工业主要有以下特点：( 1 ) 具有独立的工业体系。模具的专业化、标准化水平高，具备优质模具材料和模具标准件的生产及供应系统。模具行业目前已经成为工业体系的一个基本工业。( 2 ) 技术、人才与资本密集。模具由传统的劳动密集型产业向技术密集、人才密集、1 2第2 章模具制造t 艺分析资本密集的产业转化。技术密集主要体现在模具的c a d c a m ，然而先进的设计制造手段及设备必须有高素质的从业人员，形成人才群体。模具企业投资较大，设备先进，制造模具水平高，形成资本也密集。( 3 ) 产值非常高。先进国家的模具年总产值可以超过机床年总产值，模具行业人均产值也要高于一般工业。2 2 模具制造工艺的特点模具作为机械制造业中的一类较为特殊的产品，从制造工艺学角度进行分析，其工艺特点主要体现在以下几个方面：( 1 ) 模具在加工制造上尽量采用通用万能机床