（机械制造及其自动化专业论文）铝型材挤压模具cadcapp集成系统关键技术研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 挤压模具是模具工业发展的一个重要分支，近年来受到国内外模具行业的极 大重视。随着信息技术的飞速发展，计算机辅助应用技术在挤压模具行业的应用 也越来越广泛。为了提高挤压模具的设计效率、保证模具的加工质量并降低模具 的生产成本，进行了挤压模具c a d c a p p 集成系统的开发。 论文概述了计算机辅助设计、工艺规划与制造( c a d c a p p c a m ) 技术在当 前制造业中的应用现状及其发展趋势。简要介绍了挤压模具设计与制造的基本知 识以及挤压模具技术在国内外的发展现状及其研究方向。着重探讨了挤压模具 c a d c a p p 集成系统的设计思想与实施方法。深入研究了在系统开发过程中所涉 及到的关键技术，主要包括数据库技术的实际应用方法；数据接口技术的理论分 析以及涉及到的数据交换、传递等数据接口问题的解决措施( 具体包括人机之间、 应用程序之间以及与应用程序与图形支撑软件之间的数据接口问题) ；系统集成 技术的研究等( 主要包括系统内部的挤压模具c a d 与挤压模具c a p p 之间、本系 统与支撑软件、系统软件之间的集成方法等) 。实现了挤压模具计算机辅助快速 设计，完成了挤压模具设计、制造技术信息集成，进而实现了对铝型材挤压模具 开发信息的准确、有效管理。另外，针对挤压模具加工的特殊性，设计出了一种 极具个性化的工艺卡片生成方法：即基于标准格式工艺模板调用意义上的计算机 辅助工艺卡片生成方法。同时还对需要进一步完善的c a p p 系统进行了方案规划， 并对实现完善c a d c a p p c a m 集成系统进行了技术可行性研究，最后给出了基 于产品数据管理( p d m ) 技术的系统集成方案。 在软件的实现上，基于模块化软件设计思想进行系统整体规划，采用华正 c a x a 电子图板v 2 作为支撑软件平台，应用目前应用较为普遍的v i s u a lc + + 6 0 作为系统开发的语言环境。开发完成的软件系统结构清晰易懂、操作简单方便并 且易于维护。 基于本论文的研究成果，开发完成的铝型材挤压模具c a d c a p p 集成系统已 经应用于实际生产中，取得了良好的技术经济效果。 关键词：挤压模具，二次开发，c a d c a p p ，集成系统 垂塞查堂堡主堂垡笙茎 茎塞塑至 a b s t r a c t a sa l li m p o r t a n te m b r a n c h m e n to f m o u l d i n d u s t r y , e x t r u s i o nm o u l dt e c h n o l o g yh a s b e e np a i dm u c ha t t e n t i o nb yt h ep r o f e s s i o n a li nt h ew o r l dr e c e n ty e a r s a n dw i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , i th a sb e e nm o r ea n dm o r ew i d e l yu s e di n t h ee x t r u s i o nm o d dt e r r i t o r y f o rt h es a k eo fi m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fe x t r u s i o n m o d d sd e s i g n i n ga n d m a n u f a c t u r i n ga n da c c o m p l i s ht h ea u t o m a t i z a t i o no f p r o d u c t i o n ， d e v e l o p e d e x t r u s i o nm o u l d sc a d c a p p i n t e g r a t i o ns y s t e m t h e p a p e rs u m m a r i z e dt h ea p p l y i n ga c t u a l i t ya n dd e v e l o p i n gt r e n do f 。c o m p u t e r a i d e dd e s i g np r o c e s sp l a n n i n ga n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o 舀e s ( c a o c a e e c a m ) i n m a n u f a c t u r i n g b r i e f l y i n t r o d u c e dt h eb a s i c k n o w l e d g e a b o u t d e s i g n i n g a n d m a n u f a c t u r i n ge x t r u s i o nm o u l da n dd e v e l o p i n ga c t u a l i t yo fe x t r u s i o nm o u l di n d u s t r yi n t h e w o r l d c h i e f l y d i s c u s s e d d e s i g n i n g a n da p p l y i n gm e 吐1 0 da n dt h ek e y t e c h n o l o g i e si n t h ee x t r u s i o nm o u l d sc a d c a p pi n t e g r a t e ds y s t e m m o s t l yi n c l u d i n gt h ep r a c t i c a l a p p l i a n c em e t h o d o fd a t a b a s et e c h n o l o g y , d a t a t r a n s f e r r i n gt e c h n o l o g y st h e o r ya n d t h e m e t h o do fh o wt oa c c o m p l i s ha c c u r a t e l yt r a n s f e r r i n gr e l a t e dd a t ab e t w e e no p e r a t o ra n d c o m p u t e r 、a p p l i c a t i o n s a n ds u p p o r t i n gs o f t w a r ea n d t r a n s f e r r i n g d a t a a m o n gt h e a p p l i c a t i o n sw h e nd e v e l o p i n gt h es y s t e m ，i n t e g r a t e dm e t h o do f t h ec a da n dc a p p i n s i d ec a d c a p p i n t e g r a t e ds y s t e ma b o u tt h ee x t r u s i o nm o u l da n dt h em e t h o da m o n g i n t e g r a t e ds y s t e m 、s y s t e ms o f e c c a r ea n ds u p p o r t i n gs o r w a r e a c c o m p l i s h e di n t e g r a t i n g a n de f f i c i e n t m a n a g e m e n to fa l l t h ei n f o r m a t i o nr e l a t e dt ot h em a n u f a c t u r i n ga n d d e s i g n i n ge x t r u s i o nm o d d t h es y s t e m si sa b l et oa c c o m p l i s ht h ei n d i v i d u a t i o np r o c e s s c a r db ym e a n so ft r a n s f e r r i n gt h es t a n d a r dp r o c e s sc a r d st e m p l a t ea n dc o m p l e t et h e v a c a n c yw i t h e x a c t p a r a m e t e r sa c c o r d i n gt o t h em q u i r a m e n to ft h en e wd e s i g n e d e x t r u s i o nm o u l d a tt h es a n - l et i m e ，s t u d i e dh o wt oa c c o m p l i s ht h em o r ep e r f e c ts y s t e m o fc a p pa n dr e a l i z e dm o r ee f f e c t i v ec o m p u t e ra i d e da p p l i c a t i o ni n t e g r a t e ds y s t e ma n d f i n a l l yp u tf o r w a r d ai n t e g r a t e ds c h e m eb a s e do nt h ep d m t e c h n o l o g y t h es y s t e ma d o p t e dt h ed r a w i n gs o f t w a r en a m e dc a x ae l e c t r i cb o a r dv 2a si t s s u p p o r t i n gp l a t f o r ma n du s e dp r e s e n tp o p u l a r l yu s e dv i s u a lc + + a s i t sd e v e l o p m e n t l a n g u a g e i tc o m p l i e d 、i t h t h em o d u l a r i z e dt h o u g h tw h e nw o r k e do u ta n dp u ti n p r a c t i c e o ft h ew h o l es y s t e m ，a n dw h i c hh e l p e dt h ef i n i s h e ds y s t e mh a dac l e a r 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 f r a m e w o r ka n dm a d et h es y s t e m e a s i l yu n d e r s t o o d ，s i m p l yo p e r a t e da n d m a i n t a i n e d t h ee x t r u s i o nm o u l d sc a d c a p pi n t e g r a t e d s y s t e mh a sb e e na p p l i e di nt h e p r a c t i c a lp r o d u c t i o na n dh a sh e l p e dt h ec o r p o r a t i o ng a i nf a v o r a b l et e c h n i q u ea n d e c o n o m y e f f e c t k e y w o r d s ：e x t r u s i o nm o u l d ，f a r t h e rd e v e l o p m e n t , c a d c a p e , i n t e g r a t e ds y s t e m 1 i i 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 - lc a d c a p p c a m 的发展 随着计算机技术、信息技术的迅速发展，计算机辅助应用技术( c a d 、c a p p 、 c a m 等) 在各个领域都得到了广泛的应用。由于c a d 、c a p p 、c a m 等技术具有 综合性强、高新技术含量高、见效快的优势，所以成为当今发展最快的应用技术 之一。这些技术的发展与应用从根本上改变了传统的设计、生产乃至组织模式， 对于推动现代企业的技术进步、带动整个产业结构的变革、发展高新技术、促进 增长都具有十分重要而深远的意义。因此，c a d c a p p c 舢订被评为当代杰出的十 大工程技术成就之一，世界各国也都把发展c a d c a p p c a m 技术作为自己的战 略目标。它的发展和应用已成为衡量一个国家科技进步和工业现代化水平的重要 标志之一。对于机械设计及制造领域而言，c a d c a p p c a m 技术的发展无疑是一 次革命，是一次重大的飞跃。 1 1 1c a d c a p p c j w 的基本概念 产品的开发过程一般由概念设计、详细设计、工程分析、原型制造、生产准 备、产品制造和检验装配等组成。整个过程可以划分为设计与制造两大部分，而 工艺设计则是联系设计与制造的桥梁和纽带。它不仅是制造企业生产准备的重要 环节，而且是企业各个部门产品信息的交汇中心，对于保证产品质量、缩短生产 周期、降低产品成本和提高经济效益都起着十分重要的作用。 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ：c a d ) 是指利用计算机硬、软件系 统辅助人们对产品或工程进行设计、修改及显示输出的一种设计方法。它已经发 展成一门涉及多学科的综合性应用技术，主要包括建立几何模型、工程分析、动 态模拟、自动绘图等功能。计算机辅助制造( c o m p u t e r a i d e d m a n u f h c t u r i n g ：c a m ) 一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺 过程的设计、工装设计、n c 自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等活 动。计算机辅助工艺设计( c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ：c a p p ) 是指在人和 计算机组成的系统中，以人为中心，根据产品设计数据，人机交互地或由计算机 自动地生成产品加工方法和工艺规程，也即将产品设计信息与制造环境提供的所 有可能的加工能力信息进行匹配与优化的过程。其具体内容主要包括：毛坯设计、 装夹方案设计、加工方法决策、加工顺序决策、设备与工装选择、工序工步设计、 工艺规程设计等。 1 - 1 2c a d c a p p c p 心“系统的组成与集成 ( 1 ) c a d ，c 船p c 舢系统的组成 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 圈1 1c a d c a p p i c a m 系统的基本结构 f i g 1 1 b a s i cs 仉l c n l r eo f c a d c a p p c a m s y s t e m c a d c a p p c a m 系统基本上是由硬件系统和软件系统两部分组成( 如图1 1 所示) 。 ( 2 ) c a d c a p p c a m 系统的集成 c j u ) c a p p c a m 系统集成包括三个方面：硬件集成，c a d 系统网和c a m 系 统网互联，c a p p 系统则是二者实现过程的联接纽带；信息集成，c a d c a m 系统 双向数据共享与集成，c a p p 系统则是二者数据信息的交汇中心；功能集成，指实 施产品数据管理系统( p d m s ) ，c a d c a p p c a m 集成的核心是p d m s 。通过p d m s 可以实现c a d 与c a m 的数据共享与集成，实现计算机辅助设计、工艺规划、制 造等功能的有效集成。同时也能进一步实现c a d c a p p ，c 舢与企业资源计划 ( m r p t t ) 系统间的数据共享与集成。 目前的c a d c a p p c 址t 系统大多数都停留在信息集成基础上。因此一般的 c a d c a p p c a m 集成指的是把c a d 、c a p p 、c a m 等各种功能软件有机的结合 在一起，用统一的执行程序来控制和组织各种功能软件信息的提取、转换和共享， 从而达到系统内信息的畅通和系统协调运行的目的。 1 1 。3c 气d c a p p c a m 技术的应用现状及其发展趋势 目前，在我国真正意义上的计算机辅助设计、制造( c a d 、c a m ) 集成系统 的普及率低，与发达国家有很大差距。c a d 、c a p p 、c a m 、n c 等自动化系统在 功能上相互独立，集成化程度低，这种自成一体的“孤岛型”计算机辅助应用系 统，极大地影响了从产品设计到产品制造整个生产过程的效率，并且导致企业的 硬件系统资源利用率低。 目前c a d 、c a p p 与c a m 技术的主要发展趋势归纳起来有如下几个方面： 集成化。主要包括c a d 、c a p p 、c a m 系统的过程集成、功能集成以及信 2 重庆火学硕士学位论文 i 绪论 息集成等。还包括与周边其它计算机应用系统的有效集成，如与m r pi i 系统 等系统的集成等。 智能化。即形成基于人工智能技术的专家系统。专家系统又可根据实际需 要设计成分析型决策支持系统和设计型决策支持系统。 网络化。是指针对于硬件资源而言的企业内部以及企业之间的c a d 、c a p p 与c a m 系统的集成。实现企业自身或企业间的资源共享，同时进行协同设计 与并行制造等。 总之，计算机辅助应用技术发展的主要趋势是集成化、智能化以及网络化。 最终在系统集成的基础上实现并行工程的运行环境，为实现完全意义上的计算机 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 ，e l m s ) 奠定基础。 1 2 计算机技术在挤压模具中的应用 1 2 1 挤压模具技术发展概况 近年来，随着对有色金属材料的深入研究以及机械制造技术的不断进步，铝 金属的加工技术日益成熟，铝制品的应用也越来越广泛。特别需要指出的是挤压 铝型材，挤压铝型材是指铝锭在挤压机的强大压力下，以一定的速度和温度压入 挤压模具的模腔，通过模孔和工作带调整流速后均匀挤出，雨得到的具有一定形 状、结构、强度和性能的型材。由于其具有质量轻、强度高、造型美观等优点， 近年来已在建筑、交通运输等领域得到了广泛应用。在铝型材的整个挤压成型过 程中，挤压制品的表面质量、尺寸公差和平直度等都取决于模其设计水平和制造 质量，同时模具的使用寿命又直接影响产品的成本和生产效率，因此挤压模具设 计与制造质量是决定挤压产品生产的关键环节之一，它直接关系着挤压制品的质 量，可以说是挤压工艺成败的关键。 近二三十年来挤压模具技术已经得到了各国的普遍重视，许多科学家和工程 技术人员对挤压模具技术的各个领域进行了全面系统地分析与研究。挤压模具技 术是介于压力加工和机械加工之间涉及多学科的综合性技术，其研究范围主要包 括挤压设备的结构、挤压工艺过程与工艺参数、金属塑性成型、金属在型腔中的 流动、模具材料、模具结构、模具加工与热处理方法和工艺，模具的使用与维修 等对模具质量、使用寿命、成本和挤压产品质量的影响等等。目前许多国家已经 成立或筹建挤压模具研究所、挤压模具中心、制模专业厂等，形成一支挤压模具 设计与制造的专业队伍。 传统的挤压模具设计是在预先制定好挤压工艺后再进行的。在挤压工艺制定 和挤压模具设计过程中，许多参数( 如工作带尺寸等) 无法从理论上精确确定， 设计人员在很大程度上依靠个人有限的记忆以及实践经验，凭经验公式来确定， 重庆大学硕士学位论文1 绪论 模具设计不合理的情况时有发生，由于计算机计算速度快，并且具有超强的记忆 功能，同时还能进行各方面的智能化处理，因此将计算机技术应用于挤压模具设 计与制造过程已经成为挤压模具进一步发展的必然要求。 传统的挤压模具成型过程如下：首先依靠机加工完成挤压模具基本成型，然 后上机试挤，根据试模情况再做修模处理，经过反复试模与修模，最后当金属流 出速度一致，而且挤出的型材结构尺寸满足设计要求时，模具成型过程才最终完 成。一般来说挤压模具的一次上机合格率在国内为5 0 6 0 ，国外为6 0 一7 0 。 同时随着挤压型材的大型化，对挤压模具的设计与制造要求也在不断提高，单纯 依靠反复试模与修模来实现挤压模具成型已不适应生产要求。由于大型模具的修 模难度大、工作强度高、条件恶劣，这就要求提高挤压模具的一次上机合格率。 在保证设计理论以及设计结构的准确性的前提下，提高模具制造的精度以及与设 计的符合程度、前后制作模具的同一性等。这样一来，可提高模具的制造精度、 同一性要求、减少修模量，甚至于不需要修模，从而达到提高铝挤压制品质量， 增强市场竞争力的目的。目前在制造业发达国家基本上是由加工中心来完成模具 的机械加工部分，电极的制作也是使用加工中心来完成；国内沿海经济发达地区 也正逐步推广使用加工中心进行模具的制作， 1 2 2 挤压模具c a d c a p p c a m 随着计算机技术在模具行业中的广泛应用，模具的c a d c a p p c a m 被公认 为是现代模具技术发展的一个重要方面。而作为模具行业的一个重要分支一挤压模 具的发展趋势也必将是实现计算机化、自动化。 挤压模具c a d 是指利用计算机辅助完成传统手工设计中各个环节的工作，包 括设计构思、资料查询、建立模型、讨论分析、自动绘制零件图与装配图等。此 外，设计人员还可借助计算机模拟对产品挤压成型过程进行动态模拟仿真，努力 减少花费较大的反复试挤与修模等这些传统手工设计中不可避免的工作。 挤压模具c a m 一般是指利用计算机实现图纸到产品制造全过程的直接或间 接活动。包括物质流动和信息流动的直接控制、管理和监督，也包括工艺准备、 生产作业、计划、数控程序编制等。 挤压模具c a p p 同样是c a d 与c a m 的过程联接的桥梁与纽带以及数据信息 的交汇中心，为挤压模具的设计信息与加工能力信息进行匹配与优化。 1 2 3 挤压模具c a d c a p p c a m 技术的发展趋势 由于c a d c a p p c a m 系统在挤压工模具设计与制造方面显示出一系列的优 越性，因此，近2 0 年来已引起了国内外模具行业的极大兴趣，世界各国正投入 大量的人力、物力和财力，使这一技术由开发研究进入了应用阶段。其发展趋势 是： 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 c a d c a p p c a m 系统在挤压模具设计与制造方面的应用范围和规模正在 不断扩大，普及到了所有的挤压模具设计与加工行业。 2 挤压模具c a d c a p p c a m 系统正不断朝着更合理、更高效和更经济的方 向发展。由采用大型机到采用小型机，甚至微处理机进行辅助设计和辅助制造。 目前，已设计出模具自动化与制造系统机器人的类型，解决了工艺过程设计、模 具结构和在数控机床上制造等问题。 3 挤压模具c a d c a p p c a m 系统的新软件和硬件不断出现，形成一种带有 图形处理、三维制图以及数控加工等软件组成的独立c a d c a p p c a m 系统，这 样就可从一个公共数据库得到零件图，应用有限元等技术可以得到每个零件的成 形负荷及应力。对某些简单零件的几何图形可进行计算机模拟，以求出金属流动 和充填模具的数据，一旦得到了设计者满意的零件形状，就可以利用这一几何图 形到数据库编出数控程序，从而得到数控磁带或磁盘。预计这种集成系统应用程 序将向两个主要方向发展：处理复杂零件的几何图形，如三维描述绘图及数控 加工等；设计分析的应用，如成型应力、模具中的应力及应力集中的计算、模 具弹性变形、塑性变形以及模具强度的自动校核、应力应变场和温度场的分析、 金属流动分析以及整个挤压成形过程的分析和控制等。 1 - 3 本课题的背景、目的和意义 西南铝业( 集团) 公司是一家国有大型铝制品加工企业。其挤压分厂主要承 担各种挤压铝型材的设计和加工任务，产品覆盖建筑、铁道、军用、装饰等领域， 产品品种近4 0 0 0 种。挤压分厂现有从事产品开发设计人员和模具设计人员的主要 任务是根据市场需求开发适销对路的产品。而负责挤压模具设计以及制造的技术 人员仍然沿用传统的产品开发设计手段，手工进行产品模具的开发设计以及制造 工艺的制定等工作。以前的模具开发方法是凭借设计者的经验进行模具的设计与 制造，模具开发周期长，生产效率低，设计与制模工作量大，而且质量不稳定， 反复地进行新模具的试模与修模，不但使整个挤压型材挤压加工生产耗时长、降 低效率，而且还大大浪费了工厂的生产资源，这些因素无疑会延长产品的开发周 期和增加成本，难于适应市场经济的需求。如何采取有效措施提高模具的开发速 度，降低模具的开发成本，优化模具设计制造方法，是工厂需要解决的问题之一。 根据该厂的实际情况，可以认为开发出套有效的模具开发系统软件对解决以上 实际问题具有很重大的实际意义。不但如此，随着计算机技术的飞速发展，计算 机应用于挤压模具的设计和制造已经成为最重要最有前途的发展方向之一。挤压 模具的计算机辅助设计( c a d ) 是模具优化设计的关键，是使模具设计工作由单 个的手工作业变成高效的自动化作业的有效途径之一，而且能保证设计的模具合 重庆大学硕士学位论文1 绪论 理而经济。挤压模具的计算机辅助制造( c a m ) 是将模具的加工，特别是其数控 加工、数控电火花一线切割加工、氮化处理等工序连续地进行作业，是目前最为 有效的技术之一，相信在不久的将来，挤压模具的计算机辅助设计和制造技术 ( c a d c a m ) 将在铝型材挤压产品的设计和制造中获得更为广泛的应用。就国外 铝型材挤压c a d c a m 技术的发展过程与现状来看，从2 0 世纪6 0 年代末开始起步， 到目前挤压模具c a d c 越订技术已经达到相当成熟的水平，我国也己经在该领域 取得了许多可喜的技术成果。应该说目前铝型材挤压模具计算机辅助设计与制造 c a d c a m 技术已经得到了充分的发展，并且己经走到了较为成熟的发展阶段。然 而，从对挤压模具c a d c a m 软件系统的应用情况来看，目前国内有针对性地能 够满足铝型材挤压企业实际需要的专业化计算机辅助应用集成系统的开发还很有 限，而且有关铝型材产品成本挤压模具技术信息进行系统全面的管理的专门应用 软件还几乎可以说还是一项空白，因此可以说通过本课题即挤压模具c a d c a p p 集成系统的研究与开发，不仅能够满足企业的专业化需求，还可以填补模具信息 管理这一技术领域的空白，并且还将成为挤压模具设计与制造技术领域的后续发 展的借鉴。 6 重庆大学硕士学位论文 2 系统开发 2 系统开发 2 1 挤压模具基本知识概述 2 1 1 挤压基本方法 所谓挤压，就是对放在容器( 挤压筒) 中的铸锭一端施加压力，使之通过模 孔成型的一种压力加工方法。 挤压方法有许多，并可以根据不同的特征进行分类。挤压最基本的方法是正 挤压与反挤压，如图2 1 与图2 2 所示。在正挤压时，金属的流向与挤压杆的运动 方向相同。其中最主要的特征是铸锭与挤压筒内壁有相对滑动。所以两者之间存 在着很大的外摩擦。在反挤压时，金属流动方向与挤压杆的运动方向相反。其特 点是金属与挤压筒内壁间无相对运动，继而也无外摩擦。正挤压与反挤压的不同 特点对挤压过程、产品质量和生产效率等都有极大的影响。 1 。挤压简：2 模子：3 一挤压杆；4 - 锭坯；5 - 锖4 品 图2 1 正挤压 f i g 2 1 p o s i t i v ee x t r u s i o n 1 挤压筒；2 模子；3 挤压杆：4 锭坯 5 - 制品 图2 2 反挤压 f i g 2 2 r e v e r s e de x t r u s i o n 用挤压方法生产的产品种类很多，其中大多数为实心制品，但也常常采用正挤 压方法生产空心的制品。生产管材时所用的铸锭一般为实心的，在有些情况下也 重庆大学硕士学位论文2 系统开发 用空心铸锭，这主要取决于设备结构和金属性质。 2 1 ，2 挤压模具的设计与制造 挤压模具设计是指按照挤压制品的断面形状和尺寸要求，根据相应的变形规 律与工艺特点，结合加工设备的结构，全面完成模具图纸设计的全部过程。 挤压模具制造是指用定材质的钢材准备好模坯，按照模具设计图纸，加工 制作出供生产使用的模具实体的全过程。 从模具设计与制造的专业术语可知，用于成形加工的模具必须完成设计与制 造两个阶段，它们相辅相成、缺一不可。若要模具满足加工的要求，首先必须设 计出高质量的模具图纸，在此基础上还需依赖高技术水平的制作，加工出模具实 体，这就是十分密切的内在联系。模具设计与模具制造都是专业性强、理论同实 践十分统一、技术水平较高的精细工作。为此，必须具备如下充要条件才能圆满 完成模具的设计与制造这两个过程。 ( 1 ) 模具设计 i 模具设计的充要条件 要完成模具设计，必须了解和掌握以下内容： 制品断面图纸及完整的技术条件： 挤压金属的材料成分、牌号、锭坯规格尺寸； 主设备的有关部件结构尺寸及工艺参数； 产品的技术标准、设计资料和参考资料； 供分析研究的生产工艺流程。 i i 模具设计步骤 模具设计：包括成形体设计、金属供给体设计、支承体设计。首先成形体设 计是指根据产品尺寸和工艺要求，按照国家标准和合同要求确定型材各部分公差 尺寸，根据合金特性确定收缩率，按照模具设计原理确定型腔尺寸。根据挤压简 径、模具外形确定型腔位置，再确定工作带；根据型材形状确定模孔空刀；金属 供给体的设计：不同的模具结构有不同的供给体，对平模来讲，主要是导流模的 设计或者宽展模的设计；对分流模来讲，主要是分流孔、焊合室、分流桥、引流 槽、引流孔或者保护模的设计。支承体的设计主要是模垫以及专用环的设计。 ( 2 ) 模具制造 i 模具制造的充要条件 根据模具设计图纸，要完成模具的加工制造，必须具备以下条件： 模具设计图纸及制造加工技术要求； 模具材质和规格选择适宜，并准备完备的模坯： 重庆大学硕士学位论文 2 系统开发 完成模具制作加工所需的设备与设施齐全； 记载制造过程、技术参数、质量状况、验收结果的专用卡片； 拥有加工制作水平较高的技术力量； 具有制造质量检验手段并出具合格证书。 i i 挤压模技术要求 模具的结构、形状和尺寸设计计算完毕之后，要对模具的加工质量、使用条 件提出基本要求，这些要求主要是： 有适中而均匀的硬度，模具经淬火、回火处理后，其硬度值为hr c 4 0 一5 0 ( 根据模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低) 。 有足够高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差应符合图纸的要求( 一 般按负公差制造) ，配合尺寸具有良好的互换性。 有足够高的表面粗糙度，配合表面应达r 产3 。2 1 6 “m ，工作带表面达r 。= 1 6 o 4 9 m ，表面应进行氮化处理、磷化处理或其它表面强化处理，如多元素共 渗处理及化学热处理等。 有良好的对中性、平行度、直线度和垂直度，配合面的接触率应大于8 0 。 模具无内部缺陷和表面缺陷，一般应进行超声波探伤和表面质量检查后才 能使用。 工作带变化处及模腔分流孔过渡区、焊合腔中的拐接处应圆滑均匀过渡， 不得出现棱角。 挤压模在使用中的主要精度要求： 型腔系列尺寸要求 装配后上下表面的平行度要求 ( 3 ) 挤压模具工艺思想 常见的挤压模具有平模、分流模两类。 从现有的加工手段和比较经济的加工技术出发，选用如下工艺思想：平模的 型腔系列尺寸主要是由精密加工技术，即数控线切割加工技术和电火花成型加工 技术保证；平行度由平面磨床来保证。分流模的型腔系列尺寸由精密加工技术， 即数控线切割加工技术、电火花成型加工技术以及装配加工技术，应用上下模相 对位置和型腔尺寸用塞尺、块规或套子保证型腔壁厚后，再加工外圆、止口来定 位；平行度由平面磨技术保证；其余尺寸通过普通机床加工即可保证。 2 2 系统开发 2 2 1 概述 挤压模具c a d c a p p 集成系统是在挤压铝型材产品计算机辅助设计系统开发 重庆大学硕士学位论文2 系统开发 完成并成功应用于实际生产之后，为了进一步提高企业生产的自动化程度，实现 对挤压模具设计、制造相关技术资料的信息集成，形成对挤压铝型材产品及其模 具开发的全部信息的准确、有效管理，并最终通过计算机辅助完成模具的设计、 制造等而进行的二次开发软件系统。本系统着重探讨了数据库技术的应用方法； 应用程序之间以及与图形支撑软件之间的数据交换、数据传递的过程与方法以及 系统内部c a d 与c a p p 子系统之间、c a d c a p p 集成系统本身与支撑软件系统的 集成方法等。最终实现了模具的快速设计以及模具制造工艺卡片的自动生成。 2 2 2 系统开发遵循的原则与思想 ( 1 ) 通用软件专业化思想 一般而言，计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 系统的应用领域十分广泛， 一般通用软件不可能解决所有应用领域内的各种实际问题，对于一些特定的工程 设计问题也往往无能为力。为此通常需要在支撑软件的基础上针对特定领域、特 定工程设计问题、特定产品等开发出专用的软件，即面向用户的应用软件，也称 为“二次开发”，实现通用软件的专业化。这种专业化软件一般是由软件工作者与 用户联合开发，目前我国计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 技术发展的一个重 要方面就是进行各种面向用户的应用软件的研制与开发。 目前，c a d c a m 软件开发的策略主要包括如下几种： ( 1 ) 根据一定的开发环境与工具进行某种c a d c a m 软件开发。应用该策略开 发生产的c a d c a m 软件将具有c a d c a m 软件级的自主版权。但对c a d c a m 软件开发人员的要求很高。为了提高c a d c a m 软件开发商在c a d c a m 软件产 品的t ( t i m e ：时间) 、q ( q u a l i t y ：质量) 、c ( c o s t ：成本) 、s ( s e r v i c e ：服务) 方面 的竞争能力，即保证产品上市快、质量高、成本低、服务好，开发人员也可以研 制c a d c a m 软件级的开发平台，即所谓的c a d c a m 软件开发平台，这本身 又是一个重要的课题。 ( 2 ) 基于一定的c a d c a m 系统支持环境及所提供的开发环境与工具对平台 c a d c a m 软件库中要求的某些类构件进行开发。而部分功能构件直接或间接利用 基础平台中提供的功能。利用这种策略，c a d c a m 软件开发人员无需一切从头开 始，综合应用软件重用技术的思想和方法进行开发。对于高级c a d c a m 用户， 当拥有该c a d c a m 系统支持环境及所提供的开发环境与工具的使用权后，采用 该策略是较好的策略。 在软件市场上买到的计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 软件系统，一般都 是通用系统，具有c a d c a m 的基本功能，用户常常需要针对本企业的特点对其 进行二次开发，所得到的专业化c a d c a m 系统才能真正被有效应用，从而实现软 件的最大性价比。另外，利用经过二次开发的c a d c a m 系统往往还具有见效快、 1 0 重庆大学硕士学位论文2 系统开发 易操作、效率高、便于普及等优点，较适合我国国情。 二次开发的方法 ( 1 ) 遵循系统工程的思想与方法。二次开发虽然不是从头开始，是在通用软件 的基础上，根据情况进行应用性开发，但是由于机械c a d c a m 是复杂结构，又 要开发专业应用的软件，所以必须遵循系统工程的原则，对二次开发的目标、系 统功能、结构进行详细的调查与分析，然后进行应用系统的详细设计并按实际需 要与可能组织实施，这样可以避免返工，保证系统开发、应用、维护的完整性。 ( 2 ) 制定二次开发的计划并组织实施。首先开发系统的基础模块，这不但能使 部分软件提早投入使用，也是后续系统开发的需要，而后逐步向纵深发展。 ( 3 ) 通用、基础性的数据库、图形库、方法库能从市场上或外单位引进的尽可 能引进，以缩短开发周期。 ( 4 ) 建立企业数据库、图形库时充分利用成组技术的原理与方法，按相似性实 现产品设计的标准化、规范化、模块化。 ( 5 ) 在开发过程中尽可能地应用国际标准、国家标准和行业标准。 ( 6 ) 开发与应用相结合，由于开发有一定的周期，所以必须贯彻开发一部分、 使用部分的原则，一方面使c a d c a m 系统能逐步见到实效，另一方面也考验 开发系统的实用性，发现闯题也可及时纠正。 目前，可用来开发c a d c a m 软件的环境与工具主要有如下几种： 利用第三代的高级语言进行开发，如v i s u a lc 十+ 语言、f o r t r a n 、v b 以 及其他高级语言。 利用一定的基础平台及提供的开发语言进行开发，如各种c a d c a m 系统 所带的接口语言。 利用第三代的高级语言和所选定基础平台所提供的开发语言进行开发即 所谓的混合开发环境与工具。 构造面向开发c a d c a m 软件需要的c a s e ( c o m p u t e r a i d e ds o f t w a r e e n g i n e e r i n g 计算机辅助软件工程) 环境。 但无论选择什么样的开发环境与工具，都应注意开发环境与工具的组件化、 可用户化、集成化与互操作性等。因他们是现代开放体系结构软件平台的几个重 要概念，是现代开放体系结构软件平台的不同侧面的反映。 目前，在c a d c a m 软件市场中，可供作c a d c a m 系统支持环境、并提供 开发环境与工具的c a d c a m 软件产品很多。如高档的通用c a d c a m 软件有 1 - d e a r s 、p r o e 、u g 等：中档c a d c a m 软件有s o l i d w o r ks o l i d e g e 、m d t ；国 产的金银花系统、高华三维c a d c a m ；低档但在国内外的用户量大、面广的系统 有a u t o c a d c a mf o rw l m 、开目c a d c a m 等。较新的中小型可供进行二次开发 重庆大学硕士学位论文2 系统开发 的软件系统平台还包括国产的北航华正c a x a 电子图板等。 ( 2 ) 功能扩展思想 在铝型材产品计算机辅助设计( c a d ) 系统的成功完成并应用于实际生产之 后，有效地解决了挤压铝型材产品开发过程中的许多问题，极大地提高了型材产 品开发的效率，降低了产品设计人员的劳动强度，并且通过对图纸的有效管理， 提高了企业资源的利用率。但是，该系统功能单一，仅仅实现了计算机辅助产品 设计，不能满足实现生产自动化的需要。同时因为支撑软件系统( c a x a 电子图 板v 2 ) 本身具有的良好开放性加之应用软件系统( 铝型材产品c a d 系统) 自身 具备的继承性与开放性。因此对铝型材产品c a d 系统进行功能扩展具有其在实际 生产中的必要性以及技术上的可行性。 另外，从铝型材挤压产品的挤压成型过程来看，首先由产品设计人员根据产 品研发需求或用户订单要求设计并绘制完成新产品图纸，同时确定出挤压系数， 然后将产品图纸连同确定的挤压系数一同递交给模具设计人员，由模具设计人员 根据产品图纸以及挤压系数要求，进行相应的挤压模具的结构、尺寸设计，并绘 制图纸，然后在加工车间完成模具的加工与装配，最后新模具经过反复地试挤与 修模。直到挤出的产品符合设计要求，新模具才算最后完成。因此铝型材挤压成 型的过程决定了挤压分厂实际的生产顺序，即先设计出产品再据其完成模具的设 计与制造。已经开发完成的计算机辅助产品开发系统仅仅实现了挤压成型过程中 的前半部分即产品设计阶段的计算机化。而挤压模具的设计与制造仍停留在手工 阶段，因此进行挤压模具c a d c a p p 集成系统的开发是对实现整个设计过程自动 化目标的必不可少的组成部分。 总之，对挤压模具c a d c a p p 集成系统的成功开发实现了铝型材产品挤压模 具的设计、绘图再到制模工艺卡片的制作完成这过程的计算机化、自动化，是 对原有系统的必要补充与完善。 。 ( 3 ) 模块化软件设计原则 一般而言软件设计需遵循以下基本原则。即抽象化原则、结构化原则、模块 化原则、信息隐蔽和局部化原则。其中，模块化原则是最基本的概念。所谓模块 化，是指把一个大型软件划分成若干模块，每一个模块完成一个子功能，而把这 些模块有机地组合成一个整体，就能满足对软件的总体需求。如果个大型程序 仅由一个模块组成，则该程序是很难理解的，因此，模块化的一个重要目的是为 了让每一个复杂的大型程序被人的智力所承受，这是软件应用中应具备的一个重 要属性。 采用模块化原则设计的软件，不仅结构清楚、容易阅读和理解，而且还具有 以下一些优点： 重庆大学硕士学位论文 2 系统开发 有助于提高软件的可靠性。因为程序的错误常局限在特定的模块及接口中， 测试、调试、维护都很方便。 有助于提高软件的可扩充性。仅需增添所需模块。 有助于软件开发的管理。一个复杂的大型软件总有许多程序员分工编写，难 度大的模块，由技术熟练的程序员编写。 另外，作为抽象化、结构化