吉明亮外文翻译部分

1、图1 模具开发的并行和串行系统框图并行设计下的模具热处理摘要：传统的串行模具设计存在许多弊端。众所周知，热处理对模具是非常重要的，为了克服热处理存在的缺陷，一种新兴的、模具热处理工艺的并行设计方法得到了发展。热处理的CAD/CAE已与并行环境和已建成的相关模式融合了，这些研究将极大地提高生产效率，降低成本和保证产品的研究开发质量。关键字：模具设计，热处理，模具传统的模具设计主要是依靠经验或是半经验，是与制造工艺相脱离的过程。在设计完成之前，模具的方案通常是要经过反复多次的修改，因此，许多弊端开始出现，比如：长的开发周期，高的成本，不确定的实际效果。由于在精度，使用寿命，开发周期和成本方面的强烈

2、要求，现代模具应在设计和制造方面变得更完美。因此，越来越多先进的技术和创新得到了应用，例如，并行工程，快速成型，虚拟制造，协同设计等。 热处理相对与模具的设计，制造和装配而言是同等重要的，因为它是制造，装配和使用寿命的一个重要的影响因素。模具的设计和制造水平进步很快，但热处理工艺严重落后于设计与制造。随着模具工业的发展，热处理工艺必须保证模具具有良好加工、装配和耐磨等方面的性能。不合理的热处理会影响模具的制造（如过硬或过软）和装配。传统的热处理工艺是根据设计者的方法和性能要求来实施的，这样就很容易导致设计者与模具的热处理背道而驰，因为模具的设计者不可能完全了解热处理工艺和材料性能，相反的，对使

3、用环境和设计思想几乎不了解。这些分歧将会在很大程度上影响模具性能。因此，如果在设计早期就考虑了模具的热处理工艺，那么就可以缩短模具开发周期，降低成本，稳定模具质量，并且可以实现产品开发模式由串行设计到并行设计的升华。 并行工程以计算机集成系统为载体，在一开始，即将出现的每一个阶段和环节都得到了考虑，如制造、热处理、性能等，并被提出，以避免错误。并行模式废除了存在缺陷的串行模式，带来了一场对串行模式革命。在当前的工作中，热处理已被综合到模具的并行开发中，而且这个系统的，意义深远的研究正在如火如荼地进行。1.并行环境下的热处理 并行模式在根本上不同于串行模式（见图1 ）。对于串行模式，设计者大多只

4、考虑模具的结构和功能然而很少考虑其相应的过程，因而前面的错误很容易向后蔓延。同时，设计部门很少与装配，成本核算和营销部门沟通，这些问题必将影响模具的开发进程和市场前景。然而在并行模式下，这些部门之间的关系非常密切，相关的部门都参与到模具的开发进程中并与买方有密切的交流，这样有利于消除部门间的矛盾，提高工作效率同时降低成本。 并发过程中的热处理工艺不是在图纸和 工件做出之后才制定的，而是贯穿于整个模具设计过程，这样有利于优化热处理工艺和充分发挥材料的潜能。2.模具热处理与CAD / CAE技术的融合图2 热处理CAD/CAE与并行工程遗体化框图由图2可以看出，热处理的设计与模拟仿真过程是整个综合

5、框架的核心。在信息通过产品设计模块输入后，热处理工艺产生，通过热处理CAD和热处理CAE模块为零件图自动划分网格，模拟温度场的微观结构，分析热处理后产生的缺陷并对可能出现的（如过热，烧伤）等情况进行分析，然后根据立体成像技术再现的结果来判断是否已经制定出了最佳热处理工艺。此外，工装和夹具的CAD和CAM也融合到了这个系统中。并行工程依托一体化可以实现与其他分支机构的信息共享，此举是为了优化热处理工艺，保证工艺的可靠性。2 .1 热处理的三维模型和立体视觉技术 关于模具的材料，结构和尺寸等方面的问题通过热处理的三维模型，依据模具的外观形状都可以尽快地被发现。在模具的热处理过程中对加热条件和相变条

6、件进行建模是可行的。因为通过对相变热力学、相变动力学、相应力、热应力、传热、流体动力学等的计算，它已被突破了。例如，equiflux、局部受热情况复杂和不对称的模具的三维热传导计算模拟，以及针对微观结构变化的Marc软件模式都得到了采用。计算机可以在任何时间捕捉温度、微观结构和应力等信息并在三维耦合温度场，微观领域和应力场中全程显示它的整个变化程。如果这种特性被综合起来考虑，计算机就可以预知各部分的性能。2 .2热处理工艺的设计 由于在模具热处理过程中对强度，硬度， 表面粗糙度及变形的特殊要求的，必须选择适图3 热处理数据库当的淬火介质、淬火温度、回火温度及时间，并决定是否使用参数合适的表面淬

7、火或化学热处理。完全由计算机确定热处理的各参数是非常困难的。随着近几十年计算机技术迅速发展，大型计算的难题已被攻克，通过模拟和衡量热处理过程中的成本和所需时间，制定出最佳的热处理工艺方案并不困难。2.3热处理的数据库图3对热处理的数据库进行了描述。热处理的数据库是制定热处理工艺的基础。一般而言，热处理数据库分为材料数据库和工艺数据库，它是一种通过材料和工艺来预见其性质的必然的趋势。通过一系列的测试创建一个数据库是非常必要的，尽管建立一个特性数据库非常困难。材料数据库包括材料牌号、化学成分、性能及国内外材料牌号的对照表。工艺数据库包括热处理的标准、种类、保温时间和冷却速度。基于该数据库，可以通过

8、对标准的推测来制定热处理工艺。 2.4热处理的工装和设备在热处理工艺确定之后，工装和设备的CAD/CAE系统将设计和制造信息传递给数控装置，通过快速成型，很快就可以判断出刀具和夹具的可靠性。整个过程是通过没有人工干涉的网络来进行的。3关键技术3.1温度耦合，微观结构，应力和特性 热处理的过程是一个温度，微观结构，应力相互作用的过程，这三个因素都会影响其特性（参见图4）。在加热和冷却的过程中，当微观结构变化时将会产生热应力和相变，相变温度和微观结构，温度和微观结构和应力特性之间会发生相互作用。关于上述四个因素相互作用的研究已得到了很大的发展，但是尚未建成通用的数学模型。许多模型与实验吻合的非常好

9、，但是不能应用到实践中。大多数模型的难题已在方案分析中得到了解决，数字表示法的采用导致存在许多计算方面的错误。 尽管如此，比较经验法与定性分析法可知，热处理的计算机仿真是一个巨大的进步。3.2 模型的创建与综合图4 热处理工艺图解模具的开发过程包括设计，制造，热处理，装配，维修等等。他们必须有自己的数据库和模型，在实体关系模型中他们是同一系列的，通过创建和引用动态分析机制，我们能够达到优化设计的目的。产品模型和其他模型之间的关系已经建立，一旦单元模型发生变化，产品模型将会改变，事实上，这属于数据与模具之间的相互作用。在热处理模型集成到这个系统中之后它就不再是一个独立的单元了，而是一个在系统中与

10、其他模型关系密切的成员。通过对热处理数据库的查找、计算和推理，我们就获得了在模具几何外形、制造方法、成本和特性方面都严格限制过的热处理程序，如果其中的限制条件被违反，系统将会发出带有解释信息的警告。所有的设计单元都通过通讯网络连接起来。3.3成员间的管理与协调 模具的复杂性要求各项目团体之间密切协作。因为每一个成员都缺乏对模具开发的全面考虑，他们需要管理和协调。首先，每个项目小组应定义自己的控制条件和资源需求，并且了解整个工作过程中的需求情况，以避免冲突。第二，必须制定出开发计划和创建监督机制，及时地排除障碍，避免开发过程推迟。（续页74 ） （续第43页）灵活的管理与和谐的局面有助于信息的交流、工作效率的提高和减少冗余人员。同时也有利于激发人的创造力、平息冲突、充分利用资源。4结论（ 1 ）热处理CAD / CAE