数字化模具技术及其应用

2021.4数字化模具解决方案ProcessPlanning工艺过程设计CastingPatterns铸型PressSimulation压机模拟DieStructureDesign模具结构设计DieFaceMachining模面加工ProcessSimulation成形过程模拟

①可制造性设计〔DFM〕，即在设计时考虑和分析可制造性，保证工艺的实现；②计算机辅助工艺设计〔CAPP〕；③计算机辅助分析〔CAE〕，仿真成形工艺过程，预测和解决可能出现的缺陷和成形问题；2.可制造性设计〔DFM〕传统的产品和模具设计制造过程据统计，75%的成形缺陷和困难都是由于产品早期设计不合理造成的，而这些缺陷和困难的80%是在产品后期工艺设计和模具调试阶段才被发现和改正的。因此，应将产品设计缺陷控制在最低水平，尽量防止将设计缺陷传递到工艺和模具设计过程中。传统的产品开发过程存在的问题面向产品开发和模具设计制造全过程的仿真产品的可制造性设计，就是在产品设计阶段采用CAE方法，对产品的工艺性进行分析，同步设计同步验证，可协助产品设计师确定最正确产品设计方案，从源头上防止方向性错误，保证产品具有良好的工艺性。产品的可制造性设计，不仅可缩短产品开发周期，还可降低产品开发本钱，保证产品质量。产品设计过程中的同步可成形性验证整体成形性分析产品零件的选材优化

3.计算机辅助工艺设计〔CAPP〕

工艺设计是决定零件能否顺利成形的关键。工艺设计受到制件形状、材料和成形条件等多种因素的影响。传统的工艺设计是依靠经验的设计过程，设计可靠性差，质量难以保证。工艺设计复杂、难度大，费时费力，设计效率低。CAPP国内外研究与开展现状CAPP系统:派生式CAPP系统、创成式CAPP系统、混合式CAPP系统数值模拟在工艺设计中的应用：工艺性分析及缺陷预测、工艺参数确实定知识工程在CAPP中的应用：KBE的特点、KBE的应用、KBE在工艺设计中的应用

基于KBE的工艺设计知识工程〔KBE〕作为一种新型的智能设计方法，它通过知识驱动、繁衍和应用来解决工程问题。KBE的应用可提高工艺设计的智能化水平和设计效率。知识的获取与繁衍：知识发现、数据挖掘

知识表示与推理知识表示：产生式规那么、框架表示法、语义网络、过程表示法、面向对象表示法—混合知识表示知识的建模与推理：基于规那么的知识建模与推理、基于实例的知识建模与推理、基于模型的知识建模与推理

知识的管理：知识库的建立

基于KBE的工艺方案设计模型

产品工艺性分析工艺方案决策

工艺方案评价

冲压工艺设计实例1〕导入零件并建立工艺设计管理树2〕冲压件特征识别及参数提取3)冲压件工艺性分析及工艺特征提取4)冲压件工艺路线5)冲压方向确定

6)工艺补充面控制线和截面线模型

7)基于截面线的工艺补充面生成

8)拉深工序件〔发动机罩〕9)拉深成形数值模拟的网格模型

10)拉深成形模拟

等效拉延筋缺陷区域1缺陷区域2缺陷区域4缺陷区域34.成形过程的仿真〔CAE〕CAE〔ComputerAidedEngineering〕采用有限元、边界元、有限差分等数值计算，对产品设计、工艺设计和模具设计进行辅助分析的方法，用于仿真和分析成形过程，预测产品可能出现的问题或缺陷。CAE在冲压成形中的应用零件毛坯展开；确定修边线位置；优化成形工艺设计；预测可能出现的起皱、破裂和回弹等缺陷零件毛坯尺寸的展开优化成形工艺汽车发动机罩的工艺优化设计〔a〕拉深筋设置〔b〕FLD与WLD〔a〕厚度分布〔b〕FLD与WLD发动机罩的拉深筋优化设计——R6单筋〔a〕厚度分布〔b〕FLD与WLD

发动机罩的拉深筋优化设计——局部双筋发动机罩的工艺补充优化设计〔a〕厚度分布〔b〕FLD与WLD以CAD为核心集成系统试模数控加工模具设计成形性分析工艺辅助设计分析产品设计统一CAD环境虚拟试模5.高效率的3D模具设计模具CAD的开展2D绘图，甩图板三维设计〔参数化设计，关联设计〕3D模具设计的必要性CAD/CAPP/CAE/CAM/CAT/ERP集成的需要，统一的3维模型是数字化制造的必要条件。模具企业的几种设计模式AutoCAD概念图UG、Pro/E三维结构设计AutoCAD零件图Cimatron数控编程模式一：标准件库DXFSTEP、IGES客户确认特点：3D、2D、CAM使用不同的软件，各系之间采用中性文件进行数据交换。无论是三维还是二维，常采用一个文件来表达全套模具，没有使用装配，串行设计方式。模式一存在的主要问题UG三维概念图UG三维结构设计UG零件2D图UG数控编程模式二：标准件库客户确认主模型并行设计方法：主模型和装配的使用一副复杂模具的模架、定模、动模、滑块〔斜顶〕、2D、数控、总装配、工程文档等，可由不同的设计小组或人员分工协作，并行设计。三维模具设计需解决的问题定制化开发专用模具设计系统的工作1〕针对企业特点，做好标准化工作。2〕针对特定产品，采用模板和功能组件进行设计。3〕通过定制开发，集成企业的设计知识和设计流程，提升设计效率和设计质量。高效率3D模具设计的实现方法模块化设计的实现非相关特征相关特征过渡特征功能组件不同结构特征的处理方法例子方法相关特征拉延凸模、拉延凹模和压料圈Programming非相关特征凸模、拉延凹模和压料圈组件库+组件装配方法连接特征拉延凸模、拉延凹模和压料圈Programming+KBE功能组件导柱导套合件等组件库+组件装配方法装配体双动拉延模、单动拉延模参数化库和KBE标准件拉延凸模、拉延凹模和压料圈参数化建库整体模板的应用〔拉深模设计〕标准件设计型面简化等距面型生成曲线简化水平等距线生成Z向等距线生成曲线投影空刀面生成空刀生成侧壁设计内加强筋设计外加强筋设计模具结构初始化凸模主体设计下压料面生成凹模主体设计上压料面生成压料圈主体设计双动拉延模设计向导单动拉延模设计向导调用标准件标准件快速装配标准件尺寸修改标准件设计相关特征生成设计工具集工作局部设计凹模设计步骤1凹模片体设计工作局部2等距面生成设计工具3凹模主体设计工作局部4内加强筋设计设计工具5外加强筋设计设计工具6底板设计标准件凹模片体设计凹模主体设计凹模内加强筋设计草图画出加强筋中心线布置凹模外加强筋设计草图画出加强筋中心线布置下底板设计调入组件组件开孔〔UG〕程序自动生成图加标准件和端头总体结构

高速加工机床所谓高速主要是指高转速和高的进给速度。高速加工机床不仅具有高的主轴转速，也具有与主轴转速相匹配的高的进给速度。高速机床转速已可达10万RPM以上，在生产中应用的通常为为1.5—3.5万RPM。高速加工的优越性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，大大减少手工修磨工作量；3高外表质量，尺寸精度高、外表光洁；4快速加工电极，特别是形状复杂的或薄壁类电极。高速切削加工机床高速加工程序的编制

Delcam’sRacelineMachiningPatentedDelcamstrategyforhigh-speedroughingSmoothesoutpassesastheymoveawayfromtheformMinimisessharpdirectionchangesandsoallowsfastermachiningandlongercutterlife激光检测装置的应用可提高NC机床运转的平安性，防止由于机床位置的故障，工作装夹定位和刀具问题引起的加工质量问题。在NC机床的加工过程中，利用激光束检测工件和刀具的位置，并与