鋁型材擠壓是指將鋁合金高溫鑄坯通入專用擠壓模具內(nèi)，在擠壓機(jī)提供的強(qiáng)大壓力作用下，按給定的速度，將鋁合金從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的鋁合金擠壓型材。鋁型材擠壓成型過(guò)程非常復(fù)雜，除了圓形和圓環(huán)形截面鋁型材的擠壓屬于二維軸對(duì)稱問(wèn)題外，一般而言，其它形狀的鋁型材擠壓屬于三維流動(dòng)大變形問(wèn)題。
因此，擠壓模具的設(shè)計(jì)制作質(zhì)量和其使用壽命就成了擠壓過(guò)程是否經(jīng)濟(jì)可行的關(guān)鍵之一。合理的設(shè)計(jì)與制造能大大延長(zhǎng)模具壽命，對(duì)于提高1生產(chǎn)效率、降低成本和能耗具有重要意義。目前，我國(guó)型材擠壓模具設(shè)計(jì)基本上還停留在傳統(tǒng)的依靠工程類比和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累上。而實(shí)際上，鋁型材斷面越復(fù)雜，其擠壓變形的不均勻性就越顯著，從而造成新設(shè)計(jì)的模具很難保證坯料一次性的均勻流出，導(dǎo)致型材因扭擰、波浪、彎曲及裂紋等缺陷而報(bào)廢，模具也極易損傷，必須經(jīng)過(guò)反復(fù)試模、修模才能投入正常使用，造成資金、人力、時(shí)間、資源等方面的浪費(fèi)。
因此，隨著鋁型材產(chǎn)品不斷向大型化、扁寬化、薄壁化、高精化、復(fù)雜化和多用途、多功能、多品種、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，改進(jìn)傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已成為當(dāng)前鋁型材工業(yè)發(fā)展的迫切需求。鋁型材擠壓模CAE技術(shù)是利用CAD中建立的擠壓產(chǎn)品模型、結(jié)合擠壓工藝與控制參數(shù)、完成其成形過(guò)程分析和相應(yīng)模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種數(shù)值技術(shù)。
具體做法為:在擠壓模初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)事先擬定的工藝試驗(yàn)方案，利用計(jì)算機(jī)仿真整個(gè)擠壓成形過(guò)程，獲得擠壓變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流速等物理量分布，以及擠壓各階段的壓力、溫度、速度等工藝參數(shù)變化情況;確定擠壓模工作帶斷面和分流孔、焊合腔、導(dǎo)流槽等模具結(jié)構(gòu)對(duì)成形鋁材流動(dòng)的影響，模具使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形、塌陷、崩刃、裂口、磨損、”粘著”和疲勞等缺陷及其位置;提出分析報(bào)告并向設(shè)計(jì)人員推薦合適的擠壓條件，設(shè)計(jì)人員再根據(jù)CAE分析結(jié)果修正模具設(shè)計(jì)方案。
經(jīng)過(guò)數(shù)次反復(fù)，直到模具設(shè)計(jì)方案滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求和產(chǎn)品質(zhì)量要求為止。這實(shí)際上是將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的”試模-修模-試模”過(guò)程轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)上完成，以部分替代模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中費(fèi)時(shí)費(fèi)事的試模工作，從而減少該階段的材料和能源消耗，降低生產(chǎn)成本，并據(jù)此設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的鋁型材擠壓模具。
雖然CAE技術(shù)已在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域得到了某些成功的應(yīng)用，但真正面向模具工程師的應(yīng)用卻很少。這主要是由于目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)鋁型材擠壓模開(kāi)發(fā)的CAE軟件，所以，當(dāng)模具工程師借助一些通用或?qū)Ｓ肅AE軟件(如ANSYS/LSDYNA、MARC/AutoForge、Deform等)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)方案和模具結(jié)構(gòu)分析時(shí)，除要求使用者具備扎實(shí)的擠壓工藝和擠壓模設(shè)計(jì)制造專業(yè)知識(shí)、熟悉擠壓模各零部件在耦合場(chǎng)環(huán)境中的工作狀況外，還要求他對(duì)數(shù)值模擬技術(shù)及相應(yīng)有限元分析方法必須有較深入的了解，這對(duì)于工作在生產(chǎn)第一線的工程技術(shù)人員而言是比較難的，這也是CAE技術(shù)在擠壓模具行業(yè)中得不到廣泛應(yīng)用的重要原因之一。
模具CAD/CAE/CAM技術(shù)具體就是模具設(shè)計(jì)人員和組織模具產(chǎn)品制造的工藝設(shè)計(jì)人員在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的輔助下，根據(jù)模具的設(shè)計(jì)和制造程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的一項(xiàng)新技術(shù)。華夏模具網(wǎng)指出，目前，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展很快，廣泛的應(yīng)用于模具生產(chǎn)企業(yè)。
采用模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是模具生產(chǎn)革命化的措施，也是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。國(guó)外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60年代，到70年代已經(jīng)研制出了模具CAD/CAM的專門(mén)系統(tǒng)，推出了面向中小型企業(yè)的CAD/CAM的商業(yè)軟件，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計(jì)和制造。
1973年，美國(guó)的DIE COMP公司率先研制成功PDDC連續(xù)模系統(tǒng)。1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業(yè)研究所研制成功AKT沖模CAD系統(tǒng)。1978年，日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室建立ME1連續(xù)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1979年，日本旭光學(xué)工業(yè)公司研究成功的沖空模和彎曲模PENTAX的CAD系統(tǒng)。
1985年，日本NISSIN精密機(jī)器公司采用了冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。到80年代末，美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具生產(chǎn)已有近50%采用了CAD/CAM技術(shù)。
近二十多年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷提升，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的CAD/CAM技術(shù)不斷創(chuàng)新、完善、逐步發(fā)展，已經(jīng)形成一個(gè)從研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造到推廣應(yīng)用和銷售服務(wù)的完整的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
國(guó)外在上世紀(jì)60年**始開(kāi)發(fā)有限元進(jìn)行軟件，1976年發(fā)行了第一套流動(dòng)分析軟件。利用CAE技術(shù)可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高模具質(zhì)量和降低成本等。目前國(guó)外的模具CAE技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完全走向?qū)嵱没A段，并取得了顯著效果。國(guó)外著名的CAE軟件有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。
Unigraphics( 簡(jiǎn)稱UG) 進(jìn)入大陸比PRO-E晚很多，但同樣是當(dāng)今世界上最先進(jìn)、面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM高端軟件。UG軟件被當(dāng)今許多世界領(lǐng)先的制造商用來(lái)從事工業(yè)設(shè)計(jì)、詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)以及工程制造等各個(gè)領(lǐng)域。如今UG在全球已擁有17000多個(gè)客戶 。UG自90 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，發(fā)展迅速，已經(jīng)成為汽車、機(jī)械、計(jì)算機(jī)及家用電器、模具設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的首選軟件。 大體有pro-engineer、UG、AUTOCAD、moldflow吧 前兩個(gè)為三維軟件，均能進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。兩者最大的區(qū)別應(yīng)該是參數(shù)化吧。 AUTOCAD用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)。 moldflow是分析軟件 ，能對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬評(píng)估以及優(yōu)化處理。減少潛在的設(shè)計(jì)失誤，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
因此，擠壓模具的設(shè)計(jì)制作質(zhì)量和其使用壽命就成了擠壓過(guò)程是否經(jīng)濟(jì)可行的關(guān)鍵之一。合理的設(shè)計(jì)與制造能大大延長(zhǎng)模具壽命，對(duì)于提高1生產(chǎn)效率、降低成本和能耗具有重要意義。目前，我國(guó)型材擠壓模具設(shè)計(jì)基本上還停留在傳統(tǒng)的依靠工程類比和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累上。而實(shí)際上，鋁型材斷面越復(fù)雜，其擠壓變形的不均勻性就越顯著，從而造成新設(shè)計(jì)的模具很難保證坯料一次性的均勻流出，導(dǎo)致型材因扭擰、波浪、彎曲及裂紋等缺陷而報(bào)廢，模具也極易損傷，必須經(jīng)過(guò)反復(fù)試模、修模才能投入正常使用，造成資金、人力、時(shí)間、資源等方面的浪費(fèi)。
因此，隨著鋁型材產(chǎn)品不斷向大型化、扁寬化、薄壁化、高精化、復(fù)雜化和多用途、多功能、多品種、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，改進(jìn)傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已成為當(dāng)前鋁型材工業(yè)發(fā)展的迫切需求。鋁型材擠壓模CAE技術(shù)是利用CAD中建立的擠壓產(chǎn)品模型、結(jié)合擠壓工藝與控制參數(shù)、完成其成形過(guò)程分析和相應(yīng)模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種數(shù)值技術(shù)。
具體做法為:在擠壓模初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)事先擬定的工藝試驗(yàn)方案，利用計(jì)算機(jī)仿真整個(gè)擠壓成形過(guò)程，獲得擠壓變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流速等物理量分布，以及擠壓各階段的壓力、溫度、速度等工藝參數(shù)變化情況;確定擠壓模工作帶斷面和分流孔、焊合腔、導(dǎo)流槽等模具結(jié)構(gòu)對(duì)成形鋁材流動(dòng)的影響，模具使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形、塌陷、崩刃、裂口、磨損、”粘著”和疲勞等缺陷及其位置;提出分析報(bào)告并向設(shè)計(jì)人員推薦合適的擠壓條件，設(shè)計(jì)人員再根據(jù)CAE分析結(jié)果修正模具設(shè)計(jì)方案。
經(jīng)過(guò)數(shù)次反復(fù)，直到模具設(shè)計(jì)方案滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求和產(chǎn)品質(zhì)量要求為止。這實(shí)際上是將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的”試模-修模-試模”過(guò)程轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)上完成，以部分替代模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中費(fèi)時(shí)費(fèi)事的試模工作，從而減少該階段的材料和能源消耗，降低生產(chǎn)成本，并據(jù)此設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的鋁型材擠壓模具。
雖然CAE技術(shù)已在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域得到了某些成功的應(yīng)用，但真正面向模具工程師的應(yīng)用卻很少。這主要是由于目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)鋁型材擠壓模開(kāi)發(fā)的CAE軟件，所以，當(dāng)模具工程師借助一些通用或?qū)Ｓ肅AE軟件(如ANSYS/LSDYNA、MARC/AutoForge、Deform等)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)方案和模具結(jié)構(gòu)分析時(shí)，除要求使用者具備扎實(shí)的擠壓工藝和擠壓模設(shè)計(jì)制造專業(yè)知識(shí)、熟悉擠壓模各零部件在耦合場(chǎng)環(huán)境中的工作狀況外，還要求他對(duì)數(shù)值模擬技術(shù)及相應(yīng)有限元分析方法必須有較深入的了解，這對(duì)于工作在生產(chǎn)第一線的工程技術(shù)人員而言是比較難的，這也是CAE技術(shù)在擠壓模具行業(yè)中得不到廣泛應(yīng)用的重要原因之一。
模具CAD/CAE/CAM技術(shù)具體就是模具設(shè)計(jì)人員和組織模具產(chǎn)品制造的工藝設(shè)計(jì)人員在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的輔助下，根據(jù)模具的設(shè)計(jì)和制造程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的一項(xiàng)新技術(shù)。華夏模具網(wǎng)指出，目前，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展很快，廣泛的應(yīng)用于模具生產(chǎn)企業(yè)。
采用模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是模具生產(chǎn)革命化的措施，也是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。國(guó)外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60年代，到70年代已經(jīng)研制出了模具CAD/CAM的專門(mén)系統(tǒng)，推出了面向中小型企業(yè)的CAD/CAM的商業(yè)軟件，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計(jì)和制造。
1973年，美國(guó)的DIE COMP公司率先研制成功PDDC連續(xù)模系統(tǒng)。1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業(yè)研究所研制成功AKT沖模CAD系統(tǒng)。1978年，日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室建立ME1連續(xù)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1979年，日本旭光學(xué)工業(yè)公司研究成功的沖空模和彎曲模PENTAX的CAD系統(tǒng)。
1985年，日本NISSIN精密機(jī)器公司采用了冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。到80年代末，美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具生產(chǎn)已有近50%采用了CAD/CAM技術(shù)。
近二十多年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷提升，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的CAD/CAM技術(shù)不斷創(chuàng)新、完善、逐步發(fā)展，已經(jīng)形成一個(gè)從研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造到推廣應(yīng)用和銷售服務(wù)的完整的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
國(guó)外在上世紀(jì)60年**始開(kāi)發(fā)有限元進(jìn)行軟件，1976年發(fā)行了第一套流動(dòng)分析軟件。利用CAE技術(shù)可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高模具質(zhì)量和降低成本等。目前國(guó)外的模具CAE技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完全走向?qū)嵱没A段，并取得了顯著效果。國(guó)外著名的CAE軟件有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。
Unigraphics( 簡(jiǎn)稱UG) 進(jìn)入大陸比PRO-E晚很多，但同樣是當(dāng)今世界上最先進(jìn)、面向制造行業(yè)的CAD/CAE/CAM高端軟件。UG軟件被當(dāng)今許多世界領(lǐng)先的制造商用來(lái)從事工業(yè)設(shè)計(jì)、詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)以及工程制造等各個(gè)領(lǐng)域。如今UG在全球已擁有17000多個(gè)客戶 。UG自90 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，發(fā)展迅速，已經(jīng)成為汽車、機(jī)械、計(jì)算機(jī)及家用電器、模具設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的首選軟件。 大體有pro-engineer、UG、AUTOCAD、moldflow吧 前兩個(gè)為三維軟件，均能進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。兩者最大的區(qū)別應(yīng)該是參數(shù)化吧。 AUTOCAD用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)。 moldflow是分析軟件 ，能對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬評(píng)估以及優(yōu)化處理。減少潛在的設(shè)計(jì)失誤，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
