1 引言
由我院與中南大學(xué)、 云南鋁業(yè)股份有限公司合作完成的省院校、 企業(yè)科技合作項目“ 型材擠壓模具
CAE技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用及提高模具質(zhì)量和使用壽命的研究 ” 。項目由擠壓模具設(shè)計與制造 (CAD)、 擠壓
模具數(shù)據(jù)庫的建立、 擠壓過程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化(CAE)、 生產(chǎn)試模驗證及提高擠壓模具使用壽命研
究等分項目組成。其中擠壓模具數(shù)據(jù)庫的建立分項目的實施成果包括:一套名為“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計
及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ” 的單機版的原型系統(tǒng) (配用:數(shù)據(jù)庫表、 圖片集、 測試分析大綱及測試分析報告和使
用手冊 ) ,配套型材和工模具產(chǎn)品的三維模型庫和工程圖形庫。該系統(tǒng)基于 Visual Basic 6 . 0和 Access
97研發(fā) ,其中的模具設(shè)計模塊為在 Aut oCAD 2005的VBA內(nèi)研發(fā)調(diào)試無誤后 ,經(jīng)導(dǎo)出移植到系統(tǒng)內(nèi)。通
過該子項目的實施初步建立了鋁型材及其工模具的工程數(shù)據(jù)庫 ,初步實現(xiàn)了擠壓模具設(shè)計與制造的標
準化和規(guī)?；?。該項目填補了云南省在鋁型材擠壓模具設(shè)計與制造方面的空白 , 并為在云南省建立模
具研發(fā)中心和一條可年產(chǎn) 1～2萬套擠壓模具的規(guī)模化生產(chǎn)線打下了技術(shù)基礎(chǔ)。
2 系統(tǒng)的主要功能
2 . 1 系統(tǒng)管理功能
登錄身份預(yù)設(shè)有:系統(tǒng)管理員與普通用戶。由[系統(tǒng) ]各子菜單項完成:更改登錄用戶名和密碼,(系統(tǒng)管理員 )恢復(fù)普通用戶初始密碼 ,文件備份與
打印 ,注銷等。
2 . 2 工模具初步設(shè)計功能
由 [設(shè)計 ]各子菜單項完成:型材可擠壓性分析、平面導(dǎo)流模工模具設(shè)計參數(shù)分析、 平面分流組合模
工模具設(shè)計參數(shù)分析、 平面導(dǎo)流模工模具強度校核、平面分流組合模工模具強度校核、 擠壓力校核和平
面分流組合模工模具設(shè)計。系統(tǒng)將模具設(shè)計與制造的最新理論、 方法和技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)經(jīng)驗、 數(shù)據(jù)等作為
相關(guān)的分析、 校核和設(shè)計準則。整個設(shè)計流程為:型材可擠壓性分析 (注:含分析準則、 過程與結(jié)論 ) →選擇擠壓設(shè)備、 擠壓力校核
(注:含校核準則、 過程與結(jié)論 ) → 工模具設(shè)計參數(shù)分析 (注:含分析準則、 過程與結(jié)論 ) → 模具設(shè)計 →工模
具強度校核 (注:含校核準則、 過程與結(jié)論 )。其中 ,通過平面分流組合模工模具設(shè)計模塊 ,系
統(tǒng)以向?qū)问揭来未蜷_系列窗口 ,通過在該窗口及Aut oCAD內(nèi)實時的人機交互完成設(shè)計各流程。
具體的流程和功能如下:
具體的流程和功能如下:
⑴在圖 1所示的《選取型材斷面圖形 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:用戶選取所需的型
材圖形文件 ( 3 . dwg) →系統(tǒng)啟動 Aut oCAD,以只讀方式打開該圖形文件 → 用戶選取型材斷面圖形對象
(注:需可構(gòu)成封閉的型材斷面 ) →系統(tǒng)僅保留型材斷面圖形。
圖 1 選取型材文件
(注:圖 1～6中均以 1633b型材所用的模具設(shè)計流程為例)
⑵在圖 2所示的《輸入擠壓筒和上下模的尺寸
并選取?？椎牟贾梅绞?》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:顯示型材斷面主要參數(shù)數(shù)據(jù)、 輸入擠壓
筒內(nèi)徑和上下模的外徑并選取?？椎牟贾梅绞?(將型材斷面質(zhì)心 /外接圓中心置于模具中心 ) →系統(tǒng)繪
制出上模圖形。
圖 2 輸入擠壓筒和模具和尺寸并選取?？椎牟贾梅绞舰窃趫D 3所示的《分流孔和分流橋設(shè)計 》 窗口
及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:輸入分流孔數(shù)目、分流比、 分流孔中心圓直徑 /分流橋?qū)挾?,選取分流
孔形狀 (扇形 /圓形 ) →系統(tǒng)自動在上模圖形內(nèi)繪制出分流孔和分流橋。若對設(shè)計結(jié)果不滿意 ,則系統(tǒng)
將分流孔和分流橋圖形刪除并返回《分流孔和分流橋設(shè)計 》 窗口。
圖 3 分流孔和分流橋設(shè)計
⑷在圖 4所示的《?？壮叽绾秃负鲜以O(shè)計 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內(nèi)完成:輸入模孔尺寸
經(jīng)驗公式系數(shù)、 焊合室直徑和下模模心到橋墩的距離 → 系統(tǒng)自動繪制出下模圖形。若對設(shè)計結(jié)果不滿
意 ,則系統(tǒng)將下模圖形刪除并返回《?？壮叽绾秃负鲜以O(shè)計 》 窗口。
最終的設(shè)計結(jié)果如圖 5所示:
圖 4 ?？壮叽绾秃负鲜以O(shè)計
圖 5 最終的設(shè)計結(jié)果 (設(shè)計方案一 )
設(shè)計方案二: 1633b型材所用模具設(shè)計實例內(nèi)參數(shù)及選項設(shè)置為:將型材斷面質(zhì)心置于模具中心 ,分
流孔形狀:圓形 ,圓形分流孔中心圓直徑: 108,分流比 20,分流孔數(shù)目: 6,其余設(shè)置同設(shè)計方案一 ,最終
的設(shè)計結(jié)果如圖 6所示:。
圖 6 最終的設(shè)計結(jié)果 (設(shè)計方案二 )
2 . 3 圖檔和云圖瀏覽功能
由 [圖檔 ]各子菜單項完成:型材、 平面導(dǎo)流模工模具和平面分流組合模工模具相關(guān)圖檔的分類瀏
覽 ,以及經(jīng) CAE分析的典型模具產(chǎn)品的云圖瀏覽。
2 . 4 數(shù)據(jù)庫管理功能
由 [查詢 ]和 [維護 ] / [瀏覽 ] (注:分別對應(yīng)以系
統(tǒng)管理員 /普通用戶身份登錄 )各子菜單項完成:型材、 平面導(dǎo)流模工模具、 平面分流組合模工模具和工鋁合金的材料檢驗標準有很多，我給你了些看看，不知道是不是你要的。網(wǎng)站與論壇里都有很多標準規(guī)范。GB 5237.1-2004 標準名稱:鋁合金建筑型材 第1部分：基材，GB 5237.2-2004 標準名稱:鋁合金建筑型材 第2部分：陽極氧化、著色型材，GB 5237.3-2004 鋁合金建筑型材 第3部分：電泳涂漆型材，HB 5060-1977 鋁及鋁合金化學(xué)氧化膜層質(zhì)量檢驗
模具管理 (含工模具入庫登記庫、 工模具使用及修理庫和工模具報廢登記庫 )數(shù)據(jù)庫的查詢和維護 (注:
指添加、 修改和刪除 ) /瀏覽功能 ,型材、 模具數(shù)據(jù)庫當前記錄的輔助參數(shù) (注:含公式計算 )瀏覽功能。
2 . 5 圖形處理、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能 (配用 )
由 Pr o /E等完成三維建模 ,由 InterCAD等完成工程圖 ,由 DEFORM - 3D和 MSC. SuperForge完成工
模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并將最終結(jié)果經(jīng)提取后作為系統(tǒng)的圖形庫、 圖片集、 云圖集資源。
3 系統(tǒng)建造的關(guān)鍵技術(shù)及解決措施
3 . 1 將在 Aut oCAD VBA內(nèi)研發(fā)調(diào)試無誤后的模具設(shè)計界面及代碼移植到主程序內(nèi) ,并使用 COM技
術(shù) ,在 VB中直接操作 Aut oCAD,實現(xiàn) VB程序與 Au2t oCAD圖形的通訊。
解決措施:
⑴首先用 Aut oCAD VBA研發(fā)出模具設(shè)計模塊,經(jīng)調(diào)試無誤并用數(shù)據(jù)庫內(nèi)的記錄及其配用的工程圖形庫
為實例驗證后,命名為“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計系統(tǒng) ”(注: 3 . dvb) ,既可單獨使用,又可將該模塊集成到主系
統(tǒng)內(nèi)。方法:從其工程管理資源器內(nèi),將相當窗體、 模塊分別導(dǎo)出為同名的. fr m、 . bas格式,再將這些導(dǎo)出文件
添加到 VB的當前工程內(nèi) (注: 3 . vbp)。
⑵在 VB的當前工程內(nèi) ,在 [工程 ( P) ] | [引用
(R) ?]菜單項所打開的《引用 》 窗口內(nèi) ,從可用的引用列表中選中 [Aut oCAD 2005 Type Library]選項。
⑶在 VB的當前工程內(nèi) ,將連接 Aut oCAD應(yīng)用程序和 Aut oCAD圖形的代碼添加到模具設(shè)計菜單項
首先調(diào)用到的模塊內(nèi)。
關(guān)鍵的源代碼段如下:
’ 連接至 Aut oCAD應(yīng)用程序 (注:指啟動 Aut oCAD)
Di m acadApp AsAcadApp licati on Set acadApp =
Get Object ( ,“Aut oCAD. App licati on . 16” ) ’獲取對
ActiveX對象的引用 I f Err Then
Err . Clear
Set acadApp =CreateObject (“Aut oCAD. App lica2
ti on . 16” ) ’創(chuàng)建對 ActiveX對象的引用
I f Err ThenMsg Box Err . Descri p ti on: Exit Sub
End I f
’連接至 Aut oCAD圖形 (注:指打開 Aut oCAD圖形)
Di m acadDoc As AcadDocument
Set acadDoc = acadApp. ActiveDocument
3 . 2 在模具設(shè)計模塊內(nèi):
⑴使用選擇集和過濾規(guī)則 ,實現(xiàn)僅可從型材圖形屏幕拾取到有效的型材斷面圖形對象 ,有效的對
象類型包括: L ine、 Circle、 Arc、 Elli p se、 Mline、 LWPoly2line、 Sp line和 Regi on。
⑵將選取集導(dǎo)出 ( Export方法 →3 . wmf) →刪除圖形中全部對象 →再將該導(dǎo)出項導(dǎo)入 ( I mport方
法 )并作為塊 B l ock炸開 ( Exp l ode方法 ) ,實現(xiàn)圖形中僅保留型材斷面圖形對象。
⑶用全部型材斷面對象創(chuàng)建并僅保留面域集 ,遍歷獲得面積最大的面域并用它減去 ( acSubtrac2
ti on)其它面域 ,用最終面域的 Area和 Centroid屬性獲得型材斷面的面積和質(zhì)心。
⑷遍歷全部型材斷面對象 ,使用 Get Bounding2Box方法獲得其極左 /右 /上 /下點 ,進而獲得型材斷
面的 (橫向 )總長和 (縱向 )總寬。通過由任意三個極值點作圓法 (注:若可用 ) ,獲得最大的外接圓 ,將
該圓作為型材外接圓 ,從而獲取型材外接圓的圓心坐標和直徑。
⑸通過編程繪制單個扇形分流孔 ,將該孔組成元素轉(zhuǎn)換為面域 ,獲得該孔面積 ,進而獲得分流孔的
總面積以及由分流比 K的定義公式求解出的實際值K’ , 比較 K’ 與輸入值 K” ,迭代 (K’ ≤ K” )地求解
并繪制出最優(yōu)的扇形分流孔圖形。由分流比的定義公式求解并繪制出圓形分流孔圖形。故實際繪制的
分流孔 ,其分流比的實際值與輸入值間的誤差較小。
⑹將先前獲得的型材斷面面積最大的面域的組成元素 ,作為下模?？讏D形 ,并用經(jīng)驗設(shè)計公式將
下模模孔圖形放大 ( ScaleEntity方法 ) ,從而完成下模?？椎脑O(shè)計。
4 系統(tǒng)的主要特點
4 . 1 功能性與集成性
系統(tǒng)可實現(xiàn)鋁型材擠壓工模具的初步設(shè)計、 數(shù)據(jù)庫管理、 圖檔和云圖瀏覽、 工模具生命周期管理
(注:指從入庫到報廢全程 )等功能。系統(tǒng)功能強且集成度高。
4 . 2 工程性
數(shù)據(jù)庫表、 三維模型庫和工程圖形庫內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均來源于項目合作各方以及一些型材生產(chǎn)廠
家、 模具使用廠家、 模具設(shè)計和制作廠家的實際產(chǎn)品和工模具管理。字段覆蓋了型材參數(shù)、 擠壓設(shè)備及
工藝參數(shù)、 坯料參數(shù)和工模具參數(shù) ,以及工模具管理的整個生命周期。參數(shù)完整全面且分類管理 ,字段
總數(shù)達 200多個。系統(tǒng)可直接實現(xiàn)模具的初步設(shè)計 ,并用平面分流組合模數(shù)據(jù)庫表內(nèi)的全部記錄作
為實例驗證。系統(tǒng)及其配用的數(shù)據(jù)庫、 三維模型庫和工程圖形庫的工程價值均很高。
4 . 3 智能性
在 [設(shè)計 ]各子菜單項激活的窗口內(nèi) ,根據(jù)用戶選取的選項值和輸入的參數(shù)值 ,智能地分析并給出
分析結(jié)果 ,若分析結(jié)果系統(tǒng)判斷為不理想 ,系統(tǒng)給出具體的失敗原因提示及處理建議 (注:若有 )。在與
Aut oCAD的交互中自動識別并拾取有效的型材斷面圖形對象 ,系統(tǒng)設(shè)計出的上下模圖形不會重疊等。
4 . 4 穩(wěn)定性
在數(shù)據(jù)庫文件名、 表名未找到、 數(shù)據(jù)庫表為空、 輸入的數(shù)據(jù)類型出錯、 數(shù)據(jù)出界,與 Aut oCAD的交互中
用戶操作無效等特定條件下軟件均自動識別并反饋。
4 . 5 成長性
系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)功能 ,數(shù)據(jù)庫記錄及配套的圖片庫、 三維模型庫、 工程圖形庫等內(nèi)容均可不斷擴
充。系統(tǒng)可根據(jù)需要添加其它功能 ,如:平面導(dǎo)流模工模具設(shè)計模塊等。
5 項目組織與實施過程
5 . 1 擠壓模具設(shè)計與制造 (CAD)分項
完成了 21個型材產(chǎn)品、 11個平面導(dǎo)流模模子和模墊產(chǎn)品、 10個平面分流組合模上下模產(chǎn)品的三維建模
和工程圖紙設(shè)計,編寫了《 擠壓模具 CAD設(shè)計報告》 。
5 . 2 擠壓模具數(shù)據(jù)庫的建立分項
5 . 2 擠壓模具數(shù)據(jù)庫的建立分項
完成了“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ” 及其配用數(shù)據(jù)庫、 圖檔等的研發(fā) ,另將該系統(tǒng)按
功能拆分為“ 鋁型材擠壓模具設(shè)計系統(tǒng) ” 和“鋁型材擠壓模具數(shù)據(jù)庫及圖檔管理系統(tǒng) ” ,編寫了相關(guān)的測
試大綱、 測試分析報告、 使用手冊和《擠壓模具數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立和使用報告 》 。
5 . 3 擠壓過程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化 (CAE)分項完成了 1個典型的平面導(dǎo)流模模子和模墊產(chǎn)品
(注:型材壁厚為 1mm,擠壓比達 127)的擠壓過程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化 (使用 Deform - 3D軟件 ) , 1個典
型的平面分流組合模上下模產(chǎn)品的擠壓過程數(shù)值模擬分析和優(yōu)化 (使用 MSC. Sur perForge軟件 ) ,它們均
為當前鋁型材廠中成模前試模次數(shù)較多、 擠壓成形較困難的典型模具產(chǎn)品。在 Gleeble - 1500熱力模
擬試驗機上進行了較系統(tǒng)的熱壓縮實驗 ,獲得了6063應(yīng)力、 應(yīng)變與溫度的本構(gòu)關(guān)系。實現(xiàn)了將 BP
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法應(yīng)用于型材擠壓模具參數(shù)的多因素優(yōu)化設(shè)計。編寫了《6063鋁合金熱力模擬實驗
與分析報告》 、 《鋁型材擠壓數(shù)值模擬報告 》 和《基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的建立與應(yīng)
用報告 》 。
5 . 4 生產(chǎn)試模驗證分項
完成了按經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后的模具圖紙實際制作平面分流組合模具 5付 ,平面導(dǎo)流模 3付。
上述模具一次試模成功率達到 80%以上并投入了正常使用 ,擠壓型材尺寸精度達到國家標準
GB5237—2000,數(shù)值模擬得到的擠壓力與實際上機擠壓測試得到的擠壓力誤差在 ± 15%以內(nèi)。編寫了
《鋁型材擠壓模試模和試驗報告 》 。
5 . 5 提高擠壓模具使用壽命研究分項
完成了通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝的優(yōu)化及模具材料性能的改進,結(jié)合經(jīng)過實驗研究獲得的常用擠壓模
具材料 H13鋼較佳的熱處理工藝 ,使擠壓模具的使用壽命得到提高 ,使用壽命在 5 t基礎(chǔ)上提高到 6 t,
使模具損耗降低到型材生產(chǎn)總成本的 20%以下。編寫了《提高擠壓模具使用壽命的研究報告 》 。
5 . 6 進行專題講座
項目開展過程中 ,進行四次共 150學(xué)時以上的擠壓理論與模具設(shè)計專題講座。
6 對項目的展望
項目組探索并經(jīng)試用證實 ,可用以下方法、 軟件來提升系統(tǒng)的集成度。
a) 應(yīng)用 Pr o /Toolkit進行 Pr o /E二次開發(fā)。
b) 應(yīng)用 Pr o / Intralink、 PTC /Windchill實現(xiàn) Pro /
E內(nèi)部產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 ( PDM)。
c) 應(yīng)用 Aut omati on Gateway實現(xiàn) VB與 Pro /E通訊。
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
鋁型材廠擠壓模具設(shè)計、維護、保養(yǎng)及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)PDF清晰版文檔下載：
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
參考文獻
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[ 2 ]李積彬,等.鋁型材擠壓模具 3D設(shè)計 CAD /CAE實用技術(shù).冶金工業(yè)出版社, 2003.
[ 3 ]謝建新,等.金屬擠壓理論與技術(shù).冶金工業(yè)出版社, 2002.
[ 4 ]張帆,等. Aut oCAD VBA開發(fā)精彩實例教程.清華大學(xué)出版社, 2004 .
[ 5 ]魏源源,等. Visual Basic 6. 0中文版程序設(shè)計教程. 電子工業(yè)出版社, 1998.[ 6 ]姚巍. Visual Basic數(shù)據(jù)庫開發(fā)及工程實例.人民郵電出版社, 2003