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模具設計十萬個為什麼雜志

發布時間:2023-10-16 09:00:19

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第一章緒論 第一章緒論 1.1選題依據 模具在產品製造過程中占據重要地位。模具設計水平的高低,在很大程度上 決定了生產率的高低。有效的模具設計可以降低資源調整次數和調整時間,為生 產計劃與調度提供更大的優化空間,以達到提高生產效率的目的[1]。模具設計是工 裝系統的重要組成部分,它影響著產品生產的效率和質量。對模具設計進行深入 的研究有著重要意義。 模具行業是工業的基礎行業,工業的各個領域都廣泛地使用模具[2l。在電子、 汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產品中,60%一8%0的零部件都要依 靠模具成形。用模具生產零件所表現出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高 生產率和低消耗,是其他加工製造方法所不能比擬的。模具又是「效益放大器」, 用模具生產的最終產品的價值,往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生 產技術水平的高低,在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發能力, 並且己成為衡量一個國家產品製造水平高低的重要標志[3]。模具作為工業生產的基 礎工藝裝備,在國民經濟中佔有重要的地位。近10年來,模具CAD技術發展很快, 應用范圍日益擴大。模具CAD技術給模具的設計和製造提供了一個高效、經濟而 且快速的方法,大幅度地提高了模具的質量,縮短了模具的設計和製造周期,降 低了模具成本[』]。 目前國內外己經有許多模具CAD系統,這些系統雖然具有較強的分析計算能力 與圖形處理能力,可以提供互動式設計5]l。但是在這些系統中,模具設計過程主要采 用人機交互方式進行,大多數的設計是依靠操作者的設計經驗,計算機只是進行一 些規則匹配以及計算工作,而對於前人成功設計的模具不能有效的利用,造成模具 設計周期很長,成本較高,開發效率很低。 基於實例推理技術(Case一basdeReasoning,CBR)的模具設計可以使設計者利 用以往的設計經驗,通過組合、修改以往的設計方案來構造新的設計方案;同時在 現實生產中,己積累有許多模具零件的類型以及裝配關系完全相同的模具族,可 以成為新設計的基礎6]I。cRB技術拋棄了以往對抽象的知識規則的構建和演算操作, 直接藉助己有實例來解決問題,通過對舊實例的證實和修正來達到對新模具的設 計[7]。在基於實例推理系統中,以前的經驗是以實例的形式按照某種組織結構保存 於實例庫中8]t,當要解決一個新問題時,通過相關屬性採用適當的演算法檢索實例庫, 找出與新問題最相似的一個或幾個實例,再修改實例來達到對新問題的解決[9l。 在模具設計中應用CRB方法,利用計算機模具人腦在設計中的思維活動,完 成了以往由設計師完成的任務,不僅充分利用了模具專家的設計經驗,適合工程 中的實際情況,也符合人類的思維習慣。同時,用這種方法得到的模具基於以前 已經設計成功的實例,因此減少了新模具不能正常工作的可能性,並且縮短了開 發周期。 1.2模具CAD發展現狀和趨勢 1.2.1模具CA。系統國內外發展概況 模具CAD系統是隨著以D技術以及現代設計理論與方法的發展而不斷發展的, 從最初的以二維圖形技術為基礎的系統發展到了目前以三維圖形技術及特徵構型 為主要特點的階段110,川。 國外於20世紀60年代末開始模具以D研究,70年代初已投入生產中使用。 如美國Diecomp公司於1973年研製成功計算機輔助設計級進模的PDDc系統[』21。 該系統中已經包括產品圖形與材料特性的輸入:在輸入的基礎上,再進行模具結 構類型選擇,凹模排樣、凸模和其他嵌件設計;最後繪制模具總裝圖和零件圖以 及NC編程。 1978年,日本機械工程實驗室研製成沖裁級進模CAD系統,該系統由產品圖 輸入、模具類型選擇、毛坯排樣、條料排樣、凹模布置、工藝計算、繪圖等10個 模塊組成。 進入20世紀80年代隨著計算機技術的發展,使用模具CAD技術的廠家大大 增加。在彎曲成型級進模和汽車覆蓋件模具CAD系統中,應用了塑性成形模擬技 術。代表是日本日立公司於1982年研製成彎曲級進模以D/以M系統,採用人工與 計算機設計相結合的批處理方式。 20世紀90年代出現了許多商品化CAD/CAM系統如Pro/E,SolidWorks等。 由於我國計算機技術發展較晚,20世紀80年代才開始模具CAD研究。華中科技大 學、機電研究院、上海交通大學等單位相繼展開沖裁模系統的研究。20世紀90年 代中期,華中科技大學的基於特徵的設計的級進模CAD系統是這個時期的代表產 口 口口。 1.2.2模具CAO的發展趨勢 近年來,全球製造業正向亞太地區轉移,我國正成為世界製造業的重要基地 [3]l。製造業模式的變化,必將產生對新技術的需求,也必將推動CAD技術的發展; 網路技術應用的普及將在更大程度上改變我們的生活,改變製造業的模式。隨著 我國加入WTO,要求我們的產品要有創新性,並且具有更高的質量、更低的成本, 並在更快的時間內提供給用戶[4l1。作為產品製造的重要工藝裝備,國民經濟的基 礎工業之一的模具工業將直面競爭的第一線。模具工業除需要「高技藝」的從業 人員外,還需要更多的「高技術」來保證。 (1)協同創新設計將成為模具設計的主要方向 製造業垂直整合的模式使得世界范圍內產品銷售、產品設計、產品生產和模 具製造分工更明確。為了縮短產品上市周期,使模具設計充分理解產品設計的意 圖,在產品的設計階段,模具設計也同時開始,產品設計工程師和模具設計工程 師需盡早進入協同設計狀態。另外,模具製造商需要的模具標准件一般都由模具 標准件廠提供,最好在模具設計階段就參照各類標准,充分利用模具標准件廠提 供的數據進行設計。由於在製造流程中各個環節所採用的CAD系統不一定相同, 這就要求以D系統要具備協同的能力,能夠隨時交換上下游的數據,能夠處理彼 此的數據,數據產生及處理標准化。 目前,模具製造商己經較廣泛地採用數控加工技術。為了保證加工質量、提 高加工效率、改進製造流程,相當一部分的模具製造商開始使用多坐標數控加工、 高速銑削加工以及基於快速原型的模具製造等方法。因為製造設備的豐富,製造 信息的增加,今後的製造信息將不僅僅是數控編程加工的代碼,更重要的是,從 設計開始就考慮製造過程,即提供模具製造的工藝流程,其中不僅包含工藝表格、 加工參數,還包括模具加工的夾具設計、加工的裝夾過程及各工序的代碼。各工 序過程均進行模擬,並利用網路實現共享。 (2)模具CAD技術的ASP模式將成為發展方向 今天的模具行業己經成為高技術密集的行業。任何一個企業,要掌握全部先 進的技術,成本都將非常高昂,要培養並且留住掌握這些技術的人才也會非常困 難。於是,模具CAD的APS模式就應運而生了,即由擁有各種專門技術的應用服 務單位為模具企業提供技術服務。這樣整個社會就形成了一個大的模具製造企業, 按照價值鏈和製造流程分工,將製造資源最優發揮。應用服務包括如、快速原型 製造、數控加工外包、模具設計、模具成型過程分析等。 近20年來,由於不斷採用新技術,製造模具已經遠不是人們印象中的「手工 作坊」了。 2.3模具CAO系統的特點和優越性 (1)模具設計的特點 與傳統的單個零件的設計不同,模具是多個零件的裝配體,模具設計是一個 極為復雜的過程,包括產品建模、工藝性分析、制定模具方案、選擇模架、模具 總裝圖設計、工作部件設計、輔助裝置設計和零件詳細設計等部分,要求最終能 夠生成總裝圖、部裝圖及模具零件圖.模具造型的特殊性有以下幾點: a.大多數模具是進行復雜零件加工的,模具造型較復雜。 b,一般模具加工零件的工序比較少,大部分是一次成型,所以模具的外形必 須要有加工零件的所有細節描述。 C.模具設計的反復機率高,所以模具CAD幾何模型應能反復更新並能及時修 復。 (2)模具cAD的造型特點[4] 模具CAD造型技術是精確造型技術,可分為實體造型和曲面造型: a.實體造型技術對於結構簡單的模具來說己經能夠滿足設計要求,但對於結構 復雜、細節描述精度要求高的零件來說就顯得不夠,如在拔模面、面圓角過渡、 型腔設計上受到了一定的限制。 b.曲面造型技術是由不同的曲面構造特徵,產生光順的曲面模型。主要包括多 曲面的等變圓角過渡處理技術、曲面自動修剪技術、曲面編輯、曲面分析技術和 光順處理等核心技術,它能輔助實體造型技術完成模具設計中所有細節描述的設 計。曲面造型技術適合於外形復雜和細節描述精度要求高的產品的模具設計。 (3)模具CAD的優越性[』「} 模具CAD的優越性賦予了它無限的生命力,使其得以迅速發展和廣泛應用。 無論是在提高生產率、改善質量方面,還是在降低成本、減輕勞動強度方面,以D 技術的優越性是傳統的模具設計方法所不能比擬的。 a.ACD可提高模具設計質量。在計算機系統內存儲了各有關專業的綜合性的 技術知識,為模具的設計和工藝的制定提供了科學的依據。計算機與設計人員交 互作用,有利於發揮人一機各自的特長,使模具設計和製造工藝更加合理化。 b.CAD可以節省時間,提高生產率。設計計算和圖樣繪制的自動化大大縮短 了設計時間。質量提高,可靠性增強,裝修時間明顯減少,模具的交貨時間大大 縮短。 c.CAD可以較大幅度地降低成本。計算機的高速運行和自動繪圖大大節省了勞 動力。優化設計帶來了原材料的節省。 d.CAD技術將技術人員從繁冗的計算繪圖中解放出來,從事其他創造性的勞 動。 1.3論文的研究內容 系統地提出基於實例推理的模具設計的理論與方法,對CRB技術在模具設計 上的應用進行了深入的研究。在理論研究的基礎上,開發了基於實例推理的模具 設計系統,有力地證實了應用CRB技術可以提高模具設計效率。本文研究內容主 要包括: 第一章緒論:概述了論文的研究意義,介紹了課題的來源與選題背景,簡要 的描述了CRB技術在模具設計中的應用,研究了模具CAD的國內外概況和發展趨 勢。 第二章模具CAD系統總體設計:主要包括對模具CAD的流程分析,系統需求 分析,以及體系結構的定製和功能模塊的劃分。 第三章基於實例推理的關鍵技術:描述了基於實例推理技術,詳細介紹了實 例的表示,實例的檢索策略以及實例的存儲等一些關鍵技術。 第四章基於實例的模具設計:介紹了模具實例的表示內容以及方法,並對模 具實例的存儲於檢索提出了方案。 第五章原型系統開發:介紹了UG開發平台和開發工具,對系統業務流程進 行了描述。 第六章結論與展望。對本文的研究內容進行總結和展望

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