虚拟制造与现代模具技术

1、 虚拟制造(VM是一种新的制造技术,它以仿真技术、信息技术、虚拟现实技术为支撑,对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模,在产品设计阶段,实时、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,使得在产品设计或制造系统的物理实现之前,就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态,从而更有效、更经济、更柔性灵活地组织生产,使工厂和车间的资源得到合理配置,并使新产品一次性开发成功,以达到产品的开发周期和成本的最小化,产品设计质量的最优化和生产效率的最高化,以此可以作出前瞻性的决策来优化实施方案1。虚拟制造的主要特点有:虚拟制造不是真实的制造,而是在计算机及网络系统和相关软件系

2、统中进行的制造,其使用的制造工具不是机床等物质设备,而是计算机及网络系统和相关软件系统;虚拟制造所处理的对象是有关产品和制造系统的信息和数据,主要是产品和过程建模以及制造设备的数字化模型,而不是原材料等真实物质;虚拟制造的处理结果是全数字化产品,而不是真实的物质产品,但是它是现实物质产品的一个数字化模型,即是一个虚拟产品,是现实产品在虚拟环境下的影射,并具有现实产品所必须具有的特征和性能;企业生产经营活动是基于Internet/Intranet 的,整个虚拟制造活动具有高度的并行性,产品设计、加工过程和装配过程的仿真可以并行完成;虚拟制造可以是分布式的,完成虚拟制的人员和设备在空间上是能够相互

3、分离的,不同点的技术人员可以通过网络来协同完成同一个虚拟制造过程2。1虚拟产品和模具设计一般借助计算机进行的模具设计不能有效、合理地把产品设计、模具设计、模具制造等结合起来考虑,在实际制造过程中造成返工修改的次数多、装配性不好,在交付使用过程中则发现满足不了用户的要求,而且设计出来的模具生产灵活性差。虚拟制造技术的虚拟设计过程能够克服上述缺点,因为虚拟设计能充分利用现有的CAD 软件,基于特征设计的设计平台,较好地体现面向制造设计、面向装配设计的设计思想。在虚拟设计的过程中,可以充分利用虚拟制造、虚拟装配技术等收稿日期:2006-07-03作者简介:李和平(1963-,男,江西南昌人,副教授,

4、研究方向为模具设计与制造;电话:0796-*;E-mail :liheping630805虚拟制造与现代模具技术李和平(井冈山学院机械系,江西吉安343009摘要:阐述了虚拟制造的基本概念及其在虚拟产品和模具设计、制造、装配及调试中的应用。探讨了模具虚拟技术的发展前景。把虚拟制造技术应用在模具工业中,可以减少开发周期、提高生产效率和产品质量、降低生产成本。因此,它是模具设计与生产的重要辅助手段。关键词:虚拟制造;模具设计;模具制造中图分类号:TG241;TG315.2文献标识码:A文章编号:1001-3814(200701-0062-03Virtual Manufaturing and Mod

5、ern Die TechnologyLI He-ping(Mechanical Department,Jinggangshan College,Ji'an 343009,ChinaAbstract :The concept of virtual manufacturing,its application to virtual workpiece design,die design,die assembly and its future development are introduced.By using the technology of virtual manufacturing,

6、the developing cycle and cost can be decreased,the productivity and product quality can be improved.So it is an important method to aid die design and manufacture.Key words :virtual manufacturing;die design;die manufacture 初步的设计方案进行虚拟装配,并及早发现设计上的问题。在三维CAD基础上的虚拟设计是未来模具设计的发展方向。根据对产品的三维描述,能快速确定模具型芯、型腔及

7、凸模、凹模等主要工作零件。再从模架库中选模架,其他辅助的零件有些也可很快地从标准库中生成,从而大大缩短了虚拟设计的时间。它可以提供完整三维的产品模型数据,以适用于不同应用的要求,并根据需要将三维数据生成工程图纸,三维产品数据可以输出快速成型设备制作样品。2虚拟模具制造虚拟模具制造充分利用计算机仿真等虚拟制造技术,既对模具进行虚拟制造,也从制造的角度考察设计;既为设计的优化提供依据,也为优化制造过程提供分析和辅助工具。在虚拟模具制造过程中,模具的各个零部件的加工方法,机床、工艺参数的选用,以及加工过程中可能出现的加工缺陷等在虚拟制造过程中进行,得到的和传递的是数据信息。铣削仿真加工是目前应用最广

8、泛的加工方法之一。虚拟铣削加工将对铣削加工能够完成的各种工作,如面铣削、外形铣削、挖槽、钻孔、曲面铣削等加工形式中几何及物理因素的变化情况进行模拟与预测。铣削是模具制造中最为常用的一种加工方法,针对具有代表性的数控铣床,利用虚拟制造的优势,通过计算机技术构造一个虚拟的数控铣削加工环境,集成了铣削加工从设计到制造的全部功能。模拟过程中可观测整个刀具路径,及时发现加工中存在的问题,并加以修正,最后向数控铣床输出NC代码。3虚拟模具装配模具的零件设计再好,加工精度再高,如果难以装配,也难以实现产品的开发。模具的装配性是设计人员常易出现错误的地方,以往要到最后装配时才能发现,导致模具零件的报废和工期的

9、延误,造成巨大的经济损失和信誉损失。采用虚拟制造技术可以在设计阶段就进行验证,确保设计的正确性,避免损失。模具的虚拟装配主要包括装配过程的仿真、公差分析、装配工艺规划、动态地仿真实际零件的装配过程,并可进行大装配漫游,从而发现干涉问题。在模具装配中,通过虚拟现实技术可以直观地进行设计,避免可能出现的干涉和其他不合理问题。产品设计必须解决运动构件工作时的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查、产品动力学性能、强度、刚度等。例如,生产线上各个环节的动作协调和配合是比较复杂的,采用仿真技术,可以直观地进行配置和设计,保证工作的协调。4虚拟模具调试模具的调试主要是指虚拟模具的动作过程,对不合理

10、的地方及时反馈信息进行调整。试模是模具出厂前必须经历的一个阶段。虚拟试模是虚拟制造模具生产的产品,对于虚拟生产出的产品是否满足顾客需求予以检验,以确定模具能否投入正常生产。例如对塑料注射模具,通过虚拟注射过程检验生产出的制件是否有缺陷,浇口、浇道是否设计合理,型腔能否正常填满3,4。5模具CAD/CAE/CAM在虚拟制造技术中的应用随着CAD/CAE/CAM技术在模具工业应用范围的不断扩展,特别是模具成形过程计算机数值模拟技术的日趋成熟,国内模具加工制造已经开始由主要依赖经验指导的盲目性走向依靠科学分析的自主性。现在,虚拟制造技术的原理和方法为模具工业的发展又提供了一个有效的手段和工具,它使模

11、具行业具有了快速反应性、持续变化适应性、高质量标准的可选择性和低的费用优势,通过动态地组合各个技术实体优势,利用CAD/CAE/CAM集成技术来对整体项目提供有力的决策和技术支持,以实现全局优化,最终赢得市场。虚拟制造技术实际是CAD/CAE/CAM技术的集成和延伸,因此,模具工业今后推广应用虚拟制造技术,必须首先对当前正在应用的各种先进设计与制造技术和方法进行全面、深入的消化吸收和推广应用。目前,由于各种二维和三维CAD 软件(例如AutoCAD、UG、CATIA、Pro/E、MDT、Solid Edge等技术发展很快,功能强大且价格易于被国内厂家接受,所以CAD技术在模具企业中的应用已比较

12、广泛。CAD技术对模具的尺寸计算、几何造型,尤其是复杂零件的几何造型,已成为必不可少的工具;CAM技术在模具制造,尤其是在 (上接第61页变中成为贝氏体的核心,细化贝氏体铁素体条束和束间富碳残余奥氏体组织,加速贝氏体反应速度15。这是分级淬火优于传统的盐浴等温淬火的根本缘由。3结束语随着奥贝球铁应用领域的不断拓宽、产量增加,将促使其生产工艺得到不断改进和创新,从而使我国的ADI生产技术水平提高到新的台阶。目前ADI在全世界的发展应用相当迅速,全世界的年产量已经超过了30万吨。随着奥贝球铁在工业生产上的成功应用,正逐步形成可以直接指导生产的更加完善的理论体系,必将促进其更迅速的发展。参考文献:1

13、潘安霞.等温淬火球铁性能及其应用J.淮阴工学院学报,2004,(10:10-12.2张忠仇,李克锐,吴建基.我国等温淬火球铁的现状及前景J.铸造,2004,(2:87-92.3叶学贤.等温淬火球墨铸铁的发展及应用第三届全国等温淬火球墨铸铁(ADI技术研讨会论文集C.无锡:现代铸铁杂志社,2002.9-13.4向纲玉,余靖,龚文邦.奥贝球铁的研究发展与应用J.机械工人(热加工,2000,(4:3-5.5李可青,杨迎东,张喜,等.等温淬火球铁及其在国内开发应用前景展望J.热加工工艺,2004,(11:61-66.6刘金城.关于奥贝球铁及其微观组织术语的探讨J.现代铸铁,2002,(1:9-12.7

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15、文心.利用余热在介质中连续冷却获奥-贝型球铁J.铸造设备研究,1999,(1:8-13.11舒信福,廖丕博,丁恒敏,等.准铸态工艺对贝氏体铸铁组织和性能的影响J.铸造,1999,(1:15-19.12周世权.分级等温淬火球墨铸铁的组织与性能J.热加工工艺,1993,(5:17-19.13刘云旭.钢的等温热处理M.北京:机械工业出版社,1973.14Susil K.putatunda and Janghuai Yang.A novel processing ofaustempered ductile cast iron(ADIJ.Materials Science, 2003,426-432:9

16、13-918.15徐杨,周世康. 分级淬火奥贝球铁的组织与性能 J.中国农业大学学报,1997,(2:77-81.精密模具制造中发挥了巨大效力,模具型腔的几何数据可直接转化为刀具运动轨迹,进而生成数控(NC代码;而CAE技术(主要是模具充型和凝固过程模拟的技术在国内企业的应用还较少,仍处于理论研究和实验应用阶段,与国外的应用程度相比差距较大。这一方面是因为国外的模具充型和模拟商业软件价格十分昂贵,另一方面是由于国内还没有一个适合我国国情的、功能与国外软件相当的、实用的模具充型和凝固过程模拟软件,所以,这项工作是目前我国模具工业发展的当务之急。同时,也必须抓紧产品数据管理(PDM等软件的开发和应

17、用,加快CAD/CAE/CAM一体化技术,即共享统一的数据库。在CAD阶段建立的几何模型,可供CAE/CAM阶段使用,在CAD/CAE/CAM任一阶段修改模具数据,则所有与该对象相关数据自动更新,这些都将有助于实现模具生产过程的敏捷化和经济化以及管理和生产控制的高效化和智能化5,6。6结束语虚拟制造技术以其对整个产品生命周期全面准确的仿真和控制能力将成为21世纪制造业发展的必然趋势。虚拟制造技术应用在模具工业中,可以减少开发周期、提高生产效率和产品质量、降低生产成本。可以预见,随着我国综合国力的提高和模具设计与制造工作者的不懈努力,虚拟制造必将在我国模具工业逐步得到实施和应用,从而在整体上提高我国模具设计、制造和管理的水平。虚拟制造技术及其支撑技术的发展,必将使得整个制造业出现第二次生产方式的转变。参考文献:1邵力,钟廷修.虚拟制造及其应用J.上海交通大学学报,1999,33(