擠壓模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化制造

1、1擠壓模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化制造張志豪?，謝建新（北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院，北京100083）摘要:本文介紹了基于數(shù)字仿真技術(shù)的擠壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測的實(shí)現(xiàn)方法，以及擠壓模具數(shù)字化制造的加工工藝。擠壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)的目的是提供模具的幾何、拓?fù)湫畔⒑蛿D壓成形的工藝信息，其核心技術(shù)是數(shù)字化建模與數(shù)字化仿真。數(shù)字化仿真技術(shù)在擠壓過程金屬流動行為分析、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化、型材成形質(zhì)量預(yù)測等方面已取得了良好的應(yīng)用效果。采用基于

2、仿真技術(shù)的虛擬試模方法，是實(shí)現(xiàn)擠壓模具的“零試?！庇行緩?，也是形成新設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法的重要技術(shù)手段。大量采用CNC加工、熱處理和表面處理系統(tǒng)是擠壓模具數(shù)字化制造的主要特征。實(shí)現(xiàn)CAD、CAM和CAE的有效結(jié)合，提高復(fù)雜多孔空心型材擠壓模具的制造技術(shù)水平，是我國擠壓模具數(shù)字化制造的重要發(fā)展方向。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:擠壓模具；數(shù)字化設(shè)計(jì)；CNC加工；數(shù)值模擬中圖分類號：TG375.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：DigitalDesignManuf

3、actureofExtrusionDieZhangZhihao?XieJianxin(InstitutefAdvancedMaterialsTechnology，UniversityofScienceTechnologyBeijing，Beijing100083，PRChina)Abstract:Thearticleintroducedthediedigitaldesignoptimizationproductionqualityfec

4、astofextrusiontheprocessesofdiedigitalmanufacture.Theauthspointedoutthattheaimsofthedigitaldesignofextrusiondiewereprovidinggeometrytopologyinfmationofthedieaswellastheprocessinfmationofextrusionpractice.Thecetechnologie

5、softhedigitaldesignweredigitalmodelingdigitalsimulation.Digitalsimulationwasappliedinanalyzingmetalflowingbehavisdieoptimizationproductionqualityfecastofextrusion.Usingvirtualextrusionbasedondigitalsimulationwasaneffecti

6、vewaytoachieve“withoutdietest”ofextrusiondiealsowasanimptantplatfmfdevelopingnewdesignideasmethods.ThefeatureofdigitalmanufactureofextrusiondiewasthewideapplicationofCNCprocessingheattreatmentsurfacetreatment.Improvingth

7、emanufacturelevelofextrusiondieswithcomplicatemultiificestructurethroughcombiningCADCAMCAEeffectivelywasthekeydevelopmentdirectionoftheextrusiondiedigitalmanufactureindustryatthecurrentstageofourcountry.Keywds:Extrusiond

8、ieDigitaldesignCNCprocessNumericalsimulation1前言模具設(shè)計(jì)制造是擠壓生產(chǎn)的核心技術(shù)，對于鋁合金型材擠壓，模具成本可占擠壓成本的30%~40%，對于某些鈦合金、鋼鐵材料擠壓，模具成本可達(dá)生產(chǎn)成本的50%[1]。通訊作者：張志豪，副教授，01062332253，ntzzh2279@3創(chuàng)造性、提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量以及模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。擠壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)的最終目的，除了提供模具的幾何信息與拓?fù)?/p>

9、信息外，還需提供擠壓成形的工藝信息，其核心技術(shù)是數(shù)字化建模與數(shù)字化仿真。2.1數(shù)字化建模數(shù)字化建模就是人們根據(jù)已有的草圖或形象思維，利用交互方式將物體的幾何形狀在計(jì)算機(jī)的虛擬空間中建立數(shù)字化模型（數(shù)學(xué)模型）[4]。目前，鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的數(shù)字化建模軟件有Pro／ENGINEER、UG、Solidwks等。通過對擠壓型材可擠壓性分析，結(jié)合擠壓設(shè)備、模具材料等具體條件，采用上述軟件形成模具的設(shè)計(jì)參數(shù)并生成三維模具結(jié)構(gòu)圖。例如，對于

10、圖2（a）中剖面線所示的A6005空心型材，用戶提出的焊合面位置如圖中點(diǎn)劃線所示。根據(jù)型材尺寸，選擇平面分流模進(jìn)行擠壓，擠壓筒直徑95mm，根據(jù)空心型材擠壓的一般原則，采用4個(gè)扇形分流孔，上模二維尺寸參數(shù)如圖2（a）所示。根據(jù)圖2（a）及焊合室的設(shè)計(jì)原則，在Pro／ENGINEER中生成模具三維結(jié)構(gòu)，如圖2（b）和（c）所示[5]。圖2簡單空心型材模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖[5]Fig.2Structuraldesigndrawingofaholl

11、owprofilewithsimplesection:(a)upperdieprofiledimensions(b)upperdiestructure(c)bottomdiestructure[5]圖3所示為一種復(fù)雜斷面空心型材的斷面形狀和主要尺寸，斷面面積為1435.5mm2，具有兩個(gè)型孔、一個(gè)凹槽（左側(cè)）、一個(gè)C形槽（右側(cè)），且C形槽部位壁厚大于其它部位壁厚。圖3復(fù)雜斷面空心型材形狀及尺寸[6]Fig.3Shapedimension