面向热处理模具并行设计

面向热处理模具并行设计,面向,热处理,模具,并行,设计 面向热处理模具并行设计 LI Xiong , ZHANG Hong-bing, RUAN Xue-yu, LUO Zhong-hua , ZHANG Yan 王诚城译 摘要：属于串行方式存在的传统模具设计存在一些弊端。众所周知，热处理对模具是非常重要的。一种热模具的处理和模具并行设计是为了克服热处理工艺过程中存在的缺陷。热处理CAD / CAE技术是同时通过结合各种情况和有关模型建立起来的。这些研究可以显着提高效率、降低成本、确保公司研发的产品质量。 关键词：模具设计，热处理，模具 传统的模具设计，主要是经验或半经验，是孤立的生产过程。在设计完成之前通常要多次修改，从而存在一些缺点，如开发周期长，成本高，不确定的实际效果。由于较高的精度、使用寿命、开发周期和成本要求，完美的现代模具的设计和制造。因此，越来越多的先进技术和创新已逐步得到应用，例如，并行工程，敏捷制造，虚拟制造，协同设计等。 热处理的模具和设计、制造、装配一样重要，因为它有对制造、组装和使用寿命影响重大。设计和制造模具的进展很快，但热处理滞后问题也随之而来。随着模具工业的发展，热处理必须确保模具有制造、组装和耐磨等特性的良好状态要求。不好的热处理可以导致不良影响，如模具制造和组装的过硬和过软。传统的热处理工艺的方法和属性是根据设计者所决定的，这可能使模具的热处理设计有所偏离，对模具的设计人员可以在没有充分认识到热处理工艺和材料性能时进行设计，相反，设计师很少了解服务环境和设计想法。这些分歧将对模具的进展影响很大。因此，如果热处理工艺的设计被放在早期设计阶段，那么将缩短开发周期、降低成本、稳定的质量和发展从串行到并行的模式将实现。并行工程需要以计算机集成系统为载体，在一开始及随后的每一个阶段和因素，如制造、热处理、性能等考虑，以避免错误。并发模式已没有了串行模式的缺点，这将带来一些方面的改革。 在目前的工作，对工业模具以及系统进行了深入研究。热处理并入模具工业的模具开发并行的情况下，以及系统和深入研究的进行。 1 并行环境下热处理 并发模式最终和串行模式不同（见图1）。关于串行模式，设计师大多考虑模具的结构和功能，但几乎没有考虑由此产生的过程。因此，前者的错误很容易导致倒退。与此同时，设计部门很少与组装，会计和销售部门沟通。这些问题当然会影响模具和市场前景发展的进步。部门之间的关系十分紧密，相关部门的所有参与发展进程的一部分模具，并与买家密切交流。这是有利于各部门之间的冲突消除，提高效率和降低成本。但在模具设计时热火在治疗并行过程的情况下作出工件后采取的蓝图。这样，它有利于优化热处理工艺，并利用这些材料的潜力的充分利用。 (a) 串行模式 (b) 并行模式 图1 系统的串行和并行工程模具开发的框架图 图2 热处理CAD /CAE并行工程系统框架图 2 CAD/CAE模具热处理一体化 可以从图2中看出流程设计和模拟热处理是集成框架的核心。通过后的信息产品设计模块和热处理过程中产生的投入通过热处理CAD及热处理CAE模块将自动绘制零件划分网格，温度场模拟热处理后显微分析处理和缺陷可能出现的现象，（如过热、烧毁），然后热处理工艺来判断，如果是根据优化的结果则通过立体视觉技术出现。此外工具和夹具CAD和CAM集成在这个系统。 在并行工程的集成框架可以与其他组的信息。这可以优化热处理进程，并确保该进程的速度。 2.1三维模型和立体视觉技术的热处理 有关材料，结构和模具尺寸的问题可以通过三维模具形状表现出来。建模加热条件和阶段的转变条件和模具在模具热处理是可行的，因为它已被相变热力学，相变动力学，相应力，热应力，传热，流体动力学计算等被打破。例如，三维热传导算法模型采用局部加热，不对称模具，转变MARC软件的模型。电脑可以呈现温度、微观结构和应力的信息，如果该属性可以通过计算机结合各部分的性能进行预测。 2. 2热处理进程 由于对强度、硬度、表面粗糙度和变形的过程中加热模具治疗的特殊要求，包括淬火介质类型参数、淬火温度、回火温度和时间、要适当的选择，以及必须正确的决定是否使用表面淬火和化学热处理治疗参数。很难通过计算机充分的确定参数。由于计算机技术发展迅速近几十年来，大规模计算的困难已经被克服。通过模拟和衡量社会属性，成本和所需的时间热处理后，不难优化热处理工艺。 2.3 基于热处理数据 在图3中描述了热处理的基本数据。该数据库是作出热处理工艺的基础。一般来说，热处理数据库分为材料数据库和工艺数据库。这是一个必然趋势预测的材料和工艺性能。虽然很难建立财产数据库，有必要通过建立一系列的数据库进行测试。该材料的数据库包括钢材，化学成分，性能及国内外级并行表。这个过程数据库包括热处理判据、类、保温时间和冷却速度。基于数据库、热处理工艺，可以建立规则推理。 图 3热处理数据库 2.4工具及热处理设备 热处理工艺确定后，工具和设备的CAD / CAE系统传输信息的有关设计和制造的数字控制装置。工具和设备的CAD / CAE系统传输信息的有关设计和制造的数控设备。整个过程是通过网络传输，其中没有任何人为的干扰。 3 关键技术 3.1耦合温度，微观结构，应力和性质 热处理过程是温度程序微观应力的相互作用。这三个因素都可以影响性质（见图4）。在加热和冷却时微观的变化将会有热应力和转型产生。相变温度，显微结构和温度的微观结构和应力的财产相互交流。在四个因素之间的相互作用的研究有了很大的发展，但普遍的数学模型并没有建成。许多产品都是很好的考验，但他们无法付诸实践。模型的难点与解决了大部分解析解和数值方法是采用这样的方法因此存在计算误差。 即便如此，比较有经验的定性分析方法，通过计算机处理热模拟还是取得了伟大的进步。 3.2模型的建立与融合 对模具和模具开发过程涉及到设计、制造、热处理、装配、维修等。他们应该有自己的数据库和模型。它们通过实体关系模型有彼此关联。通过建立和运用动态推理机制，能够实现优化设计的目标。建立生产模型和其他模型的关联。、单个模型的改变将会改变生产模型。事实上，它与模具的数据相关。经过热处理后模型集成到系统中，它不再是一个孤立的单位，而是一个接近系统的其他成员。经过搜索、计算和数据库的热处理，由几何模型，模具及制造成本和财产的推理过程得到数据。如果与限制不服，系统会发出警告。 所有的设计单元通过通讯网络连接。 3.3 各自之间的管理与协调 复杂的模具需要项目组之间的密切合作。因为每个成员缺少模具设计的全面考虑，因此他们需要管理和协调。首先，每个项目组应该确定自己的控制条件和资源的要求，和学习的要求，建立上下的工作程序，以避免冲突。其次，发展计划应建立监管机制。当发展受阻时，障碍物可以及时的被排除。灵活的管理和协调有助于提高沟通信息，提高效率，减少冗余。同时也有利于令人兴奋的创意，结算冲突，使资源最好的。 4 结论 （1）热处理的CAD / CAE已被纳入，模具及热处理并行设计作图，可以提高效率，容易发现的问题和明确的冲突。 （2）模具的发展是执行在同一平台上。当热处理过程时，设计人员可以在平台上获取相关信息和转向其他设计部门让自我信息。 （3）制定正确的发展计划和调整的时间可以大大缩短开发周期，降低成本。 参考文献： [1] ZHOU Xiong-hui, PENG Ying-hong. The Theory and Technique of Modern Die and Mould Design and Manufacture [M].Shanghai: Shanghai Jiaotong University Press, 2000 (in Chinese). [2] Kang M, Park S Computer Integrated Mold Manufacturing [Jl.Int J Computer Integrated Manufacturing, 1995, 5: 229-239. [3] Yau H T, Meno C H. Concurrent Process Planning for Finishing Milling and Dimensional Inspection of Sculptured Surface in Die and Mould Manufacturing [J]. Int J Product Research,1993, 31(11): 2709-2725. [4] Li Xiang, ZHOU Xiong-hui, RUAN Xueyu. Application of Injection Mold Collaborative Manufacturing System [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2000, 35(4) : 1391-1394. [5] Kuzman K, Nardin B, KovaS M, et al. The Integration of Rapid Prototyping and CAE in Mould Manufacturing [J]. J Materials Processing Technology, 2001, 111: 279-285. [6] LI Xiong, ZHANG Hong-bing, RUAN Xueyu, et al. Heat Treatment Process Design Oriented Based on Concurrent Engineering [J]. Journal of Iron and Steel Research, 2002, 14(4) :26-29.