面向熱處理模具并行設(shè)計(jì)

面向熱處理模具并行設(shè)計(jì),面向,熱處理,模具,并行,設(shè)計(jì) 面向熱處理模具并行設(shè)計(jì) LI Xiong , ZHANG Hong-bing, RUAN Xue-yu, LUO Zhong-hua , ZHANG Yan 王誠城譯 摘要：屬于串行方式存在的傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)存在一些弊端。眾所周知，熱處理對模具是非常重要的。一種熱模具的處理和模具并行設(shè)計(jì)是為了克服熱處理工藝過程中存在的缺陷。熱處理CAD / CAE技術(shù)是同時(shí)通過結(jié)合各種情況和有關(guān)模型建立起來的。這些研究可以顯著提高效率、降低成本、確保公司研發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)，熱處理，模具 傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)，主要是經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)，是孤立的生產(chǎn)過程。在設(shè)計(jì)完成之前通常要多次修改，從而存在一些缺點(diǎn)，如開發(fā)周期長，成本高，不確定的實(shí)際效果。由于較高的精度、使用壽命、開發(fā)周期和成本要求，完美的現(xiàn)代模具的設(shè)計(jì)和制造。因此，越來越多的先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新已逐步得到應(yīng)用，例如，并行工程，敏捷制造，虛擬制造，協(xié)同設(shè)計(jì)等。 熱處理的模具和設(shè)計(jì)、制造、裝配一樣重要，因?yàn)樗袑χ圃?、組裝和使用壽命影響重大。設(shè)計(jì)和制造模具的進(jìn)展很快，但熱處理滯后問題也隨之而來。隨著模具工業(yè)的發(fā)展，熱處理必須確保模具有制造、組裝和耐磨等特性的良好狀態(tài)要求。不好的熱處理可以導(dǎo)致不良影響，如模具制造和組裝的過硬和過軟。傳統(tǒng)的熱處理工藝的方法和屬性是根據(jù)設(shè)計(jì)者所決定的，這可能使模具的熱處理設(shè)計(jì)有所偏離，對模具的設(shè)計(jì)人員可以在沒有充分認(rèn)識到熱處理工藝和材料性能時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，相反，設(shè)計(jì)師很少了解服務(wù)環(huán)境和設(shè)計(jì)想法。這些分歧將對模具的進(jìn)展影響很大。因此，如果熱處理工藝的設(shè)計(jì)被放在早期設(shè)計(jì)階段，那么將縮短開發(fā)周期、降低成本、穩(wěn)定的質(zhì)量和發(fā)展從串行到并行的模式將實(shí)現(xiàn)。并行工程需要以計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)為載體，在一開始及隨后的每一個(gè)階段和因素，如制造、熱處理、性能等考慮，以避免錯(cuò)誤。并發(fā)模式已沒有了串行模式的缺點(diǎn)，這將帶來一些方面的改革。 在目前的工作，對工業(yè)模具以及系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。熱處理并入模具工業(yè)的模具開發(fā)并行的情況下，以及系統(tǒng)和深入研究的進(jìn)行。 1 并行環(huán)境下熱處理 并發(fā)模式最終和串行模式不同（見圖1）。關(guān)于串行模式，設(shè)計(jì)師大多考慮模具的結(jié)構(gòu)和功能，但幾乎沒有考慮由此產(chǎn)生的過程。因此，前者的錯(cuò)誤很容易導(dǎo)致倒退。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)部門很少與組裝，會計(jì)和銷售部門溝通。這些問題當(dāng)然會影響模具和市場前景發(fā)展的進(jìn)步。部門之間的關(guān)系十分緊密，相關(guān)部門的所有參與發(fā)展進(jìn)程的一部分模具，并與買家密切交流。這是有利于各部門之間的沖突消除，提高效率和降低成本。但在模具設(shè)計(jì)時(shí)熱火在治療并行過程的情況下作出工件后采取的藍(lán)圖。這樣，它有利于優(yōu)化熱處理工藝，并利用這些材料的潛力的充分利用。 (a) 串行模式 (b) 并行模式 圖1 系統(tǒng)的串行和并行工程模具開發(fā)的框架圖 圖2 熱處理CAD /CAE并行工程系統(tǒng)框架圖 2 CAD/CAE模具熱處理一體化 可以從圖2中看出流程設(shè)計(jì)和模擬熱處理是集成框架的核心。通過后的信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊和熱處理過程中產(chǎn)生的投入通過熱處理CAD及熱處理CAE模塊將自動繪制零件劃分網(wǎng)格，溫度場模擬熱處理后顯微分析處理和缺陷可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，（如過熱、燒毀），然后熱處理工藝來判斷，如果是根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果則通過立體視覺技術(shù)出現(xiàn)。此外工具和夾具CAD和CAM集成在這個(gè)系統(tǒng)。 在并行工程的集成框架可以與其他組的信息。這可以優(yōu)化熱處理進(jìn)程，并確保該進(jìn)程的速度。 2.1三維模型和立體視覺技術(shù)的熱處理 有關(guān)材料，結(jié)構(gòu)和模具尺寸的問題可以通過三維模具形狀表現(xiàn)出來。建模加熱條件和階段的轉(zhuǎn)變條件和模具在模具熱處理是可行的，因?yàn)樗驯幌嘧儫崃W(xué)，相變動力學(xué)，相應(yīng)力，熱應(yīng)力，傳熱，流體動力學(xué)計(jì)算等被打破。例如，三維熱傳導(dǎo)算法模型采用局部加熱，不對稱模具，轉(zhuǎn)變MARC軟件的模型。電腦可以呈現(xiàn)溫度、微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的信息，如果該屬性可以通過計(jì)算機(jī)結(jié)合各部分的性能進(jìn)行預(yù)測。 2. 2熱處理進(jìn)程 由于對強(qiáng)度、硬度、表面粗糙度和變形的過程中加熱模具治療的特殊要求，包括淬火介質(zhì)類型參數(shù)、淬火溫度、回火溫度和時(shí)間、要適當(dāng)?shù)倪x擇，以及必須正確的決定是否使用表面淬火和化學(xué)熱處理治療參數(shù)。很難通過計(jì)算機(jī)充分的確定參數(shù)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速近幾十年來，大規(guī)模計(jì)算的困難已經(jīng)被克服。通過模擬和衡量社會屬性，成本和所需的時(shí)間熱處理后，不難優(yōu)化熱處理工藝。 2.3 基于熱處理數(shù)據(jù) 在圖3中描述了熱處理的基本數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫是作出熱處理工藝的基礎(chǔ)。一般來說，熱處理數(shù)據(jù)庫分為材料數(shù)據(jù)庫和工藝數(shù)據(jù)庫。這是一個(gè)必然趨勢預(yù)測的材料和工藝性能。雖然很難建立財(cái)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，有必要通過建立一系列的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行測試。該材料的數(shù)據(jù)庫包括鋼材，化學(xué)成分，性能及國內(nèi)外級并行表。這個(gè)過程數(shù)據(jù)庫包括熱處理判據(jù)、類、保溫時(shí)間和冷卻速度?；跀?shù)據(jù)庫、熱處理工藝，可以建立規(guī)則推理。 圖 3熱處理數(shù)據(jù)庫 2.4工具及熱處理設(shè)備 熱處理工藝確定后，工具和設(shè)備的CAD / CAE系統(tǒng)傳輸信息的有關(guān)設(shè)計(jì)和制造的數(shù)字控制裝置。工具和設(shè)備的CAD / CAE系統(tǒng)傳輸信息的有關(guān)設(shè)計(jì)和制造的數(shù)控設(shè)備。整個(gè)過程是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，其中沒有任何人為的干擾。 3 關(guān)鍵技術(shù) 3.1耦合溫度，微觀結(jié)構(gòu)，應(yīng)力和性質(zhì) 熱處理過程是溫度程序微觀應(yīng)力的相互作用。這三個(gè)因素都可以影響性質(zhì)（見圖4）。在加熱和冷卻時(shí)微觀的變化將會有熱應(yīng)力和轉(zhuǎn)型產(chǎn)生。相變溫度，顯微結(jié)構(gòu)和溫度的微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的財(cái)產(chǎn)相互交流。在四個(gè)因素之間的相互作用的研究有了很大的發(fā)展，但普遍的數(shù)學(xué)模型并沒有建成。許多產(chǎn)品都是很好的考驗(yàn)，但他們無法付諸實(shí)踐。模型的難點(diǎn)與解決了大部分解析解和數(shù)值方法是采用這樣的方法因此存在計(jì)算誤差。 即便如此，比較有經(jīng)驗(yàn)的定性分析方法，通過計(jì)算機(jī)處理熱模擬還是取得了偉大的進(jìn)步。 3.2模型的建立與融合 對模具和模具開發(fā)過程涉及到設(shè)計(jì)、制造、熱處理、裝配、維修等。他們應(yīng)該有自己的數(shù)據(jù)庫和模型。它們通過實(shí)體關(guān)系模型有彼此關(guān)聯(lián)。通過建立和運(yùn)用動態(tài)推理機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。建立生產(chǎn)模型和其他模型的關(guān)聯(lián)。、單個(gè)模型的改變將會改變生產(chǎn)模型。事實(shí)上，它與模具的數(shù)據(jù)相關(guān)。經(jīng)過熱處理后模型集成到系統(tǒng)中，它不再是一個(gè)孤立的單位，而是一個(gè)接近系統(tǒng)的其他成員。經(jīng)過搜索、計(jì)算和數(shù)據(jù)庫的熱處理，由幾何模型，模具及制造成本和財(cái)產(chǎn)的推理過程得到數(shù)據(jù)。如果與限制不服，系統(tǒng)會發(fā)出警告。 所有的設(shè)計(jì)單元通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接。 3.3 各自之間的管理與協(xié)調(diào) 復(fù)雜的模具需要項(xiàng)目組之間的密切合作。因?yàn)槊總€(gè)成員缺少模具設(shè)計(jì)的全面考慮，因此他們需要管理和協(xié)調(diào)。首先，每個(gè)項(xiàng)目組應(yīng)該確定自己的控制條件和資源的要求，和學(xué)習(xí)的要求，建立上下的工作程序，以避免沖突。其次，發(fā)展計(jì)劃應(yīng)建立監(jiān)管機(jī)制。當(dāng)發(fā)展受阻時(shí)，障礙物可以及時(shí)的被排除。靈活的管理和協(xié)調(diào)有助于提高溝通信息，提高效率，減少冗余。同時(shí)也有利于令人興奮的創(chuàng)意，結(jié)算沖突，使資源最好的。 4 結(jié)論 （1）熱處理的CAD / CAE已被納入，模具及熱處理并行設(shè)計(jì)作圖，可以提高效率，容易發(fā)現(xiàn)的問題和明確的沖突。 （2）模具的發(fā)展是執(zhí)行在同一平臺上。當(dāng)熱處理過程時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以在平臺上獲取相關(guān)信息和轉(zhuǎn)向其他設(shè)計(jì)部門讓自我信息。 （3）制定正確的發(fā)展計(jì)劃和調(diào)整的時(shí)間可以大大縮短開發(fā)周期，降低成本。 參考文獻(xiàn)： [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.