模具CAD讲座01

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'模具CAD讲座01'
主要内容? 模具CAD的基本概念? 冲模CAD应用系统介绍? 模具CAD的基础理论? 冲模CAD/CAM系统的开发方法  ? 计算机技术在金属塑性加工中的应用 ? CAD的特点和优越性 ? 模具CAD系统的基本功能 ? 模具CAD技术的发展趋势 ? 模具CAD系统的组成? 金属塑性加工与模具? 计算机辅助设计(CAD)? 计算机辅助制造(CAM)? 计算机辅助工艺过程设计(CAPP)? 计算机辅助工程(CAE) 1 金属塑性加工与模具 采用模具对简单几何形状的毛坯进行压力加工,坯料在模腔中合理流动,获得所需的零件。 塑性加工的原理建立在材料塑性变形的基础上,塑性变形过程是在高压,甚至高温、高速下进行,成为制品。 塑性加工的优点:制件组织性能好,有良好的使用性能; 生产效率高;材料利用率高。 模具是塑性加工的工艺装备,模具设计和制造能力直接影响着产品的开发和更新换代,关系着产品质量和经济效益的提高,是国民经济的重要基础之一。模具基本为单件生产,技术密集,更新快,标准化较好,采用CAD技术有明显优势,是模具生产发展的必然趋势,金属塑性加工分类:1)体积成形(锻造、轧制、挤压、拉拔等) 对金属的块料、棒料进行成形加工,坯料形状和断面变形大,变形后回弹可忽略不计。2)板料成形(冲压加工) 对板料进行成形加工,工件形状变化大,断面变形小。工件变形卸载后,回弹大,不能忽略。冲压加工可分为:① 分离工序:冲裁(落料、冲孔、切边等) 简单模:落料或冲孔的单工序模具 级进模:压力机一次冲程中,同时完成多道冲压工序。 冲压工序依此分布在条料送进的方向上。 复合模:压力机一次冲程中,在模具的同一位置完成几个工序② 成形工序:弯曲、拉深、成形等 采用弯曲模,拉深模、成形模具。 2. 计算机辅助设计(CAD) CAD 是计算机科学与工程科学相结合的产物,是一门综合性的计算机应用技术。 硬件技术 计算机技术 软件技术 模具CAD 塑性成形理论 模具技术 模具设计准则、方法和标准 CAD 以计算机为主要技术手段,处理各种数字信息与图形信息,辅助完成设计。CAD系统的分类1)按功能范围可分为通用系统和专用系统 通用CAD系统在设计领域中应用广泛,适应性强,如Pro/E、UGⅡ、AUTOCAD 等商品化的CAD系统。这类系统的几何造型、图形处理、结构装配、真实感显示等功能都很强,多数系统还配备有限元分析、模拟和NC加工模块,数据交换和传输模块,可进行软件的二次开发。 专用CAD系统是为特定的应用而开发的,通常是为某些专业产品设计而开发的软件,如模具CAD,更具体的有冲裁模CAD、拉深模CAD等。专用CAD系统的产品结构形式、设计理论、方法和流程都比较固定,可实现全过程、高效率的设计。2)按运行方式可分为交互式系统和自动化系统 自动化设计是追求的目标,研究以人工智能方法为基础的CAD系统是一个途径,但目前的技术水平尚难以实现。绝大多数CAD系统都属于交互式系统。交互设计:计算机检索数据,分析计算,以图形或数据的形式把运算的结果显示在屏幕上,由人来评价设计结果,输入参数,选择方案,控制系统运行的进程。3)按计算机是否联网,可分为集中式系统和分布式系统。 分布式系统可以利用局域网技术,可以将多个独立的模具CAD工作站组织在局域网中,共享软件和硬件资源。4)按软件的开放性,可分为交钥匙系统和可编程系统。3. 计算机辅助制造(CAM) 利用计算机对零件的制造过程进行设计、管理和控制。工艺设计:确定零件加工方案、加工顺序和所用设备。 近年来已形成一门独立的技术分支(CAPP)。数控编程:计算机辅助编制NC程序。4.计算机辅助工艺过程设计(CAPP) 借助计算机和相应的软件系统,对零件的加工方案作出计划,完成工艺过程设计。 输入设计信息(零件形状、材料与技术要求);选择工艺路线、决定加工方法、加工工序与工艺参数;估算工时与成本;输出工艺文件(如工艺卡)。CAD/CAM一体化: CAD与CAM开始是两个独立发展的分支,由于相互关系密切,逐渐联系为一个整体,即CAD/CAM一体化。 CAD生成零件的几何定义信息,可以图纸格式输出。这些结果通过数据转换,即可产生NC指令。CAM利用CAD的结果,不需重新输入零件信息,提高效率。 CAPP是联系设计与加工的桥梁,是实现CAD与CAM有效集成的条件。CAD/CAM集成实际上是设计与制造过程中三个主要环节的集成,即CAD/CAPP/CAM集成。 CAD/CAM集成可实现系统各模块间的信息提取、交换和处理。由公共数据库提供完备、统一、符合某种标准的产品信息模型,使系统的各个环节能从该模型中获取所需信息。产品数据管理系统(PDM):利用先进的计算机网络技术、数据库技术,管理产品设计信息。5.计算机辅助工程(CAE) 用于对塑性成形过程的分析和模拟。是塑性成形理论与工艺实际结合的一条途径,为成形工艺和模具设计提供科学依据。1)分析成形过程的目的: ① 建立坯料 – 工件之间的运动学关系(形状、速度、应变率、应 变),预测成形工序中的金属流动,预测温度和热传导。 ② 确定成形极限,要求在成形工序后,工件不产生内部和表面缺陷 (裂缝、折叠) ③ 预测应力、完成成形所需的力和能,选择合适的工具和设备。2)计算机模拟软件(为工程设计人员提供的工具) Deform: 用于体积成形 Dynaform: 用于板料成形 通过模拟,可以预见成形中可能出现的问题,在设计阶段分析、比较不同方案的工艺性,确定成形某一工件的工艺过程和工艺参数,可以验证并优化模具设计,缩短模具生产周期,降低成本。二 CAD的特点和优越性1. CAD的特点 是人与计算机相结合共同进行设计的一种方法。 根据设计目标将设计方法进行综合分析建立数学模型,编制成可在计算机上运行的程序。在程序运行过程中,计算机发挥高速准确的计算与大容量存储的特长,完成数值分析、计算、图形处理以及信息管理等任务,而人将运用自己的经验与判断能力来控制整个设计过程。人与计算机取长补短,获得最优设计结果。人、机能力的比较:信息存储能力:人 - 容量小,随时间变化; 机 - 容量大,不随时间变化。 (设计资料、信息的存储、检索等管理)分析计算能力:人 - 直觉分析能力强,数值计算能力差 机 - 无直觉分析能力,数值计算能力很强 (人利用经验、知识,综合分析判断,评价和修 改设计结果,控制设计过程; 计算机进行数值计算,可采用优化算法)工作适应能力:人 - 易疲劳、出错 机 - 适应重复工作,长期保持高效率(绘图)信息组织能力:人 - 灵活、直觉 机 - 格式化、详细(软件系统组织与数据结构) 2 模具CAD的优越性1)提高设计效率 计算机高速运算和自动化绘图,可大大缩短设计时间。 计算机有可靠和大容量的存储能力,可将大量设计资料、设计标准存放在数据库中,设计过程自动检索,提高效率。 模具设计从人工经验设计方式转化为依靠计算机辅助设计的方式。应用CAD/CAE/CAM技术,使模具设计、计算机分析、生产准备、数控加工、检验、试模等工作一体化,设计数据直接经过网络和数据库管理系统传递到各个生产部门,大大缩短模具生产周期。此外,成形过程计算机模拟、并行工程、人工智能、快速原型制造等先进技术的应用,以及模具标准化、专业化生产等也缩短了模具的供货周期。2)提高模具设计质量 计算机高效准确的数值分析计算,使CAD能够采取一些科学的计算方法(如有限元方法、模拟分析和优化设计 ),可以不考虑计算的复杂程度,对过去只是定性判断的内容,实现精确的定量分析计算,有助于模具工艺参数和结构参数的优化。 通过对模具设计方法、经验的整理、优化,建立知识库,作为设计的基础,使设计合理化,而且可避免人为失误,提高设计质量。 由于计算机代替人完成了繁琐的计算、数表检索、模具图纸的绘制等,人可集中精力进行创造性的工作。3) 改善了设计信息的传递 CAD可提供高质量的标准化的工程图纸和完善的设计文档,也能为CAM提供初始数据。 数据库和计算机网络技术的应用使设计师可以在更大范围内共享设计资料、信息、资源和展开合作,提高模具设计的总体水平。3. 模具CAD技术的研究与应用 计算机技术的发展促进了CAD的发展 硬件的发展:计算机、外设。 软件的发展: 系统软件:DOS—Windows; 编程工具:机器语言—高级语言; CAD的支撑软件:几何造型与图形处理软件、 有限元分析数值模拟(CAE)软件 数据库管理软件 国外于60年代末开始模具CAD的研究,工业发达国家已广泛应用。我国于80年代初开始模具CAD技术的研究. 开发和应用于企业的软件系统有: 冲模CAD;在各类模具CAD中,冲模CAD发展较早,应用范围广,原因是冲模标准化基础较好(国标、部标、厂标),产品和模具零件便于用二维图形方式处理。 锻模CAD:针对各类锻件及锻造方法开发的专用系统 注塑模CAD:三维造型、流动分析,模具结构设计 西安交大是国内最早开始进行模具CAD技术研究的单位之一,83年开始持续进行冲模CAD系统的研制和应用推广,与20多家企业进行了合作,开发和应用的冲模CAD软件系统有:冲裁模CAD/CAM系统:以冷冲模国家标准为基础大型镶拼结构冲裁模CAD/CAM系统: 冲裁工件尺寸不受限制,可实现模具的非标结构设计。弯曲模CAD系统: 弯曲件三维造型与坯料展开计算,模具设计拉深模CAD系统:针对筒形、盒形、锥形、阶梯形、球底形等拉深零件,实现毛坯计算,拉深工艺计算和模具设计。多工位级进模CAD系统:用于电子产品冲压零件的级进模设计电机铁芯级进模CAD系统: 用于电机铁芯零件的级进模设计。? 工艺分析、计算和模具设计? 几何造型与图形处理? 工程数据的管理? 计算机辅助绘图1. 工艺分析、计算和模具设计 1)常规设计准则:公式、数表、线图的程序化 这些准则来源于工艺手册,是模具设计的基本依据。分别采取 相应的方法处理,取得设计对象的工艺参数。 2)模具设计方法
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