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计算机辅助设计在材料成型中的应用 读书报告 论文


计算机辅助设计在材料成型中的应用 摘 要 经过多年的推广,CAD 技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等 行业。应用 CAD 技术起到了提高了企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动 强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。 关键字 CAD 技术 铸造成型 塑性成型 焊接成型 注塑成型 设计

引 言 近年来,我国 CAD 技术的开发和应用取得了长足的发展,除对许多国外软件进 行了汉化和二次开发以外,还诞生了不少具有独立版权的 CAD 系统,如开目 CAD(我在以 前的单位使用的就是 KMCAD,并能熟练操作和使用) 、PICAD、autoCAD MECHANICAL 等,由于这些软件价格便宜,符合我国国情和标准,所以受到了广泛的欢迎,赢得了越来越 大的市场份额。我国 CAD 软件的市场在国家有关部门、软件公司和企业的共同推动下,不 断走向成熟。新的产品和技术不断涌现,软件功能不断增强,为企业实现设计现代化提供了 支持。与此同时,RPT、CAPP、PDM、MIS/ERP 等技术也得到了应用。 目前,CAD 技术的推广已经由画图板阶段跨入了深化应用阶段。CAPP 技术(计算机辅助 工艺编制)的应用,可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性;PDM 系统的应用,可以 对产品开发整个生命期的数据进行有效的管理;MIS/ERP 系统的应用,则可以从根本上降 低企业的成本,提高生产和管理效率。这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合,并逐 步实现企业的全面信息化,已成为 CAD 技术深化应用的主题。 在高端三维 CAD/CAM/CAE 软件方面,一些国有大中型企业,特别是航空、航天、造船、 汽车、工程机械等行业,在进行复杂产品的造型方面,仍然花费百万以上的投资,购买了包 括 Pro-E、UG、I-DEAS、solidworks 等软件,一些华南地区的模具制造企业,也是这些 CAD/CAM 软件的热心购买者。 我们以前单位的工作软件就是 AautoCAD、开目 CAD、autoCAD MECHANICAL 以及开目 CAPP,在长期的使用中,我觉得各软件都有各自的实用性,对于不同生产性质的企业,选 好一个合适的软件,对于企业的设计生产都有积极的促进作用。但是,在我们厂,我发现在 设计上更倾向于 AautoCAD,当然,我们厂 CAD 只用于设计中。在工艺的编制中,我觉得 如果使用 CAPP 软件,或许会解决我们在工艺的编制上所存在的不规范问题。 当前 CAD 技术在材料工程中特别是在模具设计及成型等方面有了独到的优势。 CAD 在其领 域应用也比较广泛。材料加工 CAD 技术是传统材料加工技术与计算机技术、控制技术、信 息处理技术等相结合的产物,是材料加工和技术进步和标志。材料加工 CAD 又可分为铸造 成形 CAD、塑性成形 CAD、焊接成形 CAD、注射成型 CAD 以及模具 CAD 等几个方面。 我们厂就涉及到塑性成型、 焊接成型和注射成型, 下面我就将对这几项在我们厂可以使用的 CAD 技术进行分析。 1、焊接成形 CAD/CAM 焊接过程中材料承受很高的温度,发生复杂的物理、化学、热学、力学、金属学的变化。某 些特殊的焊接过程劳动条件恶劣,比如在预热到 200 ℃的容器内的焊接、在深水中采油平

台上的焊接、在有辐射情况下原子反应堆的焊接。现代制造业向高精度、高质量、低成本、 快速度的趋势发展, 对焊接技术提出了许多更新更高的要求, 并且随着现代工业技术的发展 出现了许多新材料和新结构, 为满足实际生产的需要, 焊接生产中越来越多的应用计算机与 信息技术,提高了焊接技术水平,并拓宽了焊接研究范围。 1.1、数值模拟技术 数值模拟技术是利用一系列方程来描述焊接过程中基本参数的变化关系, 然后利用数值计算 求解,并通过计算机演示整个过程。 传统的焊接工艺的确定依赖试验和经验, 数值模拟技术可达到大量完整的数据, 并减少了试 验方法造成的误差, 使焊接工艺的制定科学可靠。 如焊接过程中温度的变化、 焊缝凝固过程、 焊接应力及应变的产生等都可以通过数值模拟直观、定量地描述。 1.2、焊接专家系统 焊接专家系统是解决焊接领域的相关问题的计算机软件。它包括知识获取模块、知识库、推 理机构和人机接口。 知识获取模块可以实现专家系统的自学习, 将有关焊接领域的专家信息、 数据信息转化成计算机能够利用的形式, 并在知识库中存储起来。 知识库是专家系统的重要 组成部分,完整、丰富的知识库可使专家系统对遇到的问题进行全面、综合分析。推理机构 可针对当前问题的有关信息进行识别、选取,与知识库匹配,得到问题的解决方案。 焊接专家系统可对大量数据进行快速、准确的分析。目前,在焊接领域中已出现多种焊接专 家系统,如焊接结构断裂安全评定专家系统、焊接材料及焊接工艺专家系统。 1.3、焊接 CAD/CAM 系统 焊接 CAD/CAM 系统,即利用计算机辅助设计与制造控制焊机进行焊接。CAD/CAM 集成 技术可将 CAD 与 CAM 不同功能规模的模块和信息互相传递和共享,实现信息处理的高度 一体化。 1.4、我们厂在这方面,要求不是很严,几乎全部是人工手工焊。按照我们当前的实际生产 情况及我们厂长远的产品转型来说, 二 、塑性成形 CAD 目前,计算机技术在塑性成型中应用起来越多,对提高塑性成型产品精度、提高生产率,降 低成本起了很大的作用。计算机在塑性成型中的应用主要是塑性变形过程的模拟、模具 CAD/CAM 和生产过程的计算机控制。 1、模拟塑性成型过程 塑性成型过程是一个十分复杂的过程, 随着计算机的应用, 工件在成型过程中不同阶段 不同部位的应力、应变分布、温度分布、硬化状况以及残余应力等情况用计算机控制,从而 获得最合理的工艺参数和模具结构参数,使产品质量得到保证。

2、模具 CAD/CAN 模具 CAD/CAM 是塑性成型加工的重要设备,模具的成本在生产成本中占有较大比例, 而且,传统的模具设计与制造周期长,质量难以保证,很难适应现代技术下产品及时更新换 代和提高质量的要求。模具 CAD/CAM 是用计算机处理各种数据和图形信息,辅助完成模 具的设计和制造过程。起具有以下特点: (1) 缩短模具设计与制造的周期,促进产品的更新换代。

(2) 优化模具设计及优化模具制造工艺,促进模具的标准化,提高产品的质量和延长 模具的使用寿命。 (3) (4) 动。 提高模具设计及制造的效率,降低成本。 将设计人员从繁杂的计算和绘图工作中解放出来,使其可以从事更多的创造性劳

3、塑性成型过程中的自动化控制 电子技术和计算机技术的应用使塑性成型加工设备向机电一体化和机电仪一体化方向发展, 实现了对生产过程工艺参数的自动检测、自动显示及自动控制。 我国模具 CAD/CAM 的研究与开发始于 20 世纪 70 年代末,发展也很迅速。到目前为止, 先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普遍冲裁模、级进模、汽车覆盖模、辊锻模、锤锻 模和注塑模等 CAD/CAM 系统。但直到现在有些系统仍处于试用阶段,尚未在生产中推广 应用。为迅速改变我国模具生产的落后面貌,今后应继续加速模具 CAD/CAM 的研究开发 和推广应用工作。 三 、注射成型 CAD 包括产品图、模具型腔图的尺寸转换、标准模架与典型结构的生成、模具零件图和总培 育图的生成、模具刚度与强度校核、设计进程管理、模具成本分析与计算等。注射模工艺分 析已成熟的商品化软件,可以预测注射成型流动和保压阶段的压力场、温度场、应力应变场 和凝固层的生成,从而有效地指导实际生产。 在西方先进工业国家,注射模 CAD/CAE/CAM 技术的应用已非常普遍。公司之间模具 订货所需的塑料制品资料已广泛使用电子文档,能否具有接受电子文档的模具 CAD/CAM 系统已成为模具企业生存的必要条件。当前代表国际先进水平的注射模 CAD/CAE/CAM 的 工程应用具体表现在如下方面: (1)基于网络的模具 CAD/CAE/CAM 集成化系统开始使用。英国 Delcam 公司在原有 软件 DUCT5 的基础上,为适应最新软件发展及实际需求,向模具行业推出了可用于注射模 CAD/CAM 的集成化系统。 该系统覆盖了几何建模、 注射模结构设计、 反求工程、 快速原型、

数控编程及测量分析等领域。 系统的每一个功能既可独立运行, 又可通过数据接口作集成分 析。 (2)模具 CAD/CAE/CAM 系统的智能化程度正逐步提高。当前,面向制造、基于知识的智 能化功能现已成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。 许多软件都在智能化方面 做了大量的工作。如以色列 Cimatron 公司的注射模专家系统,能根据脱模方向优化成分模 面, 其设计过程实现了加工参数的优化等, 这些具有智能化的功能可显著提高注射模的生产 率和质量。 (3)微机软件在模具行业中发挥着越来越重要的作用。在 90 年代初,能用于注射制品几何 造型和数控加工的模具 CAD/CAM 系统主要是在工作站上采用 UNIX 操作系统开发和应用, 如在模具行业中应用较广的美国 Pro/E、UGII、CADDS5,法国 CATIA、EUCLID 和英国的 DUCT5 等。随着微机技术的飞速进步,在 90 年代后期,基于 Windows 操作系统的新一代 微机软件,如 Solid Works、Solid Edge、MDT 等崭露头角。这些软件不仅在采用 NURSB 曲 面三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级 CAD/CAM 软件的优点,并且在 Window 风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点, 深得使用者的好评。 (4)三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势。在注射模结构 设计中,传统的方法是采用二维设计,即先将三维的制品几何模型投影为若干二维视图后, 再按二视图进行模具结构设计。 这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产的集成化技 术的要求, 在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计。 与此相适应, 在注射过程模拟软件方面, 也开始由基于中性层面的二维分析方工式向基于实体模型的三维 分析方式过渡,使三维设计与三维分析的集成得以实现。 四 、铸造成形 CAD 随着科学技术在各领域的突破,尤其是计算机的广泛应用,促进铸造技术的飞速发展。应用 计算机对铸造生产过程进行设计、仿真、模拟,可以帮助工程技术人员优化工艺设计,缩短 产品制造周期,降低生产成本确保铸件质量。 1、铸造过程的数据模拟 目前,铸造凝固过程模拟的研究主要在以下几方面发展: (1)铸件收缩缺陷判据和铸件缩孔、缩松定量预测 (2)应力场的模拟 (3)微观组织模拟 2、铸造 CAD 铸造 CAD 综合了铸件凝固数值模拟、铸造工艺计算机分析图形学和数据库等的技术,将计

算机的快速、准确和工艺人员的经验、思维、综合分析能力结合起来辅助铸造工作者优化铸 造工艺,预测铸件质量,确定铸造工艺方案,估算铸件成本,显示并绘制铸造工艺图、工艺 卡等技术文件。铸造 CAD 可以缩短工艺设计周期,提高设计水平,有利于提高产品的质量 和产品的更新换代。 3、快速成型技术(RPT) 快速成型技术 RPT 形成原理不同于传统的成型方法,而是一种首先将材料分层然后累加的 方法: 设计者首先在计算机上绘制成所需的生产零件的三维模样, 然后将其按照一定的厚度 进行分层,将三维模型变成二维平面,再将分层后的数据进行一定的处理,加入工艺参数, 产生数控代码。最后,数控系统以平面加工方式有序的加工出每个薄层,并使他们自动粘接 成型。 RPT 技术的发展促进了铸造业的发展,而且深入到每一个制造领域,已在制造业引起震撼, 将会有更广泛的应用和更大的发展。

参考文献来源:中国机经网

材料成型控制技术


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