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模具設計制造的一些優化方法

2021-03-02 01:58:36 編輯:旺振興 來源:本站原創
 一、模具的模塊化方法
縮短設計周期并提高設計質量是縮短整個模具開發周期的關鍵之一。模塊化設計就是利用產品零部件在結構及功能上的相似性,而實現產品的標準化與組合化。大量實踐表明,模塊化設計能有效減少產品設計時間并提高設計質量。因此本文探索在模具設計中運用模塊化設計方法。
模具模塊化設計的實施:
1、建立模塊庫
模塊庫的建立有三個步驟:模塊劃分、構造特征模型和用戶自定義特征的生成。標準零件是模塊的特例,存在于模塊庫中。標準零件的定義只需進行后兩步驟。模塊劃分是模塊化設計的第一步。模塊劃分是否合理,直接影響模塊化系統的功能、性能和成本。每一類產品的模塊劃分都必須經過技術調研并反復論證才能得出劃分結果。對于模具而言,功能模塊與結構模塊是互相包容的。結構模塊的在局部范圍內可有較大的結構變化,因而它可以包含功能模塊;而功能模塊的局部結構可能較固定,因而它可以包含結構模塊。模塊設計完成后,在Pro/E的零件/裝配(Part/Assembly)空間中手工建構所需模塊的特征模型,運用Pro/E的用戶自定義特征功能,定義模塊的兩項可變參數:可變尺寸與裝配關系,形成用戶自定義特征(User-Defined Features,UDFs)。生成用戶自定義特征文件(以gph為后綴的文件)后按分組技術取名存儲,即完成模塊庫的建立。

2、模塊庫管理系統開發
系統通過兩次推理,結構選擇推理與模塊的自動建模,實現模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結構,第二次推理最終確定模塊的所有參數。通過這種途徑實現模塊 "可塑性"目標。在結構選擇推理中,系統接受用戶輸入的模塊名稱、功能參數和結構參數,進行推理,在模塊庫中求得適用模塊的名稱。
如果不滿意該結果,用戶可指定模塊名稱.在這一步所得到的模塊仍是不確定的,它缺少尺寸參數、精度、材料特征及裝配關系的定義。在自動建模推理中,系統利用輸人的尺寸參數、精度特征、材料特征與裝配關系定義,驅動用戶自定義特征模型,動態地、自動地將模塊特征模型構造出來并自動裝配。自動建模函數運用C語言與Pro/E的二次開發工具Pro/TOOLKIT開發而成。通過模塊的調用可迅速完成模具設計。應用此系統后模具設計周期明顯縮短。由于在模塊設計時認真考慮了模塊的質量,因而對模具的質量起基礎保證作用。模塊庫中存放的是相互獨立的UDFs文件,因此本系統具有可擴充性。
二、模具制造過程中的缺陷及防止措施
1、鍛造加工
高碳、高合金鋼,例如Cr12MoV、W18Cr4V等,廣泛用于制造模具。但這類鋼不同程度的存在成分偏析、碳化物粗大不均勻、組織不均勻等缺陷。選用高碳、高合金鋼制造模具,必須采用合理的鍛造工藝來成形模塊毛坯,這樣一方面可使鋼材達到模塊毛坯的尺寸和規格,一方面可改善鋼的組織和性能。另外高碳、高合金的模具鋼導熱性較差,加熱速度不能太快,且加熱要均勻,在鍛造溫度范圍內,應采用合理的鍛造比。
2、切削加工
模具的切削加工應嚴格保證尺寸過渡處的圓角半徑,圓弧與直線相接處應光滑。如果模具的切削加工質量較差,就可能在以下3個方面造成模具損,1)由于切削加工不恰當,造成的尖銳轉角或圓角半徑過小,會導致模具在工作時產生嚴重的應力集中。2)切削加工后的表面太粗糙,就有可能存在刀痕、裂口、切口等缺陷,它們既是應力集中點,又是裂紋、疲芳裂紋或熱疲勞裂紋的萌生地。3)切削加工沒能完全、均勻地切除模具毛壞在軋制或鍛造時產生的脫碳層,就可能在模具熱處理時產生不均勻的硬化層,導致耐磨性下降。
3、磨削加工
模具在火、回火后一般要進行磨削加工,以降低表面粗糙度值。由于磨削速度過大、砂輪粒度過細或冷卻條件較差等因素的影響,引起的模具表層局部過熱,造成局部顯微組織變化,或引起表面軟化,硬度降低,或產生較高的殘余拉應力等現象,都會降低模具的使用壽命選擇適當的磨削工藝參數減少局部發熱,磨削后在可能的條件下進行去應力處理,就可有效地防止磨削裂紋的產生。防止磨削過熱和磨削裂紋的措施較多,例如:采用切削力強的粗顆粒砂輪或粘結性較差的砂輪,減少模具的磨削進給量;選用合適的冷卻劑;磨削加工后250一300℃的回火消除磨削應力等 。
4、電火花加工
應用電火花工藝加工模具時,放電區的電流密度很大,產生大量的熱,模具被加工區域的溫度高達10000℃左右,由于溫度高,熱影響區的金相組織必將發生變化,模具表層由于高溫而發生熔化,然后急冷,很快凝固,形成再凝固層。在顯微鏡下可看到,再凝固層呈白亮色,內部有較多顯微裂紋。為了延長模具壽命可以采用以下措施:調整電火花加工參數用電解法或機械研磨法研磨電火花加工后的表面,除去異常層中的白亮層,尤其是要除去顯微裂紋。在電火花加工后安排一次低溫回火,使異常層穩定化,阻止顯微裂紋擴展。
根據上文中所述方法可縮短開發周期和有效地防止模具制造缺陷,提高模具制造質量、降低生產成本。
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