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在金属体积成形中虚拟试验体系的应用激光内雕

2022-07-07 14:59:57 员工五金网

在金属体积成形中虚拟试验体系的应用

在金属体积成形中虚拟试验体系的应用 2011：引言

近年来，塑性形成领域虽采用了一些先进的CAD/CAE/CAM技术，但CAD技术和CAE技术却保持相对独立和相互封闭的状态，这种状态使得模具CAD系统和模具CAE系统的信息不能实现共享；在总体管理上，整个运转过程是串行而非并行的，因而就不能适应现代化制造业中要求柔性化、快捷、低成本及高质量的要求；市场需求以及模具设计、制造和产品加工独立分化，没有全局观念，对项目往往缺乏可行性和经济效益评估，不能积极关注全球市场的需求动态；这些直接后果是导致大量的重复劳动与资源（包括人力资料和物力资源）浪费。

实现金属精密体积成形CAX/PDM集成化，使用户可以在Internet/Intranet实现协同设计和分析，用三维CAD系统构造虚拟试验系统；同时通过分析仿真对试验系统的性能进行分析、评估，依据评估结果对CAD系统构造的试验系统进行修改，不断循环直至达到要求。通过金属塑性模拟软件（如DEFORM，SUPERFORM，MARC）对加工工艺过程进行模拟，分析力能参数对成形的影响等，在此过程中PDM系统将严格监控并管理试验系统的工艺设计过程和设计数据（包括工程版本），当试验完成后，再用CAM系统生成数控代码并在正式加工前利用加工仿真系统进行虚拟加工，以验证代码的正确性。集成化技术将实现各系统输入、输出信息的交流，达到信息和资源共享，避免不必要的重复。

2 金属体积成形虚拟试验体系模型

本体系主要实现金属体积成形的CAD/CAE/CAPP、运动与动力学、管理和加工模拟等集成体系，旨在建立集成化的金属精密体积成形虚拟试验体系。整个试验体系由试验计划、虚拟设备、虚拟模具、虚拟成形件和分析工具槌伞Ｆ渲邪üひ张叛荩皇莶杉氪恚皇匝榈氖菘墒踊ㄉ汕摺⒃仆肌⒈ū怼TML和VRML形式）；加工过程模拟和分析；试验参数、模具参数优化；试验结果认证、确认和鉴定支持工具，图1所示为金属体积成形虚拟试验体系功能模型。

通过Internet，企业在线提交产品的试验需求或设计要求，试验者根据要求进行分析，同时进行体积成形零件的概念设计，如果满足要求，分别开始虚拟样机及模具、模架的设计，在虚拟样机设计中，将根据成形工艺的分析结果，从锻压知识库中获取成形设备相关的参数，并根据实际需要进行分析和调整。体积成形设备具有很大的相似性，因此可以对其进行模块划分，建立标准件库，以备调用，并进行虚拟装配、添加约束、增加载荷、动力源，同时可根据需要与Matlab等结合进行机电液一体化仿真，并对试验结果进行可视化处理，然后送交专家认证工具进行认证，经过反复测试直至完成。另一路是模具设计、加工分析的过程。首先根据客户需要指定体积成形加工工艺，这些工艺将指导样机、模具、模架、塑性成形模拟等工作，因此非常关键。然后根据成形类型进行模块化划分，并根据各加工工艺的参数进行标准化聚类，提高有限元分析的效率，建立与成形相对应的神经网络结构，对模具的主要参数进行优化设计，生成要求的可视化结果，并提请专家认证工具认证。

3 研究内容及实现方法

3.1 体积成形虚拟样机的模块化（成形设备几何模型库）以实现封装和调用

根据体积成形的种类，对设备类型和零件特征进行分类划分，实现模块化。对现有的CAD软件进行二次开发（Solidworks,SolidEdge的API，其使用VB，VC和DELPHI进行开发；Pro/Engineer的Pro/Develop，Pro/Toolkit,Jlink，可以采用C/C++，Java技术进行开发等），建立成形设备类型、部件系列、标准零件数据库，对成形设备进行模块封装，同时建立参数化界面，以便对虚拟样机软件进行调用。利用CAD软件和虚拟样机软件之间的良好接口（Pro/Engineer与ADAMS，Solidworks的DDM，ADAMS/Exchange及Working-Model完全集成在MDT，Solidworks,SolidEdge的菜单里），实现无缝集成。

3.2 体积成形试验件及模具、模架库的参数化

在虚拟试验过程中，除了实现模具和优化设计外，需要调整模具的大量参数并进行试验，故进行模具型腔和试验件的参数化设计是基本步聚，如楔横轧虚拟试验时，可以根据零件的初始尺寸、端面收缩率、楔入角、展宽角、轧细长度等进行参数化设计，编制交互久界面，根据输入参数自动生成模具。大部分体积成形的零件形状较为规则（如齿轮。花键等）实现其参数化将大大提高试验效率。在平台上使用开发软件（如VB/VC++，Java，Python）调用CAD软件的API函数或类库，根据体积成形的需要，以实现其目的。

3.3 体积成形工艺知识库框架的构建

体积成形工艺的确定是体积成形设计的基础，它决定了该产品在体积成形过程中工装的数量和形状。体积成形一般包括该工件的成形工步、是否需要制坯以及制坯时材料的分布、各工步所需要的工装、需要采用设备吨位、以及下料规格等；应考虑锻模的分型面、锻模模腔排布、模腔壁厚、飞边槽结构及尺寸、是否需要顶杆等。所需要的数据可以从体积成形工艺知识库中获得，如锻件材料的性能数据、虚拟设备试验数据、摩擦与润滑