复杂空心铝型材平面分流组合模CAD系统实用化研究

【摘要】：平面分流组合模CAD系统作为铝型材挤压模具专业设计模块,可以简化模具的设计流程,减少重复性建模次数,从而显著缩短模具设计周期,已经成为了铝型材挤压领域的一个研究热点。目前,平面分流组合模CAD系统仍处于理论向实用化过渡的阶段,本文围绕平面分流组合模CAD系统的实用化进行了较为深入的研究。 结合《铝型材挤压模具设计、制造、使用及维修》和有关铝型材挤压模具设计公司的实际生产经验,研究了平面分流组合模的设计流程和关键技术,运用反推分析法,从模具结构向工艺参数反推,确定了设计流程中的关键点并使其模块化,构建了平面分流组合模CAD系统总体框架；具体分析了模具结构的实体建模方法,提出了各个模块的具体设计思路,为实现平面分流组合模CAD系统的实用化奠定了理论基础。 基于UG的二次开发语言UG/Open API和UG/Open Grip,采用逐步建模的思路,对平面分流组合模CAD系统的各个模块进行开发,实现了挤压工艺参数自动计算,模具外形尺寸的标准化、系列化,分流孔大小、形状、数目及其分布的任意建模,分流桥最小厚度计算,多孔型材模芯、模孔设计,焊合室、空刀成形设计以及引流槽模块、挡块模块的创建。 在挤压工艺参数模块中,建立了挤压机数据库,并实现了挤压工艺参数的自动计算,通过校核挤压比和型材外接圆直径,对所选的挤压机进行验证并给用户提出合理建议,为后续的模具结构设计提供了一定参考；分流桥设计模块可对模具强度进行校核,并可给用户提出分流桥厚度设计的合理建议。 模具外形尺寸模块对比分析了UG的三种标准件数据库的创建方法—参数化设计、部件族设计以及UF对象设计,特别强调了UG的对象问题,部件对象通常用于部件之间的操作(装配设计),参数化设计主要应用于部件创建,而UF对象通常用于直接建模,属于部件内操作,可以直接进行布尔运算,因而UF对象法创建的模具外形标准件数据库满足了平面分流组合模的逐步建模要求。 分流孔设计模块采用单分流孔逐步设计的思路,创建了三边形分流孔和四边形分流孔。首先,通过单分流孔平均面积计算,为分流孔大小的设计提供一定的参考。然后,对UG的基本线段创建、坐标系转换、拉伸以及倒圆功能进行集成,实现了任意型材分流孔的设计；对UG的选线、拉伸功能进行集成,实现了任意形状焊合室的设计,同时,在对话框中给出了焊合室高度选择参考,便于焊合室的直接创建；对UG的选线、缩放以及拉伸功能进行集成,在对话框中设定线膨胀系数,可以直接完成任意型材模具的模芯模孔设计。 开发了平面分流组合模CAD系统,初步实现了任意空心型材的平面分流组合模设计。该系统有以下几个特点：(1)平面分流组合模CAD系统的实用性较强,可以针对任意空心型材进行平面分流组合模设计；(2)基于知识经验的设计,人机交互下实现知识熔接,可初步实现了平面分流组合模智能设计；(3)针对平面分流组合模各模具结构的建模特点,对UG本身的各项功能进行集成,将知识经验进行封装,让不同技术水平的用户都可以快速设计模具,可缩短模具设计时间。 采用本文开发的铝型材挤压模具CAD系统设计的一个高速列车侧壁板型材挤压模具,建立了基于ALE算法的HyperXtrude软件的挤压过程数值模拟分析模型,并对铝型材挤压过程进行数值模拟。通过分析挤压过程中金属的速度分布、型材的应力分布以及温度场分布情况,优化了模具结构,减少了试模修模的次数,缩短了模具设计制造周期,对实际生产提供了理论指导。