對輥機電氣系統(tǒng)設計

對輥機電氣系統(tǒng)設計,對輥機電氣系統(tǒng)設計,對于,機電,電機,系統(tǒng),設計 黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻翻譯） 第 6 頁 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應用軟件在沖模鑄造模具中應用 摘要：本文根據(jù)并行工程（CE）的理念，建立了一個面向沖壓模具設計制造的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)，并對該集成系統(tǒng)進行了初步的應用。該集成系統(tǒng)可以利用現(xiàn)成的CAD/CAM集成的軟件平臺Pro/ENGINEER， MAGMASOFT模擬軟件和用于沖壓模工藝設計的初步的專家系統(tǒng)來建立。本文作者開發(fā)一個含有一系列的經(jīng)驗計算公式和技術方案及沖模設計數(shù)據(jù)的初步的專家系統(tǒng)軟件包。該集成系統(tǒng)已經(jīng)成功地被應用于沖壓鋁和鎂鑄件的模具的設計和制造，例如生產(chǎn)桑塔納轎車的水泵。使用該集成系統(tǒng)能縮短沖模設計和制造周期，而且可以在短時間內生產(chǎn)高質量沖模，大大縮短了沖模鑄造的生產(chǎn)時間。 1.前言 沖模鑄造的軟件正在不斷地發(fā)展。沖模鑄造的產(chǎn)品正在向復雜的、大型的、生產(chǎn)周期短的方向發(fā)展。該如何在一個比較短時期用較低的費用生產(chǎn)高質量的沖模鑄造已經(jīng)成為沖模鑄造企業(yè)重要和緊急工作。最近協(xié)作工程學 (CE)已經(jīng)進入沖模鑄造的產(chǎn)品，和建立完整的投沖模鑄造CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。在 CE 程序中，第一個步驟是為產(chǎn)品的使用創(chuàng)建一個 3D零件數(shù)據(jù)庫程序。下一個步驟是設計沖模鑄造程序，包括禁足系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)的設計、溢出系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設計和整個沖模鑄造剛體的設計。為了避免鑄造中出現(xiàn)缺點，用鑄造仿真軟件仿真金屬的流動和凝固過程，也就是進行CAE。數(shù)據(jù)庫需要提供CAM在制造沖模的粗加工和最終處理CNC程序的數(shù)據(jù)，而且被連接到測量機械測量坐標 (CMMs)。由于在整個過程使用統(tǒng)一的 3D模型數(shù)據(jù)庫，所以能同時完成所有步驟。整個產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)周期很大程度上縮短 [2]。因此,整個模具系統(tǒng)沖模鑄造的重點是CAD/CAE/CAM，它表達了CE觀念模型的先進制造技術。完整的沖模鑄造CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的計劃在圖1中顯示。一個CAD /CAM 軟件包含一個 CAE 模擬 軟件和一個沖模專用系統(tǒng)。 圖1. 完整的沖模鑄造CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的全部步驟 由于鑄件的復雜形狀, 3D實體模型和制造要求大型的CAD/CAM的軟件。現(xiàn)在廣泛應用的CAD/CAM軟件是PTC生產(chǎn)的Pro/ENGINEER CAD/CAM軟件，EDS生產(chǎn)的Unigraphics II CAD/CAM軟件，和美國SDRC生產(chǎn)的IDEAS CAD/CAM軟件。 2.制定完整的沖模鑄造CAD/CAE/CAM系統(tǒng) 完整的沖模鑄造CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的計劃在圖1中顯示。一個CAD /CAM 軟件包含一個 CAE 模擬軟件和一個沖模專用系統(tǒng)。 由于鑄件的復雜形狀，3D實體模型和制造要求大型的CAD/CAM的軟件?，F(xiàn)在廣泛應用的CAD/CAM軟件是PTC生產(chǎn)的Pro/ENGINEER CAD/CAM軟件，EDS生產(chǎn)的Unigraphics II CAD/CAM軟件，和美國SDRC生產(chǎn)的IDEAS CAD/CAM軟件。 鑄件CAE模擬的基礎原則是通過用有限微分(FDM)和有限元分析(FEM)解決流動平衡和熱轉換(像是連續(xù)性相等，Navier–Stokes相等和傅立葉相等) 。通過計算可以獲得鋼模在注射和凝固過程中金屬流動的速度和鋼模溫度的散發(fā)。用CAE模擬系統(tǒng)模擬沖模鑄造的金屬流動和鋼模鑄件的凝結。經(jīng)常用到的鑄件模擬軟件有EKK的CAP，流體自然學的流體3D，美國UES的Pro/CAST，和巖漿，德國Magmad 的MAGMASOFT， 等等 [3]。 在這篇文章中，用Pro/ENGINEER CAD/CAM軟件、MAGMASOFT模擬軟件平臺和設計沖模鑄造的專家系統(tǒng)建立完整的沖模鑄造的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，這個系統(tǒng)應用在鋁合金的水泵和鎂合金的屋子蓋子的沖模鑄件。 3.應用完整的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)建立沖模鑄件零件的3D實體模型 3.1模具和工藝表的CAD模型和設計 用Pro/ENGINEER CAD/CAM軟件建立的沖模鑄件3D模型包含了機械加工量、收縮率、加工斜度的消息（在圖2描述）。在數(shù)據(jù)庫2選擇加工的厚度、收縮率和錐度的數(shù)據(jù)應該和合金的類型、零件的結構零件的精度和零件的表面積精度等級。 圖2.水泵的3D實體模型 用一個主要的專家系統(tǒng)包設計鋼模鑄造的科學的計劃程序，那由創(chuàng)建者揭露的程序參數(shù)，合適選擇合適的注射壓力，注射速度，注射的頻率和注射時間等等，和根據(jù)經(jīng)驗 圖3.在開模狀態(tài)下水泵模具3D實體模型 考慮相等鑄件的厚度和鑄件的結構與合金的類型的一致性。沖模鑄件的科學的計劃程序包括控制系統(tǒng)、溢出系統(tǒng)和冷卻通道的設計、形腔面積的計算和熱平衡計算。然后確定沖模鑄造的計劃。在數(shù)據(jù)庫1中儲存各種鋼模標準成份零件的數(shù)據(jù)，而且一些鋼模設計的經(jīng)驗數(shù)據(jù)設，如鑲嵌物的厚度,和形腔到模具外表面距離。在專門系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫1包括，最后整個鑄件3D立體實體，模具的合模和開模機構，抽心機構，注射系統(tǒng)，溢出系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等等(在圖 3 中顯示)。然后所有的這些模型數(shù)據(jù)轉換成數(shù)據(jù)文件。 水泵的鋼模的形狀是比較復雜的合成物。包括復雜的外形，不同的高度凹槽，扭曲的轉變區(qū)域連接像球體一樣的彎曲橫截面，這些對實體來說是困難的。 3.2 CAE的模擬和分析 用IP 550標準模具機械生產(chǎn)水泵鋼模鑄件。在這個模具中有二種類型的缺點：通氣 圖4.水泵在最初的工藝方案金屬澆注的模擬(50% 注射) 孔和多孔性。用 MAGMASOFT 軟件模仿鋼模的金屬的澆注和凝固過程。分析幾個理 圖 5.水泵在修訂的工藝方案金屬澆注的模擬(50% 注射) 論計劃的仿真結果。通過模擬能直接觀察到金屬的澆注和凝固過程。在最初的水泵設計計劃中水泵的澆注系統(tǒng)會導致在澆注的時候金屬液體溢出和氣體泄露 (在圖4中顯示)。 結果會形成氣泡和氧化物。通過對設計系統(tǒng)的修改和參數(shù)的處理能減少這些缺點。(在圖5)除此之外，最初的方案時常在鋼模鑄件熱不平衡的地方生產(chǎn)多個氣泡(在圖 6 中顯示)。因此，在修改計劃合適地調整注射從慢到快速的轉換，和縮短壓力上升時間，保證液體在凝固之前熱不平衡區(qū)的壓力達到需要。因此，氣孔的缺點基本上除去。水泵復雜的形狀模具圖 4.而且它的壁厚不相等產(chǎn)生氣孔和氣泡的缺點，水泵模具密封要求比較高，和鑄件必須通過一個水壓測試而且沒有一點泄露。用CAE的模擬和分析設計出最佳的鋼模鑄造程序，和鋼模產(chǎn)品的合格率在短時間內得到很大程度上的提高。 圖6.由最初的科技方案水泵模具的熱不穩(wěn)地區(qū).(80% 凝固) 3.3計算機輔助教育的實現(xiàn) 根據(jù)模具鑄件的形腔3D立體固體的數(shù)據(jù)，用Pro/ENGINEER CAD/CAM 軟件的 創(chuàng)建加工操作表列出的內容有：加工參數(shù)，裁刀具，切割路徑等等，和數(shù)控切割程序(數(shù)字的控制)和 CL(刀具定位) 數(shù)據(jù)文件的創(chuàng)建。由于使用數(shù)控檢查模數(shù)，檢查加工的刀具路徑和顯示當時加工的過程。修改每個數(shù)控割切程序的CL數(shù)據(jù)文件，直到達到滿意的結果。能很快識別這些數(shù)據(jù)文件轉送和轉換輸入數(shù)控機床CAM能很快地被識別。機架蓋子模具鑲嵌物的加工刀具路徑在圖7中顯示。 圖7.機架頂蓋模具鑲嵌在機械中的加工路徑 4.整合系統(tǒng)應用的成效 依照上面提到的，通過使用Pro/ENGINEER CAD/CAM軟件和主要的專家系統(tǒng)，創(chuàng)建模具的3D實體模型和設計科技的方案。使用MAGMASOFT 軟件完成模具金屬的注射和凝固的分析與仿真；修正和優(yōu)化模具的科技方案和加工參數(shù)。然后整個模具的3D實體模型完成。 最后產(chǎn)生模具的復雜表面的CAM加工數(shù)據(jù)和型心，和在CNC機械上完成全部過程。在整個過程由于使用單一的3D立體模型的數(shù)據(jù)庫，一些步驟可能同時運行，和模具的設計和制造的周期明顯地縮短。 通過CAE模擬修正和優(yōu)化模具科技方案和加工參數(shù)投，能在非常短時間的內提高模具的質量。舉例來說，由于使用CAE 模擬，上述的水泵鑄件產(chǎn)品合格率在短時間內從60提高到90%。 CAE 模擬結果表示鋼模流道散發(fā)熱量不平衡。鋼模熱的平衡和熱散發(fā)通過調節(jié)澆道大小，澆注速度，冷卻速度率等等，和發(fā)生裂縫的頻率在很大程度上減少，度上縮短。因為鋼模鑄件的合格率能在短時間內得到很大程度上提高，并縮短了整個鋼模鑄件的制造時間。 5.結論 證明的完整的模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)已成功的應用轎車的設計和制造，比如水泵和變速箱。明顯縮短模具的設計和制造時間。用CAE 模擬能優(yōu)化加工參數(shù)和技術方案。能在短時間內生產(chǎn)高質量模具，使得整個生產(chǎn)過程得到縮短。然而，這個綜合系統(tǒng)正向更深的研究和體系發(fā)展，尤其是那些專門的系統(tǒng)。這將會使專業(yè)系統(tǒng)更完美。更多鋼模鑄件的情形是成功地在制造中分析產(chǎn)品，而且他們的數(shù)據(jù)也將會存在專門的系統(tǒng)中。 參考文獻 [1] K. Chipley, S. Viswanathan, R.H. Cooper[M] ,Die Cast. Eng. 40 (2)(1996) 18-26. [2] P.M. Bralower[M] , Die Cast. Eng. 42 (5) (1998) 16-20. [3] S.P. Midson[M] , Die Cast. Eng. 38 (5) (1994) 42-46. [4] S. Yue, G. Dai, Foundry[M] , Eng-Molding Mater. 22 (1-2) (1998) 8-13. [5] Shuhua, Yue, J. Yu, H. Sun, et al., Foundry [M] 46 (1) (1997) 14-18.