Φ32雙耳止動墊圈沖孔落料級進模具設(shè)計【沖壓模含SW三維及30張CAD圖帶開題報告】

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附 錄 A：外文文獻及翻譯Heat Treatment of Die and Mould Oriented ConcurrentDesignAbstract: Many disadvantages exist in the traditional die design method which belongs to serial pattern. It is well known that heat treatment is highly important to the dies. A new idea of concurrent design for heat treatment process of die and mould was developed in order to overcome the existent shortcomings of heat treatment process. Heat treatment CAD/CAE was integrated with concurrent circumstance and the relevant modelwas built. These investigations can remarkably improve efficiency, reduce cost andensure quality of R and D for products.Key words:die design; heat treatment; mouldTraditional die and mould design,mainly by experience or semi—experience， is isolated from manufacturing process.Before the design is finalized，the scheme of die and mould is usually modified time and again，thus some disadvantages come into being,such as long development period,high cost and uncertain practical effect.Due to strong desires for precision,service life,development period and cost,modern die and mould should be designed and manufactured perfectly.Therefore more and more advanced technologies and innovations have been applied,for example,concurrent engineering,agile manufacturing virtual manufacturing,collaborative design,etc.Heat treatment of die and mould is as important as design,manufacture and assembly because it has a vital effect on manufacture， assembly and service life． Design and manufacture of die and mould have progressed rapidly，but heat treatment lagged seriously behind them． As die and mould industry develops， heat treatment must ensure die and mould there are good state of manufacture，assembly and wear—resistant properties by request.Impertinent heat treatment can influence die and mould manufacturing such as over—hard and—soft and assembly． Traditionally the heat treatment process was made out according to the methods and properties brought forward by designer．This could make the designers of die and mould and heat treatment diverge from each other，for the designers of die andmould could not fully realize heat treatment process and materials properties，and contrarily the designers rarely understood the service environment and designing thought. These divergences will impact the progress of die and mould to a great extent. Accordingly， if the process design of heat treatment is considered in the early designing stage，the aims ofshortening development period， reducing cost and stabilizing quality will be achieved and the sublimation of development pattern from serial to concurrent will be realized．Concurrent engineering takes computer integration system as a carrier,at the very start subsequent each stage and factors have been considered such as manufacturing， heat treating， properties and so forth in order to avoid the error．The concurrent pattern has dismissed the defect of serial pattern,which bring about a revolution against serial pattern．In the present work．the heat treatment was integrated into the concurrent circumstance of the die and mould development， and the systemic and profound research was performed．1 Heat Treatment Under Concurrent CircumstanceThe concurrent pattern differs ultimately from the serial pattern(see Fig． 1).With regard to serial pattern， the designers mostly consider the structure and function of die and mould， yet hardly consider the consequent process，so that the former mistakes are easily spread backwards． Meanwhile， the design department rarely communicates with the assembling， cost accounting and sales departments ． These problems certainly will influence the development progress of die and mould and the market foreground． Whereas in the concurrent pattern， the relations among departments are close， the related departments alltake part in the development progress of die and mould and have close intercommunion with purchasers． This is propitious to elimination of the conflicts between departments， increase the efficiency and reduce the cost．Heat treatment process in the concurrent circumstance is made out not after blueprint and workpiece taken but during die and mould designing．In this way，it is favorable to optimizing the heat treatment process and making full use of the potential of the materials．2 Integration of Heat Treatment CAD／ CAE for Die and MouldIt can be seen from Fig．2 that the process design and simulation of heat treatment are the core of integration frame． After information input via product design module and heat treatment process generated via heat treatment CAD and heat treatment CAE module willautomatically divide the mesh for parts drawing， simulation temperature field microstructure analysis after heat—treatment and the defect of possible emerging (such as overheat,over burning)， and then the heat treatment process is judged if the optimization is made accordingto the result reappeared by stereoscopic vision technology．Moreover tool and clamping apparatus CAD and CAM are integrated into this system．The concurrent engineering based integration frame can share information with other branch． That makes for optimizing the heat treatment process and ensuring the process sound．2.1 1 3-D model and stereoscopic vision technology for heat treatmentThe problems about materials， structure and size for die and mould can be discovered as soon as possible by 3-D model for heat treatment based on the shape of die and mould．Modeling heating condition and phase transformation condition for die and mould during heat treatment are workable， because it has been broken through for the calculation ofphase transformation thermodynamics， phase transformation kinetics，phase stress,thermal stress， heat transfer， hydrokinetics etc． For example， 3-D heat—conducting algorithm models for local heating complicated impression and asymmetric die and mould， and M ARC software models for microstructure transformation was used．Computer can present the informations of temperature， microstructure and stress at arbitrary time and display the entiretransformation procedure in the form of 3-D by coupling temperature field,microstructure field and stress field． If the property can be coupled,various partial properties can be predicted by computer．2.2 Heat treatment process designDue to the special requests for strength， hardness， surface roughness and distortion during heat treatment for die and mould，the parameters including quenching medium type，quenching temperature and tempering temperature and time， must be properly selected， and whether using surface quenching or chemical heat treatment the parameters must be rightly determined． It is difficult to determine the parameters by computer fully．Since computer technology develops quickly in recent decades,the difficulty with large—scale calculation has been overcome．By simulating and weighing the property，the cost and the required period after heat treatment．it is not difficult to optimize the heat treatment process．2.3 Data base for heat treatmentA heat treatment database is described in Fig．3．The database is the foundation of making out heat treatment process．Generally ，heat treatment database is divided into materials database and process database． It is an inexorable trend to predict the property by materials and process． Although it is difficult to establish a property database， it is necessary to establish the database by a series of tests． The materials database includes steel grades,chemical compositions， properties and home and abroad grades parallel tables．The process database includes heat treatment criterions， classes， heat preservation time and cooling velocity． Based on the database， heat treatment process can be created by inferring from rules．2.4 Tool and equipment for heat treatmentAfter heat treatment process is determined， tool and equipment CAD／ CAE system transfers the information about design and manufacture to the numerical control device． Through rapid tooling prototype，the reliability of tool and the clamping apparatuscan be judged．The whole procedure is transferred by network，in which there is no man—made interference．3 Key Technique3.1 Coupling of temperature， microstructure， stress and propertyHeat treatment procedure is a procedure of temperature-microstructure — stress interaction． The three factors can all influence the property (see Fig． 4)． During heating andcooling ， hot stress and transformation will come into being when microstructure changes.Transformation temperature-microstructure and temperature—microstructure—and stress-property interact on each other．Research on the interaction of the four factors hasbeen greatly developed,but the universal mathematic model has not been built． Many modelsfit the test nicely， but they cannot be put into practice． Difficulties with most of models are solved in analytic solution，and numerical method is employed so that the inaccuracy of calculation exists．Even so， comparing experience method with qualitative analysis， heat treatment simulation by computer makes great progress．3.2 Establishment and integration of modelsThe development procedure for die and mould involves design,manufacture，heat treatment， assembly， maintenance and so on． They should have own database and mode1． They are in series with each other by the entity—relation model． Through establishing and employing dynamic inference mechanism ，the aim of optimizing design can be achieved．The relation between product model and other models was built．The product model will change in case the cell model changes． In fact， it belongs to the relation of data with die and mould． After heat treatment model is integrated into the system， it is no more an isolated unit but a member which is close to other models in the system． After searching， calculating and reasoning from the heat treatment database,procedure for heat treatment， which is restricted by geometric model,manufacture model for die and mould and by cost and property， is obtained． If the restriction is disobeyed， the system will send out the interpretative warning．All design cells are connected by communication network．3.3 Management and harmony among membersThe complexity of die and mould requires closely cooperating among item groups ． Because each member is short of global consideration for die and mould development，the y need to be managed and harmonized．F irstly,each item group shoulddefine its own control condition and resource requested,and learn of the request of up-and-down working procedure in order to avoid conflict． Secondly， development planshould be made out and monitor mechanism should be established． The obstruction can be duly excluded in case the development is hindered．Agile management and harmony redound to communicating information， increasing efficiency， and reducing redundancy．Meanwhile it is beneficial for exciting creativity， clearing conflict and making the best of resource．4 Conclusions(1) Heat treatment CAD／ CAE has been integrated into concurrent design for die and mould and heat treatment is graphed,which can increase efficiency， easily discover problems and clear conflicts．(2) Die and mould development is performed on the same platform．When the heat treatment process is made out，designers can obtain correlative information and transfer self-information to other design departments on the platform．(3) Making out correct development schedule and adjusting it in time can enormously shorten the development period and reduce cost．References：[1] ZHOU Xiong-hui， PENG Ying-hong． The Theory and Technique of Modern Die and Mould Design and Manufacture[M]． Shanghai： Shanghai Jiaotong University Press 2000(in Chinese)．[2] Kang M， Park& Computer Integrated Mold Manufacturing[J]． Int J Computer Integrated Manufacturing，1995，5：229-239．[3] Yau H T，Meno C H． Concurrent Process Planning for Finishing Milling and Dimensional Inspection of Sculptured Surface in Die and Mould Manufacturing[J]． Int J Product Research， 1993， 31(11)： 2709—2725．[4] LI Xiang， ZHOU Xiong-hui，RUAN Xue-yu．Application of Injection Mold Collaborative Manufacturing System [J]．JournaI of Shanghai Jiaotong University， 2000， 35(4)： 1391-1394．[5] Kuzman K， Nardin B， Kovae M ,et a1．The Integration of Rapid Prototyping and CAE in Mould Manufacturing [J]．J Materials Processing Technology， 2001， 111： 279— 285．[6] LI Xiong， ZHANG Hong—bing， RUAN Xue-yu， et a1． Heat Treatment Process Design Oriented Based on Concurrent Engineering[J]． Journal of Iron and Steel Research， 2002， 14(4)： 26—29．模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計摘 要 ： 在 一 系 列 方 式 中 ， 傳 統(tǒng) 模 具 設(shè) 計 方 法 存 在 許 多 缺 點 。 眾 所 周 知 ,熱 處 理 對 模 具 起 著 非 常 重 要 的 作 用 。 為 了 克 服 模 具 熱 處 理 工 藝 存 在 的 缺 點， 一 種 新 的 模 具 熱 處 理工藝并行設(shè)計方法已經(jīng)被開發(fā)出來了。熱處理 CAD/CAE 技術(shù)是集成了并行環(huán)境和 有 關(guān) 模 型 而 建 立 的 。 這 些 調(diào) 查 研 究 可 以顯 著 提 高 效 率 ， 降 低 成 本 ， 并 保 證 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 達 到R 和D 級。關(guān) 鍵 詞 ： 模 具 設(shè) 計 ； 熱 處 理 ； 模 具 傳統(tǒng)模具設(shè)計主要是依照自身實踐經(jīng)驗或依照部分實踐經(jīng)驗，而不是制造工藝。在設(shè)計完成之前，模具方案通常要被一次又一次的改進，于是有些缺點便出現(xiàn)，例如開發(fā)時期長，成本高和實際效果不明顯。由于對精確性、使用壽命、開發(fā)期和費用的 嚴格要求，先進的模具要求設(shè)計和制造得十分完善。因此越來越先進的技術(shù)和創(chuàng)新被 應(yīng)用其中，例如并行工程、敏捷制造業(yè)、虛擬制造業(yè)、協(xié)同合作設(shè)計等。模具的熱處理與模具設(shè)計，制造和裝配同樣重要。因為它對模具的制造裝配和使 用 壽 命 又 及 其 重 要 的 影 響 。 模 具 設(shè) 計 與 制 造 發(fā) 展 十 分 迅 速 ， 但 是熱 處 理 發(fā) 展 卻 嚴 重 滯 后 它 們 。 隨 著 模 具 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 熱 處 理 必 須 保 證 模 具有 良 好 的 制 造 裝 配 和 磨 損 耐 熱 性 能 。 不 切 實 際 的 熱 處 理 將 導(dǎo) 致 模 具 材 料 過硬 或 過 軟 ， 同 時 影 響 模 具 裝 配 性 能 。 傳 統(tǒng) 的 熱 處 理 工 藝 是 按 照 設(shè) 計 師 提 出的 方 法 和 特 性 制 作 出 來 的 。 這 樣 會 使 模 具 設(shè) 計 師 和 熱 處 理 工 藝 師 意 見 產(chǎn) 生分 歧 ， 而 模 具 設(shè) 計 師 卻 不 能 充 分 地 了 解 熱 處 理 工 藝 和 材 料 的 性 能 ， 相 反 熱處 理 工 藝 師 卻 很 少 了 解 模 具 的 使 用 環(huán) 境 和 設(shè) 計 思 路 。 這 些 分 歧 將 在 很 大 程 度上 影響模具的發(fā)展 。 因此 ， 如果把熱處理工藝設(shè) 計放在設(shè)計階段之前， 則縮短開發(fā)周期 ， 減少花費和保證質(zhì)量等目標將會被考慮，而且從串行到并行的發(fā)展模式也將會實現(xiàn)。并行工程是以計算機集成系統(tǒng)作為載體，在開始以后，每個階段和因素都被看作 如制造、 熱處理、 性能等等， 以避免出現(xiàn)錯誤 。 并行模式已經(jīng)摒除了串行模式的缺陷， 由此帶來了一場對串行模式的革命。在當前的工作中，熱處理被集成到了模具開發(fā)的并行環(huán)境中，同時也正在進行這 種系統(tǒng)性和深入性的研究。1.熱處理下的并行環(huán)境并行模式與串行模式存在根本的不同 （見圖 1。 對于串行模式， 設(shè)計者大多考慮 的是模具的結(jié)構(gòu)與功能， 但很難考慮相關(guān)的工藝， 以致前者的錯誤很容易蔓延到后面。與 此 同 時 ， 設(shè) 計 本 門 很 少 與 裝 配 ， 預(yù) 算 會 計 和 銷 售 部 門 溝 通 。 這 些 問 題 當然 會 影 響 模 具 的 開 發(fā) 進 度 和 市 場 前 景 。 然 而 在 并 行 模 式 中 ， 不 但 以 上 部門 關(guān) 系 聯(lián) 系 密 切 ， 所 有 參 加 模 具 開 發(fā) 的 部 門 都 與 買 家 有 密 切 的 交 流 。 這有 助 于 協(xié) 調(diào) 各 部 門 消 除 矛 盾 ， 提 高 工 作 效率，同時降低成本。(a)(b)(a)串 行 模 式 （b）并行模式圖 1.基于摸具開發(fā)的串行工程與并行工程系統(tǒng)框架示意圖。 并行環(huán)境下的熱處理工藝不是在方案和工件確定以后，而是在模具設(shè)計的時候制定出來的。這樣的話，將有利于優(yōu)化熱處理工藝，充分利用材料。2.模具熱處理C AD/CAE一體化從圖 2 中可以看出，熱處理工藝的設(shè)計與模擬是一體化模式的核心。在信息輸入 產(chǎn)品模塊中后，經(jīng)熱處理工藝過程產(chǎn)生的熱處理 CAD 和熱處理 CAE 模塊將對于零件圖 ， 熱 處 理 以 后 模 擬 溫 度 場 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) 分 析 和 可 能 出 現(xiàn) 的 缺 陷 （ 例 如 過 熱 ，燒 傷 ） 自 動 劃 分 網(wǎng) 絡(luò) ， 如 果 優(yōu) 化 是 根 據(jù) 立 體 視 覺 技 術(shù) 的 結(jié) 果 重 新 出 現(xiàn) ， 則這 項 熱 處 理 工 藝 已 經(jīng) 被審核。而且工具與夾具的 CAD 和 CAE 也集成于這種系統(tǒng)中。圖 2.并行工程熱處理 CAD/CAE 一體化系統(tǒng)框架示意圖 以并行工程為基礎(chǔ)的集成模式可以與其它類似模式共享信息。這樣使熱處理工藝得到優(yōu)化，并確保改工藝準確。2.1 采用三維模型和立體視覺技術(shù)的熱處理在形成模具的基礎(chǔ)上，材料，結(jié)構(gòu)和尺寸的問題能通過熱處理三維模型盡快發(fā)現(xiàn) 出 來 。 在 熱 處 理 過 程 中 ， 模 具 加 熱 條 件 和 相 變 條 件 是 切 合 實 際 的， 因 為 通 過 計 算 相 變 熱力、 相變動力、 相應(yīng)力、 熱應(yīng)力 、 傳熱速度、 流體動力等已經(jīng)取得重要突破。 例如 ， 能 進 行 局 部 復(fù) 雜 表 面 和 不 對 稱 模 具 的 三 維 熱傳 導(dǎo) 模 型 計 算 ， 和 能 進 行 微 觀 結(jié) 構(gòu) 轉(zhuǎn) 變 的 MARC 軟件模型。計算機能夠在任何時間提交溫度，微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的信息，并通過 連 接 溫 度 場 微 觀 結(jié)構(gòu) 領(lǐng) 域 和 力 場 來 顯 示 三 維 形 式 的 全 部 改 變 過 程 。 如 果 再 加 上 這 種 特 性，則各部分性能都能通過計算機預(yù)見。2.2熱處理工藝設(shè)計由于對強度和硬度， 表面粗糙度和模具熱處理變形的特殊要求， 淬火介質(zhì)的種類、 淬 火 溫 度 、 回 火 溫 度 和 時 間 等 參 數(shù) 特 性 必 須 經(jīng) 過 適 當 的 選 擇 ， 以 及是 否 使 用 表 面 淬 火或 化 學(xué) 熱 處 理 ， 這 種 特 性 必 須 準 確 的 制 定 下 來 。 自 從 計 算 機 技 術(shù) 在 最 近 幾 十年 迅 速 的 發(fā) 展 ， 難 以 進 行 大 型 計 算 已 經(jīng) 成 為 過 去 。 通 過 模 擬 和 仔 細 考 慮 熱處 理 特 性 ， 熱 處 理 后 的成本和所須時間，這些都并不難優(yōu)化熱處理工藝。2.3熱處理數(shù)據(jù)庫熱處理數(shù)據(jù)庫在圖 3 中描述。數(shù)據(jù)庫是制定熱處理工藝的基礎(chǔ)。一般來說，熱處 理 數(shù) 據(jù) 庫 分 為 材 料 數(shù) 據(jù) 庫 和 工 藝 數(shù) 據(jù) 庫 。 通 過 材 料 和 工 藝 來 預(yù) 測特 性 已 成 為 一 種 必 然 的趨勢。 盡管很難建立一個特性數(shù)據(jù)庫 ， 但通過一系列的測試來建立數(shù)據(jù)庫是必要的。 材 料 數(shù) 據(jù) 庫 包 括 材 料 牌 號 、 化 學(xué) 成 分 、 性能 和 國 內(nèi) 外 同 級 別 目 錄 表 。 工 藝 數(shù) 據(jù) 庫 包 括 熱 處 理 標 準 、 種 類 、 保 溫 時 間和 冷 卻 溫 度 。 基 于 數(shù) 據(jù) 庫 ， 熱 處 理 工 藝 可 以 通 過 推 理 規(guī) 則創(chuàng)造出來。圖3.熱處理數(shù)據(jù)庫2.4熱處理工具和設(shè)備在熱處理工藝確定以后，工具及設(shè)備 CAD/CAE 系統(tǒng)傳送設(shè)計和制造的數(shù)值信息 來 控 制 裝 置 。 通 過 快 速 模 具 成 型 ， 可 靠 的 工 具 和 夾 具 都 能 被 確定 。 整 個 程 序 通 過 網(wǎng) 絡(luò) 傳送，不存在任何人為干擾。3.關(guān) 鍵技 術(shù)3.1 溫度，微觀結(jié)構(gòu)，應(yīng)力和特性的聯(lián)系熱處理程序是一個溫度，微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力互相作用的程序。三方面都能影響材料 特性（見圖 4。在加熱和冷卻期間，當微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時熱應(yīng)力和相變遲早會出現(xiàn)。微 觀 結(jié) 構(gòu) 溫 度 相 變 和 溫 度 － 微 觀 結(jié) 構(gòu) － 應(yīng) 力 特 性 相 互 影 響。 對 相 互 作 用 的 四 個 因 素 的 調(diào) 查 已 經(jīng) 取 得 很 大 的 發(fā) 展 ， 但 普 通 的 數(shù) 學(xué) 模 型還 沒 有 建 立 。 許 多 模 型 能 很 好 的 滿 足 測 試 結(jié) 果 ， 但 不 能 投 入 到 實 踐 當 中 。大 部 分 模 型 的 難 點 是 用 分 析 的 方 法 處 理 的 ， 同 時 數(shù) 值 方法也運用了，導(dǎo)致存在不準確的計算。圖 4.熱處理工藝圖解 即使如此，把經(jīng)驗方法與定性分析相比較，通過計算機來進行熱處理模擬取得了很大的進展。3.2模型的建立和融合在模具的開發(fā)過程中，涉及到設(shè)計、制造、熱處理、裝配、維修等。它們應(yīng)該有 自 己 的 數(shù) 據(jù) 庫 和 模 型 。 它 們 通 過 事 物 的 內(nèi) 在 聯(lián) 系 建 立 模 型 ， 互 相串 聯(lián) 起 來 ， 盡 管 建 立 和 運 用 動 態(tài) 推 理 機 制 ， 但 其 目 的 在 于 完 成 優(yōu) 化 設(shè) 計 。產(chǎn) 品 模 型 和 其 它 模 型 的 聯(lián) 系 已 被 建 立 。 如 果 細 小 組 織 模 型 發(fā) 生 改 變 ， 則 產(chǎn)品 模 型 也 將 改 變 。 事 實 上 ， 它 屬 于 數(shù) 據(jù) 庫 與 模 具 之 間 的 聯(lián) 系 。 當 熱 處 理 模型 集 成 到 系 統(tǒng) 以 后 ， 它 已 不 再 是 一 個 孤 立 的 單 位 ， 而 是 一個部分， 同時在系統(tǒng) 中接近其它模型。 在搜 查后， 熱處理數(shù)據(jù)庫的 計算和推理能力 ， 熱 處 理程 序 都 被 幾 何 模 型 ， 模 具 制 造 模 型 和 預(yù) 算 所 限 制 ， 這 是 通 行 的 。 如 果 這 種 限制 不服從，系統(tǒng)會發(fā)出解釋性的警告。所用設(shè)計的細小組織都是通過互連網(wǎng)連接的。3.3各部分之間的管理和協(xié)調(diào)復(fù)雜的模具需要其中各項目組之間密切合作。因為考慮到模具的開發(fā)，各部分都 存 在 缺 點 ， 它 必 須 得 到 管 理 和 協(xié) 調(diào) 。 首 先 ， 各 項 目 組 應(yīng) 該 確 定 其本 身 的 控 制 條 件 和 資 源 要 求 ， 同 時 了 解 不 同 環(huán) 境 下 的 工 作 程 序 ， 以 避 免 發(fā)生 沖 突 。 其 次 ， 要 提 出 開 發(fā) 計 劃 和建立監(jiān)控機制。如果開發(fā)受到限制則可逐步排除。敏捷管理和協(xié)調(diào)有助于交流信息，提高效率和減少材料。同時這有利于激發(fā)人的 創(chuàng)造力，消除阻礙和制定出最好的方法。4.總結(jié)⑴熱處理 CAD/CAE 技術(shù)已被集成到模具并行設(shè)計中去，同時熱處理已被制成圖 表，這有利于提高效率，較易發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。⑵模型的開發(fā)已在同一個平臺運行。在這個平臺中，當熱處理工藝制定出來后， 設(shè)計人員可獲得相關(guān)信息和轉(zhuǎn)讓部分信息到其它設(shè)計部門。⑶制定出正確的開發(fā)計劃并按時調(diào)整可以極大縮短開發(fā)周期和降低成本。