铝型材挤压模具的CADCAM系统

     挤压工艺过程数学模型的基本设想。

    前言随着电子计算机技术的迅速推广与普及，CAD（电子计算机辅助设计）和CAM（电子计算机辅助制造）技术在很多部门（如机械制造、飞机与汽车的设计与制造等得到了广泛的应甩但是在铝型材挤压模制造业中仅应用了其中的一部分，即CAM系统计算机数控（CNC）机床（如CNC车床CNC磨床、CNC铣床CNC线切害机CNCEDM以及数：2002-高级工程师。控机加工中心等）的普遍使用可大大提高挤压模具的质量和生产率而在挤压模具设计时，CAD系统仅限于计算机辅助制图理想的CAD系统应对金属流动、热传导（温度场）、应力-应变尝断面尺寸与形位公差及其它因素分析后进行设计制图。因此，开发适用可靠的铝型材挤压模具CAD/CAM专用软件，是挤压模具技术发展的当务之急。

    CAD/CAM―体化才能将CAD/CAM系统的功能最大限度地应用于挤压模具生产中。设计生产一体化与以数据交换特征为基础的独立型系统相比具有诸多优势，而CAD/CAM之间进行图样交换（输入或输出）并不意味着它们是一体化的通过工业标准和其它常规方式交换的图样可能不够完善，它不能动态发现并修改错误，在酿成大问题前或许不能查出图样中存在的问题，而对图样进行最终修改。但在生产系统中是不允许出现这种错误的。因此，实现CAD/CAM系统一体化才是高效制作挤压模具的基础为适用于铝型材挤压模具设计和生产的CAD/CAM―体化系统的示意图，将设计制图、CNC机加工和CNC电加工程序均融合在一个系统内，制图和CNC功能共用一个数据库，几何图形可在制图和CNC程序之间交换，无需担心数据的准确性或数据混乱在生产实践中，可用部分或全部设计图样为CNC机床规定工具路径最现代的CAM系统是以图表为基础的，所以不必学习很难的机械工具部分程序语言新型的以图表为基础的CAM系统采用的是一系列通用“语言状菜单驱动命令”来完成规定工具加工路径和几何形状的工作整个工作时间相互配合，所以速度快，错误少。多数的CAD/CAM软件在图像屏幕上提供工具路径显像，并可从扫描器中输出。

    本文的目的是在开发挤压模具CAD和CAM适用软件的基础上，寻找实现CAD/CAM系统一体化的方法，促进CAD/CAM技术在铝型材挤压模具生产中的应甩1CAD/CAM系统一体化CAD/CAM系统一体化是将挤压模具从设计到生产结合成一个有机的整体，CAD/CAM之间的几何联系可大大节省CNC编程时间。当CNC程序准备完毕后，CNC控制器开始执行下一步程序，同时，CAD/CAM站不断准备其它的设计/NC程序。

    一台CNC控制器可同时控制2台或2台以上的CNC机床CAM系统可为CNC控制器提供后处理程序，先进的CAM软件甚至可为上百个CNC控制器提供后处理程序此外，还可提供为适应所采用的加工工具路线。而特别写入的后处理程序。如果有多台带有这种程序读出器的CNC机床已处于操作状态，则可选用穿孔纸、软盘磁带或其它任何一种介质来传递这种CAD/CAM―体化系统还考虑了以后安装CNC机床的余地，这样可降低成本，充分利用可使用的信息'源。当设计（CAD）以及CNC编程需要采用1个以上的终端时，应通过存储器将工作站联网与CNC机床相联的PC接口可通过存储器进入CNC程序上述系统可与其它任何一种工具制造要素或生产车间联合使甩与其它的3D图解和处理复杂3D形状相比，在计算机上进行挤压模设计、绘图和CNC编程是比较简单的。在实际应用中，CAM在挤压模生产方面的应用是2D（如描绘轮廓开模胳打孔和钻孔等）而在4-1轴、线切割和CNC机床加工中心方面的应用相对比较复杂目前商用的多数软件都具有计算标准的模腔面积周长、体积质量重心和惯性动差等功能由于某些用户要求模腔尺寸、装配工具模腔的位置与定位以及销钉和螺栓的定位等，因此，挤压模设计图应尽可能拓展，从而对现有的设计进行再编辑和细小修改是获得新设计的最快方法之一。

    在先进的CAD/CAM―体化系统中，可在现有图纸上修改或增补可置换模腔和模芯细节，保留与原设计相同的分流孔和其它共同的内容，这样中空型材的分流组合模的设计就变得相对简单在软件中可制作上百个典型的模腔模座、模垫和型芯座等图纸程序库，只需按下几个设定的键钮就可存取任何图形新的或非标准的模型、模垫型芯座和模座切口等可被数字仪或扫描仪跟踪并不断补充到备用工具程序库中。大多数开发的软件都支持或兼容数术规程相比更便于理解和操作，用户可根据其部门字仪，并备有扫描仪以供选甩的规模设备配置情况和未来的规划选择更适合更CAD/CAM―体化系统导示图（表1）与硬件技有效的系统表1CAD/CAM体化系统导示图计算机和处理机大范围的CAD/CAM工作站都适用于不同的设计计算，应用功能是有效的。带386/486处理器的个人计算机也可作为CAD/CAM工作站。专用工作站在入门阶段，中等和高等操作阶段是可用的。工作站：386/486个人计算机数字VAXHP9000系/Apolh锾存储器扩容的RAM（随机存取存储器）最少有2~4兆字节，在此基础上，将来几乎所有的硬件卖主都会提供RAM扩充选择220~600MB需要时，可考虑2千兆字节的硬盘和一台额外的硬盘驱动器硬盘带6095150或280MB盒式磁带的磁带光柱1.44MB辅助系统尺寸：挤压设计者习惯以1：1的比例进行设计。所以用19iri的视频图纸陈列（VGA）彩色监测器比较合适驱动器监测器14in/16n的VGA彩色电视机也可以清晰度：至少是102水768，102水1024更好数字化仪/鼠标鼠标激字化仪是图形输入装置，鼠标和数字化仪都可用来选择显示屏上的菜单，下拉菜单和显示屏定位数字化仪可在指示装置的帮助下跟踪制图，并且可以有它自己的菜单，即表格菜单建议有12i￥18in或A3（297mm<420mm）规格的数字化仪。数字化仪可进行快速制图。

    绘图机类型：磁鼓型8种笔颜色，清晰度适中存储缓冲器：最小1MB打印机激光打印机质量好，愉速预演可使用每秒400个符号的DotmatrX打印机。

    软件为了达到一体化，软件应包括：有其它软件包的数据支持、快速绘图、图形制作和编辑、后处理（机械加工驱动）DNC支持有些一流的CAD/CAM软件包应包括下列内容下列软件或许不支持本表列的所有工作包）：自动2挤压模CAD系统分析目前传统分析设计方法是凭直觉或经验来判定金属在变形区的流动状态，通过改变模腔四周工作带的摩擦或导流模及分流孔的进料分配来控制金属的流速，以获得均匀平直的型材。因此，这种控制是十分困难，且十分有限的。而挤压模的CAD技术不仅仅是对模具的结构要素进行设计计算并绘制图纸，而且要对挤压过程中的金属流动规律温度-速度尝应力-应变场以及模具强度等方进行分析，以使整个挤压过程最优化这样，计算机辅助将使整个挤压工业发生重大的变革为了发挥挤压模CAD系统的分析作用，首先必须建立挤压工艺过程的数学模型。这种模型以流体摩擦动力学为基础，特别是在用于分析金属流动控制时，从挤压模设计点开始，把模型制备成基本的辅助工具通过用数学方法，综合塑性变形力学、热传导学等来进行分析和设计，使之成为完整的挤压工艺模型为了建立有效的数学模型，首先有必要了解挤压筒内金属在挤压力作用下的行为。试验表明，金属在挤压筒内的流动速度在中心部位达到最大，然后沿挤压筒半径呈抛物线变化，最后在挤压筒壁附近变为零这种变化是由挤压筒壁上的摩擦作用引起的，示出了铝合金在挤压筒内沿挤压方向的速度矢量图。

    通过公对金属流速分布的影响可以通过在抛物线表面叠加相应的“表面”并分析合成的几何表面以数学途径来进行适当的评估4结论借助电子计算机辅助，开发先进的CAD/CAM―体化系统和有效的应用软件，（下转第47页）间-电压曲线腔制要求，如：电流（电压）多级分段长时间软启动与稳压定时（膜厚）控制、直流叠加脉冲等特定波形及电压调节曲线记忆、运行过程电压或电流发生突变时自动断电与报警等。

    大电流脉冲叠加电源在提高金属表面处理质量，提高工作效率以及减小能耗方面具有显著成效，其独特的功能可以满足不同类型铝材的特殊工艺要求，从而简化了操作人员的繁琐的调控过程，消除人为因素的影响，提高了处理工艺，稳定了产品质量，是数字化可控硅电源中比较先进的新品种电源此类产品的研制开发，将取代进口脉冲电源，也必将推动我国电源行业迅猛发展（上接第30页）即相变的驱动力大，故T1相在晶内形核容易一些所以较低温度下时效，晶内T1相增多，且较为细小均匀，在晶界和亚晶界析出的T1减少，晶界状况有所改善，晶界强度提高，合金的强塑性搭配更佳，但时效时间更长一些，参见在时效前引入预变形，一方面产生变硬化，使得后继的沉淀强化在较高强度起点进行；另一方面，预变形引入大量位错为T1相形核提供优越的形核位置，大大促进T1相弥散均匀析出，使合金时效强度显著提高时效前冷变形还可以加快时效沉淀动力学，使觉淀相细小均匀分布，沉淀相体积分数增多，抑制晶界平衡相形成，减少晶界PFZ出现，合金预变形时产生的位错缠结也能有效阻止位错运5九但T1相是片状脆性相，其分散共面滑移的效果不大，不利改善合金的塑性。因此预变形量的增加，时效时间的延长，促进T1强化相的析出，提高了强度，但塑性指标是逐渐下降的，见表5，固溶淬火后预变形前室温停留相当于进行了自然时效，S相开始析出，释放空位，空位凝聚成位错环，在位错环上可析出有限数量的T1相，使合金保持好的强塑性指标不过长时间停顿后，合金可能有对位错滑移产生阻碍，导致随后的冷变形不均匀，进而最终使性能降低，但是预变形前的自然时效，有利强化相细小弥散分布，减窄晶界PFZ，改善晶界状态，合金延伸率还能保持在较高水平上4结论试验合金热处理时固容温度保温时间、淬火冷却速度对性能有很大影响，适宜的固溶温度为500~505C，室温水冷介质淬火，转移时间〈30sT6低温时效可以改善合金晶界状态和强化相T1相的分布，改善合金的强塑性T8预变形时效，大大促进了T1相析出，显著提高时效强度。选择合适的预变形量与时效时间配合，可获得较好的综合性能固溶淬火后室温停留时间越短越好，否则导致合金性能下降。