1 引言
由我院與中南大學、 云南鋁業股份有限公司合作完成的省院校、 企業科技合作項目“ 型材擠壓模具
CAE技術的開發與應用及提高模具質量和使用壽命的研究 ” 。項目由擠壓模具設計與制造 (CAD)、 擠壓
模具數據庫的建立、 擠壓過程數值模擬分析和優化(CAE)、 生產試模驗證及提高擠壓模具使用壽命研
究等分項目組成。其中擠壓模具數據庫的建立分項目的實施成果包括:一套名為“ 鋁型材擠壓模具設計
及數據庫管理系統 ” 的單機版的原型系統 (配用:數據庫表、 圖片集、 測試分析大綱及測試分析報告和使
用手冊 ) ,配套型材和工模具產品的三維模型庫和工程圖形庫。該系統基于 Visual Basic 6 . 0和 Access
97研發 ,其中的模具設計模塊為在 Aut oCAD 2005的VBA內研發調試無誤后 ,經導出移植到系統內。通
過該子項目的實施初步建立了鋁型材及其工模具的工程數據庫 ,初步實現了擠壓模具設計與制造的標
準化和規模化。該項目填補了云南省在鋁型材擠壓模具設計與制造方面的空白 , 并為在云南省建立模
具研發中心和一條可年產 1～2萬套擠壓模具的規模化生產線打下了技術基礎。
2 系統的主要功能
2 . 1 系統管理功能
登錄身份預設有:系統管理員與普通用戶。由[系統 ]各子菜單項完成:更改登錄用戶名和密碼,(系統管理員 )恢復普通用戶初始密碼 ,文件備份與
打印 ,注銷等。
2 . 2 工模具初步設計功能
由 [設計 ]各子菜單項完成:型材可擠壓性分析、平面導流模工模具設計參數分析、 平面分流組合模
工模具設計參數分析、 平面導流模工模具強度校核、平面分流組合模工模具強度校核、 擠壓力校核和平
面分流組合模工模具設計。系統將模具設計與制造的最新理論、 方法和技術結合傳統經驗、 數據等作為
相關的分析、 校核和設計準則。整個設計流程為:型材可擠壓性分析 (注:含分析準則、 過程與結論 ) →選擇擠壓設備、 擠壓力校核
(注:含校核準則、 過程與結論 ) → 工模具設計參數分析 (注:含分析準則、 過程與結論 ) → 模具設計 →工模
具強度校核 (注:含校核準則、 過程與結論 )。其中 ,通過平面分流組合模工模具設計模塊 ,系
統以向導形式依次打開系列窗口 ,通過在該窗口及Aut oCAD內實時的人機交互完成設計各流程。
具體的流程和功能如下:
具體的流程和功能如下:
⑴在圖 1所示的《選取型材斷面圖形 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內完成:用戶選取所需的型
材圖形文件 ( 3 . dwg) →系統啟動 Aut oCAD,以只讀方式打開該圖形文件 → 用戶選取型材斷面圖形對象
(注:需可構成封閉的型材斷面 ) →系統僅保留型材斷面圖形。
圖 1 選取型材文件
(注:圖 1～6中均以 1633b型材所用的模具設計流程為例)
⑵在圖 2所示的《輸入擠壓筒和上下模的尺寸
并選取模孔的布置方式 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內完成:顯示型材斷面主要參數數據、 輸入擠壓
筒內徑和上下模的外徑并選取模孔的布置方式 (將型材斷面質心 /外接圓中心置于模具中心 ) →系統繪
制出上模圖形。
圖 2 輸入擠壓筒和模具和尺寸并選取模孔的布置方式⑶在圖 3所示的《分流孔和分流橋設計 》 窗口
及隨后與 Aut oCAD的交互內完成:輸入分流孔數目、分流比、 分流孔中心圓直徑 /分流橋寬度 ,選取分流
孔形狀 (扇形 /圓形 ) →系統自動在上模圖形內繪制出分流孔和分流橋。若對設計結果不滿意 ,則系統
將分流孔和分流橋圖形刪除并返回《分流孔和分流橋設計 》 窗口。
圖 3 分流孔和分流橋設計
⑷在圖 4所示的《模孔尺寸和焊合室設計 》 窗口及隨后與 Aut oCAD的交互內完成:輸入模孔尺寸
經驗公式系數、 焊合室直徑和下模模心到橋墩的距離 → 系統自動繪制出下模圖形。若對設計結果不滿
意 ,則系統將下模圖形刪除并返回《模孔尺寸和焊合室設計 》 窗口。
最終的設計結果如圖 5所示:
圖 4 模孔尺寸和焊合室設計
圖 5 最終的設計結果 (設計方案一 )
設計方案二: 1633b型材所用模具設計實例內參數及選項設置為:將型材斷面質心置于模具中心 ,分
流孔形狀:圓形 ,圓形分流孔中心圓直徑: 108,分流比 20,分流孔數目: 6,其余設置同設計方案一 ,最終
的設計結果如圖 6所示:。
圖 6 最終的設計結果 (設計方案二 )
2 . 3 圖檔和云圖瀏覽功能
由 [圖檔 ]各子菜單項完成:型材、 平面導流模工模具和平面分流組合模工模具相關圖檔的分類瀏
覽 ,以及經 CAE分析的典型模具產品的云圖瀏覽。
2 . 4 數據庫管理功能
由 [查詢 ]和 [維護 ] / [瀏覽 ] (注:分別對應以系
統管理員 /普通用戶身份登錄 )各子菜單項完成:型材、 平面導流模工模具、 平面分流組合模工模具和工鋁合金的材料檢驗標準有很多，我給你了些看看，不知道是不是你要的。網站與論壇里都有很多標準規范。GB 5237.1-2004 標準名稱:鋁合金建筑型材 第1部分：基材，GB 5237.2-2004 標準名稱:鋁合金建筑型材 第2部分：陽極氧化、著色型材，GB 5237.3-2004 鋁合金建筑型材 第3部分：電泳涂漆型材，HB 5060-1977 鋁及鋁合金化學氧化膜層質量檢驗
模具管理 (含工模具入庫登記庫、 工模具使用及修理庫和工模具報廢登記庫 )數據庫的查詢和維護 (注:
指添加、 修改和刪除 ) /瀏覽功能 ,型材、 模具數據庫當前記錄的輔助參數 (注:含公式計算 )瀏覽功能。
2 . 5 圖形處理、 結構優化功能 (配用 )
由 Pr o /E等完成三維建模 ,由 InterCAD等完成工程圖 ,由 DEFORM - 3D和 MSC. SuperForge完成工
模具的結構優化,并將最終結果經提取后作為系統的圖形庫、 圖片集、 云圖集資源。
3 系統建造的關鍵技術及解決措施
3 . 1 將在 Aut oCAD VBA內研發調試無誤后的模具設計界面及代碼移植到主程序內 ,并使用 COM技
術 ,在 VB中直接操作 Aut oCAD,實現 VB程序與 Au2t oCAD圖形的通訊。
解決措施:
⑴首先用 Aut oCAD VBA研發出模具設計模塊,經調試無誤并用數據庫內的記錄及其配用的工程圖形庫
為實例驗證后,命名為“ 鋁型材擠壓模具設計系統 ”(注: 3 . dvb) ,既可單獨使用,又可將該模塊集成到主系
統內。方法:從其工程管理資源器內,將相當窗體、 模塊分別導出為同名的. fr m、 . bas格式,再將這些導出文件
添加到 VB的當前工程內 (注: 3 . vbp)。
⑵在 VB的當前工程內 ,在 [工程 ( P) ] | [引用
(R) ?]菜單項所打開的《引用 》 窗口內 ,從可用的引用列表中選中 [Aut oCAD 2005 Type Library]選項。
⑶在 VB的當前工程內 ,將連接 Aut oCAD應用程序和 Aut oCAD圖形的代碼添加到模具設計菜單項
首先調用到的模塊內。
關鍵的源代碼段如下:
’ 連接至 Aut oCAD應用程序 (注:指啟動 Aut oCAD)
Di m acadApp AsAcadApp licati on Set acadApp =
Get Object ( ,“Aut oCAD. App licati on . 16” ) ’獲取對
ActiveX對象的引用 I f Err Then
Err . Clear
Set acadApp =CreateObject (“Aut oCAD. App lica2
ti on . 16” ) ’創建對 ActiveX對象的引用
I f Err ThenMsg Box Err . Descri p ti on: Exit Sub
End I f
’連接至 Aut oCAD圖形 (注:指打開 Aut oCAD圖形)
Di m acadDoc As AcadDocument
Set acadDoc = acadApp. ActiveDocument
3 . 2 在模具設計模塊內:
⑴使用選擇集和過濾規則 ,實現僅可從型材圖形屏幕拾取到有效的型材斷面圖形對象 ,有效的對
象類型包括: L ine、 Circle、 Arc、 Elli p se、 Mline、 LWPoly2line、 Sp line和 Regi on。
⑵將選取集導出 ( Export方法 →3 . wmf) →刪除圖形中全部對象 →再將該導出項導入 ( I mport方
法 )并作為塊 B l ock炸開 ( Exp l ode方法 ) ,實現圖形中僅保留型材斷面圖形對象。
⑶用全部型材斷面對象創建并僅保留面域集 ,遍歷獲得面積最大的面域并用它減去 ( acSubtrac2
ti on)其它面域 ,用最終面域的 Area和 Centroid屬性獲得型材斷面的面積和質心。
⑷遍歷全部型材斷面對象 ,使用 Get Bounding2Box方法獲得其極左 /右 /上 /下點 ,進而獲得型材斷
面的 (橫向 )總長和 (縱向 )總寬。通過由任意三個極值點作圓法 (注:若可用 ) ,獲得最大的外接圓 ,將
該圓作為型材外接圓 ,從而獲取型材外接圓的圓心坐標和直徑。
⑸通過編程繪制單個扇形分流孔 ,將該孔組成元素轉換為面域 ,獲得該孔面積 ,進而獲得分流孔的
總面積以及由分流比 K的定義公式求解出的實際值K’ , 比較 K’ 與輸入值 K” ,迭代 (K’ ≤ K” )地求解
并繪制出最優的扇形分流孔圖形。由分流比的定義公式求解并繪制出圓形分流孔圖形。故實際繪制的
分流孔 ,其分流比的實際值與輸入值間的誤差較小。
⑹將先前獲得的型材斷面面積最大的面域的組成元素 ,作為下模模孔圖形 ,并用經驗設計公式將
下模模孔圖形放大 ( ScaleEntity方法 ) ,從而完成下模模孔的設計。
4 系統的主要特點
4 . 1 功能性與集成性
系統可實現鋁型材擠壓工模具的初步設計、 數據庫管理、 圖檔和云圖瀏覽、 工模具生命周期管理
(注:指從入庫到報廢全程 )等功能。系統功能強且集成度高。
4 . 2 工程性
數據庫表、 三維模型庫和工程圖形庫內的基礎數據均來源于項目合作各方以及一些型材生產廠
家、 模具使用廠家、 模具設計和制作廠家的實際產品和工模具管理。字段覆蓋了型材參數、 擠壓設備及
工藝參數、 坯料參數和工模具參數 ,以及工模具管理的整個生命周期。參數完整全面且分類管理 ,字段
總數達 200多個。系統可直接實現模具的初步設計 ,并用平面分流組合模數據庫表內的全部記錄作
為實例驗證。系統及其配用的數據庫、 三維模型庫和工程圖形庫的工程價值均很高。
4 . 3 智能性
在 [設計 ]各子菜單項激活的窗口內 ,根據用戶選取的選項值和輸入的參數值 ,智能地分析并給出
分析結果 ,若分析結果系統判斷為不理想 ,系統給出具體的失敗原因提示及處理建議 (注:若有 )。在與
Aut oCAD的交互中自動識別并拾取有效的型材斷面圖形對象 ,系統設計出的上下模圖形不會重疊等。
4 . 4 穩定性
在數據庫文件名、 表名未找到、 數據庫表為空、 輸入的數據類型出錯、 數據出界,與 Aut oCAD的交互中
用戶操作無效等特定條件下軟件均自動識別并反饋。
4 . 5 成長性
系統具有自學習功能 ,數據庫記錄及配套的圖片庫、 三維模型庫、 工程圖形庫等內容均可不斷擴
充。系統可根據需要添加其它功能 ,如:平面導流模工模具設計模塊等。
5 項目組織與實施過程
5 . 1 擠壓模具設計與制造 (CAD)分項
完成了 21個型材產品、 11個平面導流模模子和模墊產品、 10個平面分流組合模上下模產品的三維建模
和工程圖紙設計,編寫了《 擠壓模具 CAD設計報告》 。
5 . 2 擠壓模具數據庫的建立分項
5 . 2 擠壓模具數據庫的建立分項
完成了“ 鋁型材擠壓模具設計及數據庫管理系統 ” 及其配用數據庫、 圖檔等的研發 ,另將該系統按
功能拆分為“ 鋁型材擠壓模具設計系統 ” 和“鋁型材擠壓模具數據庫及圖檔管理系統 ” ,編寫了相關的測
試大綱、 測試分析報告、 使用手冊和《擠壓模具數據庫系統的建立和使用報告 》 。
5 . 3 擠壓過程數值模擬分析和優化 (CAE)分項完成了 1個典型的平面導流模模子和模墊產品
(注:型材壁厚為 1mm,擠壓比達 127)的擠壓過程數值模擬分析和優化 (使用 Deform - 3D軟件 ) , 1個典
型的平面分流組合模上下模產品的擠壓過程數值模擬分析和優化 (使用 MSC. Sur perForge軟件 ) ,它們均
為當前鋁型材廠中成模前試模次數較多、 擠壓成形較困難的典型模具產品。在 Gleeble - 1500熱力模
擬試驗機上進行了較系統的熱壓縮實驗 ,獲得了6063應力、 應變與溫度的本構關系。實現了將 BP
神經網絡與遺傳算法應用于型材擠壓模具參數的多因素優化設計。編寫了《6063鋁合金熱力模擬實驗
與分析報告》 、 《鋁型材擠壓數值模擬報告 》 和《基于BP神經網絡的擠壓模具結構優化系統的建立與應
用報告 》 。
5 . 4 生產試模驗證分項
完成了按經優化設計后的模具圖紙實際制作平面分流組合模具 5付 ,平面導流模 3付。
上述模具一次試模成功率達到 80%以上并投入了正常使用 ,擠壓型材尺寸精度達到國家標準
GB5237—2000,數值模擬得到的擠壓力與實際上機擠壓測試得到的擠壓力誤差在 ± 15%以內。編寫了
《鋁型材擠壓模試模和試驗報告 》 。
5 . 5 提高擠壓模具使用壽命研究分項
完成了通過結構設計與工藝的優化及模具材料性能的改進,結合經過實驗研究獲得的常用擠壓模
具材料 H13鋼較佳的熱處理工藝 ,使擠壓模具的使用壽命得到提高 ,使用壽命在 5 t基礎上提高到 6 t,
使模具損耗降低到型材生產總成本的 20%以下。編寫了《提高擠壓模具使用壽命的研究報告 》 。
5 . 6 進行專題講座
項目開展過程中 ,進行四次共 150學時以上的擠壓理論與模具設計專題講座。
6 對項目的展望
項目組探索并經試用證實 ,可用以下方法、 軟件來提升系統的集成度。
a) 應用 Pr o /Toolkit進行 Pr o /E二次開發。
b) 應用 Pr o / Intralink、 PTC /Windchill實現 Pro /
E內部產品數據管理 ( PDM)。
c) 應用 Aut omati on Gateway實現 VB與 Pro /E通訊。
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
鋁型材廠擠壓模具設計、維護、保養及數據庫管理系統PDF清晰版文檔下載：
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
參考文獻
[ 1 ]劉靜安.鋁型材擠壓模具設計、 制造、 使用及維修. 冶金工業出版社, 2002.
[ 2 ]李積彬,等.鋁型材擠壓模具 3D設計 CAD /CAE實用技術.冶金工業出版社, 2003.
[ 3 ]謝建新,等.金屬擠壓理論與技術.冶金工業出版社, 2002.
[ 4 ]張帆,等. Aut oCAD VBA開發精彩實例教程.清華大學出版社, 2004 .
[ 5 ]魏源源,等. Visual Basic 6. 0中文版程序設計教程. 電子工業出版社, 1998.[ 6 ]姚巍. Visual Basic數據庫開發及工程實例.人民郵電出版社, 2003