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基于SolidEdge的螺旋钢管焊接系统设计
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近几年,三维实体建模软件SolidEdge 在智能设计制造中得到良好的应用。由于该软件采用Stream/XP技术,在曲面造型,焊接管道及线缆设计方面有独到之处,明显提高了设计者的设计和制图效率。本文以螺旋钢管焊接系统为原型,详细阐述了SolidEdge 在三维CAD环境中的设计原理、实现过程及其关键技术。

  1 管道焊接系统设计涉及的SolidEdge的功能及造型特点

  SolidEdge是EDS公司推出的专门为机械行业设计的普及型主流CAD系统,采用Stream/XP 技术,具有很强的易用性。它在机械设计、曲面造型、塑料模、钣金、焊接、管道及线缆设计方面有独到之处。并具有强大的二次开发功能,是大型装配设计、工业造型以及制图、网络设计交流的强大工具。

  1.1 变量化设计

  SolidEdge采用基于特征的参数、变量化造型技术。SolidEdge具有丰富的造型特征,如扫掠、螺旋设计、薄壁及倒圆等,这些特征大大简化和加快了复杂 的造型过程。基于特征的参数化设计造型流程一致,定义清晰,步骤直观。SolidEdge 的变量化功能,使计者在任何阶段,都能有效地控制所有设计变量,从而有效关联装配中的所有零件。

  1.2 基于Rapid Blue技术的复杂曲面设计

  SolidEdge引入Rapid Blue复杂曲面设计技术,跳开了传统曲面设计的不足,引导设计者完成具备美学观念的复杂曲面设计。通过控制顶点、编辑点、轮廓点等构造曲面的要素点,SolidEdge提供了在工业造型设计中最复杂的柔性曲线的控制方法。利用Blue Dots、动态编辑、转换成NURBS 曲线,Blue Surfaces等实用工具,将空间的点、线构成具备G2(曲率)连续的自由曲面,设计出你想设计的所有复杂曲面,再通过曲面缝合、曲面替换、布尔操作,将实体与曲面有机地组合在一起。

  1.3 独特的管道线缆设计

  SolidEdge的空间管道线缆设计工具,将以前不能实现的工作,在全数字化系统中得到完美体现。其应用方法是首先生成管道线缆中心线,再依据中心线进行实体建模,生成管道线缆。中心线由直线和圆弧段组成。设计者只要根据所完成的装配模型,就能实现空间的管道线缆设计,完成管道线缆生产所需的各种数据,而且所设计的管道线缆与装配模型完全关联。在这个模块中,管道线缆可实现自由柔性设计。

  1.4 机械运动仿真和高级渲染功能

  SolidEdge在装配设计环境里增加的机构运动模块,使你能观察到零部件的运动状况。通过自动识别SolidEdge的装配关系,系统自动产生机构运动的各种运动副,在叠加给定的运动参数,产生机构运动。SolidEdge可将运动的全过程记录成AVI格式的动画文件,并能进行动态的干涉检查,报告运动状态下的干涉情况。

  2 基于SolidEdge 的螺旋钢管焊接系统设计实现

  2.1 系统设计步骤和实现目标

  本系统实现三维CAD环境下的机械系统设计主要分以下三个步骤:首先进行各个零件(部件)的设计;其次在装配环境下实现系统组装,其三在管道设计环境中实现各部分与控制系统之间的电缆连接设计;最后设计成BMP效果图。

  2.2 零件(部件)的设计方法

  以前设计零件通常是进行三视图的拆解,转化成二维图。或者在三维软件中精确设计出截面进行拉伸形成实体。现在,随着SolidEdge的出现,我们有了更方便、更人性化的方法。

  如上所述,SolidEdge 基于变量化设计,一切在于变量表掌握之中,因此是全数字化三维设计软件。这样,在截面图设计时,只需要设计出大致(非精确)形状即可。如果出现不合适情况只需更改变量表中相应数字即可,不需要重新设计。

  另一方面,基于SolidEdge引导设计者对美学的追求,零件设计环境中增加了渲染功能。设计者只需要进行简单的设置,就能快速产生逼真的效果,非常适合产品设计和模拟演示。渲染功能不仅考虑了一般的颜色、灯光、背景、纹理等特性,还包括了反射、折射、阴影、透明度、光滑度和表面纹理、光线跟踪等专业功能。

  本系统需要利用零件设计环境设计出所有的零部件(.par文件)。主要包括螺旋成形系统(螺旋管成型机、内外焊枪和十字滑架)、递送系统(递送机、电磁调速机、异步电动机和双钢带及钢带夹持机构)和控制系统(控制柜、内外焊机及系统中的电缆线)。在SolidEdge零件设计环境中,所有零件的设计都是通过拉伸、造型、渲染三个基本过程实现的。下面仅以成型机系统为例,阐述系统零件设计的过程。

  (1)拉伸

  通过选中相应快捷键,选择参考面,进入草图环境。利用点线工具设计好截面后点击完成按钮,拉伸后的实体和成型机控制表。

  (2)造型

  通过对拉伸后的实体进行造型,使实体更加接近真实零件。本零进行的造型包括倒圆如倒圆和拔模及效果设计。

  (3)渲染

  本零件用到的渲染手段包括着色、灯光、折射、消除锯齿和Phong渲染。

  2.3 系统实现的关键技术

  实现本系统的关键技术在于装配图的生成。

  先向装配图中移入成型机,作为其他装配件的基准。然后将螺旋管通过同轴和同面对齐两种装配关系移入装配图。注意同面对齐的偏差设置为20mm。类似装配为递送机支架、电磁调速机和异步电动机的装配。在装配钢带时,首先建立与参考平面夹角45°的平面,再进行面对齐操作。

  进行线缆设计时,选中装配图环境中的"管道设计"。首先,点击快捷键进行线缆路径计算。然后进行曲线修正,使其更加平滑。最后选中设计好的线缆路径,设置为单线缆方式,形成电缆线。

  最后需要说明的是,在装配图中,由于线缆设计的特殊性,可以采取管道模拟线缆的方式。在设计时,注意定义线缆外径、最小平直长度和最小弯曲半径。否则系统会提示线缆片段建立失败。

  2.4 系统设计的实时效果

  将装配好的系统图保存后,重新打开,进行装配图渲染。将灯光角度设为75°,消除锯齿级别定为高,采用Phong 渲染模式。需要说明的是,由于渲染时需要较高的CPU运算速度,当渲染完成时,常会进入白屏状态。可通过截图软件或拷屏方式进行图像保存。

  3 总结

  本文详细阐述了利用SolidEdge 软件实现螺旋钢管焊接系统设计的原理和过程。该系统具有以下特点:

  (1)形象逼真;

  (2)易修改,易升级;

  (3)和数控机床有统一接口,易实现自动化加工。

  这种设计方法不仅在零件设计和系统设计方面有独特的优势,在运动仿真和效果图设计方面也有广阔的发展前景。为此,笔者准备研究如和将运动仿真和零件设计综合起来,来优化复杂系统的设计。

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注塑模具设计的关键技术分享
相关内容: 注塑 分享 关键 技术 模具设计

注塑模具设计的关键技术
一、发展概况和应用背景

    塑料工业近20年来发展十分迅速,早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和,塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多,但最主要的方法是注塑成形,世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。

    随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短,主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求,在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还需要从国外进口模具。

    二、关键技术和实用功能

    1.用三维实体计算机取代中心层模型

    传统的注塑成形仿真软件基于制品的中心层计算机。用户首先要将薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面,这些面被称为中心层。在这些中心层上生成二维平面三角网格,利用这些二维平面三角网格进行有限元计算,并将最终的分析结果在中面上显示。而注塑产品计算机多采用三维实体计算机,由于两者模型的不一致,二次建模不可避免。但由于注塑产品的形状复杂多样、千变万化,从三维实体中抽象出中心层面是一件十分困难的工作,提取过程非常繁琐费时,因此设计人员对仿真软件有畏难情绪,这已成为注塑成形仿真软件推广应用的瓶颈。

    HSCAE 3D主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。现在主流的CAD/CAM系统,如UG、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等,均可输出质量较高的STL格式文件。这就是说,用户可借助任何商品化的CAD/CAE系统生成所需制品的三维几何模型的STL格式文件,HSCAE 3D可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型,通过表面配对和引入新的边界条件保证对应表面的协调流动,实现基于三维实体模型的分析,并显示三维分析结果,免去了中心层模拟技术中先抽象出中心层,再生成网格这一复杂步骤,突破了仿真系统推广应用的瓶颈,大大减轻了用户建模的负担,降低了对用户的技术要求,对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。图1为基于中心层模型和基于三维实体/表面模型流动分析模拟情况对比图。

    2.有限元、有限差分、控制体积方法的综合运用

    注塑制品都是薄壁制品,制品厚度方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸,温度等物理量在厚度方向的变化又非常大,若采用单纯的有限元或有限差分方法势必造成分析时间过长,无法满足模具设计与制造的实际需要。我们在流动平面采用有限元法,厚度方向采用有限差分法,分别建立与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦合求解,在保证计算精度的前提下使得计算速度满足工程的需要,并采用控制体积法解决了成形中的移动边界问题。对于内外对应表面存在差异的制品,可划分为两部分体积,并各自形成控制方程,通过在交接处进行插值对比保证这两部分的协调。

    3.数值计算与人工智能技术的结合

    优选注塑成形工艺参数一直是广大模具设计人员关注的问题,传统的CAE软件虽然可以在计算机上仿真出指定工艺条件下的注塑成形情况,但无法自动对工艺参数进行优化。CAE软件使用人员必须设置不同的工艺条件进行多次CAE分析,并结合实际经验在各方案之间进行比较,才能得出较满意的工艺方案。同时,在对零件进行CAE分析后,系统会产生有关该方案的大量信息(制品、工艺条件、分析结果等),其中分析结果往往以各种数据场的形式出现,要求用户必须具备分析和理解CAE分析结果的能力,所以传统的CAE软件是一种被动式的计算工具,无法提供给用户直观、有效的工程化结论,对软件使用者的要求过高,影响了CAE系统在更大范围内的应用和普及。针对以上不足,HSCAE 3D软件在原有CAE系统准确的计算功能基础上,把知识工程技术引入系统的开发中,利用人工智能所具有的思维和推理能力,代替用户完成大量信息的分析和处理工作,直接提供具有指导意义的工艺结论和建议,有效解决了CAE系统的复杂性与用户使用要求的简单性之间的矛盾,缩短了CAE系统与用户之间的距离,将仿真软件由传统的"被动式"计算工具提升为"主动式"优化系统。HSCAE 3D系统主要将人工智能技术应用于初始工艺方案设计、CAE分析结果的解释和评价、分析方案的改进与优化3个方面。

    三、在基于知识的仿真系统中主要采用的优化方法:

    (1) 基于实例推理的优化。主要应用于具有离散取值空间的成形工艺初始设计。制品形状和浇注系统结构采用编码方式,而尺寸信息采用特征参数描述。在对以往成功工艺设计的收集和抽象的基础上,建立以框架形式描述的实例库索引和检索机制。

    (2) 基于人工神经网络的优化。对工艺设计中如注射时间、注射温度这样具有连续取值空间的参数,采用基于人工神经网络的方法来优化。利用优化目标函数并在一定的优化策略下,得到优化系统确认的最优参数。

    (3) 基于规则推理的优化。主要用于对分析结果的解释和评价。本系统所建立的专家系统规则库是以注塑模领域的专家知识为基础的,涵盖了有关短射、流动平衡、熔体降解、温差控制、保压时间、许可剪切应力、剪切速率、锁模力等方面的知识,在对计算结果进行分析和提炼的基础上,驱动专家系统进行推理,对成形方案进行分析评价,并给出具体的优化改进建议。

    4.制品与流道系统的三维流动保压集成分析

    流道系统一般采用圆柱体单元,而制品采用的是三角形单元,HSCAE 3D系统采用半解析法解决混合单元的集成求解问题,这样,HSCAE 3D系统不仅能分析一模一腔大型复杂的制品,而且能够分析一模多腔小型精密制品,大大拓宽了系统的使用范围。目前HSCAE 3D系统是世界上先进的能够分析一模多腔流动平衡问题的三维仿真软件。

    5.塑料制品熔合纹预测的高效算法

    熔合纹对制品的强度、外观等有重要影响,准确预测熔合纹位置是仿真软件的难题。HSCAE 3D系统通过节点特征模型方法大大提高了熔合纹预测的准确性和效率,其准确度达到国际同类产品的先进水平。并利用神经网络方法对熔合纹的影响程度作出定性评价,为用户对成形质量的评估提供了直接的判断依据。

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三维CAD中望3D在塑胶模具设计的应用
相关内容: 中望 塑胶 三维 应用 模具设计
中望3D拥有三维CAD实体造型、扳金、塑胶模具等功能模块。在中望公司近期推出的中望3D2014正式版中,塑胶模具设计模块全面升级,增加和改进了许多实用功能,可为企业提供一套更高效、更完整的模具设计解决方案。为大家介绍中望3D塑胶模具功能在实际设计中的应用。

(1)导入模具项目,设置型腔数量,模具的缩水等细节的参数

(2)导入模具产品

(3)通过定位,把模具产品摆正,以便于后续设计

(4)进行拔模检测和厚度分析。软件能进行智能计算分析,操作方便,计算精确

(5)定义型腔区和型芯区区域,软件可以智能分析计算型腔型芯区域,也可以手工定义型腔型芯区域

(6)模具智能补孔跟是中望3D的特点之一。中望3D能自动识别需要补的孔,快速提供方案选择,十分人性化

(7)快速分离型腔和型芯,提取分型线,分型面。

提取分型线中望3D有"从脱模方向提取""从边缘生成""介于两点之间"等几种方法的选择。一般模具的分型线都可以用脱模方向智能提取,有些特殊复杂的模具则可用从边缘生成,介于两点之间等几种方法的提取。中望3D也提供检查修复分型线是否连续的命令,方便设计过程中的检查。一般模具分型面都可以从分型线智能生成分型面,特殊复杂的模具可以通过手工扫掠、拉伸、裁剪平面也可通过驱动线放样等几种方法的操作,方便快捷

(8)定义模仁的大小厚度,为分型准备

(9)分模

(10)经过几个步骤,模具就分开了。之后,用户还可以进行一些细节设计,如流道浇口,模架和标准件的调用等,操作同样简单

通过以上实例介绍,相信大家可以基本掌握中望3D的塑胶模具设计流程。此外,中望3D2014版还新增包括顶针、偏塑胶模具常用机构,可供用户直接调用,大大提升设计者的工作效率。为了帮助用户轻松体验中望3D2014的更多新功能,中望3D推出"跟奉老师学3D"交流探讨,可在线解答网友问题,帮助大家快速掌握3D设计并实际投入工作中。
查阅全文... http://sk.28xl.com/28/10263/1.htm
如何解决模具设计中产生成型收缩率误差
相关内容: 收缩 解决 误差 产生 如何 成型 模具设计

由于收缩率会因注塑压力而发生变化,因此,对于单型腔模具,型腔内的模腔压力应尽量一致;至于多型腔模具,型腔之间的模腔压力应相差很小。在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下,必须以相同的注塑压力注射,使型腔压力一致。为此,必须确保使浇口位置均衡。

为了使型腔内的模腔压力一致,最好使浇口入口处的压力保持一致。浇口处压力的均衡与流道中的流动阻力有关。所以,在浇口压力达到均衡之前,应先使流通均衡。

由于模具温度对成型收缩率的影响很大,同时也直接影响注塑制品的力学性能,还会引起制品表面发花等各种成型缺陷,因此必须使摸具保持在规定的温度范围内,而且还要使模具温度不随时间变化而变化。多型腔模具的各型腔之间的温差也不得发生变化。

为此,在模具设计中必须采取对模具加热或冷却的温度控制措施,且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小,必须注意温控-冷却回路的设计。在型腔、型芯温控回路中,主要有串联冷却与并联冷却两种连接方式。

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模具设计中产生成型收缩率误差的有效预防措施
相关内容: 收缩 有效 预防措施 误差 产生 成型 模具设计

由于收缩率会因注塑压力而发生变化,因此,对于单型腔模具,型腔内的模腔压力应尽量一致;至于多型腔模具,型腔之间的模腔压力应相差很小。在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下,必须以相同的注塑压力注射,使型腔压力一致。为此,必须确保使浇口位置均衡。

为了使型腔内的模腔压力一致,最好使浇口入口处的压力保持一致。浇口处压力的均衡与流道中的流动阻力有关。所以,在浇口压力达到均衡之前,应先使流通均衡。

由于模具温度对成型收缩率的影响很大,同时也直接影响注塑制品的力学性能,还会引起制品表面发花等各种成型缺陷,因此必须使摸具保持在规定的温度范围内,而且还要使模具温度不随时间变化而变化。多型腔模具的各型腔之间的温差也不得发生变化。

为此,在模具设计中必须采取对模具加热或冷却的温度控制措施,且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小,必须注意温控-冷却回路的设计。在型腔、型芯温控回路中,主要有串联冷却与并联冷却两种连接方式。

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浅谈弯横梁坯料展开及模具设计
相关内容: 展开 横梁 模具设计

1 引言

随着汽车质量要求的不断提高,对零件质量也相应不断提高,因此冲压件的前期坯料展开计算也就很重要。图1所示为重卡车架弯横梁,料厚为6mm。此零件的成形比较复杂,并不是简单的压弯过程,因此准确地确定坯料展开尺寸比较困难。

2 成形工艺分析

分析这类零件的成形过程,此零件的成形并不是简单的折弯过程,图2为压形时,制件各部位的成形过程,直边部分为简单的折弯过程,上侧圆弧部分为内翻边过程,其实是拉延过程,下侧圆弧部分为翻孔过程。

经过分析,最后确定此工件的成形工艺是先进行落料冲孔、再进行压形。工艺要求先落料,因此确定工艺展开料尺寸就很重要。工艺展开料尺寸确定比较困难,所以此横弯梁模具制造过程是先制造压形模,然后经料片试验,最终确定一个最佳的坯料,再进行落料模设计。

3 坯料展开计算及坯料修正

此零件是通过DanyForm软件进行坯料展开的,打开DanyForm,读人模型文件,设置好网格划分单元尺寸和板坯的厚度值,单击"OK"按钮,程序将会对模型网格自动进行冲压方向调整,然后调用一步法求解器(MSTEP)对调整后的模型进行坯料轮廓尺寸估算,估算出的毛坯轮廓线将存自动放在名为"OUTLINE"的新部件中。

分析成形后制件的情况,前后两侧翻边高度不一致,后侧横向直边倾斜,后侧竖向直边倾斜,都不符合制件图纸尺寸。经分析制件不合格,需调整坯料轮廓尺寸。经过重新分析计算,在NX软件中采用割补法对坯料进行修正,即和制件相对照,超出的部分割掉,缺少的部分补上。先对两侧大圆弧进行修正,调整圆弧弧度,再对上侧直边及上侧左右两边进行修正,并使修正部分平滑过渡,调整后得到新的坯料轮廓,然后采用等离子切割机割出料片,在压型模中试验。通过几次反复试验,最终得到完全符合图纸要求的坯料外形,如图5所示,虚线为软件展开的坯料轮廓线,实线为修正后的轮廓线。

分析修正后成形制件的情况,完全符合制件图纸及工艺要求,因此,落料尺寸可以按照此轮廓设计制造。

4 落料模具设计

根据前期坯料展开及试验最终得到的坯料轮廓,进行落料模具设计,首先进行冲裁力计算P=Ltσb(N),根据冲裁力选取压力机,计算退料力,确定采用重载弹簧压料,弹簧退料的方式,模具结构采用导柱导套加导板式结构,制件靠外形定位,前侧送料,后侧取料。上、下模座采用实型铸造的方式,凸凹模采用Cr12MoV的材料,热处理55~60HRC,模具结构如图7所示。

5 结束语

经生产实践证明,该零件冲压工艺方案确实可靠,模具结构合理,生产效率和材料利用率高,操作方便,经检验制件,均符合图纸及工艺要求,质量可靠稳定,达到了满意的效果。

查阅全文... http://sk.28xl.com/9/10184/1.htm


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