1 引言
由我院与中南大学、 云南铝业股份有限公司合作完成的省院校、 企业科技合作项目“ 型材挤压模具
CAE技术的开发与应用及提高模具质量和使用寿命的研究 ” 。项目由挤压模具设计与制造 (CAD)、 挤压
模具数据库的建立、 挤压过程数值模拟分析和优化(CAE)、 生产试模验证及提高挤压模具使用寿命研
究等分项目组成。其中挤压模具数据库的建立分项目的实施成果包括:一套名为“ 铝型材挤压模具设计
及数据库管理系统 ” 的单机版的原型系统 (配用:数据库表、 图片集、 测试分析大纲及测试分析报告和使
用手册 ) ,配套型材和工模具产品的三维模型库和工程图形库。该系统基于 Visual Basic 6 . 0和 Access
97研发 ,其中的模具设计模块为在 Aut oCAD 2005的VBA内研发调试无误后 ,经导出移植到系统内。通
过该子项目的实施初步建立了铝型材及其工模具的工程数据库 ,初步实现了挤压模具设计与制造的标
准化和规模化。该项目填补了云南省在铝型材挤压模具设计与制造方面的空白 , 并为在云南省建立模
具研发中心和一条可年产 1～2万套挤压模具的规模化生产线打下了技术基础。
2 系统的主要功能
2 . 1 系统管理功能
登录身份预设有:系统管理员与普通用户。由[系统 ]各子菜单项完成:更改登录用户名和密码,(系统管理员 )恢复普通用户初始密码 ,文件备份与
打印 ,注销等。
2 . 2 工模具初步设计功能
由 [设计 ]各子菜单项完成:型材可挤压性分析、平面导流模工模具设计参数分析、 平面分流组合模
工模具设计参数分析、 平面导流模工模具强度校核、平面分流组合模工模具强度校核、 挤压力校核和平
面分流组合模工模具设计。系统将模具设计与制造的最新理论、 方法和技术结合传统经验、 数据等作为
相关的分析、 校核和设计准则。整个设计流程为:型材可挤压性分析 (注:含分析准则、 过程与结论 ) →选择挤压设备、 挤压力校核
(注:含校核准则、 过程与结论 ) → 工模具设计参数分析 (注:含分析准则、 过程与结论 ) → 模具设计 →工模
具强度校核 (注:含校核准则、 过程与结论 )。其中 ,通过平面分流组合模工模具设计模块 ,系
统以向导形式依次打开系列窗口 ,通过在该窗口及Aut oCAD内实时的人机交互完成设计各流程。
具体的流程和功能如下:
具体的流程和功能如下:
⑴在图 1所示的《选取型材断面图形 》 窗口及随后与 Aut oCAD的交互内完成:用户选取所需的型
材图形文件 ( 3 . dwg) →系统启动 Aut oCAD,以只读方式打开该图形文件 → 用户选取型材断面图形对象
(注:需可构成封闭的型材断面 ) →系统仅保留型材断面图形。
图 1 选取型材文件
(注:图 1～6中均以 1633b型材所用的模具设计流程为例)
⑵在图 2所示的《输入挤压筒和上下模的尺寸
并选取模孔的布置方式 》 窗口及随后与 Aut oCAD的交互内完成:显示型材断面主要参数数据、 输入挤压
筒内径和上下模的外径并选取模孔的布置方式 (将型材断面质心 /外接圆中心置于模具中心 ) →系统绘
制出上模图形。
图 2 输入挤压筒和模具和尺寸并选取模孔的布置方式⑶在图 3所示的《分流孔和分流桥设计 》 窗口
及随后与 Aut oCAD的交互内完成:输入分流孔数目、分流比、 分流孔中心圆直径 /分流桥宽度 ,选取分流
孔形状 (扇形 /圆形 ) →系统自动在上模图形内绘制出分流孔和分流桥。若对设计结果不满意 ,则系统
将分流孔和分流桥图形删除并返回《分流孔和分流桥设计 》 窗口。
图 3 分流孔和分流桥设计
⑷在图 4所示的《模孔尺寸和焊合室设计 》 窗口及随后与 Aut oCAD的交互内完成:输入模孔尺寸
经验公式系数、 焊合室直径和下模模心到桥墩的距离 → 系统自动绘制出下模图形。若对设计结果不满
意 ,则系统将下模图形删除并返回《模孔尺寸和焊合室设计 》 窗口。
最终的设计结果如图 5所示:
图 4 模孔尺寸和焊合室设计
图 5 最终的设计结果 (设计方案一 )
设计方案二: 1633b型材所用模具设计实例内参数及选项设置为:将型材断面质心置于模具中心 ,分
流孔形状:圆形 ,圆形分流孔中心圆直径: 108,分流比 20,分流孔数目: 6,其余设置同设计方案一 ,最终
的设计结果如图 6所示:。
图 6 最终的设计结果 (设计方案二 )
2 . 3 图档和云图浏览功能
由 [图档 ]各子菜单项完成:型材、 平面导流模工模具和平面分流组合模工模具相关图档的分类浏
览 ,以及经 CAE分析的典型模具产品的云图浏览。
2 . 4 数据库管理功能
由 [查询 ]和 [维护 ] / [浏览 ] (注:分别对应以系
统管理员 /普通用户身份登录 )各子菜单项完成:型材、 平面导流模工模具、 平面分流组合模工模具和工铝合金的材料检验标准有很多，我给你了些看看，不知道是不是你要的。网站与论坛里都有很多标准规范。GB 5237.1-2004 标准名称:铝合金建筑型材 第1部分：基材，GB 5237.2-2004 标准名称:铝合金建筑型材 第2部分：阳极氧化、着色型材，GB 5237.3-2004 铝合金建筑型材 第3部分：电泳涂漆型材，HB 5060-1977 铝及铝合金化学氧化膜层质量检验
模具管理 (含工模具入库登记库、 工模具使用及修理库和工模具报废登记库 )数据库的查询和维护 (注:
指添加、 修改和删除 ) /浏览功能 ,型材、 模具数据库当前记录的辅助参数 (注:含公式计算 )浏览功能。
2 . 5 图形处理、 结构优化功能 (配用 )
由 Pr o /E等完成三维建模 ,由 InterCAD等完成工程图 ,由 DEFORM - 3D和 MSC. SuperForge完成工
模具的结构优化,并将最终结果经提取后作为系统的图形库、 图片集、 云图集资源。
3 系统建造的关键技术及解决措施
3 . 1 将在 Aut oCAD VBA内研发调试无误后的模具设计界面及代码移植到主程序内 ,并使用 COM技
术 ,在 VB中直接操作 Aut oCAD,实现 VB程序与 Au2t oCAD图形的通讯。
解决措施:
⑴首先用 Aut oCAD VBA研发出模具设计模块,经调试无误并用数据库内的记录及其配用的工程图形库
为实例验证后,命名为“ 铝型材挤压模具设计系统 ”(注: 3 . dvb) ,既可单独使用,又可将该模块集成到主系
统内。方法:从其工程管理资源器内,将相当窗体、 模块分别导出为同名的. fr m、 . bas格式,再将这些导出文件
添加到 VB的当前工程内 (注: 3 . vbp)。
⑵在 VB的当前工程内 ,在 [工程 ( P) ] | [引用
(R) ⋯]菜单项所打开的《引用 》 窗口内 ,从可用的引用列表中选中 [Aut oCAD 2005 Type Library]选项。
⑶在 VB的当前工程内 ,将连接 Aut oCAD应用程序和 Aut oCAD图形的代码添加到模具设计菜单项
首先调用到的模块内。
关键的源代码段如下:
’ 连接至 Aut oCAD应用程序 (注:指启动 Aut oCAD)
Di m acadApp AsAcadApp licati on Set acadApp =
Get Object ( ,“Aut oCAD. App licati on . 16” ) ’获取对
ActiveX对象的引用 I f Err Then
Err . Clear
Set acadApp =CreateObject (“Aut oCAD. App lica2
ti on . 16” ) ’创建对 ActiveX对象的引用
I f Err ThenMsg Box Err . Descri p ti on: Exit Sub
End I f
’连接至 Aut oCAD图形 (注:指打开 Aut oCAD图形)
Di m acadDoc As AcadDocument
Set acadDoc = acadApp. ActiveDocument
3 . 2 在模具设计模块内:
⑴使用选择集和过滤规则 ,实现仅可从型材图形屏幕拾取到有效的型材断面图形对象 ,有效的对
象类型包括: L ine、 Circle、 Arc、 Elli p se、 Mline、 LWPoly2line、 Sp line和 Regi on。
⑵将选取集导出 ( Export方法 →3 . wmf) →删除图形中全部对象 →再将该导出项导入 ( I mport方
法 )并作为块 B l ock炸开 ( Exp l ode方法 ) ,实现图形中仅保留型材断面图形对象。
⑶用全部型材断面对象创建并仅保留面域集 ,遍历获得面积最大的面域并用它减去 ( acSubtrac2
ti on)其它面域 ,用最终面域的 Area和 Centroid属性获得型材断面的面积和质心。
⑷遍历全部型材断面对象 ,使用 Get Bounding2Box方法获得其极左 /右 /上 /下点 ,进而获得型材断
面的 (横向 )总长和 (纵向 )总宽。通过由任意三个极值点作圆法 (注:若可用 ) ,获得最大的外接圆 ,将
该圆作为型材外接圆 ,从而获取型材外接圆的圆心坐标和直径。
⑸通过编程绘制单个扇形分流孔 ,将该孔组成元素转换为面域 ,获得该孔面积 ,进而获得分流孔的
总面积以及由分流比 K的定义公式求解出的实际值K’ , 比较 K’ 与输入值 K” ,迭代 (K’ ≤ K” )地求解
并绘制出最优的扇形分流孔图形。由分流比的定义公式求解并绘制出圆形分流孔图形。故实际绘制的
分流孔 ,其分流比的实际值与输入值间的误差较小。
⑹将先前获得的型材断面面积最大的面域的组成元素 ,作为下模模孔图形 ,并用经验设计公式将
下模模孔图形放大 ( ScaleEntity方法 ) ,从而完成下模模孔的设计。
4 系统的主要特点
4 . 1 功能性与集成性
系统可实现铝型材挤压工模具的初步设计、 数据库管理、 图档和云图浏览、 工模具生命周期管理
(注:指从入库到报废全程 )等功能。系统功能强且集成度高。
4 . 2 工程性
数据库表、 三维模型库和工程图形库内的基础数据均来源于项目合作各方以及一些型材生产厂
家、 模具使用厂家、 模具设计和制作厂家的实际产品和工模具管理。字段覆盖了型材参数、 挤压设备及
工艺参数、 坯料参数和工模具参数 ,以及工模具管理的整个生命周期。参数完整全面且分类管理 ,字段
总数达 200多个。系统可直接实现模具的初步设计 ,并用平面分流组合模数据库表内的全部记录作
为实例验证。系统及其配用的数据库、 三维模型库和工程图形库的工程价值均很高。
4 . 3 智能性
在 [设计 ]各子菜单项激活的窗口内 ,根据用户选取的选项值和输入的参数值 ,智能地分析并给出
分析结果 ,若分析结果系统判断为不理想 ,系统给出具体的失败原因提示及处理建议 (注:若有 )。在与
Aut oCAD的交互中自动识别并拾取有效的型材断面图形对象 ,系统设计出的上下模图形不会重叠等。
4 . 4 稳定性
在数据库文件名、 表名未找到、 数据库表为空、 输入的数据类型出错、 数据出界,与 Aut oCAD的交互中
用户操作无效等特定条件下软件均自动识别并反馈。
4 . 5 成长性
系统具有自学习功能 ,数据库记录及配套的图片库、 三维模型库、 工程图形库等内容均可不断扩
充。系统可根据需要添加其它功能 ,如:平面导流模工模具设计模块等。
5 项目组织与实施过程
5 . 1 挤压模具设计与制造 (CAD)分项
完成了 21个型材产品、 11个平面导流模模子和模垫产品、 10个平面分流组合模上下模产品的三维建模
和工程图纸设计,编写了《 挤压模具 CAD设计报告》 。
5 . 2 挤压模具数据库的建立分项
5 . 2 挤压模具数据库的建立分项
完成了“ 铝型材挤压模具设计及数据库管理系统 ” 及其配用数据库、 图档等的研发 ,另将该系统按
功能拆分为“ 铝型材挤压模具设计系统 ” 和“铝型材挤压模具数据库及图档管理系统 ” ,编写了相关的测
试大纲、 测试分析报告、 使用手册和《挤压模具数据库系统的建立和使用报告 》 。
5 . 3 挤压过程数值模拟分析和优化 (CAE)分项完成了 1个典型的平面导流模模子和模垫产品
(注:型材壁厚为 1mm,挤压比达 127)的挤压过程数值模拟分析和优化 (使用 Deform - 3D软件 ) , 1个典
型的平面分流组合模上下模产品的挤压过程数值模拟分析和优化 (使用 MSC. Sur perForge软件 ) ,它们均
为当前铝型材厂中成模前试模次数较多、 挤压成形较困难的典型模具产品。在 Gleeble - 1500热力模
拟试验机上进行了较系统的热压缩实验 ,获得了6063应力、 应变与温度的本构关系。实现了将 BP
神经网络与遗传算法应用于型材挤压模具参数的多因素优化设计。编写了《6063铝合金热力模拟实验
与分析报告》 、 《铝型材挤压数值模拟报告 》 和《基于BP神经网络的挤压模具结构优化系统的建立与应
用报告 》 。
5 . 4 生产试模验证分项
完成了按经优化设计后的模具图纸实际制作平面分流组合模具 5付 ,平面导流模 3付。
上述模具一次试模成功率达到 80%以上并投入了正常使用 ,挤压型材尺寸精度达到国家标准
GB5237—2000,数值模拟得到的挤压力与实际上机挤压测试得到的挤压力误差在 ± 15%以内。编写了
《铝型材挤压模试模和试验报告 》 。
5 . 5 提高挤压模具使用寿命研究分项
完成了通过结构设计与工艺的优化及模具材料性能的改进,结合经过实验研究获得的常用挤压模
具材料 H13钢较佳的热处理工艺 ,使挤压模具的使用寿命得到提高 ,使用寿命在 5 t基础上提高到 6 t,
使模具损耗降低到型材生产总成本的 20%以下。编写了《提高挤压模具使用寿命的研究报告 》 。
5 . 6 进行专题讲座
项目开展过程中 ,进行四次共 150学时以上的挤压理论与模具设计专题讲座。
6 对项目的展望
项目组探索并经试用证实 ,可用以下方法、 软件来提升系统的集成度。
a) 应用 Pr o /Toolkit进行 Pr o /E二次开发。
b) 应用 Pr o / Intralink、 PTC /Windchill实现 Pro /
E内部产品数据管理 ( PDM)。
c) 应用 Aut omati on Gateway实现 VB与 Pro /E通讯。
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
铝型材厂挤压模具设计、维护、保养及数据库管理系统PDF清晰版文档下载：
http://bbs.dalilvcai.com/Aluminum%20extrusion/thread-3063-1-1.html
参考文献
[ 1 ]刘静安.铝型材挤压模具设计、 制造、 使用及维修. 冶金工业出版社, 2002.
[ 2 ]李积彬,等.铝型材挤压模具 3D设计 CAD /CAE实用技术.冶金工业出版社, 2003.
[ 3 ]谢建新,等.金属挤压理论与技术.冶金工业出版社, 2002.
[ 4 ]张帆,等. Aut oCAD VBA开发精彩实例教程.清华大学出版社, 2004 .
[ 5 ]魏源源,等. Visual Basic 6. 0中文版程序设计教程. 电子工业出版社, 1998.[ 6 ]姚巍. Visual Basic数据库开发及工程实例.人民邮电出版社, 2003