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利用CAD技术更加快捷地生产金属型材
作者:Albert Sedlmaier    来源:国际金属加工商情
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型材和管材是轻质结构的关键部件。然而在某些情况下需要采用新式、灵活的刀具,才能根据 载荷情况生产出特殊的形状。利用现代化的软件技术可以满足这些要求。

目前,管材或者型材的生产已经无法满足市场的要求。这说明当前许多应用场合对板材加工的要求正不断提高,而获取市场盈利也越来越困难。用户订单的提前量也越来越重要。只有通过缩短产品开发周期并提高质量水平才能保证进度。

通过结构设计改善型材的质量

型材和管材是轻质结构的关键部件。采用了型材的现代化建筑结构已经凭借其经济性和结构方面的优势证明了它的优越性 ;传统的滚压成型还可以不断拓展其加工范围,比如可以根据载荷的实际情况调整型材的形状。例如进行拼焊加工时可以节省大量的材料和重量。而上文所述的加工工艺也自然会对加工设备提出特殊的要求。不过,利用现代化的软件技术已经能够很好的满足这方面的要求。随后需要在解决问题的流程中不断进行改进。接下来本文将就应用于结构设计、项目规划、滚压成型刀具开发方面的工艺模拟等方面的软件技术以及产业发展趋势进行介绍。

冷滚压成型工艺是通过驱动滚轮在钢板上挤压成型生产钢质型材的高效工艺方法。这种方法的优势在于其几乎可以不受型材截面形状、冷压变形材料成型过程的限制,而是可以根据具体要求采取适合的工艺布置。但是有许多因素制约着这种方法的盈利能力,比如设计周期偏长,滚轮制造过程中的装配、调试,刀具及其内应力的检查、成品的变形情况检查均相当耗时。对这些因素的计算就需要采用高效率的分析及优化软件。为了充分利用成型加工的高效率,就需要在设计阶段采用能够明显改善型材质量的方法和流程。

位于Oberlaindern Valley地区的数据M软件有限公司开发了一套软件,利用内置集成的Copra RF程序可以对滚压成型工艺的滚轮组进行评估和验证。这套软件能够支持所有开放或者封闭型材截面的开发工作。整个流程从对成品型材截面的单次成型尺寸的设计(铜板或者花纹板材)开始,直到工艺文件(加工图纸、零件表、CNC程序)的生成以及随后进行的型材截面和滚轮刀具的质量检查。接下来要纳入专门开发的光学测量装置进行联合测试。多次挤压成型的方案能够加快设计和分析流程,也能够充分考虑到设计人员的需求(对刀具组能够快速完成设计),还能够便于生产主管尽早介入并完成对滚压成型工艺流程的审核。

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直观的三维模型:板材经过预挤压处理的滚压成型工艺

设计人员及生产主管成为关注的焦点

如果从最终用户的角度出发,需要借助“草稿”程序制定花纹板材,由此产生的CAD数据将导入分析程序(Copra FTM-变形工艺模块)对成型加工中心进行评估。参照诸如型材横截面几何尺寸、材料强度、滚轮排列布置以及滚轮直径等决定性影响因素,软件只需几秒钟的运算就可以得出在成型加工中材料本身可能会出现的弹性或者塑性形变,并且能够给出板材材料是否发生过载以及哪里已经发生过载的提示。

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过程模拟使得一切皆有可能:对非常规横截面型材进行柔性滚压成型加工的目标几何尺寸。

根据收集到的数据生成工艺文件

在获取真实、详细的数据或者开始滚轮生产之前,可以利用快速的计算软件对不同的成型加工形式进行检查,并在可能的情况下对设计好的成型加工草图数据进行校核。这能够节省大量的时间并且能够降低对相应滚轮组进行返工甚至重新加工的风险。

在大多数情况下,影响型材质量的因素主要是板材的形变(内应力),并且主要是由于滚压成型时出现的长度方向上的延展所引起的。Copra FTM程序能够显示出板材上发生的长度方向延展的理论值或者由于这种延展作用在板材横截面上而使其下侧出现的锯齿缺陷。尽管利用滚压成型工艺生产出的型材的横截面能够符合质量方面的要求,但是由于在实际生产中的大多数情况下总是谈到“板材边沿延展”,因此这个功能显得非常重要。人们可以在对材料进行预钻孔处理时发现这种现象。由于滚轮引起的塑性形变,这些孔从冲压生产线一开始就受到挤压,并且产生严重的形变,从而无法符合原来的质量目标。一旦完成了成型加工以及滚轮组的细节的布置就可以开始着手准备类似用于生产滚轮和滚轮刀具的工艺文件,比如锯削工艺表格、工艺图纸以及CAD数据。随后滚轮刀具将装配到成型加工设备上。直到下一次大的产品设计更改,整台设备都无需进行优化改造或者优化。

FEM有限元模拟:型材的最终状态如何?

到目前为止,用于生产能够正常运转滚轮组的方法只能通过在机床上进行实际的试生产而得到。现在有了一种新的方法能够加速滚压成型滚轮刀具的生产流程,缩短费时、昂贵的分析流程;而且很有可能可以取消几乎所有的刀具返修工作——在计算机上就能够完成所有的流程模拟。

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新型滚轮组的使用情况:模拟结果显示了利用滚轮组之后出现的问题,
这里显示的是切割后出现的回弹现象,造成零件不对称。

一旦完成滚轮组的设计,就能够采用在有限元模拟软件时所获得的数据:Copra FEA RF(滚轮形状的有限元分析)软件能够借助非线性的弹性-塑性算法对滚压成型流程进行模拟。软件使用人员无需考虑如何回答诸如有限元计算模型的定义、离散度、如何选择合适的单元或者边界条件的定义等问题。Copra的流程链软件能够利用内置集成的程序全面、自动地解决上述问题。一系列高效的分析功能使得用户可以对将来产品的质量水平或者特点充满信心。产品有可能是一根精密管材,其圆度方面的精度极高;或者可能是一个汽车保险杆,其最终用户也许希望知道这样的材料能够拥有怎样的吸能效果。最终的型材产品和单独的成型加工过程都可以用彩色的三维模型显示。通过显示潜在的缺陷,人们无需对成型加工设备进行经验性质的尝试和判断。更多的优点还在于:用户能够更好地理解滚压成型加工的流程,并且能够在设计阶段就能够开始优化刀具,从而节省时间成本和资金成本。

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特殊的过程:Copra RF软件能够支持特殊的刀具,
这里显示的是在滚轮组中集成了拉伸刀具,即所谓的成型靠模。

通过两级式方案获得优化结果
由于并不是每一家企业都需要一整套行业解决方案所包含的所有功能,因此整套软件采用了模块化的设计思想。程序采用了“可扩展”的结构,从而可以根据不同企业的实际情况进行个性化调整以满足不同的要求。在目前流行的计算机上完成有限元分析计算也只需要短短几分钟时间,随后可以利用快速的计算模块进行预优化并且能够通过有限元的方法检查实际应用条件下的刀具状态。
在冷滚压成型工艺流程中的效果显示,新式刀具能够降低其运行时间并且能够进一步提高流程方面的安全性。型材生产商目前也得以了解整个冷滚压成型技术的流程并获取相关经验,这在以前是无法想象的。因此能够在开始生产新产品之前就能够避免潜在的错误和问题。

作者简介:
Albert Sedlmaier
数据M软件有限公司,Valley
www.dadam.de

制造商简介:
数据M软件有限公司
83626 Valley/Oberlaindern
电话:0 80 24/6 40-0
传真:0 80 24/6 40-3 00
网址:www.datam.de (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (11/29/2008)
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