镁合金管材热挤压模AutoCAD参数化设计系统 - 文章

镁合金管材热挤压模AutoCAD参数化设计系统

作者：张鹏汪凌云陈华江

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镁合金具有许多不可替代的特性和优势，在国际上受到了高度重视，被视为21世纪的绿色金属材料。作为比铝更轻的金属材料，镁的现有使用状况远没有发挥其潜在的优势。目前，欧、美许多国家都在积极开展镁合金方面的研究，组织高等院校、科研机构和生产企业进行联合攻关，镁合金在汽车和航空航天领域的应用取得了显著成效。

镁合金挤压管材主要用于航空、航天、汽车、摩托车工业。随着汽车、摩托车轻量化以及新产品的不断开发，挤压镁合金管材的规格、品种越来越多。为了适应快速变化的品种规格要求、简化设计人员的计算、提高设计效率、缩短模具的设计周期，开发高效的参数化C4D设计系统来实现计算机辅助自动化设计变得十分迫切。

作为挤压成形的主要部件——模具，其设计的效率和合理性对于新产品的开发与研制具有很重要的作用。由于挤压工艺和模具结构复杂，加之新产品的不断出现，设计时需要技术人员进行大量的计算才能投入生产，整个设计周期长，模具的修改量大。传统的AubCAD二次开发工具，如VisualLISP、ObjectARX，由于自身软件的限制，很难实现参数化设计的要求。采用AutoCAD2002绘图平台，以其内嵌的VBA(visual basic application) 为参数化设计工具，可以方便地实现参数化设计。VBA以Visual Basic程序设计语言作为基础，具有强大的界面设计和丰富的对话框设计功能，同时可以方便地与微软公司的Microsoft Access、SQL Server 等数据库及数据库管理系统进行链接，实现数据库的存取功能。本文以镁合金管材热挤压模AutoCAD参数化设计系统的研究为基础，提出了VBA参数化设计的过程及程序开发过程的一些关键问题、解决方法和实现技巧。

1 镁合金管材热挤压模的设计思路

挤压力、挤压模具端面尺寸与挤压制品断面尺寸的大小密切相关。对于圆棒材、圆管材，以其外圆直径来确定挤压制品断面大小；对于非圆棒材、非圆管材、型材，常用外接圆直径来确定挤压制品断面大小。为了确定一台挤压机能否生产某种制品，常以挤压简直径来衡量。

挤压管材常用的模具有两类：一类为无缝管材模具，另一类为焊合管材模具。本文介绍无缝管材模具的VBA参数化设计。挤压无缝管材用的模具主要包括形成管材外径的挤压模，形成管材内径的穿孔针，以及与穿孔针配套使用的挤压垫(采用带有独立穿孔系统的挤压机)。挤压管材时，由于穿孔针必须置于挤压机的中心线上，无缝管材一般只能进行单孔挤压，此时模孔的理论重心也应置于挤压机的中心线上。

1.1 热挤压工艺设计

镁合金热挤压工艺包括：产品规格、管材壁厚、材质、挤压筒的选择，挤压温度、挤压速度、挤压比、单位挤压力的确定与计算。

1.2 挤压模具设计

挤压无缝管材的模具主要有锥形模(单锥模、双锥模)和平模两种。锥形模用于不带润滑的无缝管材挤压，平模的优点是易于切除压余。

无缝管材挤压模具的设计主要包括：

(1) 模具类型的选择；
(2) 模孔尺寸的确定(应考虑热膨胀冷收缩因素及模孔尺寸增量)；
(3) 模孔工作带长度的确定(要兼顾模具使用寿命与降低挤压力两方面)；
(4) 入口处圆角半径的确定；
(5) 模具外形尺寸的计算，并标准化；
(6) 模具强度校核。

1.3 穿孔针设计

穿孔针的设计包括：穿孔针尖尺寸确定、针后端(针杆)尺寸确定、穿孔针强度校核。本参数化设计系统不再单独介绍这部分内容。

2 镁合金管材挤压模AutoCAD参数化设计系统

本挤压模具参数化设计系统包括五部分：挤压机设备选择、挤压模具基本参数库、挤压工艺参数库、程序设计模块、用户输入界面。

用数据库来管理图形参数已是一个必然趋势，因此，挤压模具参数化设计系统采用VBA存取Acess数据库，来读取模具的图形参数。采用微软公司的Microsoft Access软件建立数据库，设计时的图形参数可方便地从Access数据库中读取设计数据，不存在VBA与Access数据库不兼容问题，访问数据库采用SQL Sever 2000 作为数据库管理软件，SQL Sever 2000具有强大的数据库管理功能和使用的灵活性。使用ADO的方法来存取数据库，Microsoft Active Data Objects(ADO)能够编写出可通过 OLE DB 对在数据库服务器中的数据进行存取和操作的应用程序。其优点是：易于使用、高速、低内存支出与占用空间少。ADO支持适用于客户端／服务器端等应用程序的主要功能。ADO是一个对象模型，它结合了OLEDB易于使用的特性以及在诸如Remote Data Objects(RDO)和 Data Access Objects(DAO)的模型中容易找到的通用性。更重要的是：ADO包含了所有可以被OLEDB标准接口描述的数据类型。换句话说，ADO对象模型具有可扩展性，它不需要你对自己的组件做任何工作，只要通过一般的程序设计接口，就可以可视化地处理所有的事。

本参数化设计系统功能模块设计包括：对话框设计、国标设计、数据库文件的建立、参数化绘图、下拉菜单的设计和调用。对话框和下拉式菜单的目的是方便用户进行选择以及输入相关设计参数。参数化绘图编程时，首先根据输入及选择的参数条件，从数据库中读出基本数据，然后进行设计和校核，得到合理的数据；将计算得到的数据调入绘图程序，完成图纸输出，如图1。

2.1对话框设计
对话框共有三个：splash界面、开始对话框、主参数输入对话框。

预览图片库的建立：采用AutdAD绘出单锥模、双锥模、平模图，用红蜻蜓抓图精灵将地Autocad图形格式转换成BMP图片格式，以便预览时调用。

开始对话框包括：模具类型选择、图纸规格及格式选择、预览框等三部分。预览框的图片是在模具类型选定之后，调用预览图片库的图片得到的，如果预览框的模具类型不合理，可取消后重新选择。

设计主界面包括：挤压机、挤压简直径、材质的选择，挤压管材外径及壁厚确定。由于挤压机及挤压简直径确定之后，所能挤压的管材直径范围就可确定了，因此在输入挤压管材外径之前需点击“输入参数”按钮，以便设计系统能调用数据库中的管材模参数表，获得所能生产的最大及最小直径，显示于管材外径输入框两侧，提示用户输入的管材外径必须在该范围内。如果要输入的管材外径不在该范围内，则需取消。重新选择挤压机及挤压简直径，以确保能够挤压出合格产品。

2.2 程序设计

本参数化设计系统包括两部分：主设计模块、计算及绘图模块。

2.2.1 主模块作用为启动设计系统

设计数据库访问类型及文件路径(本系统采用Acess数据库)；设定SQL Sever指令，建立数据库的调用；调用其他模块和窗体。

2.2.2 计算及绘图模块

包括三部分：图框绘制、计算及校核、模具图绘制。

(1)图框绘制：设置图层、线形、颜色，确定标题栏的起始点，根据开始对话框中选定的图纸规格及格式，计算和确定固框各点的坐标，计算标题栏各点坐标，选定固层。

(2)计算及校核：根据主设计界面输入及选定的参数，将数据库中的相关参数提取并存于变量中。

计算管材模孔直径：D＝D0x(1十k/100)十0.04t

式中，D0-管材外径(用户输入)；
k—模孔余量系数；
t＝t0十dt2(dt2为管材模孔增量)。

模具厚度(h)确定：根据挤压简直径(dt)与模具厚度(h)间的关系：A＝0.22dt，计算出初步的模具厚度，再将计算结果整合为标准尺寸。

模具强度校核：校核模具的弯曲强度，如果校核不能通过，厚度增大一个规格，继续校核，直至校核通过。

(3)绘图模块编绘图程序时，首先对模具各点进行编号(单锥模、双锥模、平模分别编号)，确定绘图起始点坐标，根据前面各窗体界面选定及数据库中调用的参数和计算结果，求解出各点的坐标表达式，确定各点坐标，分别确定各段连接线的类型(如直线、圆弧、样条线等)并定义；选择图层。创建尺寸标注：设定标注类型(直线、圆弧、角度、直径等标注类型)，确定标注位置，确定标注图层。创建剖面线：选定剖面线类型，指定剖面线样式的角度、名称、比例、间距。创建剖面线的外侧回路、附加外回路剖面线对象、附加固形作为剖面线，并修改属性。本参数化设计系统的结果见图2(双锥模)。

图2 参数化设计结果

3 结束语

随着镁合金成形技术的不断进步，对镁合金管材的需求将快速地增长，对其品种、规格的需求也越来越多，要求从产品的提出到生产出合格产品的周期越来越短。采用AntoCAD内嵌的VBA作为二次开发工具，实现参数化镁合金管材挤压模具设计，可以大大地减少设计人员的计算和绘图时间，成倍地提高工作效率。本系统还具有较强的灵活性，可以方便地添加数据及更新数据。实际上，AubCAD进行二次开发不局限于挤压模具的参数化设计系统开发，对于标准化、系列化的产品，同样具有可借鉴的作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/6/2005)


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