先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程

铝合金型材是实现高速列车、汽车、船舶、航空航天器等的轻量化和性能提升的关键结构材料,目前正在向高性能、大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展,对铝合金型材的结构、力学性能、组织性能等的技术要求日益苛刻,这类型材具有中空薄壁、断面形状复杂、断面尺寸大、力学性能高的特点,材料在变形中的流动行为复杂,增加了模具结构设计、材料流动行为分析和工艺模具参数的优化设计的难度,若模具设计和工艺参数选择不合理,则极易造成型材扭拧、波浪、弯曲、开裂等缺陷,并影响模具使用寿命。

本文首先针对带有大长悬臂的复杂铝合金型材挤压过程中存在的常规平模或导流模结构设计容易导致模具悬臂部位损坏的问题,提出并建立了一种伪分流模具结构设计方法及其长悬臂梁分解技术,建立了长悬臂梁铝合金型材在伪分流模具中的挤压变形数值模型,对比分析了常规模具设计与伪分流模具设计对铝合金型材挤压速度分布、温度分布、材料粒子运动轨迹等的影响规律,研究了不同模具结构对其强度的影响规律。

详细分析了材料在优化模具中的挤压变形行为、流线分布、温度分布以及模具变形和应力分布等,总结给出了壁板型材挤压模具优化设计结果,进行了实际生产挤压实验,验证了模具设计和工艺参数选择的正确性,分别研究和对比了型材制品在挤压方向、横向和筋部的力学性能、显微组织和断口形貌,并揭示了型材在不同方向上的试样断裂机制,结果表明,采用优化设计的分流模具和选择的挤压工艺参数能够获得质量优异的车体壁板型材产品.

先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程,对模具行业也是如此.模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求.

制约模具发展主要有三方面的因素:质量、成本和工期.而就目前模具行业的发展来看,工期已成为企业开拓市场、赢得定单的关键因素,因此提高模具的标准化设计与制造水平。

其次,本文针对注塑模具成型零件工作尺寸的计算问题开展了研究,提出了成型零件工作尺寸计算方法比较的准则,运用计算与分析手段,对目前众多的注塑模具成型零件工作尺寸的计算方法进行比较,在塑件尺寸精度满足要求的前提下,提出中差法是一种既简捷又准确的成型零件计算方法.

1．针对塑料材料多样性和材料选取的困难性,深入研究了材料数据分类方法以及材料性能与塑件制品的关系,建立了综合性能数据库,包括塑料性能、塑料熔体流动行为、塑料配置与着色等子数据库.根据材料性能对塑件结构的影响,建立了“材料性能—塑件结构要素”映射机制,自动求解塑料性能对塑件结构要素的影响,以及塑件结构要素(功能)所要求的材料性能.研究开发了对材料性能数据库的全局查询导航器,通过关联查询得到与该材料相关的所有信息,并输出为各种格式的数据以备共享.

2．塑料制品设计结构对塑件顺利成型、防止产生缺陷从而降低成本和提高设计效率有重要影响.考虑塑料制品的加工工艺性,针对塑件的侧面凹凸、脱模斜度、塑件壁厚、加强筋、孔设计等十余个方面,提供设计方案的支持和检查,以帮助塑件设计者快速设计出结构合理的产品.

3．根据注塑模具设计具有强经验弱理论的特点,深入研究了注塑模具基于范例推理的设计方法.在最近邻法基础上提出模具范例的相似度算法,并充分考虑不同历史时段技术发展水平导致的模具设计和加工手段的进步,减小由于庞大的范例库造成的匹配时间复杂度,提出采用过滤机制：

4．研究了注塑模具设计中快速建模技术.利用参数化建模技术,研究了模型参数驱动的零部件设计方法,提出以“单遗传结构”的形式描述零件参数,以多级别数据存储结构为零件参数的存储方式,使得平面二维表格(或者复杂的树状表格)简化为线性数据结构,每条记录成为仅包含参数控制关系的单个参数的数据。

随着微加工技术的蓬勃发展,许多产品的轻量化、小型化、微型化、精密化趋势日渐明显.与此同时,传统聚合物挤出成型技术也正在朝着微型化方向发展,出现了聚合物微挤出成型技术,其制品如介入医疗导管、汽车油气路微管、新型塑料光纤等在医疗、汽车、通讯等领域得到了广泛的应用,尤其是高技术含量、高附加值的介入医疗导管.由于介入医疗导管具有尺寸微小、截面形状复杂、几何精度高等特点,使得微挤出模具的设计、制造和成型工艺较为复杂,因而传统的挤出成型技术已经不再完全适用.由于受挤出模具、配套生产工艺等限制,目前我国介入医疗导管及其挤出模具主要依赖进口。

首先,根据聚合物微管截面型腔的形状以及各型腔在制品截面上分布特点,将微管主要分为中心对称、轴对称和周边均匀分布三大类.并根据这三种类型,制品截面结构由简单到复杂依次分别取最具有代表性的微管进行研究,即中心对称单腔微管、轴对称双腔异型微管和周边均匀分布五腔异径微管.聚合物微挤出模具成型段长度对挤出制品的质量和生产效率起着决定性作用。

超高压技术在现代科学研究和工业生产中发挥着不可替代的重要作用.而模具作为超高压设备的核心部件,不但要能承受足够高的压力,还要能提供足够大的腔体容积.因为大容积的腔体不但能够提供足够的样品空间,还能形成稳定且梯度较小的压力场和温度场.可见模具大型化是现代超高压技术发展的必然要求,但目前模具大型化所面临的主要问题就是大件硬质合金制造加工困难.

本文研究的主要内容和结论如下：

1.多层交错剖分式超高压模具原理和特点.

多层交错剖分式模具依据未裂先分的思想对缸体和预紧环进行剖分,从结构上解决了超高压模具大型化所面临的问题.根据倍压原理使作用在压缸内壁处较大的压力分散作用于外层支撑环内壁.通过摩擦阻力的作用进一步减小剖分块对支撑环的接触压力.并采用解析法对多层交错剖分式模具进行了力学分析,推导出内部压力向支撑环传递的力学模型,为模具初步设计提供了依据.

2.多层交错剖分式超高压模具应力分析及结构优化.

对多层交错剖分式超高压模具有限元模型建立过程中所涉及的边界条件进行了介绍,并建立了基于ANSYS/Workbench的有限元模型.采用静态隐式算法对多层交错剖分式模具的应力特点进行了分析,探讨了其各部件的失效准则,并与年轮式模具进行了对比.另外还对多层交错剖分式模具结构做了进一步改进.结果表明：

3.预紧力对多层交错剖分式超高压模具容积变化的影响.

基于多层交错剖分式模具特有的结构,探讨了其预紧力的施加方法,不但可以通过层间或层内过盈来实现预紧力的施加,而且还可以采用钢丝或钢带缠绕剖分块组合体来实现预紧力的施加.并以层间过盈为例,分析了预紧力的施加对多错层交错剖分式模具腔体容积的影响.结果表明：通过施加预紧力的方法,可以大幅度减小腔体在内壁压力作用下的容积增大量,并且采用双层支撑环的效果更佳.另外,经过对具有不同尺寸腔体的模具进行研究发现。

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