CN113221276A - 一种粉末冶金模具参数化设计系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末冶金模具参数化设计系统，属于绘图辅助设计应用技术领域。该系统包括：模具参数化设计软件部分和数据库部分，模具参数化设计软件部分包括数据输入模块、经验逻辑层模块和图形绘制模块；所述数据输入模块提供数据输入界面，供用户输入预先存储的参数信息和模具设计的模具具体规格参数信息，所述经验逻辑层模块接收数据输入模块传递的预先存储的参数信息并将其存储于数据库中，并利用数据输入模块传递的模具具体规格参数信息，计算用户所设计的模具的出关键的节点和线的坐标，随后由图形绘制模块调用所述关键的节点和线的坐标并绘制和展示模具的设计图纸。本发明解决了人工绘图效率低、成本高，对设计人员经验要求高的问题。

Description

一种粉末冶金模具参数化设计系统

技术领域

本发明属于绘图辅助设计应用技术领域，更具体地说，涉及一种粉末冶金模具参数化设计系统。

背景技术

粉末冶金制品模具设计现有流程为：首先，根据图纸技术要求，选择满足产品性能要求的原料；查阅该原料的变化率，根据原料变化率已经其他相关设计经验，计算出模具关键尺寸(上冲、中模、下冲、芯棒)，以及压制该产品所需要的压力(近似法)，然后根据压力，选择满足要求的机台(注：不同机台对应模具安装尺寸不同、相关配件规格也不同)。然后开始模具2D图纸的绘制工作，目前我们使用的是主流的辅助设计软件AutoCAD。该种模具人工设计流程中存在的问题和缺点如下：

(1)变化率选择与实际变化率不符

原因：企业产品种类复杂繁多，对应原料分类也非常多，目前各原料变化率是前人研发总结，并制成EXCEL表格，邮件分享给其他工程师，供大家设计模具过程中参考，但随着生产设备和工艺不断改进和完善，原料变化率也可能会发生变化，同时设计人员也经常变动，所以分管人员在更新发布变化率信息时，较难一一通知到位，这就导致部分设计人员在查阅资料选择的变化率的时候，与实际变化率不符；

(2)人工绘制图纸效率不高

原因：AutoCAD是目前国内比较主流的辅助设计软件，以2D图设计为主，但无论如何优秀，一个图形也是由点和线组成，得一条条的绘制，通常会消耗绘图人员的很多时间，效率较低；

另外，由于不同产品对设备选择不同，不同设备对应着不同的装配规格，所以每次设计模具和配件时，都要花费一定时间去翻阅查询相关设备参数标准。

(3)设计人员经验依赖性强

原因：粉末冶金主要以金属粉末为原料，经过一定的加工工艺，制成我们需要的形状。这个过程非常类似于制作陶瓷，不同的是，大部分粉末冶金制品，对精度要求较高，工艺过程也是复杂的，模具设计也不同于传统模具，所以对设计人员要求较高，没有经过一段时间的专业培训和实战操作，是很难去理解并设计模具，做出合格的产品来。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种实现快速绘图的粉末冶金模具参数化设计系统。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种粉末冶金模具参数化设计系统，包括：模具参数化设计软件部分和数据库部分，模具参数化设计软件部分包括数据输入模块、经验逻辑层模块和图形绘制模块；所述数据输入模块提供数据输入界面，供用户输入预先存储的参数信息和模具设计的模具具体规格参数信息，所述经验逻辑层模块接收数据输入模块传递的预先存储的参数信息并将其存储于数据库中，并利用数据输入模块传递的模具具体规格参数信息，计算用户所设计模具的关键节点和线的坐标，随后由图形绘制模块调用所述关键的节点和线的坐标并绘制和展示模具的设计图纸。

进一步地，所述的模具包括外齿轮、内齿轮和轴承的模具。

进一步地，所述的模具具体规格参数信息的信息包括：产品基本信息、产品规格信息、参考变化率、成形设计信息。

进一步地，所述的产品基本信息包括：番号、调合、成形密度、产品类型、成形模具和加工模具；所述参考变化率包括：成形、烧结、渗碳和加工量。

进一步地，所述的产品规格信息包括：上BOSS外径，上BOSS段长，外径，段长，下BOSS外径，下BOSS段长，孔径。

进一步地，所述的成形设计信息包括设备信息、材质信息和面取信息；

所述设备信息包括：成形机台吨位、机台号、中模台阶、温压、WC托子直径、WC托子段长、芯棒焊接方式和接杆连接方式。

进一步地，所述模具具体规格参数信息的信息还包括齿形参数信息。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的一种粉末冶金模具参数化设计系统，将设计时参考的设备以及配件相关信息，进行数据化管理，保证多用户应用时，关键基础信息来源的唯一性，便捷性，同时，大大改善了人工绘图效率低、成本高，对设计人员经验要求高的问题。本发明还解决了设计时使用的原料变化率与原料实际变化率不符的问题，以及模具安装尺寸与机台对应位置安装尺寸不符问题。

(2)本发明解决了在实际生产中，针对形状结构基本相同而规格不同、材料不同、制备的机台不同的产品进行人工绘制设计不同的模具，经验丰富的设计人员会感觉到有很多的重复劳动，对于新手设计人员却又容易设计出错，比如材料的变化率常常实际与理论不一致，需要摸索，新手设计人员不是特别清楚而容易出错，最终都会导致工作效率不高的问题。本发明解决了人工绘制图纸效率低，成本高的问题以及解决了设计人员经验不足容易出错问题。

(3)本发明由于有效地梳理和整合了实际生产中模具设计使用到的产品相关参数和生产机台的参数，能有效地将经验丰富的设计人员的经验进行推广利用，也避免了新手设计人员的花费较多的时间了解设计的相关实际生产环境和技术条件，从而实用性强，提高工作效率的幅度比较大，特别适合于粉末冶金的生产厂家进行多种规格定型产品在生产时的模具设计应用。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的产品基本信息选项卡示意图；

图3为本发明的成形设计选项卡示意图；

图4为本发明的齿形参数；

图5为点击自动绘图按钮后自动生成的AutoCAD模具图纸示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1：

如图1所示，一种粉末冶金模具参数化设计系统(以下简称该系统)，包括模具参数化设计软件部分和数据库部分，模具参数化设计软件部分包括数据输入模块、经验逻辑层模块和图形绘制模块。

数据输入模块提供数据输入界面，设计人员可以通过数据输入界面展示的输入框将模具设计时用到的选择性信息预先存储在数据库中，也可以通过数据输入界面输入或在下拉框选择所设计的模具的具体规格和参数信息(图2-5)：设计人员输入预先存储的参数信息后点击数据输入界面的保存按钮，即可被经验逻辑层模块接收和存储于数据库，可供后期下拉框调用以及修改；设计人员输入或在下拉框选择模具设计的具体参数信息后，点击数据输入界面的“自动绘图”按钮，经验逻辑层模块就会接收数据并计算出关键的节点和线的坐标，由绘图模块调用并绘制和展示设计图纸。

经验逻辑层模块主要是定义了标准化的定型产品(外齿轮、内齿轮和轴承)的模具结构的相对固定不变的数学模型，并将这类产品相关已知条件和随着产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替，由设计人员在数据输入界面上选择或输入具体的已知条件和基本参数，当设计人员输入完后点击数据输入界面的“自动绘图”按钮，经验逻辑层模块就会根据设计人员输入的这些具体的已知条件和基本参数，计算出关键的节点和线的坐标，由绘图模块调用这些关键的节点和线的坐标数据，绘制出模具的设计图样并在用户界面上自动地展示出来。在该系统中，绘图模块具体是AutoCAD，通过接口与经验逻辑层模块连接。

经验逻辑层还具有的重要功能是：

为了提高模具使用寿命，需要考虑到模具磨损后对产品最终尺寸的影响，所以在设计模具时，模具关键尺寸是按产品公差中限设计，还是中上限设计、或者中下限设计，实际操作时，模具设计人员只需在图2中产品规格输入产品最终的尺寸以及公差，经验逻辑层会根据尺寸特征，自动判断是按中限、上限还是下限设计，并自动计算显示在后面的模具尺寸一栏中，但设计人员也可以自行修改规则，来重新计算模具尺寸；

其次，模具配合尺寸的配合间隙等参数，该版本系统，没有设计专门界面，而是作为标准参数，预先存储在数据库表中，在自动绘图时，系统将模具尺寸作为变量，通过经验逻辑层模块，从数据库中查询并返回该变量所对应的配合间隙规格，目前数据库中的配合间隙数据，是本公司设计部门，通过多年的经验总结后制定出的标准，与产品结构类型以及尺寸大小有关，经验不足的设计人员很难有效掌握；

最后，中模碳化钨外径尺寸以及碳化钨外面包套的尺寸的计算方法，也放在经验逻辑层中，目的是为了设计标准化，避免因设计经验不足而导致的模具破损。

该系统支持外齿轮、内齿轮和轴承三种冶金产品的模具设计。图2-5以设计一种外齿轮的成形模具和加工模具为例，展示了使用该系统进行设计一种外齿轮模具的使用方法和步骤：

第一步，点击【基本信息】选项卡，填写相关字段信息(图2)：

番号(必填)：这是产品物料号，也是模具图纸的物料号；

调合(必填)：粉末冶金原料，不同原料对应的变化率不同，计算出的模具尺寸就不同；变化率是粉末冶金材料烧结后的尺寸变化，不同的原料，在不同的工艺条件下，变化率均有所不同，以烧结为例：烧结变化率公式：烧结变化率＝烧结后尺寸/模具尺寸×100％

成形密度(必填)：与原料同作用，不同密度对应的变化率有所不同，影响模具尺寸；

产品类型(必填)：目前分为1、外齿轮，2、内齿轮，3、轴承，不同类型，模具的绘制不同；

模具结构(成形模具或加工模具，必填)：目前分为上1下1、上1下2、上2下2，轴承、齿轮以上1下1为主；模具结构指模具组成方式，例如上1下2，就是指该套模具有1个上冲，2个下冲；

参考变化率：为系统数据库根据原料自动匹配的变化率信息，供设计者参考使用，可以手动修改；

产品规格(必填)：这是模具关键尺寸，模具所有轴向径向尺寸，都跟产品规格有关联；根据产品类型在产品规格信息上选填“上BOSS外径，上BOSS段长，外径，段长，下BOSS外径，下BOSS段长，孔径”这些参数。

第二步，点击【成形设计】选项卡，填写相关字段信息：

成形机台(必选)：企业现有吨位的机台列表；

机台号(必选)：企业现有吨位的机台号列表；

中模台阶(必选)：中模台阶产品，模具WC下方，需加托

温压(必选)：温压产品，模具包套下方需留有加热圈安装螺纹孔(不同规格的包套，加热圈规格不同)；

WC托子直径(必选)：需手动修改，也可以根据WC内径，避空原则，自动计算一个参考值；WC托子指，只有在中模台阶设计时，由于中模需承受轴向压力，仅仅靠外面的包套过盈配合是不够的，需要在碳化钨下面设计一个托子，来承受轴向的压力；

WC托子段长(必选)：需手动修改；托子段长指中模台阶设计时，包套需要加托子的厚度，承受的压力越大，托子需要的厚度越厚；

芯棒焊接方式(必选)：目前分插入式和对焊式，不同直径的芯棒，焊接方式不同，CAD画法不同；芯棒大部分情况下是有由碳化钨棒体和普通钢质棒体组成，需要通过焊接才能连接在一起，为了保证焊接质量，使用过程中不脱落，不同直径芯棒，焊接方式有所不同，如何选择，纯属经验，被放在经验逻辑层模块内；

接杆链接方式(必选)：接杆链接方式，即芯棒跟机台连接的方式，目前分螺纹式和T型，不同类型，CAD画法不同；一种是做成螺纹，直接跟机台接连在一起，还有一种是一个挂台，再通过带螺纹的芯棒配件，间接跟机台连接在一起；

材质(必选)：绘图之前，需制定每个模具每个组件的材质，不同材质有不同的技术要求；

面取(必选)：面取为粉末冶金制品外径和内径倒角的特有的设计和叫法，制定每个冲子的面取X、Y方向值，以及角度，方便CAD自动绘制符合要求的面取；

第三步，如果基本信息部分，产品类别选择的是内齿轮或者外齿轮，必须填写齿轮参数相关信息，一般包含以下内容：

齿数、模数(径节)、压力角、螺旋角(螺旋齿轮专用)、齿大径、齿小径、跨齿厚(外齿轮专用)、跨齿数(外齿轮专用)、跨棒距、PIN径、PIN数、齿大径R、齿小径R、精度等级。

第四步，点击“自动绘图”按钮，系统根据前两步提供的产品基本信息和成形模具相关信息，通过经验逻辑层模块计算和AutoCAD绘图，最终得到所设计模具的AutoCAD图纸，如图5所示。

该发明创造其优点主要体现在绘图的效率：

以一套结构相对简单的成形模具图纸(上冲、中模、下冲、芯棒)；

原有效率：设计需要≈0.5H，绘图2D图纸需要≈4H，总耗时4.5小时以上；

现有效率：设计需要≈0.1H，绘图2D图纸需要≈2分钟(几乎可以忽略)；

效率提高：4.5/0.1＝45倍。

Claims (7)

1.一种粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，包括：模具参数化设计软件部分和数据库部分，模具参数化设计软件部分包括数据输入模块、经验逻辑层模块和图形绘制模块；所述数据输入模块提供数据输入界面，供用户输入预先存储的参数信息和模具设计的模具具体规格参数信息，所述经验逻辑层模块接收数据输入模块传递的预先存储的参数信息并将其存储于数据库中，并利用数据输入模块传递的模具具体规格参数信息，计算用户所设计模具的关键节点和线的坐标，随后由图形绘制模块调用所述关键的节点和线的坐标并绘制和展示模具的设计图纸。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，所述的模具包括外齿轮、内齿轮和轴承的模具。

3.根据权利要求2所述的粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，所述的模具具体规格参数信息的信息包括：产品基本信息、产品规格信息、参考变化率、成形设计信息。

4.根据权利要求3所述的粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，所述的产品基本信息包括：番号、调合、成形密度、产品类型、成形模具和加工模具；所述参考变化率包括：成形、烧结、渗碳和加工量。

5.根据权利要求3所述的粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，所述的产品规格信息包括：上BOSS外径，上BOSS段长，外径，段长，下BOSS外径，下BOSS段长，孔径。

6.根据权利要求3所述的粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，所述的成形设计信息包括设备信息、材质信息和面取信息；

所述设备信息包括：成形机台吨位、机台号、中模台阶、温压、WC托子直径、WC托子段长、芯棒焊接方式和接杆连接方式。

7.根据权利要求3所述的粉末冶金模具参数化设计系统，其特征在于，所述模具具体规格参数信息的信息还包括齿形参数信息。

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