基于PRO/E產品設計的快速成型技術

作者：信息來源:模具頻道 2009-2-25

字體大小:小 中 大網友評論條 進入論壇

0 引言
    順應時代發展潮流，正向工程設計已被列入工程項目中的關鍵一環并優化應用。產品的開發流程主要包括：概念設計M-2、市場分析及概念可行性研究M-l、綜合研究分析M1、產品設計原型及生命周期測試階段M3、產品生產及交貨M6。在M3中以市場研究員、工業設計師提出的成功概念為設計方向，開發工程師、結構工程師、項目工程師、機械分析工程師等與之緊密協作，使虛擬的構思成為現實的設計原型。
1 產品設計過程
    典型的產品研發過程可分為三大類：設計，評估和制造。設計和評估工作需反復進行，直至設計令滿意為止(即符合客戶的需求)。如果我們對設計進行了適當的評估，就可以減少一些反復修改的過程，加快產品投入市場的進度。如果我們沒有適當評估和改進設計，直接制造出產品就可能出現意想不到的產品缺陷，樣的缺陷唯有花高價改變設計才能糾正過來。因為要在產品研發晚期改變設計代價極其昂貴的，并且很難去實施，所以我們必須在制造產品前就對設計進行充分的改良和評估。
1.1 產品成形的方式
    成型是評估產品設計常用的手段。成型有實體的、虛擬的。虛擬成型包括計算機模型，模擬實驗，虛擬現實等等。實體成型可分為傳統成型和快速成型。傳統成型是通過典型制造過程和手工建造出來的，而快速成型是使用自由實體造型技術制造的。
1.2 虛擬成形和實體成形的應用
    電腦設備和軟件的升級使得在許多行業中出現了一種傾向，即虛擬成型的使用增而實體成型的使用減少。虛擬成型的優點有許多，它的成本較低，能對設計的改變進行快速的評估，是一種能有效探索產品研發空間的手段。在當今競爭激烈的行業中，這種增大使用虛擬成型的趨勢很可能會一直持續下去，這可以不斷縮短產品研發成本和營銷時間。但是，在產品研發的許多程序中，虛擬成型并沒有完全替代實體成型。實體成型在產品研發的許多方面仍然占據著舉足輕重的地位，具體說明如下：
    (1)實體成型通常更適用于某些形式的產品評估，如人體工學，比率和客戶反饋等。
    (2)實體成型能獲取在虛擬成型中可能被忽視或無法獲取的實體現象。一個體系越復雜，要在虛擬成型中獲取所有相關的實體現象就越困難。
    (3)與虛擬模型相比，實體模型能提供實際的測試數據。這是虛擬模型的檢測和改良過程的一個重要方面。
    雖然虛擬成型在許多方面改進了產品研發過程，但是實體成型仍然是這個過程中的一個不可分割的元素。事實上，自由實體造型給實體成型提供了全新的手段。實體成型和虛擬成型在產品的設計改進方面的卓越優勢，給工程師進行項目評估提供了極好的成本考依據與評估手段。
1.3 實驗模擬法ESM技術
    為了彌補成型產品與真實產品之間的缺陷，我們利用模擬技術，把成型的狀態和成品的狀態聯系起來。我們在這里要談的是實驗模擬方法ESM。
    從模型到產品的實現，ESM的研究涉及到產品的線性應力曲線和成型產品的非線性應力曲線。Ramberg-osgood方程建立和描述非線性關系(見圖1)，能反映工程塑性材料的應力和應變曲線關系。

圖1 工程塑性材料的應力和應變曲線關系

應變對應的屈服點，是彈性和塑料部件。ε是應變；σ是應力；k和n為常數，取決于材料。

圖2 用PRO/E建立模型設計圖

應用PRO/E建立模型，然后用ANSYS或Pro-Mechanica分析其應力、強度。設計原型實現，再進行設計優化即得到圖2，最后成型產品(如圖3)。

圖3 成型產品

2 結論
傳統的制造樣品方式需將PRO/E的3D模型轉換到圖紙，依靠模型技師的個人經驗和技術，制作出接近于數字化模型的實體樣品一手板模。這種僅憑制造者的個人加工經驗和工藝方法加工出來的樣品，不僅產品所需達到的關鍵配合尺寸達不到要求，還很難保證需方的要樣時間及質量要求、延緩項目時間的推進，增加了產品推向市場的風險及綜合成本消耗。因此，快速成型順應時代的技術發展要求，突破傳統的成型模式，不僅避免了制作樣品的重復性，提高了產品的模型精度，還為產品的模具設計、注塑成型提供了很好的工藝借鑒。

分頁：