基于CAD-CAE-CAM-RP的复杂陶瓷产品快速制造技术.pdf
《基于CAD-CAE-CAM-RP的复杂陶瓷产品快速制造技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于CAD-CAE-CAM-RP的复杂陶瓷产品快速制造技术.pdf(4页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1 引 言 陶瓷制品生产在我国具有悠久的历史,而建筑卫 生陶瓷工业在我国则是较新兴的行业,近年来已取得 了较为迅速的发展,成为国民经济中的一个重要行业。 卫生陶瓷是一种复杂的陶瓷产品,也是人们生活中的 日用必需品。随着人民生活水平的提高,人们审美观 念和欣赏水平发生变化,对卫生陶瓷产品提出了多样 化和个性化的要求,对高档卫生陶瓷产品的需求越来 越大。但目前,国内卫生陶瓷产品的开发和模具制造 过程仍然采用传统的手工方法,产品外观形状、结构 形式和产品质量几乎全部依赖于制作人员的经验和技 巧,且需经过多次的反复修正才能基本满足设计要求。 因此,产品设计工作量大、制作周期长、成本高、更 新换代迟缓,
2、如开发一个卫生洁具的新产品需要半年 以上的时间,这严重地影响卫生洁具新产品投放市场 的速度,无法适应市场的需求,从而导致整个行业落 后的局面。随着我国加入 W T O以及在全球性市场竞争 的局面下,我国卫生陶瓷行业面临着越来越大的竞争 压力。如何在尽可能短的时间内,用尽可能低的成本, 生产出质量高性能满足市场需求的洁具产品,已成为 卫生陶瓷行业生存和持续发展的重要条件。因此,将 以信息技术为基础的先进制造技术应用于卫生陶瓷产 品的研发过程,改变目前这种手工方式,是整个行业 急需解决的重大课题 1 - 3 。 以 C A D / C A E / C A M / R P等技术为核心的快速集 成制造
3、技术,是随着计算机技术的迅速发展而出现的, 对制造行业产生了重大影响,已在机械电子、汽车、电 器等多个领域有广泛成熟的应用,并取得巨大成就 4 , 5 。但在国内还基本上没有将这些先进制造技术应用于 陶瓷行业的实际生产中。借鉴这些先进技术在其它行 业中的成功经验,将其应用于卫生洁具等复杂陶瓷产 品的设计与制造中,将能增强新产品的研发能力,缩 短产品开发周期,降低开发与生产成本,加快新产品 的更新换代,提高产品质量,在激烈的竞争市场中取 得优势,从而推动整个行业的迅速发展。 2 目前复杂陶瓷产品研发过程分析 目前,我国陶瓷行业复杂卫生洁具等的研发能力 还比较低,主要以仿制为主。新产品的开发没有采
4、用 先进的设计与制造技术,几乎全部由手工完成,其研 发过程如图 1所示。 基于C A D / C A E / C A M / R P 的复杂陶瓷产品快速制造技术 章争荣1,孙友松1,潘晓涛1,徐延华2 ( 1 广东工业大学材料与能源学院, 广州 5 1 0 6 4 3 ; 2 广东佛陶集团钻石陶瓷有限公司, 佛山 5 2 8 0 3 1 ) 摘 要:针对目前手工方式的卫生洁具等复杂陶瓷产品的研发过程,借鉴 C A D / C A E / C A M / R P技术在其它制造 行业中应用的成功经验,将这些先进制造技术应用于卫生洁具等复杂陶瓷产品的研发中;C A D用于设计产品和模 具的模型,C
5、A E用于模拟洁具冲水过程和分析冲水性能,R P用于制作洁具产品的原型,C A M用于加工试用石膏工 作模具。就这些技术的应用提出了两种主要方案,并分析了各自的特点。经过实际应用表明:先进制造技术的 应用能大大缩短产品研发周期、提高产品质量、降低开发成本。 关键词:卫生洁具,C A D / C A E / C A M / R P ,快速集成制造 中图分类号: T Q 1 7 4 . 6 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 - 9 6 4 2 ( 2 0 0 5 ) 0 5 - 0 0 3 5 - 0 4 收稿日期: 2 0 0 4 - 1 2 - 0 7 基金项目: 广东省“十五”攻
6、关重大科技专项资助(项目编号:2 0 0 1 0 0 6 2 ) 作者简介:章争荣,男,1 9 6 9 年生。讲师,在职博士研究生。 图 1 目前坐便器等复杂卫生洁具产品的研发流程 在新产品研发过程中,耗时耗资最多的是“原始 陶土毛坯的制作”到“冲水性能测试”通过的阶段。由 于完全采用手工方式,根据一个产品概念或原型完成 第 4 1 卷 第 5 期 2 0 0 5 年 1 0 月 中 国 陶 瓷 C H I N A C E R A M I C S V o l . 4 1 N o . 5 O c t . 2 0 0 5 生产与应用 -36-2 0 0 5 年 第 5 期中 国 陶 瓷 一个原始陶
7、土毛坯的制作需要一个成熟技师大约 2个 月的时间;而且由于只能通过样板来确定形状尺寸, 因此原始毛坯的几何形状、结构尺寸等的精度都较 低;整个过程对制造人员的技术依赖程度高。完成原 始陶土毛坯制作后,翻制出试验用的石膏模具,并生 产试制毛坯烧制试验产品,进行冲水性能和烧制工艺 测试。通过测试后,才能制作树脂母模,批量翻制石 膏工作模,进行正式生产。但由于对产品的烧制工艺 和冲水性能没有相关的基础理论分析,全凭技术人员 的经验,而且原始毛坯的精度较低;所以,一般要通 过重复多次修改试用石膏工作模具、制作试验产品, 才能通过国家标准的冲水性能测试,这个过程需要耗 费大量的时间和资金;一个新产品开发
8、需要大约半年 到一年的时间和 1 0 - 2 0万元的研发费用。 借鉴先进制造技术在汽车、机械、电器等行业的 应用,分析卫生陶瓷产品的研发过程可发现,CAD/ C A M / C A E / R P等先进制造技术完全可以应用于卫生 陶瓷产品的研发过程中。主要应用环节可有:产品的 设计,冲水性能的分析,产品与模具的快速制造等。 3 C A D / C A E / C A M / R P 在复杂陶瓷产品研发中 的应用 在广东省“十五”攻关重大科技专项的资助下,本 课题组对 C A D / C A M / C A E / R P等先进制造技术在复杂 陶瓷产品研发中的应用进行了研究,CAD/CAM/
9、C A E / R P技术的应用有多种方案,每种方案都有各自 的特点。以下介绍本课题组所采用的两种方案。 3 . 1 应用C A D / C A E / R P 技术的方案 图 2是将 C A D / C A E / R P技术应用于复杂陶瓷产 品研发的流程。该方案运用 CAD进行洁具产品的设 计,运用 C A E对产品的性能进行数值分析,而运用 R P 快速制造洁具产品的原始毛坯。 概念设计、结构设计、工艺设计到石膏工作模和树脂 母模的设计与制造。运用产品 C A D ,能更方便实现产 品类型和产品结构的标准化,建立实用的产品信息 库;通过计算机网络,还能够实现网络设计和个性化 洁具产品的网
10、上定制,丰富产品类型、延长产品生命 周期、拓展产品市场。 目前国内还没有卫生洁具产品的专用 C A D系统, 但也不宜由最基本的几何造型开始开发一个全新的 C A D系统。当前商用成熟的三维参数化 C A D软件,如 U G I I 、P r o / E n g i n e e r i n g 等,都能进行洁具产品的C A D 建模;只是对于复杂的洁具产品,由于软件的通用性, 导致建模周期长,且对产品设计人员的实践经验有过 多的依赖。行之有效的方法是在成熟的 C A D软件平台 上进行二次开发,并且引入知识工程,集成行业标准 以及设计人员和熟练技师长期积累的设计经验,开发 一个智能 C A D
11、系统。这样,既能减少对经验的依赖, 又提高洁具产品 C A D建模的效率。 图 3是以三维 C A D软件 U G I I为平台开发的卫生 洁具 CAD系统坐便器设计模块界面和设计的坐便器 C A D模型。该 C A D系统根据卫生洁具的产品类型分 为坐便器、蹲便器、小便器、洗面器、浴缸及其它类 型等设计的功能模块。每个模块为设计人员提供了一 个建模和修改向导,用于构建和修改参数化的洁具 C A D模型。参数化 C A D模型由一系列的几何特征构 成,这些特征组合根据对同类洁具的不同形状结构特 征进行充分的分析抽象后确定,既能表达同类洁具形 状结构变化的多样性,又能根据一个合理的确定的流 程建
12、模。建模流程根据特征之间的相互关系和特征建 立的先后顺序分解为若干子过程,如坐便器建模子过 程有水包设计、坐圈设计、水箱设计、进水孔道设计、 排污管设计、底座设计等。每一子过程构建模型的部 分特征结构特征部件,特征部件之间通过全局参数 或局部参数关联。特征部件由通过特征轮廓线构建的 相关特征组成,轮廓线根据行业标准和相关经验确立 优化的形状和尺寸,一般由三次 B样条曲线表示;这 种曲线能保证有丰富的形状变化,又便于特征的建立 图 2 C A D / C A E / R P应用于复杂陶瓷 产品开发的流程 3 . 1 . 1 产品C A D 运用产品 CAD能根据产品概念或原型快速建立 产品的三维
13、数据模型,可以对洁具产品的外观和结构 等进行预先的评估,检查产品的设计效果;产品 C A D 模型还能贯穿洁具产品整个研发周期的各个环节,从 图 3 基于 U G I I 软件平台上的坐便器设计向导界面 -37-2 0 0 5 年 第 5 期中 国 陶 瓷 与修改。通过建模和修改向导能快速构建和修改所设 计的产 C A D模型。 3 . 1 . 2 产品C A E 计算机辅助工程( C A E ) 技术是计算机技术和工程 分析技术相结合形成的先进技术,它运用计算力学、 计算数学和数字仿真技术等对设计产品的性能进行分 析。CAE技术是现代产品设计中创造价值的中心环 节,已逐渐成为企业实现创新设计
14、的最主要保障之一。 冲水性能是部分洁具产品(特别是坐便器)质量 的关键部分,它包含两个方面,即洁具壁面污物的冲 刷效果和洁具的排污能力。冲刷效果跟壁面的水流速 度和持续时间相关,而排污能力跟水的流速、流态、虹 吸现象及其对固体污物的作用方式相关。洁具的冲水 物理过程非常复杂,特别是坐便器,其冲水过程是一 种复杂流道流体与固体混合的非稳态流动,而且包含 固定与自由的复杂边界条件。对于这种复杂的流体流 动过程,虽然可以建立相应的数学力学模型,但要获 得精确的解析解是不可能的,只能采用数值方法进行 分析。冲水过程数值分析有两种类型。一种是纯流体 流动的数值分析,采用计算流体力学(C o m p u
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 CAD CAE CAM RP 复杂 陶瓷产品 快速 制造 技术
链接地址:https://www.31doc.com/p-3704145.html