現(xiàn)代機械設(shè)計方法在磨具行業(yè)的應(yīng)用

暴建霞 王慧鋒

摘要：隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，特別是在計算機技術(shù)和電子信息技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的前提下，在常規(guī)機械設(shè)計的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代機械設(shè)計方法發(fā)展得更科學(xué)、更完善?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法依據(jù)現(xiàn)代機械設(shè)計思想與當(dāng)代機械理論的基本原理，運用電子信息技術(shù)工程、計算機技術(shù)工程、管理科學(xué)工程與知識工程等知識，融合CAD、CAE、機電一體化設(shè)計、數(shù)值分析、可靠性設(shè)計、動態(tài)仿真、有限元仿真、虛擬設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計等先進的技術(shù)與方法，從而形成現(xiàn)代機械設(shè)計方法的理論與體系。磨具產(chǎn)品的設(shè)計不僅要考慮其制造過程和產(chǎn)品的使用周期，還要考慮在保證使用性能和使用壽命的前提下，最大程度的降低設(shè)計成本，從而給企業(yè)帶來好的經(jīng)濟收益和成長競爭機制

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；現(xiàn)代設(shè)計方法；優(yōu)化設(shè)計；磨具設(shè)計，計算機輔助設(shè)計

前言：“21世紀(jì)是質(zhì)量的世紀(jì)”。全球經(jīng)濟一體化促使市場對產(chǎn)品質(zhì)量嚴格要求的同時，對產(chǎn)品的成本也有了一定的要求。磨具產(chǎn)品的設(shè)計不僅要考慮其制造過程和產(chǎn)品的使用周期，還要考慮在保證使用性能和使用壽命的前提下，最大程度的降低設(shè)計成本，從而給企業(yè)帶來好的經(jīng)濟收益和成長競爭機制。利用現(xiàn)代設(shè)計方法與機械設(shè)計理論來設(shè)計磨具產(chǎn)品，就能很好的滿足上述要求。特別是在設(shè)計磨具產(chǎn)品的配方中，應(yīng)用計算機輔助設(shè)計（CAD）與優(yōu)化設(shè)計理論，具有可觀的經(jīng)濟應(yīng)用價值。

1 磨具行業(yè)背景

近年來，國內(nèi)磨具企業(yè)通過引進國外磨具行業(yè)先進的新技術(shù)、新工藝與新產(chǎn)品，取得了飛速的發(fā)展。特別是在鋼鐵、數(shù)控、汽車制造和船舶等領(lǐng)域積極進行新技術(shù)的引進和研發(fā)，大大地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。同時，“高、精、專、自動化”等先進加工工藝的應(yīng)用，要求磨具產(chǎn)品有更高的質(zhì)量水準(zhǔn)。當(dāng)然，由于我國磨具制造產(chǎn)業(yè)起步晚，品種比較少，在產(chǎn)品質(zhì)量和加工工藝水平方面與國外先進磨具企業(yè)相比存在比較大的差距：比如，高端產(chǎn)品依賴進口；低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，積壓，從而產(chǎn)生貨款拖欠與價格戰(zhàn)等問題；自主產(chǎn)品和名牌產(chǎn)品較少。因此，磨具制造企業(yè)如何利用先進的現(xiàn)代機械設(shè)計方法與理論來解決這些個問題是關(guān)鍵。

2現(xiàn)代機械設(shè)計方法介紹

現(xiàn)代設(shè)計方法概念：現(xiàn)今為工程項目或產(chǎn)品制造完成到實體化的全過程而制訂的技術(shù)方案、圖樣與程序。英文為“Modern Design Method”。它運用創(chuàng)新的設(shè)計手段，交叉地應(yīng)用多種理論、方法和技術(shù)，使產(chǎn)品設(shè)計過程成為一種富于電腦化，自動化、虛擬化、智能化和最優(yōu)化的創(chuàng)造活動，在決策、綜合、迭代與尋優(yōu)中高效率的、低成本的、高質(zhì)量的完成產(chǎn)品設(shè)計?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法主要有：

1）發(fā)展比較成熟，普及范圍較廣泛的有有限元設(shè)計、機電一體化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、最優(yōu)化設(shè)計等；

2）概念提出較新，正蓬勃發(fā)展的有創(chuàng)新設(shè)計、生命周期設(shè)計、虛擬設(shè)計、穩(wěn)健設(shè)計、并行設(shè)計、智能設(shè)計等.

磨具企業(yè)要在市場中立于不敗之地，就需要更多的應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計的先進技術(shù)和方法，來研發(fā)產(chǎn)品、開拓市場，保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高經(jīng)濟效益。

3 現(xiàn)代機械設(shè)計的特點

機械設(shè)計是實現(xiàn)某一種功能，同時綜合制造產(chǎn)品的經(jīng)濟性、制造可能性等，從而構(gòu)思的一種具有創(chuàng)新性機械產(chǎn)品過程。與傳統(tǒng)機械設(shè)計相比，現(xiàn)代機械設(shè)計有著其自身獨有的特點，為了使得設(shè)計的產(chǎn)品具有更大的市場競爭力，現(xiàn)代機械在設(shè)計時不僅僅需要對系統(tǒng)的機械工作原理、運動形式、力量的傳遞方式、零部件結(jié)構(gòu)尺寸、外部阻力、摩擦力、各零部件間的耦合方式等等進行考慮，還需要綜合融入多門新的科學(xué)知識，比如計算機學(xué)、機械電子、控制理論、仿生學(xué)、美術(shù)學(xué)等等，是一種融入多門科學(xué)知識的綜合性設(shè)計過程。隨著社會的發(fā)展以及科技的進步，現(xiàn)代機械的種類越來越多，機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度也是逐年的增加。但是從系統(tǒng)功能角度上來說，機械系統(tǒng)可以分為動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動力傳輸系統(tǒng)等等，如果再進行細分，每個系統(tǒng)在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上仍可進行劃分。

4 現(xiàn)代設(shè)計方法在磨具行業(yè)的應(yīng)用

1）優(yōu)化設(shè)計方法的應(yīng)用：中原工學(xué)院的梁寶巖，楊本勇，為了改善樹脂磨具的強度、硬度和耐磨等性能，用優(yōu)化設(shè)計方法，通過向酚醛樹脂中添加價格低廉的玻璃纖維來代替高價格且不易工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的氧化物填料，改善了樹脂磨具的力學(xué)性能和使用壽命的同時，也降低了成本。

2）創(chuàng)新設(shè)計方法的應(yīng)用：廣東小太陽砂磨材料有限公司的梁文聰，利用創(chuàng)新設(shè)計方法，通過實驗發(fā)明了涂附磨具的防靜電涂層配方，用5個實施例來說明此發(fā)明具備材料成本低、制作簡便、能有效的杜絕涂附磨具在磨削過程中的靜電效應(yīng)，提高了磨削質(zhì)量和效率[2]。

3）有限元設(shè)計方法的應(yīng)用：為了解決加工深窄槽磨具的難題，太原理工的宮曉琴，呂明，王典國等人用有限元模態(tài)分析，用得到的磨具的振動頻率，研究出一種新的加工方法。磨具在這個頻率下工作時，振動和變形量最小，磨具不易損壞，延長了壽命。南京航空航天大學(xué)的左敦穩(wěn)、盧文壯、趙宇飛、孫玉利等人借助ANSYS 軟件仿真了熱傳導(dǎo)的過程，得出冰凍磨具在工作時融化的原因不是磨削熱，而是空氣的熱對流的結(jié)論。

4）其他方法的應(yīng)用：華勇、李亞平等人采用CAD與數(shù)學(xué)模型，得到了陶瓷磨具配方的經(jīng)驗公式；河南工業(yè)大學(xué)的宋冬冬，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超強的處理非線性函數(shù)能力，通過相關(guān)的實驗，得到了結(jié)合劑、濕潤劑、粘結(jié)劑含量和硬度的對應(yīng)關(guān)系。

5 應(yīng)用前景

磨具企業(yè)要適應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)形式，縮短磨具配方的開發(fā)時間，必須很好的應(yīng)用現(xiàn)代的設(shè)計方法。

1）磨具粒度的檢驗一直以來存在人為的因素而影響結(jié)果準(zhǔn)確性。利用二次開發(fā)的CAD軟件，設(shè)計了磨具粒度檢測和處理數(shù)據(jù)一體化系統(tǒng)，使得數(shù)據(jù)的記錄與處理更穩(wěn)定、更方便。

2）粘合劑的配比直接影響磨具的性能和使用壽命，利用計算機來建立繁多的結(jié)合劑配方數(shù)據(jù)庫，可以很方便的進行配方運算，提高了生產(chǎn)效率。

3）利用數(shù)學(xué)模型，通過可靠性設(shè)計方法和優(yōu)化設(shè)計方法，可以精確合理的選擇磨具參數(shù)特性，改善磨削效果。

4）磨具產(chǎn)品設(shè)計過程中，利用有限元分析方法，經(jīng)驗類比設(shè)計方法被取代，較靈活地解決了復(fù)雜的工程計算分析問題。

5）利用虛擬設(shè)計方法，模擬磨具磨削的過程，直觀的了解復(fù)雜的磨削規(guī)律，有效的分析磨削是對表面產(chǎn)生的多因素影響。

6 結(jié)論

現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的進步，國民經(jīng)濟和人民生活水平的提高與磨具行業(yè)的發(fā)展有著絲絲縷縷的聯(lián)系?！艾F(xiàn)代設(shè)計方法”作為一種新的技術(shù)領(lǐng)域和一門新的學(xué)科，應(yīng)用那是相當(dāng)?shù)膹V泛。在磨具產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)過程中，有效的利用上述現(xiàn)代的設(shè)計方法，可以很好的降低成本，同時具備優(yōu)越的性能與使用壽命，使產(chǎn)品更具市場優(yōu)越性和競爭力，企業(yè)也就獲得更好的經(jīng)濟利益?，F(xiàn)代機械設(shè)計理論在磨具行業(yè)配方的應(yīng)用中，前景遠大。

參考文獻：

[1]丁繼斌，封士彩.機械系統(tǒng)設(shè)計及其控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[2]魏玉新.現(xiàn)代機械設(shè)計的創(chuàng)新方法研究[J].裝備制造，2009

[3]王典國，等.電鍍CBN磨具的基體設(shè)計[J].機械管理開發(fā)，2008，3

[4]左敦穩(wěn)、盧文壯、趙宇飛、孫玉利 基于有限元法的硅片冰凍固結(jié)磨料拋光溫度場分析 金剛石與磨料磨具工程 2009.2