基于公理设计的挤压铸造设备设计

Ｄｅｅ．２０１０　ＶＯＩ．５９　ＮＯ．１２　基于公理设计的挤压铸造设备设计　邓建新　，邵明　（１．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０；　２．广西大学广西制造系统与先进制造技术重点实验室，广西南宁５３０００４）　摘要：将公理设计理论引入到铸造设备的设计开发中，系统地分析了挤压铸造设备的公理设计过程。建立了挤压铸造设　备公理设计的框架和原则，阐述功能域和物理域的映射分解过程，得到了设计矩阵方程，在此基础上提出了一种挤压铸　造设备主要部件的设计顺序。设计结果应用到２　５００ｋＮ的挤压铸造设备开发过程中，改善了设计，提高了设计效率。　关键词：公理设计；挤压铸造设备；设计顺序；功能设计　中图分类号：ＴＨ１２２，ＴＧ２４９．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０１０）１２—１３２０—０５　Ａｘｉｏｍａｔｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｑｕｅｅｚｅ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ＤＥＮＧ　Ｊｉａｎ—ｘｉｎ’一．ＳＨＡＯ　Ｍｉｎｇ’　（１。Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１　０６４０，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ＆　Ａｄｖａｎｃｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００４，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ｌｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｔｈｅｅｒｙ　ｏｆ　ａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（ＳＣＥ）．Ｔｈｅ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｆｏｒ　ａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＳＣＥ　ｗａｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｔｒｉｘ　ｄｅｓｉｇｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＳＣＥ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｅｒｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｄｏｍａｉｎ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅｎ，ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ＳＣＥ　ＷａＳ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＡＩｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＣＥ　ｗｉｔｈ　Ｉｏｃｋｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　２　５００　ｋＮ，ｗｈｉｃｈ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ；ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｄｅｓｉｇｎ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　挤压铸造工艺是对低速浇人型腔内的液态金属施加　较高的机械压力，并保压成形和结晶凝固的一种集铸造　ｄｅｓｉｇｎ，ＡＤ）是目前产品设计理论的研究热点，为产　品设计提供了一种设计创新的逻辑思维框架，使产品　设计不再是传统的个人经验主导的过程【ｌ０１。目前已经　和锻造特点于一体的新的铸造工艺方法【ｌ＿３】。已经广泛应　用于汽车、航空器、摩托车的发动机外壳等重要安全部　件和性能要求高的零件的生产　。挤压铸造的原理决定　了挤压铸造生产必须在机械设备的帮助下才能完成，挤　压铸造设备应运而生。日本宇部兴产（ＵＢＥ）、东芝机　运用到实体产品设计、软件开发、管理等多个领域【ｌ１］。　但在铸造设备的开发方面还未见相关应用报道。为此，　论文将公理设计与挤压铸造设备结合，研究了挤压铸　造成形设备的公理设计方法，分析了设计过程。　械，瑞士布勒，以及荷兰Ｐｒｉｎｃｅ　Ｍａｃｈｉｎｅ等先进的压铸　机生产公司成功开发了专用的挤压铸造设备同，大大提　１公理设计　公理设计理论将产品设计过程定义为４个域之间的　Ｚ字层次转化过程，如图１所示。涉及的４个域分别是客　户域（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ　Ｄｏｍａｉｎ）、功能域（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｄｏｍａｉｎ）、　物理域（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｄｏｍａｉｎ）和工艺域（Ｐｒｏｃｅｓｓ　高了挤压铸造技术水平。相比起来，我国专用挤压铸造　设备的开发相对较晚，目前只有佛山顺德华大机械制造　有限公司、三基公司嘲、力劲集团啊研发出了挤压铸造　机，本课题组也在致力于研发。国内压铸机或挤压铸造　机的设计也仍主要从改装开始，大多数设计厂商仍采用　原来传统方案，很少大幅度进行改进【８ｊ，缺乏设计创新　理论的应用，严重制约了我国挤压铸造设备的开发，进　而影响挤压铸造的应用推广及其工艺水平的提高。　Ｄｏｍａｉｎ），每个域都有各自的元素。其中，客户域包　括需求分析得到的产品的客户需求；功能域为根据客　户域的需求确定的产品的功能集，是产品设计的目标；　物理域包含产品设计参数，指产品功能的实现方法：　工艺域包括产品加工的工艺变量。　Ｎａｍ　Ｐ　Ｓｕｈ［９］教授提出的公理设计理论（Ａｘｉｏｍａｔｉｃ　收稿日期：２００９—０９—１１收到初稿，２０１０—０６—０２收到修订稿。　基金项目：广东省教育部产学研结合重大专项项目（２００９ＡＯ９Ｏ１００Ｏ２６）；广西科技创新能力与条件建设项目资助（桂科￣０８４２００６）。　作者简介：邓建新（１９７９－），男，讲师，博士研究生，主要从事挤压铸造设备方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｊｘｉｎ＠１６３．ｃｏｒｎ　铸造　邓建新等：基于公理设计的挤压铸造设备设计　面向功能设计　的需求域　・１３２１・　功能域　／、　要求两　客户域　功能域　物理域　工艺域　需功自　图ｌ公理设计的设计转化模型　Ｆｉｇ．１　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　’＼、莲查　／、　再　在相邻两个域的设计转化过程中，左边域表示需要　实现的目标，右边域表示实现方法。设计总是按照自上　而下分层次进行，先从高层次开始，完成高层次的相互　圈　＼二／　丫　兰　功塑霎　计臣匾　况　转化后，再启动下一层次的设计分解，下一层次的功能　或设计参数的分解要基于右边具体的设计参数和工艺参　数进行，即上一层次的实现决策影响下一层次的分解和　实现方法，直到分解到可以实现的设计参数（即叶参　数）为止。从而形成ｚ字形的设计转化的逻辑过程。相　邻两个域之间的转化通过设计矩阵方程来描述：　［职ｓ］＝　］［ＤＰｓ］［ＤＰｓ］＝［Ｂ］［ＰＶｓ］　（１）　式中：Ａ、　为设计矩阵，　：？ｒＲｓＢ：—ＯＤＰｓ—，，ＦＲ　、　Ｄｐｓ　ＰＶｓ　Ｄ　、　ｓ分别代表功能需求、设计参数和工艺变量。　Ａ、　都是逻辑矩阵，用于表明设计目标和设计方法之　一　间是否存在关联关系，二者之间的关系通常通过０、１　或０、Ｘ来表示，０表示无关联或存在弱联系，１或　表　示存在强联系。这样可得到３种设计矩阵，对角矩阵、　下三角矩阵和全阵，分别对应于无耦合设计、准耦合设　计和耦合设计，两个元素之间的示意矩阵如图２所示。　［　ｆ　［　（ａ）无耦合设计　（ｂ）准耦合设计　（ｃ）耦合设计　图２三种设计矩阵　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍａｔｒｉｘｅｓ　为了保证设计过程的有效性、最优性，公理设计　蓦　理论提出了独立公理和信息公理作为判断法则。独立　公理要求保持产品的功能要求独立性，即每一个功能　需求被满足时不会影响其他功能㈣。这要求设计矩阵　为对角阵或下三角阵。而对于满阵的耦合设计，需重　新设计和解耦。信息公理为设计的优化提供了一种判　断方法，认为在满足独立公理的前提下，表达功能的　信息越小，越容易实现，设计越简单、越优化。　２基于公理设计的挤压铸造设备设计　２．１设计框架及原则　结合挤压铸造设备的设计需要和公理设计理论制定　了图３的设计框架。挤压铸造设备应用ＡＤ主要在需求域、　功能域和物理域三个域之间。为准确把握挤压铸造设备　的需求域，我们认为需求域应同时来源于客户和企业，　并根据对功能的重要性将其划分为：用户使用要求域、　设备原理功能需求域、设备维护需求域和设备开放需求　域。与之呼应，将功能域划分为必需功能和可选功能，　、—彳　域　物理域接工艺域　物理域控分解原则Ｉ羹秉翡ｉ辜圭嚣ｌ　ｉｌ１　　翥　分解原则　图３挤压铸造设备的ＡＤ框架　Ｆｉｇ　３　Ｔｈｅ　ａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｌｆｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　以指导后续设计。在此基础上，根据公理设计建立功能　域和设计域的设计矩阵方程。为保证功能设计，满足详　细设计需要和节约时问，还确定了以下原则。　（１）开发策略：指研发企业决定挤压铸造设备的　设计实现方式，分为完全自主研发和核心技术攻关为　主，这决定了设计活动的复杂程度及开发周期。本设　计是以核心技术攻关为主的开发策略。　（２）市场物料情况：市场物料情况与叶设计参数　相关，决定了功能设计的层次结构，如果分解的中间　参数已经达到市场上可供应的叶设计参数（零部件），　则不必再详细分析。这也因此影响设计活动的复杂性　和设计周期。　（３）复杂产品功能设计原则：由于复杂产品功能　域较大，设计分解需要进行多个层次，因此功能分解　都不要求过细，一般分解到最后的叶参数都是零部件，　这与企业的管理和协同详细设计活动及市场物料情况　是一致的。　（４）基于连接关系的功能分解原则：为了保证功　能分解的独立性，避免较多的耦合设计，需要按照高　层功能之问的连接关系来进行低层次功能的分解。高　层功能之问的连接关系表示各功能在其上层功能中的　功能，包括物料关系、空间关系、能量关系和信息关　系４种。保持功能的独立性时，各功能之间的关系应只　能或主要为其中一种，称其为主导关系。并需要围绕　对上层功能的主导关系的核心操作来进行下层功能的　分解和检验，以主动避免功能耦合设计，如功能的主　导关系为物料关系，则应以物料的装载、存储、运输　等操作来对其进行下层功能划分。　按照该框架，重点分析最简单的挤压铸造设备　（即主要满足用户使用要求域和设备的原理功能域的设　备）的公理设计的功能域和物理域的分解映射过程。　２．２挤压铸造设备功能设计分解　挤压铸造设备是挤压铸造成形系统的核心部件，　是一个复杂的机电产品。经过需求转化后，可将其功　能表述如下：将预定温度的金属液以一定速度浇入到　Ｄｅｃ．２０１０　ＦＯＵＮＤＲＹ　ＶＯ１．５９　Ｎｏ．１　２　闭合模具型腔后，通过一定时间挤压凝固成形后得到　式中，ＦＲ：　ＦＲ　ＦＲ　，　分别为半模１安装、半模２安　铸件，然后打开模具取出铸件。为了防止挤压铸造过　程中模具受热过快和便于脱模，保证铸件的表面质量，　还须对模具和冲头的表面喷涂涂料。同时，现代铸造　装、适应不同模具；ＤＰ２　ＤＰ２　Ｄ尸２　，分别为动模板、　定模板、动模板行程（开档调节机构）。　开合机构实现对模具安装装置的闭合、打开操作。　根据铸件工艺参数保证模具持续闭合一定的时间，即　锁模；打开模具时，为了安全需要防止打开过位。开　生产逐渐向半自动化和自动化方向发展Ｉ１　，并走向智　能化，挤压铸造是一种适合大规模生产的成形方法，　设计时应尽可能提高生产自动化水平。因此，还须增　加设备自动流程控制功能。　根据以上表述将挤压铸造设备的一级功能域ＦＲ分　模和维持锁模都要求开合机构具备一定的动力。则将　ＦＲ也分解为：连接模具ＦＲ　、执行开合动作职　开合　方向引导职　提供动力职　维持锁模ＦＲ笠　、锁模　解为：浇注功能职。、锁模功能职：、挤压功能职，、顶　出铸件ＦＲ　、取件功能　｝　、喷涂功能船　、自动流程控　制功能职，。设计ＤＰ实现：浇注装置ＤＰＩ、合模系统　Ｄ　、挤压机构０ｔ＂３、顶出机构ＤＰ４、取件手腿、喷涂　装置ＤＰ６、流程控制系统Ｄ　。建立设计方程：　ＦＲ１　Ｏ　０　Ｏ　０　０　０　Ｄ尸ｌ　职２　０　０　０　０　０　０　Ｄ　ＦＲ３　０　０　０　０　０　０　Ｄ　ＦＲ４　ｊ：　０　０　０　０　Ｏ　０　ＤＰ４　（２）　ＦＲ５｝　０　０　Ｏ　０　０　０　Ｄ　ＦＲ６｛　０　０　０　０　０　０　ＤＰ６　ＦＲ７ｊ【　¨Ｄ　该设计矩阵为下三角阵，满足独立公理要求，但需要　进一步分解。Ｄ　、ＤＢ、，Ｊ　可采用市场上较成熟的浇　注装置、取件手、喷涂装置辅件。因此，以下重点对　ＦＲ　、ＦＲ　、ＦＲ　、ＦＲ　进行设计分解。为便于理解，将　分解层次按照各子功能来表述。　２．２．１锁模功能积放计　锁模是挤压铸造机生产的主要过程，当把模具安　装在定模板和动模板上之后，在金属液浇注以前和挤　压过程之中都需要将模具闭合，以防止金属液溢出模　具，从而保证铸件成形及达到精度要求，并维持一定　的生产安全性。经过优化后，将职：划分为：安装模具　ＦＲ：。、开合模具ＦＲ丑，ＤＰ２分解为模具安装部件ＤＰ２，，开　合机构Ｄ　。得到设计矩阵方程（３）：　【ｆ　２欣丑　ｆ　Ｘ　０＿Ｘ　Ｊ　『ＩＤＰＤ　Ｊ２１１　　…　挤压铸造过程中，模具根据铸件的分型面划分为两个部　分，在铸造过程中靠外力合在一起，形成实际形状的铸　件。如果是空心铸件，模具还包括抽芯机构。由于设备　不可能只生产一种铸件，这决定了模具安装部件需要适　应不同厚度模具，要求该部件能给予一定的灵活空间以　适应不同厚度的模具。当铸件成形后，还需要从分型面　打开模具将铸件取出，这也需要给模具安装装置留有一　定的活动空间。经过分析，得到职。，的设计矩阵方程：　ｊＦＲ２１ｌ｛ＩＸ　０　０　ｌＩＤＰ２ｌｌ　Ｊ　　、｝ＦＲ２ｌ２　ｆ：｝０　Ｘ　０｝ｆ　１２　ｆ　（４）　ｆ　ＦＲ２ｌ　ｆ　ｆ　０　０　Ｘ　ｆ　ｆ　ｌ３　ｉ　时间控制职蛳开模距离控制ＦＲ笠　。设计参数Ｄ　可分　解为：连杆Ｄ　。、液压缸Ｄ　、导轨Ｄ　、液压泵　Ｄ　、锁紧机构Ｄ　、时问继电器Ｄ　、限位开关　Ｄ　。ＦＲ　的设计矩阵方程表示如下：　ＦＲ　１　０　０　０　Ｏ　０　０　２１　职２２２　０　０　０　０　０　Ｏ　ＤＰ　职２２３　０　０　０　０　０　Ｄ　职２２４　０　０　０　Ｘ　０　０　Ｏ　Ｄ　（５）　ＦＲ２２５　Ｏ　０　Ｘ　０　０　ＤＰ　朋２２６　Ｏ　０　０　Ｏ　ｏ　Ｘ　Ｘ　Ｄ　职２２７　Ｊ【０　Ｘ　Ｘ　０　０　０　Ｘ儿ＤＪＦ　７　以上分解中，只有锁紧机构还未到达叶节点。该　机构在合模及挤压过程中，通过对定模板和动模板的　压力操作，将模具的两个半模紧紧地合在一起，防止　挤压过程的挤压力把模具冲开。则职　可分解为：牵　拉　ｅ　。、锁　２、锁紧力髓！　。对应的设计参数Ｄ尸　分解为：哥林柱Ｄ尸　、锁紧器Ｄ尸　、锁紧油缸Ｄ尸　。　则对应的设计矩阵方程为：　ｊ　ＦＲ２２５ｌ】ＪＸ　０　０　Ｉ　　ｌＤ　ｌ　Ｉ　Ｊ腑艘Ｉ：ｊ　Ｘ　０　Ｊ　ｊＤ　Ｊ　（６）　ｌＦＲ２２女Ｊ【０　０　Ｘ¨Ｄ　３　Ｊ　２．２．２挤压功能职放计　挤压功能通过施加一定的机械压力给型腔中的金　属液，以保证补缩凝固，直到完全凝固结晶，从而提　高了铸件的力学性能。挤压压力也因此成为挤压铸造　的最重要工艺参数之一。根据挤压过程是否产生金属　液充型流动，挤压铸造分为间接挤压铸造和直接挤压　铸造。在直接挤压铸造过程中，只是帮助金属液凝固，　金属液不做任何流动，～般可生产几何形状比较简单　的铸件。间接挤压铸造是在挤压凝固之前，金属液要　进行流动充型，因此还应增加挤压充型的功能。　对间接挤压铸造，挤压功能职，分解为：盛装金　属液ＦＲ，。、对金属液施加压力ＦＲ　传递压力ＦＲ　提　供压力ＦＲ　压力调节ＦＲ　施力速度调节ＦＲ　保　压ＦＲ，　。设计参数为料桶Ｄ　、冲头Ｄ　、液压缸　ＤＰ３，、液压泵Ｄ　、压力继电器和电磁阀ＤＰ３　、流量　控制阀ＤＰ３　、时间继电器和单向阀　。得到设计矩　阵方程：　铸造　邓建新等：基于公理设计的挤压铸造设备设计　０　０　０　０　０　０　，）尸３１　０　朋职肼肼腑职吕Ｒ　Ｒ　Ｒ　Ｒ　三”　　０　０　０　０　０　０　功能按照预定的顺序自动运行，提高生产效率，同时能　控制设备的启停，其主导属性为信息关系。根据信息关　系属性ＦＲ　可分解为：运行顺序设置ＦＲ　，、设备启停控　（８）　０　０　０　０　０　０　０　Ｄ　２　０　Ｄ　３　０　０　０　０　０　Ｄ　制豫　喷涂启停控制职乃、浇注启停控制ＦＲ　合模　０　０　ｘ　ｘ　０　０　ＤＰ３５　０　启停控制ＦＲ　挤压启停控制　顶出启停控制ＦＲ丌、　０　０　Ｏ　０　。　取件启停控制职　。对应的设计参数Ｄ尸７分解为：ＰＬＣ　ＤＰ７，、设备启停开关Ｄ　、喷涂启停开关Ｄ　、浇注启　停开关Ｄ　、合模机构启停开关ＤＰ７５、挤压机构启停开　关Ｄ　、顶出机构启停开关Ｄ　、取件手启停开关Ｄ　ＦＲ７　Ｊ　Ｉ　ＦＲ７２　ＦＲ　７３　ＦＲ７４　Ｏ　０　０　Ｘ　ｘ　０　Ｄ　７　２．２－３顶出铸件朋放计　在完成挤压成形打开模具后，为便于脱模和取件，　需要借助顶出机构将铸件顶出。脓　为铸件提供动力，　关系属性为能量关系，因此按照能量关系将其分解为：　０　０　０　０　０　Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　０　０　０　０　ＤＰ７ｌ　Ｄ　Ｄ　３　Ｄ　执行顶出ＦＲ　、传递动力ＦＲ　提供顶出力ＦＲ　顶出　行程调节ＦＲ甜。设计参数分解为：顶杆Ｄ尸４。、顶出板　ＤＰ４２、顶出油缸ＤＰ４３、限位开关Ｄ　。设计矩阵方程为：　咫４ｌ　朋４２　０　０　０　　０　Ｏ　０　Ｄ　ｌ０　０　０　０　０　Ｏ　０　０　０　０　０　ＦＲ　ＦＲ７６　ＦＲ７７　（１０）　Ｄ　５　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　Ｏ　０　ＤＰ７６　Ｄ　０　０　Ｄ尸４２　０　Ｄｐ　ＤＰ　ＦＲ４３　（９）　职７８　Ｊ【０　０　０　０　０　０　０　¨Ｄ　８　职４４　Ｊ　１　０　０　０　至此，已按照设计原则将挤压铸造设备的设计分　解到满足需要的叶节点。设计分解后功能需求与设计　参数之间的关系见图４。　２．２．４　自动流程控制功能职般计　自动流程控制功能的目标是使挤压铸造设备的各个　４设计参数与功能需求的关系　Ｆｉｇ．４　Ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｍａｔｒｉｘ　ｏｆ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ＳＣＥ　３挤压铸造设备零部件的公理设计顺序　设计过程中不可避免会出现准耦合设计。根据公　理设计理论，准耦合设计必须根据设计参数对功能需　矩阵中，灰色部分为每个功能的内部设计矩阵，白色　部分是根据其设计相关性推导形成。设计矩阵的列表　示设计部件具有的功能或者与功能需求的相关性，其　中　选多表示与其相关的功能需求越多，对设计的实　现影响越大，应排在设计顺序的前列。因此，在同一　求的影响度来确定特定的设ｉ－ＮＪ！ｆ序。在图４的整体设计　Ｄｅｃ．２０１０　ＦｏＵＮＤＲＹ　ＶＯ１．５９　ＮＯ．１２　个高层功能下分解的子功能，需要根据对应列　的多　少进行设计顺序排序，具有相同　个数的设计参数可　以并行设计。根据图４，考虑成本、开发周期，按照先　主后次，先里后外的原则，提出了图５的挤压铸造成形　设备零部件的一种设计顺序，箭头表示先后顺序，并　排设计参数表示可同时进行的设计。　４结论　挤压铸造设备是挤压铸造的基础装备，研究挤压　铸造设备对提高我国挤压铸造工艺水平和扩大应用范　围有实际意义。由于挤压铸造设备是一个复杂的机电　产品，设计复杂。运用公理设计可有效地解决其功能　设计分析问题，使设计的整个过程具有逻辑性、减少　了设计的随机因素的影响，能提高设备创新率和系列　化的效率。论文建立的基于公理设计的挤压铸造设备　设计框架，结合了挤压铸造设备的特点，能对挤压铸　造设备的设计提供指导，拓展了公理设计的实际应用　范围。较好地保证了设计的合理性、逻辑性。整个设　计运用到实际的挤压铸造设备的设计中，取得了较好　的效果，节省了设计时间、提高了设计效率。　图５挤压铸造成形设备零部件的设计顺序　Ｆｉｇ．５　Ａ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　参考文献：　［１］齐丕骧．挤压铸造［Ｍ】．北京：国防工业出版社，１９８４．　［２］Ｈｉｍａｄｒｉ　Ｃｈａ￣ｏｐａｄｈｙａｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｓｑｕｅｅｚｅ　基于以上设计框架和设计过程，课题组成功完成　了２　５００　ｋＮ的铝合金间接挤压铸造设备的设计和制造，　图６ａ为设计的总体效果，图６ｂ为制造后的设备。　ｃａ￣ｉｎｇ［Ｊ】＿Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，１８６：　１７４—１７８：　【３】Ｇｈｏｍａｓｈｃｈｉ　Ｍ　Ｒ，Ｖｉｋｈｒｏｖ　Ａ．Ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ：ａｌｌ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ【Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，１０１：１－９．　［４】　Ｖｉｊｉａｎ　Ｐ，Ａｍｎａｃｈａｌａｍ　Ｖ　Ｐ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＬＭ２４　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｕｓｉｎｇ　ｇｅｎｅｔｉｃ￣ｇｏｆｉｔｈｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，１８６：８２—８６．　【５］邓建新，邵明，游东东．挤压铸造设备现状及发展分析［Ｊ】．铸造，　２００８，５７（７）：６４３—６４６．　［６］６　齐丕骧．上海三基压铸机械制造有限公司研发成功先进卧式挤压　铸造机［Ｊ】．特种铸造及有色合金，２００８，２８（１２）：９３０．　（ａ）设计的总体效果　［７】陈金城，杨大勇．填充式间接挤压铸造及全卧式ＬＫ／ＨＨ￣挤压铸　造机的开发【Ｊ］．特种铸造及有色合金，２００９，２９（１２）：ｌ　１２４－　１ｌ２７．　［８］彭余恭．我国压铸机械的现状和发展方向［Ｊ］．特种铸造及有色合　金，２０００，增刊（１）：３—５．　【９】Ｓｕｂ　Ｎ　Ｐ．Ｔｈｅ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆＤｅｓｉｇｎ　Ｐｒｅｓｓ，１９９０．　．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｏｘｆｏｒｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　［１０］Ｎａｍ　Ｐｙｏ　Ｓｕｈ．Ａｘｉｏｍａｔｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ：Ａｄｖａｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ【Ｍ］．　Ｏｘｆｏｒｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，２００１．　［１１】田启华，杨红梅．基于公理设计的产品概念设计方法研究　．中　国工程机械学报．２００７，５（４）：４０４—４０８．　（ｂ）制造后的挤压铸造设备　图６　２　５００ｋＮ挤压铸造设备　Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅ　ｓｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｌｏｃｋｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ２　５００　ｋＮ　［１２】邓建新，邵明，李元元．现代铸造系统的集成框架［Ｊ］．华南理工　大学学报（自然科学版），２００９，３７（４）：６１—６５．　（编辑：刘冬梅，ｌｄｍ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）