（机械电子工程专业论文）基于solidworks的注塑模具cad系统研究开发.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 汁算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，c a d ) 足当代汁算机应用的 一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，c a d 技术以及 应用一直处于日新月异的发展浪潮当中。塑料模具c a d 的技术发展j f 适应了 这种客观实际的要求。c a d 技术可以显著提高塑料产品和塑料模具的设计制 造效率，提高设计制造质量，减少试模修模的时间，从而缩短从塑料产品设 计、模具设计、模具制造到进行产品模具生产的整个周期。 本文以三维参数化设计软件s o l i d w o r k s 为平台，在对软件系统各组成模 块及其提供的各种二次开发工具熟悉和掌握的基础上，采用编程和作图相结 合的方法，利用v b 的a c t i v e x 技术建立了智能注塑模具c a d 系统，标准模 架及其常用零部件和标准件的三维参数化图形库。：t 7 本文基于注塑模具设计的实际过程和特点，利用知识库和数据库相结合 的方式，提出了种基于知识库的注塑模具c a d 系统的总体布局方案，包括 产品的建模和模具设计中数据和信息的流程，并在s o l i d w o r k s 中对这个方案 的主题进行了编程实现：在特征建模技术中提出了“分型面对象”的概念。 通过创建分型面对象来自动生成模具的分型面。即将塑件的分型面看成是一 个对象( o b j e c t ) ，系统通过对这个对象的特征属性的调用来自动生成模具的 分型面：在此基础上，运用b o o l e a no p e r a t i o n 功能，开发实现了模具型腔的 成形系统：本文还开发出了基于数据库和系列零件的模架库、标准零部件库 和模具通用零部件库。 本文在最后给出了全文的结论，同时指出本课题还有待于进行深入的研 究。 关键词：注塑模具c a d ，s o l i d w o r k s ，d d l ，知识库，a p i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) t e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n tf i e l di nt h e n o w a d a y sa p p l i c a t i o no fc o m p u t e r w i t ht h er a p i di m p r o v e m e n to ft e c h n o l o g yo f c o m p u t e r sh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，c a dt e c h n o l o g ya n di t sa p p l i c a t i o nc h a n g e w i t he a c hp a s s i n gd a y t h ed e v e l o p m e n to fp l a s t i ci n j e c t i o nm o u l dc a di s s e a s o n e dw i t ht h i se x t e r n a ia n da c t u a lr e q u e s t w i t hc a d t e c h n o l o g y t h e e f f i c i e n c yo fp l a s t i cp r o d u c t i o na n dm o u j dd e s i g na n dm a n u f a c t u r ec a nb e i m p r o v e de v i d e n t l y ：t h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eq u a l i t yc a nb ee n h a n c e d ，a n d t h e t i m eo fd i es e t t i n ga n dr e s i n k i n gc a nb ec u t ，t h e nt h ew h o l ec y c l eo fp r o d u c t i o n d e s i g n ，t h em o u l dd e s i g na n dm a n u f a c t u r e c a nb es h o r t e n t h i sp a p e rl sb a s e do nt h es o f t w a r ep l a t f o 帅0 f3 d p a r a m e t e r i z a t i o n m o d e l i n gd e s i g ns o f t w a r es o i l d w o r k s w h o s ec o m p o n e n tm o d u l ea n ds e c o n d d e v e l o p m e n tt o o l si sk n o w nv e r yw e l l ，ai n t e l l i g e n ti n j e c t i o nm o u l dc a ds y s t e m w i t hs t a n d a r dm o u l db a s e sl i b r a r y , t h r e e - d i m e n s i o np a r a m e t e r i z a t i o nc o m p o n e n t s a n d p a r t si sd “e l o p e db yu s i n gv i s u a lb a s i c sa c t i v e xt e c h n o l o g ya n db yu s i n g t h em e t h o do f c o m b i n i n gp r o g r a m m i n gw i t hd r a w i n g i nt h i sp a p e r , as o r to f o v e r a l la r r a n g e m e n ts c h e m e o f p l a s t i ci n j e c t i o nm o u l d c a db a s e do nk n o w l e d g eb a s eh a sb e e np u tf o r w a r dt oa i ma tt h ec o u r s ea n d c h a r a c t e r i s t i co fi n j e e t i o nm o u l dd e s i g nb yc o m b i n i n gt h ek n o w l e d g eb a s ew i t h d a t a b a s e ；t l l ec a ds y s t e mt h a t i sr e a l i z e di nt h ee n v i r o n m e n to fs o l i d w o r k s i n c l u d e st h ef l o wo fd a t aa n di n f o r m a t i o ni nt h ec o u r s eo fp r o d u c t i o na n dm o u l d d e s i g n ；t h ec o n c e p to f “p a r t i n gp l a n eo b j e c t ”b yw h i c h t h em o u l d p a r t i n gp l a n e c a l lb ef o r m e da u t o m a t i c a l l yb e c a u s et h ea t t r i b u t eo f t l i i s “o b j e c t c a l lb eu s i n g t o f o r mt h ep a r t i n gp l a n ei sb r o u g h tf o r w a r di nt h et e c h n o l o g yo ff e a t u r e - b a s e d m o d e l i n g b yu s i n gt h ef u n c t i o no fb o o l e a no p e r a t i o n , m o u l dc a v i t yf o r m i n g s y s t e m h a sb e e n d e s i g n e d ；t h el i b r a r yb a s e d o nd a t a b a s ea n d l i b r a r yp a r t so f m o u l d b a s e s s t a n d a r dc o m p o n e n t sa n dp a r t si se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e r a tl a s t , t h ep a p e rp o i n t e do u tt h a tf a r t h e rr e s e a r c hf o rt h ep r o j e c ti sn e e d e d a n dc o n c l u s i o n sa r eg i v e n k e yw o r d ：i n j e c t i o n m o l dc a d ，s o l i d w o r k s ， d d l ， k n o w l e d g e b a s e ，a p i 2 山东大学硕士学位论文 第一章总论 1 1 注塑模在国民经济中的地位 1 1 1 塑料和注塑模具综述 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物，一般相对 分子质量都大于l 万，有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下具有可塑 性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑料制品。 塑料制品在：【业中的应用日趋普遍，这是由于它们具有一系列特殊的优 点所决定的。塑料密度小、质量轻；塑料比强度高，钢的拉伸比强度约为 1 6 0 m p a ，而玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达4 0 0 m p a ：塑料的绝缘性 能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料：塑料的化学稳定性高， 对酸、碱和许多化学药品都有良好的耐腐蚀能力。此外，塑料减摩、耐磨及 减震、隔音性能也较好。因此，塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机 材料发展成为各个部门不可缺少的种化学材料，并跻身于金属、纤维材料 和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件己成为各行各业不可 缺少的重要材料之一i 。 塑料的品种繁多，按其受热后所表现的性能不同可分为热固性塑料和热 塑性塑料两大类。热固性塑料是指在初受热时变软，可以塑制成一定形状， f u 加热到一定时间或加入固化剂后，就硬化定型，再加热则不熔融也不溶解， 形成体型( 网状) 结构物质的塑料。例如，酚醛塑料、环氧塑料等。热塑性塑料 是指在特定温度范围内能反复加热和冷却硬化的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯等1 2 1 。 现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被 誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”，尤其是塑料模具对实现塑件加工工艺 要求、塑件使用要求和塑件外观造型要求，起着无可替代的作用。高效全自 动化设备，也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其应有的效能。此外， 塑件生产与产品更新均以模具制造和更新为前提。 1 1 2 塑料模具在国民经济中的地位 用于塑料制品成型的模具简称塑料模。塑料模优化设计是当代高分子材 料加工领域中的重大课题。 在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益为人们所认识。 模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术的进步。 当今，模具就是“现代化”，模具就是“高效益”的观念，已被越来越多的人 所接受。 山东大学硕士学位论文 随着塑料制品的普及和其重要性的日益显著，作为塑料制 乍产的皇要 装备的塑料模的重要性也显得越来越突 ，塑料模足塑料制品生产的基础之 深刻含意，正岛益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成型设备被确定之后， 塑件质量的优劣及生产效率的高低模具因素约占8 0 。由此可知推动模 具技术的进步应是刻不容缓的策略，尤其大型注塑模的设计技术与制造水平， 常可标志个国家工业化的发展程度p j 。 1 2 当前注塑模具c a d 的发展水平”“5 1 2 t 国内情况： 近年来，我国对注塑模具设计以及制造技术及其c a d 的开发应用十分重 视，我国自主开发的模具c a d c a m c a e 软件系统已经有很大的发展。 华中理工大学是国内较早自行开发模具c a d c 艄a e 的单位，在注塑 模具流动分析和冷却分析模拟等方面都有研究，其开发的c a d c a 删c a e 系 统包括塑件的模型输入、流动分析、冷却分析、型腔强度和刚度校核以及模 具结构的参数化设计等功能。 上海交通大学也是国内较早研究开发模具c a d ，c 撇a e 的单位，在国 内首次将人工智能技术引入到模具c a d 系统中，现在也开始开发智能模具 c a d c a m c a e 系统。 浙江大学基于u g i i 开发的模具c a d c a m 系统。主要研究成果是使用特 征造型技术是实现型腔的快速成型。 通过实际的调研了解到：国内还没有一个真正意义上的注塑模具c a d 系 统，当前还没有解决的问题有：产品信息以及知识点的表示方法，模具设计 过程中的数据的表示和存储方式，各个模块之间的数据传递以及模块中的基 于知识的判断和分析。这些关键的问题制约了当前注塑模具c a d 的研究和发 展，人工智能，知识库和数据库的引入肯定对开发出更好的c a d 系统是一个 非常大的推动作用。 1 2 2 国外情况： 近几年来，国外注塑模具c a d 技术发展迅速，注塑模具c a d 技术在不 断进行理论和实验的同时，十分注重向实用化阶段发展，而且已经推出了一 些商品化软件。并在推广和实际应用中不断改进、提高和完善。这其中的代 表软件有： c a d 软件有： u g i i 、c a t i a 、p r o e n g i n e e r 、i - d e a s 等著名软件，这些传统的大型软 件在国内外模具行业中的应用已经比较广泛， c a e 软件有： 2 山东大学硕士学位论文 澳大利亚的m o l d f l o w p t y 公司的m o l d f l o w 系统足一个典型的代表，该 系统具有很强的注射模分析和模拟功能，注射过程中的流动分析，冷却分析 以及模架应力场分析和翘曲分析等功能。 其他还有美国的c 。f l o w 系统，以及德国的c a d m o l d 系统等c a e 软件。 但是我们只能说这些软件是一个优秀的j 维绘图、f 台，还不是一个专用 的注塑模具结构设计软件。有一些尽管是所谓的模具设计软件，但是偏重于 c a d 之后的c a e 功能，其c a d 功能只是具有零部件的参数化数据库，不能 进行自动化的设计和装配，与智能化还有差距。新一代的注塑模具设计软件 应该是模具设计实践中归纳和总结出的大量知识的基础之上，具有智能化的 意义。从这个意义上讲，国内国外还没有开发出一个这种成功的商品化的塑 料模具c a d 软件系统。 1 3 注塑模具c a d 的重大意义 i 3 1 注塑模c a d 技术简介 以计算机为手段、专用注塑模设计分折软件为工具设计模具，软件可直 接调用数据库中模架型式尺寸、材料数据、塑料材料及加工参数，通过几何 造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸，迅速完成注塑模设计。 利用软件分析功能对设计的模具进行充模、保压、冷却分析模拟，脱模后塑 件内温度分布、应力分布、收缩、翅曲变形预测及充模时缺陷预测。依据分 析模拟结果对设汁的模具进行修改并反复模拟。待模具确定后，由绘图机输 f 模具装配图及零件图，由打印机输出设计参数及模拟结果。一般零件可直 接交加工，型芯、型腔可由计算机n c 模式传给数控机床加工。 模具c a d 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计较率，尤 其是系列化或类似塑件注塑模的设计效率提高更为显著。 1 3 2 开发c a d 的重大意义 随着塑斟产品在家电、电子、机械等产品和日常用品中的越来越广泛应 用，产品的档次提高，产品更新换代的速度加快，产品的寿命缩短，对塑料 模具的设计和制造的要求也越来越高，塑料模具的交货期越来越短。传统的 手工设计和制造方式早已经满足不了生产发展的需要。 而且塑料产品从设计到投产是一个十分复杂的过程，它应包括产品概念 设计，模具总体方案设计、模具结构设计、模具零件的制造加工与模具装配 以及模塑生产的等多个环节。其问还要进行一些分析与校核。传统的设计与 制造方法难以全面考虑这些环节。 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 的广泛应用和计算机 硬件和软件技术水平的迅速提高，也为注塑模具c a d 提供了良好的基础。 3 山东大学硕士学位论文 塑料模具c a d 的技术发展正是适应了当f j f 模具技术革命的需要。c a d 技术可以显著提高塑料产品和塑料模具的设计制造效率，提高设计制造质量， 减少试模修模的时间，从而缩短从塑料产品设计、模具设计、模具制造到进 行产品模具生产的整个周期。 到8 0 年代末，美国、日本等工业发达国家的模具生产已有近5 0 采用r c a d c a m 技术，从产品设计扩展到工程设计。机械行业率先应用c a d c a m 技术的是飞机制造和汽车制造等大型企业。各大汽车公司已经开发了自己的 c a d c a m 系统。福特汽车公司的p p g s 和c a d c a m 系统，前者适用于造 型设计、概念设计和内饰设计；后者适用于冲压零件设计和焊接装配设计。 通用汽车公司的c a p i 系统，既可以设计车身零件，也可以设计模具。这些 软件均具备实体造型和曲面造型的强大功能，能够设计制造汽车的模具。同 时在欧洲c a d c a m 技术也得到了充分应用，如6 0 年代末期，意大利的 l o i v e t t i 公司开始研究以冲裁模为主的生产c a d c a m 系统，其结果使模 具制造周期缩短6 0 ，成本降低3 0 ，1 9 7 8 年日本机械工程实验室研制成冲 裁级进模c a d 系统，该产品由产品输入、工业分析、模具类型选择、多种排 样、型腔设计、绘图等l o 个模块组成，1 9 8 5 年日本富士通公司研制成功级进 模集成c a d 系统，可用于弯曲零件级进模设计，包括产品图输入，型芯和型 腔形状设计等，采用自动设计与交互式设计相结合的方法，所需设计周期只 有手工设计的4 0 左右。进入9 0 年代，国外c a d c a m 技术向着更高的阶梯 迈进。在8 0 年代的基础上，从软件结构，产品数据管理，面向目标的开发技 术，产品建模和智能设计，质量检测等方面有所突破，为实现并行工程提供 了更完善的环境。模具c a d c a m 的功能更加完善，应用也更加普及1 6 j 。 作为c a d 技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、 模拟分析和制造，即c a d c m c a e ，也一直是国内外普遍关注的热点。 开发智能注塑模具c a d 系统是适应了当前国内外的模具设计的要求。因 为新一代模具软件是建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上的基 础上。具有智能化的意义。在智能化软件的支持下，模具c a d 不再是对传统 设计与计算方法的模仿，而是在现今设计理论的指导下，充分运用本领域专 家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。然而现在 注塑模具设计还没有成形的专门设计软件，所以开发一个注塑模具c a d 系统 已经是势在必行的趋势。 1 4 课题的提出 我国c a d c a m 软件不管是产品开发水平还是商品化、市场化程度都与 发达国家有不小的差距。而且当前，我国注塑模c a d 软件存在如下问题0 7 1 1 8 1 1 9 i ： 1 没有一个统一的开发软件基础平台 目前国内无论是自行开发的系统还是应用国外开发的系统，从图形系统 4 山东大学硕士学位论文 到有限元和c a m ，这些软件最初设计知识针对机械设计平台来开发的，并非 针对注塑模具，凡软件之间的数据依靠文件传送，尚无统一的数据库管理系 统，当它们注塑模具设计分析加工时难免会出现这样或那样的错误，直接影 响模具的设计效率。因此寻求一个基于国内实情的、应用于注塑模具集成系 统的基础平台是一个关键问题。 2 没有一个统一的标准 标准化工作是加速设计和减少制造时间的有利工具，是软件系统走向通 j j 化的必由之路，是开发注塑模c a d c a e c a m 系统的重要前提。日前国内 c a d 系统已有标准的开发准则，对锻冲模已制定可遵循的标准，国际标准i s o 的s t e p 标准也仅把冲模设计制定了标准，对注塑模系统还没有统一的可实 用的准则，当前的开发也仅仅是基于企业标准的基础上进行的。 3 引进技术的优与劣 引进国外较成熟的注塑模c a d c a e c a m 系统加快了我国传统的注塑模 具技术的改造。但它们的价格较为昂贵，也不一定适合中国的现状 j o l 。 4 许多注塑模c a d 软件的实用性和集成度较差 目前国内研制的注塑模c a d 系统大多有局限性，仅仅是实验室的产品， 并不能走向市场，适应企业的需要。 5 当前的注塑模具开发遇到了很多的瓶颈问题 目前开发的过程中。由于在三维建模、型腔形成、分型面的形成等各方 面有比较复杂的问题需要解决，所有当前对注塑模具c a d 的研究处于一直希 望在这几个方面的有所突破，尽管已经提出来很多的关于设计方面的理论， 但是这些理论的研究还是很不实际。 基于以上问题，所以提出了开发智能型的专用注塑模具c a d 系统，该系 统的开发目标是：在s o l i d w o r k s 平台之上，应用编程以及数据库、知识库的 链接，在进行产品的三维建模的基础上，开发一个能够自动生成产品模具的 系统，该系统在设计过程中，可以进行人工干预，以便修改设计的结果。由 于时问的限制，本人只进行了如下几个方面的研究：产品建模的研究，型腔 的形成研究，分型面的研究，系统总体流程的设计，模架的设计，浇注系统 的设计，标准件库和通用件库的开发设计，数据库的设计等。 在开发中，针对以上问题，提出了实用的理论和解决途径，首先是在建 模方面形成了一套完整的建模理论，使得尽可能过的信息能够包含在模型当 中，这样在设计过程中，就可以尽可能少的人工干预；在型腔形成方面采用 了s o l i d w o r k s 自带的b o o l e a no p e r a t i o n 功能来形成原始型腔；在分型面方面 提出了“分型面对象”的概念。并且在变成中予以定义其概念和属性。 5 山东大学硕士学位论文 第二章注塑模具c a d 基础 2 1 注塑模具的典型结构和组成 注塑模的分类方法很多，按其所用注强机的类型，可分为卧式注塑机用 注塑横、泣式注塑机用注塑模和角式注塑机用注塑模；按模具的型腔数目可 分为单型腔和多型腔注塑模。在此，按注塑模的总体结构特征对其进行分类， 可分为以下几种典型结构：单分型面注塑模、双分型面注塑模、带侧向分型 与抽芯机构的注塑模、自动卸螺纹注塑模、无流道注塑模等。 1 单分型面注塑模 单分型面注射模也可称为二板式注射模，是注射模中较简单的种结构 形式。这种模具只有一个分型面，如图2 1 所示。根据需要，单分型面注射 模既可设计成单型腔注射模，也可设计成多型腔注射模，应用十分广泛。 图2 - 1 单分型面注射模示例 典型的注塑模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注射机的移动模 板上，定模安装在固定模板上。注射成型时，动模和定模闭和构成浇注系统 和型腔，开模时，动定模分离以便取出塑料制品。在图2 1 所示的注塑模具 6 山东大学硕士学位论文 小，包含如f 零部件：浇口套、定位环、型腔、定模座板、带头导套、定模 板、带头导柱、模板杆、模支撑板、推板、推板垫板、垫块、动模垫板、螺 钉、凝料推出杆、掣芯、握件冷却水流道。 2 双分型面注塑模， 3 带侧向分型与抽芯的注塑模； 4 自动卸螺纹注塑模； 5 无流道注塑模：各种类型如图2 2 所示 简单两板模 图2 2 模具的几种类型示例 注射模的结构是由注射机的形式相塑件的复杂程度等因素决定的。无论 其复杂程度如何，注射模均由动、定模两大部分组成。根据模具上备部件所 起的作用，可细分为以下几个部分。 1 成型零件成型零件是构成模具型腔的零件。通常由型芯、型腔、镶 件等组成。 7 山东大学硕士学位论文 2 浇注系统将熔融塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道，一般由j i 流道、 分流道、浇口、冷料穴组成。 3 导向机构通常由导柱和导套组成，用于引导动、定模l 【i 确闭合，保 证动、定模合模后的相对准确位置。有些注射模在动、定模两边分别设置互 相吻合的内外锥面，用采承受侧向力。有些注射模为避免项出过程中推板歪 斜，还没有导向零件使推板平稳运动。 4 侧向分型与抽芯机构塑料制件上如有侧孔或侧凹，需要在塑件被推 出前，抽出侧向型芯。使侧向型芯移动的机构称为侧向抽芯机构。 5 脱模机构将塑件和浇注系统凝料从模具中脱出的机构，一般情况下， 由推杆、复位秆、推杆固定板、推板、及族权导柱和导套等组成。 6 加热、冷却系统为满足注射工艺对模具温度的要求，模具没有冷却 或加热系统。模具需冷却时，常在模内开设冷却水道，需加热时则在模内或 其周围设置加热元件，如电加热元件。 7 排气系统充模过程中，为排出模腔内气体，常在分型面处开设排气 槽。小型塑件排气量不大，可直接利用分型面上的间隙排气。许多模具的推 杆或其它活动零件之间的间隙均可起排气作用。 8 其它结构零件其它结构零件是为了满足模具结构上的要求而设置 的如固定板、动、定模座板、支承板、连接螺钉等l 。 2 2 通常情况下注塑模具的设计顺序“2 ”1 1 接受任务书 模具设计人员以“模具设计任务书”为依据进行模具设计。其内容应包 括： 经过审签的正规塑料制件图纸，并注明所用塑料的牌号与要求f 如色 泽、透明度等1 ： 塑料制件的说明书或技术要求； 生产数量： 塑料制件样品( 如果可能) 。 2 调研、消化原始资料 分析工艺资料，了解所用塑料的物化性能、成型特性以及工艺参数，如 材料与制件必须的强度、刚度、弹性；所用塑料的结晶性、流动性、热稳定 性；材料的密度、粘度特性、比热容、收缩率、热变形湿度以及成型温度、 成型压力、成型周期等。并注意收集如弹性模量e 、摩擦因数，、泊松比u 等 与模具设计计算有关的资科与参数。 3 选择成型设备 模具与设备必须配套使用。因为多数情况下都是根据成型设备的种类来 进行模具设计，为此，在设计模具之前，首先要选择好成型设备，这就需要 8 山东大学硕士学位论文 r 解各种成型、发备的规格、性能与特点。以注塑机来说，如注射容最、锁模 压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出方式与距离、喷嘴直径与喷嘴球面半 径、定位孔尺寸、模具最大与最小厚度、模板行程等，都将影响到模具的结 构尺寸与成型能力。同时还应初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选 的注塑机上安装与使用。 4 拟定模具结构方案 理想的模具结构应能充分发挥成型设备的能力( 如合理的型腔数目和自 动化水平等) ，在绝对可靠的条件下使模具本身的t 作最大限度地满足塑件的 _ t 艺技术要求( 如塑件的几何形状、尺寸精度、表面光洁度等) 和生产经济要求 ( 成本低、效率高、使用寿命长、节省劳动力等) ，由于影响因素很多，可先从 以下几方面做起： ( 1 ) 塑件成型按塑件形状结构合理确定其成型位置，因成型位置在很大 程度上影响模具结构的复杂性： ( 2 ) 型腔布置根据塑件的形状大小、结构特点、尺寸精度、批量大小以 及模具制造的难易、成本高低等确定型腔的数量与排列方式； ( 3 ) 选择分型面分型面的位置要有利于模具加工、排气、服气、脱模、 塑件的表面质量及工艺操作等，在设计过程中，要综合考虑以上因素的影响； ( 4 ) 确定浇注系统包括主流道、分流道、冷料穴( 冷料井) ，浇口的形状、 大小和位置，排气方法、排气槽的位置与尺寸大小等； ( 5 ) 选择脱模方式考虑开模、分型的方法与顺序，拉料杆、推杆、推管、 推板等脱模零件的组合方式，合模导向与复位机构的设置以及侧向分型与抽 芯机构的选择与设计； ( 6 ) 模温调节模温的测量方法，冷却水孔道的形状、尺寸与位置，特别 是与模腔壁问的距离及位置关系： ( 7 ) 确定主要零件的结构与尺寸考虑成型与安装配需要及制造与装配的 可能，根据所选材料，通过理论计算或经验数据，确定型腔、型芯、导柱、 导套、推杆、滑块等主要零件的结构与尺寸以及安装、固定、定位、导向等 方法： ( 8 ) 支承与联接如何将模具的各个组成部分通过支承块、模板、销钉、 螺钉等支承与连接零件，按照使用与设计要求组合成一体，获得模具的总体 结构。结构方案的拟定，是设计工作的基本环节。它既是设计者的构思 过程，也是设计对象的胚胎，设计者应将其结果用简图和文字加以描绘与记 录，作为方案设计的依据与基础。 5 方案的讨论与论证 拟定初步方案时，应广开思路，多想一些办法随后广泛征求意见，进 行分析论证与权衡、选出最合理的方案。 6 绘制模具装配草图。 9 山东大学硕士学位论文 7 绘制模具装配图。 8 绘制零件图。 9 模具制造、试模与图纸修改。 2 3 注颦模具c a d 的特点和内容 2 3 1 注塑模具c a d 的特点 1 注射模结构c a d 系统必须具备描述物体几何形状的能力由于注射 模的工作部分( 型腔和型芯) 是根据产品零件的形状设计的，所以无论什么 样结构的注射模，开始阶段必须提供产品零件的几何形状，这就要求注射模 c a d 系统具备描述物体几何形状的能力，即几何构型的功能。 2 标准化是实现注射模结构c a d 系统的有效手段注射模结构设计一 般不具有唯一性。即使对同一产品零件，不同设计人员设计的模具不尽相同。 因此在建立注射模结构c a d 系统时，首要解决的问题是标准化问题，包括设 汁准则的标准化，模具零件和模具结构的标准化。 3 计数据的处理是注射模c a d 中的一个重要问题人工设计注射模所 采用的设计数据大部分以数据表格和线图形式给出，采用计算机辅助设计注 射模，必须对这些数据表格和线图进行恰当处理，将其变为计算机能够处理 的表达形式。程序化和公式化是处理数据表格和线图形式设计数据的基本方 法，对于那些难以程序化和公式化的经验数据。 4 注射模结构c a d 系统应具有广泛的适应性注射模的结构随产品的 不同而变化，同时模具的设计方式也因人而异，特别是目前设计标准在我国 还未真正统一，各个企业所采用的模架标准、结构标准、零件标准均不一致， 产品更新换代快，相应的模具设计速度也应跟上，所有这些，都要求注射模 结构c a d 系统必须具有广泛的适应性，这是开发出真正商品化、实用化的注 射模结构c a d 系统所具备的基本条件。 2 3 2 注塑模具c a d 的内容 ( 1 ) 注射制品的几何造型采用几何造型系统如线框造型，实体造型， 特征造型，在计算机中生成注塑制品的几何模型，这是注塑模具结构c a d 的 第一步。在这一步中，主要的工作就是怎样把模具设计中用到的尽可能多的 信息全部附加到模型当中。本文采用了比如采用实体建模，使用文件的属性， 使用实体表面的颜色等等来传递信息。 ( 2 ) 型腔、型芯形状的生成在注射模中，型腔用以生成制品外表面， 型芯用以生成制品的内表面。由于塑料的成型收缩率，模具磨损及加工精度 的影响，制品的内外表面尺寸并不就是模具的型芯面、型腔面尺寸，两者之 间需要经过比较繁琐的换算，由于目前流行的商品化注射模c a d 软件并未能 1 0 山东大学硕士学位论文 较好的解决这科- 换算，因此制品的形状乘i 模腔的形状要分别的输入，工作晕= 夫n 一分繁琐，如何制品形状方便、准确、快捷的生成型腔型芯的表面形 状仍足当前的研究课题。 ( 3 ) 模具结构方案设计采用计算机软件来计算最佳型腔数目，引导模 具设计者布置型腔，构思浇注系统，冷却系统和推f ： 机构，为选择标准模架 和设汁动模部装图和定模部装图作准备。 ( 4 ) 标准模架选择采用计算机软件来设计模具的前提是尽可能多的实 现模具标准化，包括模架标准化、模具零件标准化、结构标准化及工艺参数 标准化等。一般丽言，用做标准模架选择的设计软件应具备两个功能，一是 能引导模具设计者输入本企业的标准模架，以建立专用的标准模架库；二是 能方便地从已建好的专用标准模架库中，选出在本次设计中所需的模架类型 及全部模具标准件的图形和数据。 ( 5 ) 部装图及总装图的生成根据所选定的标准模架及已完成的型腔布 局，模具设计软件以交互方式引导模具设计者生成模具部装图和总装图。 ( 6 ) 模具零件图的生成模具设计软件引导用户根据模具部装图，总装 图以及相应的图形库完成模具零件的设计、绘图和标注尺寸。 ( 7 ) 常规计算和校核模具设计软件可将理论计算和行之有效的设计经 验相结合，为模具设计师提供对模具零件全面的计算与校核，以验证模具结 构等有关参数的正确性。这一部分本文采用的是在模具结构设计的过程中附 加进行尺j j l 计算和校核的1 1 4 1 1 ”1 1 ”j 。 2 4 注塑模具c a d 总体设计方案 在总结一般情况下模具设计顺序的基础上，现在提出一个注塑模具c a d 的总体设计方案，给出其中的设计过程和数据流程。 以汁算机为手段，基于其他通用c a d 软件的专用注塑模设计软件为工具 设计模具。注塑模具专用软件可直接调用数据库中模架型式尺寸、金属材料 数据、塑料材料及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与 型芯形状尺寸，迅速完成注塑模设计。利用软件分析功能对设计的模具进行 充模、保压、冷却分析模拟，脱模后塑件内温度分布、应力分布、收缩、翅 曲变形预测及充模时缺陷预测依据分析模拟结果对设计的模具进行修改并 反复模拟待模具确定后，由绘图机输出模具装配图及零件因，由打印机输 出设计参数及模拟结果。一般零件可直接交加工，型芯、型腔可由计算机n c 模式传给数控机床加工。 模具c a d 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计较率，尤其 是系列化或类似塑件注塑模的设计效率提高更为显著。 根据注塑模具设计的一般顺序和注塑模具c a d 专用软件的要求，提出一 种专用注塑模具c a d 的总体设计方案，如图2 3 所示，要分为产品建模、模 山东大学硕士学位论文 具自动设汁、校核和分析、结果反馈修改四个模块。 注g j 机参数 村科库 菌 盎 土 魁 哩 _ c l 注射机选择 材料选择 t 产品二：维建模 菌 盎 七 魁 晾 辎 设计核心部分 特征数值提取 结果分析 产品缺陷知 识麾 设计知 识库 设计中问 数据库 图2 3 注塑模具总体设计方案 ( 1 ) 产品建模：产品建模的目的不仅要设计出满足要求的塑件，更重要 的还在于设计、制造出生产这种塑件的模具。这就是说，通过产品模型，应 为模具c a d 提供足够的信息，为自动生成模具成型零部件提供条件。产品特 征建模模块主要提供的信息有：模型的尺寸、材料、分型面对象、侧芯的颜 色显示等，然后将这些信息存储在模型当中，供模具自动设计模块提取使用。 ( 2 ) 模具设计模块是一个基于知识的产品模具自动设计过程。设计过程 模拟专家设计，采取从里向外的设计，首先确定产品型腔，包括侧抽芯，然 后根据注射机参数设计型腔数目，选择模架，设计顶出系统，温度调节系统。 1 2 山东大学硕士学位论文 最后生成模具的三维装配图。在这个自动化的过程中，每个步骤都需要调用 知识库中的知识和规则以及曾经设计事例的知识。这个模块还包括f j 动动态 进行特征之间的尺i r 检查和干涉检查等。 ( 3 ) 校核和分析模块主要足对装配图的尺寸链进行校核以及进行流动性 能方面的分析，然后将结果传送给反馈模块。 ( 4 ) 结果反馈模块分析来自校核和分析模块的数据，与知识库对比，分 析判断模具以及产品模型的缺陷，给出结果。并且反馈到模具的设计以及产 品建模过程中。 1 3 山东大学硕士学位论文 第三章硬件和软件一 作环境介绍 3 1 系统的工作环境 3 1 1 系统的硬件环境 1 基十p e n t i u m l l l 5 5 0 m h z 以 ：的p c 机，最好是专用图形工作站。 2 最小硬盘空间5 g b 。 32 5 6 1 v l b 内存，最好5 1 2 m b 。 4 有35 英寸软驱和c d r o m 驱动器。 53 2 m 以上德显卡，彩色显示器。 6 打印机或者绘图仪。 3 1 2 系统的软件环境 w i n d o w s 2 0 0 0 或者w i n n t 4 0 以上操作系统。 安装v i s u a ls t u d i 0 60 ，以及m s n 系统。 安装s o l i d w o r k s 2 0 0 1 p l u s 。 安装m i c r o s o f t 的o f f i c e 套件。 其他程序工作中用到的插件。 3 2s o l i d w o r k s 概述 3 2 i 关于s o l i d w o r k s s o l i d w o r k s 是一个目前流行的参数化三维特征造型机械设计自动化软 件，他采用用户熟悉的m i c r o s o f tw i n d o w s 图形用户界面，它操作方便，简单 易学，容易掌握，功能强大。采用它作为开发平台适合我国当前中小企业中 以微型机为主的现状。s o l i d w o r k s 采用了u g 公司的p a r a s o l i d 的底层核心， 它的二次开发采用最流行的编程技术0 l e 技术进行程序设计，它的二次开发 技术是完全基于w i n d o w s 编程基础的。 3 2 2 关于s o l i d w o r k s 的二次开发“ s o l i d w o r k s 所提供的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 应用编程 接口，是一个基于o l e a u t o m a t i o n 的编程接口，其中包含了数以百计的功能 函数，这些函数提供了程序员直接访问s o l i d w o r k s 的能力，可以被v b 、c c + + 等编程语言调用，从而可以很方便地对s o l i d w o r k s 进行二次开发。 ( 1 ) 对象模型树 不管是用v c + + ，v b ，还是v b a 来开发s o l i d w o r k s 都是要在调用 1 4 山东大学硕士学位论文 s o l i d w o r k s 对象的体系结构基础之上进行的。在s o l i d w o r k s 的a p i 中， s o l i d w o r k s 的各种功能都封装在s o l i d w o r k s 的对象当中，和其他v b 对象 样，具有自己独立的属性、方法。通过调用s o l i d w o r k s 的对象的属性以及方 法，可以实现各种功能。下面的是s o l i d w o r k s 的对象模型树，如图3 1 。 s l d w o r k s ( s o l i d w o r k s 程序) e n v i r o n m e n t ( 环境定义) f r a m e ( 主屏幕框架) a t r i b u t e d e f ( 文件属性) m o d e l e r ( 模板管理) s w p r o p e r t y s h e e t ( 属性页) m o d e l d o c ( 文件类型) p a r t d o c ( 零件) i a s s e m b l y d o e ( 装配) l d r a w d o e ( 工程图) 图3 一l ( 2 ) o l e a u t o m a t i o n 接【二i 技术 o l e ( o b j e c tl i n k i n ge m b e d d i n g 对象的链接和嵌入) 是m i c r o s o f t w i n d o w s 系统和v i s u a lb a s i c 的编程基础，它为应用程序之间的通信以及共享彼此的部 件提供了一种方法。o l e 自动化允许通过使用高级的宏语言或脚本语言如 v b s c r i p t 和j a v a s c f i p t 在一个应用程序内部操作另一个应用程序的属性和方 法，这样可以来定制对象并提供应用程序间的互操作件，通过o l e a u t o m a t i o n 接口技术，面向对象的编程语言可以直接操纵s o l i d w o r k s 的对象的属性和方 法来满足二次开发的需要。 通过o l e 技术，许多面向对象的编程语言，如v b ，v c + + 等和应用程序 可以和s o l i d w o r k s 通信，从而直接操纵s o l i d w o r k s 编制用户化程序满足设计 的需要，如菜单设计、标准件设计、参数化设计等。 3 3v i s u a lb a s i c 简介 v b 是一种可视化的、面向对象的w i n d o w s 开发语言。v b 从其问世之初， 就有易用、通用和开发效率高的特点，这一特点v b 一直保持着。随着微软 对它不断的改进以及计算机本身在性能上的迅速提高，v b 在程序性能上的缺 陷也变得不那么关键。这使v b 越来越适合于一般的应用程序开发。v b 在顶 尖的开发场所是开发关键性任务的主要语言，它几乎可以做任何你想做的事 1 5 耋蓁 山东大学硕士学位论文 情。 v b 可以用来很快的做出程序界面，但是其它一些经常变化的部分，就可 以用v b 语言来编制的动态链接库来调用以优化速度。也可以j jv b 通过o l e 技