（机械制造及其自动化专业论文）基于proe注塑模具参数化设计关键技术研究.pdf

摘要 摘要 模具作为一种高效率的工艺装备，具有节约原材料、制件成本低廉等优点。在当今 模具行业中，塑料注射成型又是其中主要的加工方法之一，同时，由于机械零件的多品 种、小批量的生产趋势，传统的制模方法已经不能满足要求，这就促进了c a d c a m 技 术在模具业中的应用。而在c a d 软件的开发中，参数化设计方法的研究已成为研究热点， 因此，研究塑料注射模具参数化设计关键技术，对提高塑料注射模具的设计效率将有更 重要的现实意义。 本文中深入研究了注塑模具参数化设计的关键技术和实现方法，并基于 p r o e n g i n e e r 软件强大的参数化设计功能，在w i n d o w sx p 操作系统下，以v c + + 6 0 为 开发平台、p r o e n g i n e e r 的二次开发接口p r o t o o l k i t 为开发工具，建立了注塑模具参数 化设计实用系统。 首先，通过对典型的注塑件进行分析，按照其结构的相似性进行分类编码，建立注 塑件分类编码系统，根据该分类编码系统，对注塑件进行分类编码。结合实际使用要求， 分析注塑件结构，确定注塑件的基本设计参数，应用p r o e n g i n e e r 软件的参数和关系功能 设计参数化的注塑模零部件，最后装配生成注塑模架样板。 其次，研究了基于p r o j e n 西n e e r 二次开发的注塑模参数化设计关键技术，分析了其开 发工具、开发接口，并选择了p r o t o o l k i t 作为本文的开发工具，在此基础上创建了注塑 模设计系统的菜单资源文件和用户界面资源文件，最后利用v c + + 6 o 编写该系统的主控 程序，并以a c c e s s 为后台数据库，最终实现注塑模架的自动化生成。 本文开发的注塑模参数化设计系统人机界面友好，操作方便，有效的提高了注塑模 的设计效率，有一定的实用价值。 关键词：注塑模；参数化设计；p r o e n g i n e e r ；p r o t o o l k i t 大连交通大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t 舡h i g he f f i c i e n tt e c h n o l o g i c a le q u i p m e n t ，m o l dh a sm a n yb e n e f i t ss u c ha ss a v i n go fr a w m a t e r i a l s , l o wc o s te t c i nt o d a y sm o l di n d u s t r y ，p l a s t i ci n j e c t e dm o l di so n eo ft h em a i n p r o c e s sm e t h o d s a tt h es a m et i m e ，b e c a u s eo ft h et e n d e n c yo fm a c h i n ep a r t sm u l t i v a r i e t i e s a n ds m a l lb a t c h p r o d u c t i o n ，t h et r a d i t i o n a lm e t h o da l r e a d yc o u l dn o ts a t i s f yt h er e q u e s t t h i s h a su r g e dt h ea p p l i c a t i o no fc a d | c 叁mt e c h n o l o g yi nt h em o l di n d u s t r y b u ti nt h e d e v e l o p m e n to fc a ds o f t w a r e ，t h er e s e a r c ho fp a r a m e t r i cd e s i g nm e t h o dh a sb e c o m et h eh o t s p o ti nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho fp a r a m e t r i cd e s i g na n d m a n u f a c t u r es y s t e mo ft h ep l a s t i ci n j e c t e dm o l dw i l le n h a n c et h ep l a s t i ci n j c o t e dm o l d sr a t e d c a p a c i t ya n dh a v eam o r ev i t a l l yp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dr e a l i z a t i o nm e t h o do fi n j e c t e dm o l dp a r a m e t r i cd e s i g ni s s t u d i e dd e e p l yi nt h i sd i s s e a a t i o n a n db a s e do nt h ep o w e r f u lp a r a m e t r i cd e s i g nf u n c t i o no f p r o e n g i n e e r , i nw i n d o w sx po p e r a t i n gs y s t e m ，t a k i n gv c + + 6 0a sd e v e l o p m e n tp l a t f o r m a n du s i n gp r o e n g i n e e rd e v e l o p m e n tm o d u l e p r o t o o l k i t ，t h ei n j e c t e dm o l dp a r a m e t r i c d e s i g ns y s t e mi sb e e nd e v e l o p e d f i r s t l y ，t h r o u g ht h ea n a l y t i c a ls t u d yt ot h em o d e li n j e c t i o np a r t ，c a r r y i n go nt h ec l a s s i f i e d c o d ea c c o r d i n gt oi t ss t r u c t u r e ss i m i l a r i t y ，t h ei n j e c t i o np a r tc l a s s i f i c a t i o nc o d i n gs y s t e mi s b e e ne s t a b l i s h e d a c c o r d i n gt ot h i si n j e c t i o np a r tc l a s s i f i c a t i o nc o d i n gs y s t e m ，t h ei n j e c t i o n p a r ti sb e e nc l a s s i f i e da n dc o d e d t h ea n a l y s i st oi n j e c t i o np a r t ，a n da c c o r d i n gt oi t sa c t u a l r e q u i r e m e n t s ，t h ei n j e c t i o np a r tb a s i cd e s i g np a r a m e t e ri sb e e nd e t e r m i n e d p a r a m e t r i cm o l d p a r t sa r eb e e nd e s i g n e du s i n gp r o e n g i n e e ls o f t w a r e ，f i n a l l yt h e ya r eb e e na s s e m b l e dt oa s i n j e c t e dm o l d m o d e l n e x t ，k e yt e c h n o l o g yo fp a r a m e t r i cd e s i g nf o rp l a s t i ci n j e c t e dm o l do ft h ep 加但n g i n e e r s e c o n d a r yd e v e l o p m e n th a v eb e e ns t u d i e d ，b ya n a l y z i n gi t sd e v e l o p m e n tt o o l sa n dt h e d e v e l o p m e n tc o n n e c t i o n ，a n dp r o t o o l k i t i sc h o s e na s t h e d e v e l o p m e n tt o o l si n t h i s d i s s e r t a t i o n t h ei n j e c t e dm o l dd e s i g ns y s t e m sm e n ur e s o u r c ef i l ea n dt h eu s e ri n t e r f a c e r e s o u r c ef i l ea r eb e e nf o u n d e db a s i n go nt h i s f i n a l l ys y s t e m sm a i np r o g r a mi sb e e nc o m p i l e d u s i n gv c + + 6 0a n da c c e s sd a t a b a s e ，a n da u t o m a t e dp r o d u c t i o no fi n j e c t e dm o l di sb e e n r e a l i z e d t h ei n j e c t e dm o l dd e s i g ns y s t e md e v e l o p e di nt h i sd i s s e r t a t i o nh a sf r i e n d l yh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c ea n di se a s yt oo p e r a t e ，c a l li m p r o v et h ed e s i g ne f f i c i e n c yo fi n j e c t e dm o l d r e m a r k a b l y ，a n di th a sm a n yp r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：i n j e c t e dm o l d ；p a r a m e t r i cd e s i g n ；p r o e n g i n e e r ；p r o t o o l k i t 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太整塞通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：郭呜雄 日期： 2 庐1 年月? 日 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盍童塞遵塞堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属盘蔓塞鋈杰堂，本人保证毕业离校后，发表或使孀 论文工作成果时署名单位仍然为盍整塞通太堂。尊学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阕寨借阕。 本人授权盘董塞通太堂。可以将学位论文的全部或部分内容编入 中圈科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行捡索，可以采用影窜、缩带或扫撼等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解塞后应遵守此规定 学位论文作者签名：郭碡雌导瘴签名：亨坊谚 谤期：扭 年月呵日 学位论文俸者毕业詹丢惫： 工作单位： 通讯地蛙： 电子信藉： 日期：弘7 年g 月 电话： 邮编： 第一章绪论 第一章绪论 模具是由机械零件构成，它与相应的压力成形机械相配合，具有直接改变金属或非 金属材料的形状、尺寸、相对位置和性质，使之成形为合格制品或半成品零件n 1 。作为 一种高效率的工艺装备，模具具有节约原材料、制件成本低廉等一系列优点。目前，模 具的应用日益广泛，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向，模具工业的水平 和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。而在当今模具行业中， 占大部分比例的是塑料成型模具，而塑料注射成型又是塑料模具工业中主要的加工方法 之一，据统计塑料成形模具产量中约半数以上是注射模具乜1 。近年来，随着新塑料的研 发，以塑代钢、以塑代木的推广，塑料模的比例不断提高，塑料模将有更广阔的应用前 景。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模的精度要求也将越来 越高，传统的制模方法已不能满足要求，这就促使了洲c a m 技术在模具行业中的应 用。而在c a d 软件的开发中，参数化设计方法的研究已成为研究的热点，因此，研究塑 料注射模具参数化设计关键技术，对提高塑料注射模具的设计效率具有更重要的现实意 义。 1 1 国内外塑料模具的研究现状 1 1 1 国外塑料模现状 近年来，由于工业发展迅速的原因，国外发达国家的模具制造业发展也相当迅速。 特别是在欧美，许多模具企业的生产技术水平在国际上都是一流的：在a r c a m 公司的基于 e b m 技术的自由成形制造工艺直接工具钢注射模具镶块方法研究中嘲，首次将复杂的冷 却几何与传统的冷却镶块的直接比较，并通过热成像技术分析冷却效率与分布，为注射 模提供了一种高效制造型芯部镶块的技术，从而降低了生产时间和成本，提高了产品质 量；在模具的正确定向研究方面h 1 ，研究者针对在发动机舱中压铸铝部件日益地被耐热的 热塑性塑料的注射模制品所替代的问题，讨论各向异性零件的模具设计，以玻璃纤维强 化的p a 废气回流阀为示例，在设计构件的机械零件时，为了确保零件成型制品质量，提 出了制品纤维取向因素的模具设计方法；在高速铣削模具型腔的电火花加工( e d m ) 电 极设计技术方面陆1 ，对于复杂模具型腔，在模具型腔加工前，e d m 设计者提出几种可行 的电极加工的组合设计方案，并确定最佳方案，给出了基于自动e d m 电极设计系统理论 的设计原理，以系统的逻辑运作方式，使e d m 工程师便于实现电极设计任务，描述自动 设计e d m 电极的整体步骤；在模具制造的激光加工技术方面网，技术人员在高速铣削 ( h s m ) 与激光加工( l m ) 的粗、精的组合模具设计与加工时，通过嵌入在一个标准结构的 大连交通大学工学硕士学位论文 数据库中的输入和输出的模具工艺数据，为将来的模具工艺优化和数据更新提供重要的 技术支持，从而缩短了从模具设计至i j 制造的时间。 1 1 2 国内塑料模现状 我国塑料模具起步较晚，但发展很快，特掰是近几年，无论在质量、技术和制造能 力上都有很大发展，取得了很大成绩。按产值计算，目前我国塑料模具产值约占全部模 具的1 3 左右口1 。2 0 0 6 年，在第十届中国国际模具技术和设备展览会上伯1 ，温州市丰日模具 厂的各类电器、开关、手机、汽配等注塑模具；精展精机有限公司的塑胶模具零配件； 东莞精宝模具配件厂的各种精密模具零配件等都显示了其强大的优势。叫q 墟a 蝴 技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍；气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟， 不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功 地运用气辅技术，一些厂家还使用c m o l d 气辅软件，取得了良好效果；热流道技术的 应用更加广泛，近年来，热流道技术发展很快，热流道模具比例不断提高；精密、复杂、 大型模具的制造水平有了很大提高；模具寿命不断提高。 虽然近年来我国塑料模具技术水平己大大提高，但同国外发达国家相比还存在较大 的差距嘧1 ，主要体现在以下几个方面： 表1 1 国内外塑料模具技术比较 t a b1 1t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd o m e s t i cp l a s t i cm o l d sa n df o r e i g no i i e s 项目国外国内 注塑模型腔精度 o 。0 0 5 一o - 0 1 m mn 0 2 - o 0 5 m m 型腔表面粗糙度 r a 0 0 1 0 0 5 mr a 0 2 0 m 非淬火钢模具寿命1 0 6 0 万次1 0 3 0 万次 淬火钢模具寿命1 6 0 3 0 0 万次5 0 - 1 0 0 万次 热流道模具使用率8 0 以上总体不足1 0 标准化程度 7 0 8 0 小于3 0 中型塑料模生产周期一个月左右 2 4 个月 近年来，由于对模具要求的越来越高，传统的制模方法已经不能满足需要，这就促 使了测c a m 技术在模具业中的应用。 2 第一章绪论 1 2 国内外模具c a d c a m 技术发展现状 1 2 1 国外模具c a d c a m 技术发展现状 发达国家从2 0 世纪5 0 年代末就开始模具q 址i ( 、a m 的研究睁删，如美国通用汽车公司 在2 0 世纪5 0 年代就将a 虹) ( 、a m 技术应用于汽车覆盖件的设计和制造上；普惠公司早在 1 9 6 8 年就开始把c a d c a m 技术应用于航空发动机的研究工作上，着手开发涡轮叶型设计 系统t a d s y s ，使工程分析时间缩短到1 6 ，提高了设计质量；罗一罗公司的c a d c a m 工 作也是从叶片开始的，而且进展很快，其系统已成功应用于r b 2 1 1 5 2 4 发动机的涡轮叶片 精铸模具上了。到2 0 世纪8 0 年代，模具q 址i c l a m 技术已经广泛应用于冷冲模具、锻造模 具、注射模具、压铸模具的设计与制造，日本富士通公司和松下公司合作，基于通 a 址i ( a m 平台软件c a d a m 开发了用于生产电子产品和精密机械零件的集成 c a d c a m 注塑模、级进模系统。进入9 0 年代后，国# f c a d c a m 技术发展更为迅速， 在8 0 年代的基础上，从软件结构、产品数据管理、产品建模、智能设计、质量检测等方 面都有所突破，印度学者y k d v p r a s s a d ，s s o r es u n d o r a m 等开发了普通冲裁模 c a d c a m 系统( c a d d s ) ，美 s t r i k e r - s y s t e m s 公司开发了冷冲模设计软件系统s s d i e p r o f e s s i o n a ln 2 1 等，极大的提高了模具的设计效率。并且随着p r o e 、u g 、c a l l a 等大型 软件的成功开发，模具c a d c a m 的功能更加完善，应用也更加广泛，特别是在欧美等发 达国家，c a d c a e c a m 已成为模具企业广泛应用的技术。在c a d 应用方面，已经超越了 甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前三维设计已达到了7 0 , - - - 8 0 n 舳。 1 2 2 国内模具洲c a m 技术发展现状 由于计算机技术发展起步较晚等原因，我国模具c a d 技术的研究与开发于上世纪7 0 年代末才开始。8 0 年代中、后期，我国的冲模c a d 研制工作进入了全面发展阶段，许多 企业、院校都开发了面向中国制造的c a d 实用软件，强调软件产品的专业化和本地化。 近年来，国内开发的自主版权模具叫q w 软件也正在模具行业推广与普及，并在应用 中不断得到改进和完善，其代表有：华中理工大学( 现为华中科技大学) 模具技术国家 重点实验室开发的塑料注射模q 如c 铷c a e 系统h c s 2 0 、上海交通大学模具q 蛐工程 中心开发的冷冲模c a d 系统、北京航空航天大学华正模具所开发的c a d c a m 系统 c a x a n 们。并且在注塑模c a d 的二次开发方面，我国学者也作出了不少成绩：轩景泉和 连建设引入了“并行工程 的概念n 阳，在综合考虑模具设计过程中的各种费用基础上， 提出了确定最经济型腔目标函数的方法，在模具设计的初始阶段就考虑加工、材料及设 备运行等费用，从而降低了生产成本，节约了能源，提高了生产效率；赵晶在a u t 0 c a d 3 大连交通大学工学硕士学位论文 原有功能的基础上，开发了适用于模具设计的标准模架及常用零部件设计软件n 甜，弥补 了a u t o c a d 软件在模具设计方面的不足；顾正朝解决了精密注塑模初始设计、结构设计、 模具铝糙及模具分析整个过程中一系列技术问题n ；华中科技大学模具技术国家重点实 验室采用一系列独创的算法，又开发出新一代塑料注射成形过程仿真系统h s c a e 3 d ， 软件直接采用实体表面模型，通过数值计算与人工智能技术的结合，使仿真系统由传统 的被动式计算工具提升为主动式优化系统n 盯，促进了塑料注射成形过程仿真系统的发展 和推广。 但是还有不少企业对洲洲的认识仅仅停留在绘图阶段，致使q 缸l ( a m 产生的 效益尚未得至i j 充分发挥。国内模具q 蝴技术水平还处于高技术集成和向产业化、商 品化过渡的时期，自主开发的模具。如洲系统商品化程度不够高，功能和稳定方面与 国外先进软件还有很大差距。特别是随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高，以及生 产周期的缩短，注塑模具的数字化设计与制造技术已经成为该行业的研究热点。而作为 数字化设计的主要支撑技术之一的参数化设计技术，目前已经成为提高产品设计效率的 有效途径。 1 3 模具参数化设计及其关键技术研究现状 参数化设计n 町( p a r a m e t r i cd e s i g n ) 一般是指设计对象盼结构形状比较定型，可以用 一组参数来约定尺寸、数量关系。近年来，参数化设计已成为c a d 中最热门的应用技术 之一，能否实现参数化设计也成为评价c a d 系统优劣的重要技术指标。 在模具参数化设计方面，目前国内购买的许多国外大型软件本身就采取了参数化的 设计方法，用户可用数学运算方式，创建各尺寸参数问的关系式，使模型可自动计算出 应有的外形，减少尺寸逐一修改的繁琐并减少错误的发生，但这些软件自身的参数驱动 并不能减少每次建模的重复性操作，并且这些软件都是商品化的应用软件，故其在实际 运用中不可能满足各种特定的设计要求，而且国外软件在设计标准、规范要求和标准件 库上和我国存在着差异。因此，对其进行二次开发，使之满足特定的设计要求，是非常 有必要的。近年来，在参数化设计的研究方面，我国学者也做出了不少成绩。 郝泳涛提出了一种基于c a t i a 参数化和智能化技术实现自动装配的方法删：首先将 零部件参数化，然后找出零部件特征之间的装配关系，通过改变其中的几个参数就可以 很容易地建立起一个新的装配体，最后以模架的装配为锣j 说明了实现这种方法的过程。 这种设计理念大大的减少了工程师的设计工作，提高了设计效率。而且该方法目前已应 用到上海大众汽车公司的实际生产中，并取得了良好的经济效益。 4 第一章绪论 郭玲蓉和陈玉全针对目前冲模标准件库缺乏的问题，在c a t i av 5 的基础上，运用参 数化的造型方法，对其进行了二次开发，设计出了三维c a d 冲压模具标准件库，实现了 三维冲压模具标准件的自动建模乜，提高了模具设计的工作效率，缩短了企业新产品的 研制周期。此外，该标准件库还可以进行维护和扩充，方便了企业的发展需求。 刘汉武针对国内挤压模具设计中存在的问题和薄弱环节，在v b 环境下，以c 为开发 语言，建立了交互式参数化铝型材挤压模具实时设计系统，实现对铝型材挤压模具强度进 行有限元分析的实时处理、人工神经网络技术与遗传算法相结合的结构优化及基于智能 化语言a u t o l i s p 的参数化程序绘图口幻。该系统功能强，模块通用性好，图形库扩展性强， 对实际铝型材挤压生产过程有重要的指导意义，并且通过福建某铝型材加工厂的实际应 用表明：该系统在保证铝型材产品质量的基础上，模具寿命平均提高2 t 以上，为该厂取得 了可观的经济效益。， 赵力平和陈炜针对汽车覆盖件模具结构设计复杂、繁琐和效率低等问题，采用自顶 向下的、并行的设计方式1 ，并用u g 删a v e 技术作为其实现途径，实现了设计参数向下 驱动整个产品去控制子装配及个别组件。该方法极大地提高了工作效率，缩短了设计周期， 降低了设计成本，并且在某种程度上也提高了产品的设计质量，进而可以满足快速多变 的市场需求，提高了企业的市场竞争能力。 文劲松以浇注系统为设计特征，采用三维参数化设计方法，把浇注系统的设计在分 型面上进行，浇注系统的实体模型与虚拟模腔作布尔减运算d 钔，分型在型芯、型腔上自 动产生出浇注系统，浇注系统的形状、位置、尺寸由c a e 软件分析确定，实现了浇注系 统与成型零件的同时生成，提高了注塑模具的设计效率。 刘海芳介绍了基于p r 0 ，e 平台下建立机械设计标准件库的方法和步骤髓础，提出了利用 三维零件样板、设计参数、模型参数化和族表技术实现标准件的尺寸系列化以及三维标 准件库的建立，并通过实例说明具体建库的方法及调用方式，该方法无需编程、工作量小、 效果良好，通过标准件库的建立可以大大提高设计效率，缩短产品的开发周期。 蒋晓针对机械设计时常遇到的螺栓、螺钉等标准件，介绍了在p r 0 e 环境下，利用其 二次开发工具族表( f a m i l yt a b l e ) 和程序( p r o g r a m ) 建立标准件库的方法和技巧啪1 。该方 法可以方便地生成和管理标准件，大大提高了标准件的设计效率，但缺点是界面不够友 好，交互性有一定缺陷。 纪莲清和谢欢针对冲压模具设计系统进行了开发，详细介绍了利用p 加e 提供的二次 开发工具p r o t o o l k i t ，在v c + + 6 0 上进行编译，从系统菜单、用户对话框的开发、参数化 程序的设计，实现了弹出对话框方式的冲压模具标准件的参数化驱动，进一步扩展了 p r o e 二次开发的功能。开发出的系统由冲压模具设计、冲压过程模拟、冲压模加工模拟 大连交通大学- t 学硕士学位论文 几个模块组成，为后续设计者提供设计理论和知识的支持。该系统大大提高了模具的设 计效率阻 。 沈斌以p r o e 为开发平台，v c + + 为开发工具，通过加载p r o t o o l k i t 应用程序和s q l s e r v e r 数据库，开发出与p r 0 e 系统集成的零件参数化设计系统啪1 ，该系统大大提高了设 计效率，实现了产品的快速开发与设计。 林雪介绍了在p r o 但环境下，运用笛卡儿坐标系仓i 建渐开线齿廓并利用其开发工具参 数( p a r a m e t e r s ) 结合关系式( r e l a t i o n s ) 功能来实现行星锥齿轮参数化造型的关键技术啪1 ， 以p r o t o o l k i t 作为二次开发工具、v c + + 6 0 为编程语言，通过动态连接库，成功地实现了 行星锥齿轮参数化设计系统的二次开发，该系统大大提高行星锥齿轮的设计效率和可靠 性，保证齿轮造型的精确性。 2 1 世纪模具制造业的基本特征是高度集成化嘲、智能化d 1 1 、柔性化和网络化口钉，最 大限度的提高产品盼质量、缩短产品的开发周期、降低产品的开发成本将会成为企业追 求的最终目标。于是，在模具行业中引进并最大限度的使用功能：强大的c a d c a m 软件 将会成为各企业取得竞争优势的关键因素之一，而在c a d 软件的本地化开发中，参数化 设计方法的研究已成为研究和开发的热点，因此，研究塑料注射模具参数化系统的设计 与制造，提高塑料注射模具的设计效率将有更重要的现实意义。 1 4 本文的研究意义及主要研究内容 1 4 1 研究意义 通过以上分析，目前虽然国内的很多学者在模具c a d 软件开发中做了许多研究和 实践，但是针对注塑模c a d 软件的开发方面的研究并不多，且国内许多注塑模具c a d 软件都是基于二维c a d c a m ( 如a u t o c a d 软件二次开发形成盼，这很难实现在设计 过程中实时模拟塑料的充模过程，分析冷却过程，预测成形过程中可能发生的缺陷，进而 影响了设计周期。目前，许多大型的c a d c a m 软件，如p r o e n g i n e e r ( 下文简称p r o e ) 等，都提供了完整的模具设计功能，因此本课题提出了基于三维q 虹) ( ：a m 软件p r o e 平台二次开发的注塑模具设计思路。由于大多数的注塑类零件以及注塑模模架都是系列 化、通用化和标准化程度很高的定型产品，因此进行这些产品的设计所采用的数学模型 及产品的结构形式基本上是不变的，所不同的只有产品的结构尺寸有所差异，而结梅尺 寸差异是由于相同数目和类型的已知条件在不同规格的产品设计中取值不同而造成的。 针对注塑模具的上述特点，本课题将参数化设计技术引入至i j 注塑模具的设计过程中，即 将已知条件及其它的随着产品的规格而变化的基本参数用相应的变量代替，然后根据这 些己知条件和基本参数，由计算机自动查询特征数据库，或由相应软件计算出该特征所 6 第一章绪论 需的全部数据，并由p r o e 在屏幕上自动设计出模具型腔及模架结构，这样一来我们就 可以实现模具设计的自动化，从而将工程人员从繁重的、重复的设计工作中解脱出来。 1 4 2 主要研究内容 本学位论文的研究工作是在大连市优秀青年科技人才基金复杂结构模具零件 铣削加工变形预测及控制技术研究( 项目批准号：2 0 0 5 j 2 2 j h 0 2 7 ) 资助下进行的。本论 文基于p r o e 二次开发的注塑模具参数化设计思路，即基于参数化设计原理，在w i n d o w s 操作系统下，以v c + + 6 0 为开发平台、以p m e 的二次开发接口p 咖o l k i t 为开发工具， 建立注塑模具参数化设计实用系统。本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 根据零件分类编码原理对注塑件进行分类编码。通过对典型注塑件进行分析研 究，按照其结构的相似性进行分类编码，在此基础上建立一个注塑件分类编码系统。 ( 2 ) 分析注塑件，确定其设计参数，查阅模具设计手册，应用p r o e 软件提供的参数 和关系功能设计参数化的注塑模零部件，并最终装配生成注塑模架样板。 ( 3 ) 在w i n d o w sx p 操作系统下，以p r o e 的二次开发接口p 嘞，r 0 0 l l 【i t 为开发工具，创 建注塑模参数化设计系统的菜单资源文件和用户界面资源文件。 ( 4 ) 以v c + + 6 0 为编程语言、a c c e s s 为后台数据库，编写注塑模参数化设计系统的主 控程序，调用p r o e 软件系统自带的库函数，最终实现根据注塑件的基本设计参数自动生 成其注塑模架。 7 大连交通大学t 学硕士学位论文 第二章注塑模参数化设计系统总体设计 2 1 需求分析及系统功能 2 1 1 需求分析 随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求 的同时，变得越来越复杂，而这些产品的制造均离不开模具，这就要求模具制造行业以 最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。而在当今模具制造业中，塑料成型 模具占有相当一部分比例，其中塑料注射成型又是塑料工业中主要的加工方法之一，并 且由前一章的分析可知塑料注射模具在塑料成形模具中占有约半数以上的产量。因此， 研究塑料注射模具的设计与制造，提高塑料注射模具的设计效率、降低其开发成本就显 得尤为重要了。 然而，目前在塑料注射模具的设计工作中，变型设计占据重要的地位，据统计其设 计工作量的百分之七八十是变型设计。设计人员的主要精力集中在大量繁重而琐碎的绘 图工作中，这种繁琐的简单劳动，给设计人员带来了诸多不便。回时，这种环境也不利 于设计人员表达自己的设计思想。模架作为系列化的定型产品，其中绝大多数零件和部 件，都具有相似的外形轮廓特征。能否将一组给定的设计参数，与零件和部件特征的几 何尺寸建立联系，若要设计新规格零件和部件，修改其设计参数霹可。这种方法就是参 数化设计。参数化设计一般是指零件和部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何图 形的一组结构尺寸序歹l j ，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序 列值时，就可驱动原几何图形达到新的目标几何图形。因此，利用参数化设计方法开发 注塑模具设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎膨会图工作中解脱出来，从而大大 提高注塑模的设计速度，并且减少信息的储存量。 2 1 2 系统功能 基于以上需求分析，本文将参数化设计引入至i j 注塑模具的设计过程中，并且根据目 前我国的实际使用情况选择美国p t c 公可的三维p r o e 软件，并对该软件的模具设计模块 进行二次开发。在w i n d o w sx p 操作系统下，以p r o e 软件自带的p r o t o o l k i t 为开发工具、 v c + + 6 0 为编程语言、a c c e s s 为后台数据库，最终建立一个注塑模具参数化设计实用系 统，该系统具有以下功能： ( 1 ) 用户可以根据注塑件的代码快速查询该注塑件的基本形状及其基本设计参数； 8 第二章注塑模参数化设计系统总体设计 ( 2 ) 若已知某类注塑件的代码，用户可以直接单击该类注塑件的用户设计对话框中 的“模架生成 按钮，即可快速生成该类注塑件的模架装配图： ( 3 ) 若已知某类注塑件的代码，用户可以通过在该类注塑件的用户设计对话框中的 基本参数值输入编辑框中输入新的基本参数，然后再单击“模架生成按钮，这时系统 就会快速生成该类注塑件基本参数值更新后的模架装配图。 2 2 系统结构 图2 1 系统结构示意图 f i 9 2 1s y s t e ms t r u c t u r e 如图2 1 所示，本文所要建立的注塑模具参数化设计系统主要包括两大部分，下面 分别对其进行说明： ( 1 ) 利用参数化设计原理对注塑模架进行参数化设计 参数化设计( 也叫尺寸驱动) 是c a d 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可以使 c a d 系统具有交互式绘图的功能，还能具有自动绘图的功能，目前它是c a d 技术应用 领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设 计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，大大提高产品的设计 效率，并且减少信息的储存量。 通常参数化设计的方法有多种，但为了简化后续参数化程序的设计工作，在本文中 原始的三维模型是利用交互参数化设计方式生成，即在已创建的三维模型样板的基础 9 大连交通大学工学硕士学位论文 上，根据零件的实际要求建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数，并设 置各设计参数之间及设计参数与三维模型样板的尺寸变量之间的关系式，进而实现参数 化模架零件模型库的建立。由于该参数化模架零件模型库是利用p r o e 软件的参数和关 系功能建立的，因此在模架零件模型库中存储的并非是带有几何参数的实体模型，而是 各类带有尺寸驱动的参数模型。 ( 2 ) r 利用三维p r 0 e 软件自带的二次开发工具p r o t o o l k i t ，以v c + + 6 0 为编程语言、 a c c e s s 为后台数据库，最终实现注塑模参数化设计系统的建立。 本文中将建立的注塑模参数化设计系统由系统用户管理界面和系统主控程序两大 部分组成： 系统用户管理界面是由菜单和u i 对话框组合而成的，它是连接模架零件模型库 和参数库的桥梁。当系统接到要求进行模架设计任务后，用户界面将提示用户进行基本 设计参数的输入，系统根据所输入的基本参数检索数据库以及模架零件模型库，进而形 成与模架零件模型相联系的外部参数文件，然后调出参数化模架零件的模型并根据参数 文件中的参数值对其进行尺寸约束驱动，最终生成所需的注塑模模架。 系统主控程序是注塑模参数化设计系统的核心部分，主要存储模架零件的各种 参数，同时把系统用户管理界面和参数化的模架零件模型库在后台有机地结合起来，支 持着系统的正常、稳定运行。 2 3 系统实现的关键技术 2 3 1 零件分类编码技术 零件分类编码是企业现代化管理的重要基础工作，分类编码系统是用特定符号和代 码对研究对象的主要特征进行规律性标识的一套完整的规则体系嘲。编码是将事物或概 念赋予一定规律性的易于人或机器识另i j 和处理的符号、图形、颜色、所见的文字等，它 是人们统一认识、交换信息的一种手段。零件编码的目的就是用数字或字符代替描述零 件复杂的特征概念，利用零件的编码可以使零件的特征属性简单化和代码化，从而便于 记忆和应用。 按照码位间的结构来分，零件分类编码系统的结构有以下三种形式阳1 ： ( 1 ) 树式结构每一个后级符号的意义取决于前级符号的值，这种结构也叫单码结 构或层次结构； ( 2 ) 链式结构每个码位内的特征码具有独立的含义，与前后位无关； ( 3 混合结构同时采用以上两种编码的结构。 本文将要建立的分类编码系统采用链式结构形式，并且依据分类系统的有关规定， 1 0 第二章注塑模参数化设计系统总体设计 采用特定符号和代码来标识注塑件的相应特征。由于本文将要实现的注塑模参数化设计 系统是以系列化的注塑件为基础而进行设计的，因此首先应该对注塑件进行分类编码， 并建立注塑件分类编码系统。注塑件分类编码系统不仅可以实现注塑件的分类分组，最 重要的是在本文所建立的注塑模参数化设计系统中用户可以根据注塑件的代码快速检 索该注塑件的模架设计结果。 2 3 2 参数化注塑模架结构生成技术 参数化注塑模架结构的确定是实现注塑模参数化设计系统的前提，主要包括以下几 个方面的内容： ( 1 ) 注塑件设计参数的选择； ( 2 ) 注塑件三维模型样板的建立； ( 3 ) 注塑件模架零件的设计； ( 4 ) 利用p r o e 软件的参数和关系功能参数化模架零件； ( 5 ) 模架零件的装配并最终生成总体的注塑模架样板结构。 2 3 3p r o e 二次开发技术 p r o e 二次开发主要是向p r o e 环境中添加菜单，扩展p r o e 的功能，为此需要编写嚣 应用程序模块，与p r o e 进行功能连接。p r o e 二次开发工具主要有以下三种：； p r o p r o g r a m 、j - l i n k 、p r o t o o l k i t 。由于p r o t o o l k i t 向用户提供了大量的具有面向对象风 格的c 语言函数库，用户可通过编写p r o t o o l k i t 应用程序，调用这些底层函数；能方便 而又安全地访阿p r o e 的数据库及内部应用程序，所以，本文中主要利用p r 0 肿o l k i t 对 p r o e 进行二次开发。 一 通常有两种方法可以创建p r o t o o l k i t 应用程序：一是利用m a k e 文件；二是利用 v c 向导口钉。由于采用第一种方法创建p r o t o o l k i t 应用程序必须用手工修改m a k e 文件， 这对程序的设计和调试均不方便。因此，在本文中采用v c 的应用程序设计向导来进行 p r o 肿o l k i t 应用程序的设计、创建和调试，具体方法如下： ( 1 ) 设计接口程序和应用程序的终止程序 按p r o t o o l k i t 应用程序在p m e 环境下运行的要求，设计接口程序和应用程序运行结 束时的终止程序。 应用程序的用户初始化函数：u s e ri n i t i a l i z e o 主要用来对同步模式的p r o t o o l k i t 应用 程序进行初始化。其典型的定义格式为： e x t e r n ”c ”i n tu s e r i n i t i a l z e 0 大连交通大学下学硕士学位论文 p r o e r r o rs t a t u s ； 用户添加的接口程序部分 r e t u r ns t a t u s ； 应用程序用户结束中断函数：u s e r j e n i l i n a t e o 主要用来终止同步模式的p r o t o o l k i t 应用程序。其格式为： e x t e m ”c v o i du s e r t e r m i n a t e 0 用户添加的终止代码 ) u s e r i n i t i a l i z e o 和u s e r _ t e r m i n a t e o 函数应放在与工程文件同名的c p p 文件中，其格 式固定不变。 ( 2 ) 设计p r o t o o l k i t 应用程序的主体部分 应用程序的主体部分主要由自定义函数组成，可以在u s e r u s e r 数定义的菜单调用。前者将在加载应用程序的初始化时一次性调用；initializeoi墨i 后者将通过选择用户程序添加