（材料加工工程专业论文）拉链压铸模cad系统的研究与开发.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 拉链是服饰上的重要功能部件，同时也是一种装饰品，对其外观和结构都有较 高的要求。在拉链模具的设计中，如果浇口参数选择不当，轻则影响其外观，重 则导致金属液充型不完整，造成废品。因此，模具浇e l 参数对压铸件质量的影响 至关重要，其影响规律的研究为模具设计中的浇口开设提供可靠的依据。同时， 模具辅助设计软件能够帮助用户观察和思考，能够避免用户的重复性劳动，能够 将设计结果限定在预定规则的约束范围内。因此，模具c a d 系统的开发对模具设 计效率的提高和企业市场竞争力的增强，具有非常重要的意义。 本文首先研究在拉链制品的模具设计和压铸生产过程中，模具浇口参数对压 铸件质量的影响，通过设计相应实验、收集有关数据，从而总结其规律，进而建 立相关数据库。然后，以a u t o c a d 为平台，利用二次开发工具v b a 开发适合拉 链行业使用的压铸模专用c a d 系统。现该系统已基本完成，且试用通过。接着， 为满足部分产品以三维模式设计的需要，作者在p r o e n g i n e e r 平台上，利用二次开 发接口p r o t o o l k i t 建立c a d 系统的三维版本。目前已经完成了用户界面设计和数 据库接口设计等工作，实现了产品信息获取、浇注系统开设和排样等功能。最后， 为了方便对系统后台数据库管理，开发了基于o p e n g l 技术的三维模仁数据库管 理模块，实现了对模仁数据库的访问和修改，并提供多种方式实时显示模仁的三 维模型，实现了对数据库高效、直观的管理。 压铸模c a d 系统的试用结果表明，系统能够完成拉链产品中大部分类型的模 具设计，设计结果正确可靠，设计时间大幅度缩短，达到研究的预期目标。 关键词：压铸模，浇口参数，v b a ，p r o t o o l k i t ，o p e n g l 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t z i p p e ri sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to fc l o t h i n ga sw e l la sak i n do fo r n a m e n t ，a n d t h e r ei sh j i g hd e m a n do nz i p p e r sa p p e a r a n c ea n di t ss t r u c t u r e i fp a r a m e t e r so ft h eg a t e a r ec h o s e ni n a p p r o p r i a t e l y , am i l dr e s u l ti st oi m p r e s st h ea p p e a r a n c eo ft h ez i p p e r , a n d as e r i o u sa f t e r e f f e c ti sr e s u l t i n gi nm a k i n gaw a s t r e la st h el i q u i dm e t a li sn o tf i l l i n gt h e c a v i t yi n t e g r a l l y t h e r e f o r e ，d u d n gt h em o u l dd e s i g n , t h ep a r a m e t e r so ft h eg a t ea r et h e k e yf a c t o r st ot h ea p p e a r a n c ea n dq u a l i t y i ti sa ne f f e c t i v ew a yf o rt h er e s e a r c ho nt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eg a t ep a r a m e t e r sa n dt h eq u a l i t yo fp r o d u c t st oe n h a n c et h e q u a l i t y c r e d i b l ef o u n d a t i o n sa r ep r o v i d e db yt h er e s e a r c hf o rt h eg a t ed e s i g n a t p r e s e n t ，t h ei n d u s t r i a lr e q u i r e m e n tc a n tb es a t i s f i e dw i t ht h em a n u f a c t u r ea c t u a l i t y , s o ， t h ec o m p u t e ra i d e dd e s i g ni ss t a r e di nt h ef a c e a n dm o u l dc a ds o f t w a r eh a st h ea b i l i t y t oa s s i s tt h eu s e ri no b s e r v i n ga n dt h i n k i n g , a v o i dr e p e a tw o r k , a n dd e s i g nr e g u l a r l y t h e r e b y , m o u l dc a ds y s t e mi sa ni m p o r t a n tt o o lf o ri m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c ya n d s t r e n g t h e n i n gt h ec o m p e t i t i v ep o w e r a tf i r s t ，t h et h e s i sa n a l y s i st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eg a t ep a r a m e t e r sa n dt h e q u a l i t yo fp r o d u c t s ，c o n s i d e r i n gt h ei m p o r t a n c eo ft h eg a t ep a r a m e t e r sd u r i n gt h em o u l d d e s i g n ，t h r o u g hd e s i g n i n gs o m ee x p e r i m e n t s ，c o l l e c t i n gr e l a t e dd a t aa n ds u m m a r i z i n g t h er u l e s a c c o r d i n gt ot h er u l e s ，ad a t a b a s ew a sb u i l t s e c o n d l y , am o u l dc a d s y s t e m b a s e do na u t o c a ds o f t w a r ew a sd e v e l o p e db yt h et o o lv b a f o rt h em o m e n t ，t h i s s o f t w a r eh a sb e e nb a s i c a l l yc o m p l e t e da n dp a s tt h et r yo u t t h i r d l y , f o rt h en e e do ft h r e e d i m e n s i o nm o u l dd e s i g no ns o m es p e c i f i c p r o d u c t s ，a n o t h e rt h r e ed i m e n s i o nc a d s y s t e mb a s e do np r o e n g i n e e rw a sd e v e l o p e d a tp r e s e n t ，u s e ri n t e r f a c ea n dd a t a b a s e i n t e r f a c eh a v eb e e nd o n e ，s o m ef u n c t i o n so na c h i e v i n gp r o d u c ti n f o r m a t i o n ，p r o c e s s i n g n l n n e ra n dg a t es y s t e m sa n da r r a n g i n gm o u l d sh a v eb e e ni m p l e m e n t e d f i n a l l y , f o rt h e c o n v e n i e n c eo fm a n a g i n gt h eb a c k g r o u n dd a t a b a s e ，am o d u l es u p e r v i s i n gt h ed a t a b a s e w a sd e v e l o p e db yu s i n gt h eo p e n g lt e c h n i q b e u s e ra c c e s s i n ga n dm o d i f y i n gt h e d a t a b a s eh a v eb e e nr e a l i z e d ，t h r e ed i m e n s i o nm o u l d sh a v eb e e np r o v i d e dr e a l - t i m e t h r o l 】i g ht h ew h o l eb a go ft r i c k s ，a n dh i g he f f i c i e n ta n di n t u i t i v em a n a g e m e n to ft h e d a t a b a s eh a sb e e ni m p l e m e n t e d a f t e rt r y i n go u tt h ec a ds o f t w a r e ，t h ea p p l i c a t i o n s h o w st h a tm o s tk i n do fz i p p e r s m o u l dd e s i g na r ea c o o m p l i s h e d ，t h er e s u l ti sr i g h ta n d t h ed e s i g nt i m ei ss h o r t e nl a r g e l y t h er e s u l to ft r y o u ti n d i c a t e st h a tt h em o u l dc a ds o f t w a r ei sf e a s i b l ea n d e f f e c t i v e k e y w o r d s ：d i e c a s t i n gm o u l d ，g a t ep a r a m e t e r s ，v b a , p r o t o o l k i t ，o p e n g l 诹 l 亡工繁火巷 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 、，7 学位论文作者签名： 锡耘日期：抄6 年，月牛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：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和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 乙毒 日期：6 年厂月讲日 指导教师签名：r 视如本 日期：2 ，i 年，月牛日 湖北工业大学硕士学位论文 1 1c a d 概况 第1 章引言 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 技术，指设计人员( 或 用户) 在产品与工程设计过程中借助于c a d 系统( 软件、硬件) 的帮助来完成设 计任务，其目的是为了提高设计质量和缩短设计周期。它作为电子信息技术应用 的一个重要组成部分，是促成科研成果的开发和转化，促进传统产业和学科的更 新和改造，实现设计自动化，增强企业及其产品在市场上的竞争能力，加速国民 经济发展的一项关键性技术，也是进一步向计算机集成制造系统( c i m s ) 发展的 重要技术基础。 c a d 技术是随着计算机发展起来的一门技术，是一门多学科综合应用新技术。 这一技术已成为先进制造群中的一项主题关键技术，由它引发的在工业设计和制 造的工作内容、方式等诸多环节的根本性变革，已经渗透到许多基础工业领域， 如机械、电子、建筑、汽车、船舶、航天、轻工、纺织等行业。c a d 技术与机械 制造技术相结合与渗透，产生了机械计算机辅助设计与辅助制造这样一门综合性 的应用技术，简称c a d c a m 。它具有知识密集、综合性高、应用效果显著等特点， 是当今世界上工业领域的前沿课题。机械c a d c a m 技术的发展，不仅改变了人们 设计、制造各种产品的常规方式，有利于发挥设计人员的创造性，还将提高企业 的管理水平和市场竞争力。 1 1 1 目前国内外流行的c a d 软件 c a d 技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代， 每个时代都有当时流行的c a d 软件。现在，工作站和微机平台c a d 软件已经占据 主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。下面我们将分别 介绍国内外一些流行的软件。 1 1 1 1 国外软件 湖北工业大学硕士学位论文 u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司开发的产品u g 是一个功能强大的c a d c m 软件， 针对于整个产品开发的全过程，从产品的概念设计直到产品建模、分析和制造过 程，它提供给用户一个灵活的复合建模模块。 作为一流产品，u g 提供了全系列的工具，包括针对计算机辅助工业设计( c a i d ) 艺术级工具，并与功能强大的c a d c a m c a e 解决方案紧密集成。u g 具有独特的知 识驱动自动化( k d a ) 的功能，使产品和过程的知识能够集成在一个系统里。 ( 2 ) p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r 系统是美国参数技术公司( p t c ) 的产品。p t c 公司提出的单一 数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，开发出来的第三代机械c a d c a e c a m 产品p r o e n g i n e e r 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同 时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 p r o e n g i n e e r 采用技术指标化设计、基于特征的实体模型化系统，工程设计 人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角， 您可以随意勾画草图，轻易改变模型。p r o e n g i n e e r 系统用户界面简洁，概念清 晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完 整而统一的模型。 ( 3 ) i d e a s i d e a s 是美国s d r c 公司开发的c a d c a m 软件。i d e a s 的新能力涉及针对各 产品领域的增强。包括核心实体造型及设计、数字化验证( c a e ) ，数字化制造( c a m ) 、 二维绘图及三维产品标注。 i d e a s 在c a d c a e 一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分 析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。 s d r c 也是全球最大的专业c a m 软件生产厂商。i d e a s c a m a n d 是c a m 行业的顶级产 品，可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2 轴、2 5 轴加工到以7 轴5 联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制 和优化。 ( 4 ) c a t i a c a t i a 系统是法国达索( d a s s a u l t ) 飞机公司d a s s a u l t s y s t e m s 工程部开发的 产品。该系统是在c a d a m 系统( 原由美国洛克希德公司开发，后并入美国i b m 公 司) 基础上扩充开发的，在c a d 方面购买原c a d a m 系统的源程序，在加工方面则 购买了有名的a p t 系统的源程序，形成了商品化的系统。 2 湖北工业大学硕士学位论文 c a t i a 采用先进的混合建模技术、在整个产品生命周期内方便的修改能力、所 有模块具有全相关性、具有并行工程的设计环境、支持从概念设计直到产品实现 的全过程。它也是世界上第一个实现产品数字化样机开发( d m u ) 的软件。 c a t i a 系统如今已经发展为集成化的c a d c a e c a m 系统，它具有统一的用户界 面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，并拥有2 0 多个独立计价的模块。 ( 5 ) s o l i d e d g e s o l i d e d g e 的j u p i t e r t e c h n o l o g y 是i n t e r g r a p h c o 花了六年所开发出来的软 件平台架构。s o l i d e d g e 是真正w i n d o w s 软件，采用最新的s t r e a m 技术，完全与 m i c r o s o f t 产品相兼容的真正技术指标化的三维实体造型系统。它利用逻辑推理 和决策概念来动态捕捉工程师的设计意图，s t r e a m 技术易学、易用，通过改善用 户交互速度和效率，所以能比其它中档c a d 设计软件产生更多的效益。s o l i de d g e 采用u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 的p a r a s o l i dv i o 造型内核作为强大的软件核心。 s o l i d e d g e 利用相邻零件的几何信息，使新零件的设计可在装配造型内完成：模 塑加强模块直接支持复杂塑料零件造型设计；钣金模块使用户可以快速简捷地完 成各种钣金零件的设计；利用二维几何图形作为实体造型的特征草图，实现三维 实体造型，为从c a d 绘图升至三维实体造型的设计提供了简单、快速的方法。 ( 6 ) s o l i d w o r k s 由美国s o l i d w o r k s 公司于1 9 9 5 年1 1 月研制开发的s o l i d w o r k s 是一套基于 w i n d o w s 平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件 实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应 用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。 该软件采用p a r a s o l i d 作为几何平台和d c m 作为约束管理模块，自顶向下基 于特征的实体建模设计方法，可动态模拟装配过程，自动生成装配明细表、装配 爆炸图，动态装配仿真、干涉检查、装配形态控制，同时具有中英文两种界面可 供选择其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。 ( 7 ) a u t o c a d a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司为微机开发的一个交互式二维工程绘图软件， a u t o d e s k 公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模最大的基于p c 平台的c a d 和动画及可视化软件企业。 a u t o c a d 是当今最流行的二维绘图软件，有强大的二维功能，如绘图、编辑、 剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。a u t o c a d 提供a u t o l i s p 、a r x 等作为二次开发的工具。 湖北工业大学硕士学位论文 a u t o c a dm e c h a n i c a l 是2 d 机械设计与工程用的a u t o c a d ，含有智能的工程图 与详细视图的制作能力，拥有增强的设计与分解工具，内建i g e s 转换器，可以 在a u t o d e s ks t r e a m l i n e 提供的主机服务上，共享设计资料，进行项目合作。 ( 8 ) m d t m d t 是a u t o d e s k 公司在p c 平台上开发的三维机械c a d 系统。它以三维设计为 基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体。m d t 基于特征的参 数化实体造型、基于n u r b s 的曲面造型、可以比较方便地完成几百甚至上千个零 件的大型装配、提供相关联的绘图和草图功能、提供完整的模型和绘图的双向联 结。 该软件与a u t o c a d 完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。 m d t 为a u t o c a d 用户向三维升级提供了一个较好的选择。 1 1 i1 2 国内软件 ( 1 ) 高华c a d 高华c a d 是由清华大学开发的c a d 系列产品，包括计算机辅助绘图支撑系统 g h d r a f t i n g 、机械设计及绘图系统g h m d s 、工艺设计系统g h c a p p 、三维几何造型 系统g h g e m s 、产品数据管理系统g h p d m s 及自动数控编程系统g h c a m 。其中g h m d s 是基于参数化设计的c a d c a e c a m 集成系统，它具有全程导航、图形绘制、明细 表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编 辑等功能模块。 ( 2 ) g s c a d 9 8c a d 系统 g s c a d 9 8 是一个基于微机、中文w i n d o w s 9 5 n t 平台的三维c a d 系统。该软件 是在国家“七五”重大攻关及8 6 3 c i m s 主题目标产品开发成果的基础上，参照 s o l i d w o r k s 的用户界面风格及主要功能开发完成的。它实现了三维零件设计与装 配设计，工程图生成的全程关联，在任一模块中所做的变更，在其他模块中都能 自动地做出相应变更。 ( 3 ) c a x a c a x a 是北京北航海尔软件有限公司( 原北京华正软件工程研究所) 面向我国 工业界推出的自主开发的、中文界面、三维复杂形面c a d c a m 软件。c a ( a 包括c a x a 电子图板v 2 ( c a x a e b v 2 ) 、c a x a 三维电子图板v 2 ( c a ( a e b 3 d v 2 ) 等绘图软件，c a x a 实体设计v 2 、c a x a 注塑模设计师v 2 ( c a x a - i m d ) 等设计类软件，和c a x a 制造工程 师2 0 0 0 ( c a x a m e 2 0 0 0 ) 等c a m 软件。 4 湖北工业大学硕士学位论文 ( 4 ) 金银花系统 “金银花( l o n i c e r a ) ”系统来源于北京航空航天大学国家8 6 3 c i m s 设计自 动化工程实验室，又经过该实验室和广州红地技术有限公司联手进行了商品化、 产业化的开发而成。 该软件主要应用于机械产品设计和制造中，它可以实现设计制造一体化和自 动化。该软件采用面向对象的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二 维和三维一体化、s d a i 标准数据存取接口的技术：具备机械产品设计、工艺规划 设计和数控加工程序自动生成等功能；同时还具有多种标准数据接口。目前金银 花系统的系列产品包括：机械设计平台m d a 、数控编程系统n c p 、产品数据管理 p d s 、工艺设计工具m p p 。 ( 5 ) 开目c a d 开目c a d 是华中科技大学开发的具有自主版权的基于微机平台的c a d 和图纸 管理软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机械绘图效率 比a u t o c a d 高得多。 开目c a d 支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能， 能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目c a d 实现了c a d 、c a p p 、c a m 的集 成，适合我国设计人员的习惯，是全国c a d 应用工程主推产品之一。产品包括开 目c a d 、电气c a d 、机械零件、c a p p 、p d m 、b o m 、m i s ( e r p ) 、o r 、进销存、c r m 等软件。 ( 6 ) i n t e c a d i n t e c a d t o o l 是由武汉天喻信息公司开发的具有完全独立自主版权的二维机 械c a d 系统，它符合w i n d o w s 系统标准，采用w i n d o w s 界面风格，易学、易用。 基于特征的设计思想使画图和改图都无比快捷；是国内最优秀的多文档、多窗口 操作的机械c a d 系统。 i n t e s o l i d 是天喻公司生产的产品造型与设计系统。它采用面向对象技术和先 进的几何造型器a c i s 作为底层造型平台，面向用户的设计意图通过零件造型、装 配设计和工程图的生成来满足产品设计与造型的需要，在国内处于领先地位。 天喻信息公司产品包括i n t e c a d t o o l 、i n t e s o l i d 、i n t e c a p p 、i n t e c a s t 、i n t e p d m 、 i n t e a m s 等软件。 ( 7 ) 大恒c a d 大恒通用机械c a d 系统( h m c a d ) 最早开发于1 9 9 1 年，是针对机械制造及设 计行业的通用机械c a d 系统。h m c a d 系统采用面向对象的编程技术，具有强大的 参数化绘图功能。是目前国内公认的a u t o c a d 平台上机械c a d 软件的代表。 湖北工业大学硕士学位论文 在作图过程中，动态导航器会预测每一步的作图意图，引导用户绘制准确的 几何图形。随后，利用系统的尺寸驱动功能，修改草图上的尺寸获得所需的精确 设计。 h m c a d 已在全国范围内数千家企业中使用，广泛分布在机械、冶金、航空航天、 市政建设、电子、电气等重要行业，具有良好的用户基础。 ( 8 ) x t m c a d x t m c a d 是由北京艾克斯特科技股份有限公司与清华大学机械g a d 开发中心数 十位博、硕士毕业生不懈努力开发出来的以a u t o c a d 为平台的新一代二维特征化 参数化集成机械c a d 系统：) 【t m c a df o ra u t o c a d 。它具有动态导航、参数化设计 及i 蛩库建立与管理功能，还具有常用零件优化设计、工艺模块及工程图纸管理等 模块。 当a u t o d e s k 推出m e c h a n i c a ld e s k t o p ( m d t ) 后，作为a u t o d e s k 全球a d n 成员的艾克斯特公司，推出了基于m d t 的三维机械设计增强系统即x t m c a d3 d 。 其他产品有x t p d m 、x t c a p p 、t e a m d e s i g n e r ( 集成化柔性设计c a d 系统) 、x t e d s ( 电气设计及仿真软件) 、x t e r p 、x t g d e s ( 齿轮设计专家系统) 、d f m a ( 面向制 造与装配的设计分析系统) 等。 ( 9 ) p i c a d p i c a d 系统是北京凯思博宏计算机应用工程有限公司开发的具有自主版权的 c a d 软件。该软件具有智能化、参数化和较强的开放性，对特征点和特征坐标可 自动捕捉及动态导航；系统提供局部图形参数化、参数化图素拼装及可扩充的参 数图符库；提供交互环境下的开放的二次开发工具；智能标注系统可自动选择标 注方式；首先推出全新的“所绘即所得”自动参数化技术；可回溯的、安全的历 史记录管理器；是真正的面向对象和面向特征设计的c a d 系统。 1 1 2 与国外相比存在的差距 近几年来，我国c a d 系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了 二维c a d 商品化软件市场，在一些企业也引进了c a d 系统，并取得一些效益。但 与国外相比差距仍然很大。 ( 1 ) 目前我国c a d 系统仅仅作为绘图工具，缺乏设计方法和设计理论的指导 我国c a d 软件开发虽然已形成了几个系统，但基本上都是二维绘图软件，开 发者在技术上没有什么创新，缺乏设计方法和设计理论上的研究，因此所开发出 的软件稳定性和可靠性差，自然在市场上就无竞争力。另外，图形c a d 系统只能 6 湖北工业大学硕士学位论文 将设计过程的最后阶段绘图阶段搬到计算机上，而设计过程仍然在设计师头 脑中完成，这样设计效率并没有太大的提高。 在应用方面，很多企业也只是把c a d 作为一个绘图工具，企业应用中也缺乏 对产品设计理论和设计方法的研究，因此企业产品和创新产品少，在市场上缺乏 竞争力。 ( 2 ) 我国三维c a d 系统还不成熟，必须加快开发 真正解决产品设计问题的是三维c a d 系统，而目前我国自主开发的三维c a d 系统还未真正形成商品软件。而这类c a d 系统国外软件早已占领中国市场，除了 三维工作站c a d 系统外，近几年来p c 机和w i n d o w s 9 5 9 8 n t 环境下的三维c a d 系统也进入了中国市场。如s o l i d w o r k s 、a u t o d e s k 公司的m d t 、c i m a t r o n 等。一 些原来工作站系统的三维c a d 软件系统也推出了p c 机w i n d o w s 平台的版本。 ( 3 ) 我国c a d 技术开发创新少、仿制多 没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维 c a d 到目前研制的三维c a d 都存在这一问题。回顾一下历史，早在“七五”攻关 时用户就提出了“参数设计问题”、“数据管理问题”及数控编程中的有关要求 即现在的“特征造型问题”这些技术，我国c a d 研究开发者也都知道，但都没有 引起注意。而国外的c a d 后起之秀p t c 公司抓住了用户需求的时机，快速推出了 参数化特征造型c a d 系统p r o e n g i n e e r ，一举占领了国际市场，至今仍在国际年 销售额方面名列第一。 ( 4 ) 我国c a d 软件的开发缺乏理论研究和算法的研究 c a d 技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。 就建模技术而言会涉及很多模型建立的理论和算法，这些都是为解决用户需求而 研究开发的，每种理论和算法用于c a d 系统中，会产生新的c a d 软件。如有名的 c s g 、b - r e p 、n u r b s 等等。而我国c a d 软件开发者缺乏这方面的研究，多年来也 未见过有名的理论和算法用于c a d 中。只能引用别人的，当然也只能跟在人家的 后面走。 ( 5 ) 信息集成技术落后 信息技术的广泛集成是以产品数据管理( p d m ) 和过程管理( p m ) 为基础，实 现c a d c a p p c a m 和e r p 的有机集成，在并行工程中p d m 也是重要的基础。而我国 在这方面的研究仅仅开始，至今也没有一个在国内市场上成熟的数据库管理系统 ( d b m s ) 。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场，我们的c a d c a p p c a m 集成技术又建立在国外基础系统上。 ( 6 ) c a d 中的数据交换格式和标准化落后 7 湖北工业大学硕士学位论文 在c a d 技术的标准化方面，我国由于技术落后，资金投入不足，对此重视不 够，至今未提出一个有关c a d 方面的标准，完全是采用国际标准，有的已用作国 家标准，如i g e s 、s t e p 等，另外由于种种因素也跟不上国际标准的更新和发展， 因此造成国内c a d 软件系统在数据交换、标准化等方面存在不少问题。 1 1 3 国内c a d 技术的应用现状 从机械行业来说，到2 0 0 2 年，c a d 技术应用普及率和覆盖率平均达到8 0 “1 。 从全体企业来说，c a d 的应用情况比较复杂，其中大约有2 0 3 0 “1 的企业对c a d 技术应用有需求，并达到了一定的应用水平，通过应用c a d 技术，产品设计周期 缩短了，工效提高了5 “3 倍以上；其余7 0 8 0 的小企业由于产品技术含量低， 人员素质、技术水平都还缺乏条件，近期内没有应用c a d 技术的需求。 1 2 压铸模设计与制造的现状 模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工 业水平及产品开发能力。模具行业涉及了汽车工业、航空航天、军工企业、家用 电器工业、包装工业、日用五金等几乎全部的工业门类。按不同的工艺类型与成 型材料可分为注射模具、压铸模具、冲压模具、锻造模具、压印模具及塑料模具、 橡胶模具、玻璃模具、陶瓷模具等等。 1 2 1 我国压铸模发展概况 我国压铸模的生产在产量和数量上仅次子冲模和塑料模，已占各类模具总产 量的8 ”3 左右。目前已形成了一支有一定规模、技术上能紧跟国外先进工业国家 水平的队伍。中国加入w t o 后，开放力度加大，与国外合作频繁，鉴于价格优势 和环保要求诸因素，大量压铸零件已转移到中国生产。近年，由于摩托车、汽车 及家电工业迅速发展，压铸行业出现了日新月异的局面，压铸工业新一轮的兴起， 兴旺了压铸模制造工业。从中国模具工业协会管理委员会公布的全国模具专业 厂基本情况( 2 0 0 3 上) 统计，铸造模具( 其中压铸模具占大多数) ，2 0 0 3 年比 2 0 0 2 年产值提高了5 3 0 1 ；中国模具工业协会2 0 0 2 年会员共有7 8 1 家企业，当 中1 9 1 家企业( 占总数2 5 0 1 ) 从事压铸模生产。当前，欧、美、日本、韩国以 及台湾地区的压铸件和压铸模用户纷纷在中国寻找供应商，这表明，我国压铸模 设计与制造水平有了很大提高。 湖北工业大学硕士学位论文 1 2 2 我国压铸模设计、制造技术水平 进入2 1 世纪，我国压铸模设计、制造的技术水平有很大提高，当今国外模具 先进加工设备，使用的软件、加工工艺及检测设备不少企业已引进和应用，虽然 数量还不是很多，但已成为各个模具企业的主要加工设备和手段。在生产形式上， 传统作坊加工方式与国外先进国家的加工方法并存。 我国生产的压铸模与国外产品相比，价格低，一般约为国外同类模具的1 2 1 5 ；周期短，如摩托车曲轴箱压铸模，国外一般在3 5 个月能交付使用，而国 内则为2 4 个月；模具寿命与国外有差距，国内不同厂家的水平也参差不齐， 中型复杂的模具，国外往往在l o 1 5 万模次，国内做得好些的企业普遍在8 1 2 万模次，个别差的还停留在2 3 万模次：国产模具主要问题还在于品质稳定性差， 外观质量不讲究，尺寸精度不高，使用时故障率高，返修多，制约了压铸生产率 的提高。我国压铸模生产状况与国外比较如表卜1 。1 。 表1 - 1 我国压铸模生产状况与国外比较 我国压铸模的设计、制造与国外相比，仍有较大差距，反映在以下几个方面： ( 1 ) 压铸模使用寿命短。目前我国设计的压铸模具普遍存在模具寿命偏低的问 题，以大、中型铝合金压铸模为例，国产模具的使用寿命一般在3 8 万次之间， 平均6 万次，有的甚至3 万次都不到，而国外生产的同类模具的使用寿命可以达 到l o 1 5 万次。1 。模具使用寿命偏低，直接导致了生产效率的下降和产品成本的 提高。随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对 压铸模的寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。 ( 2 ) 外观质量不理想。国产压铸件往往线条不清晰，水流纹不理想，表面粗糙 度差。与进口压铸件对比，差距明显。 9 湖北工业大学硕士学位论文 ( 3 ) 模具可靠性较差。传统的压铸模设计方法设计的模具可靠性较差，一般需 经反复调试才能正式投入使用。 ( 4 ) 一些大型、精密压铸模具及压铸设备还需要依赖进口，例如大型汽车零件 压铸模，国内基本上还不能自行制造，主要依靠进1 2 1 。铜合金、镁合金压铸模亦 是薄弱环节。 ( 5 ) 压铸模标准化程度低。模具标准化程度是衡量一个国家模具水平的重要标 准，国外先进国家模具标准化率已达7 0 8 0 1 2 1 ，而我国般不足3 0 1 2 1 ，压 铸模国家标准新的修订版于2 0 0 4 年3 月颁布实施，有g b f r6 4 7 8 1 4 6 7 8 1 9 2 0 0 3 压铸模零件；g b f r4 6 7 9 2 0 0 3 压铸模零件技术条件；g b t8 8 4 4 2 0 0 3 压 铸模技术条件；g b f f8 8 4 7 2 0 0 3 压铸模术语。新颁布的修订标准是在原有标 准上参照或采纳国际先进模具技术标准，采纳或等效采纳国际通用标准，目的在 于提高我国压铸模生产技术水平和产品质量，缩短与国际先进水平的差距，有利 于国际间科技和商业交流，增强市场竞争力。但标准还过于简单，执行、推广力 度不大，购买渠道太少。 1 3 国内外压铸模c a d 概况 压铸模c a d _ 坡用计算机辅助设计师完成压铸件模具的全部设计过程，最 后输出满意的设计结果和产品图样。采用计算机进行辅助设计，可以改变传统的 经验设计方法，由静态设计分析向动态设计分析过渡，由可行性设计向优化设计 过渡。利用计算机辅助人们完成设计任务，可以发挥人和计算机各自的优势，有 效地提高工作效率和质量。 近年来，国内外对压铸模c a d 开展了大量工作，并和c a m 结合以代替传统的 手工设计和制造，同时配合c a e 辅助工程，既可大大缩短压铸模生产周期，又可 减轻劳动者的工作强度，提高压铸模的设计质量，降低成本，最终提高企业的竞 争力。 早期的压铸模c a d 系统只对压铸工艺参数进行选择，仅利用计算机的计算功 能，以减轻设计人员的工作强度，未充分发挥计算机在工程上的应用。较高级的 压铸c a d 系统除了对压铸模设计参数进行计算、选择之外，还可以自动生成图形、 输出图形，并能进行压铸过程模拟与分析，并输出数控加工程序，形成功能较完 备的压铸模c a d c a m 系统。 澳大利亚联邦科学工业研究机构( c s i r 0 ) 开发的压铸模浇注系统c a d c a m 应用软件m e t f l o w ，提供了一个浇注系统设计分析与制造为一体的c a n c a m 系统。 1 0 湖北工业大学硕士学位论文 日本丰田汽车公司开发的压铸模计算机辅助设计工程系统c a d d e s ，已经投入使 用“。 国内压铸模c a d 研究工作起步较晚，但很多单位开展了研究。国外研究的几 类软件，国内也已开展工作，但尚无综合性软件投入生产使用，多数着重于在开 发花费较小的压铸模具专用中小系统。1 9 8 6 年，我国通过机械工业部设立的共性 技术基金项目，开始了对压铸基础工艺的计算机辅助设计研究。首先对在生产上 有指导意义且可为以后的深入研究奠定基础的项目压铸机选型、压铸件报价、 压铸模基本构件、浇道系统及基础工艺参数选择等项目进行了探索。2 0 世纪9 0 年代，在压铸模计算机辅助设计方面的工作有了新的进展。其中，太原机械学院 开发的系统软件由四部分组成：操作系统、图形软件、数据库和应用程序，具有 一定的实用性；华南理工大学和东南大学联合开发的“压铸工艺参数及缺陷判断 的专家系统”3 ，具有一定的综合优化作用；哈尔滨科学技术大学提出的“压铸 模c a d 系统” 7 - a 有人认为是一种较为理想的压铸模c a d 系统模式；华中科技大 学从1 9 9 3 年开始的压铸模c a d c a m 系统的研究，取得了较好的效果”1 ；沈阳工 业大学在轧钢机机架铸造工艺c a d 中用专家系统拟定工艺方案，建立了相应的知 识层次结构模型，不同层次上的知识采用不同的表示方法和推理策略。在此基础 上进行了造型、制芯方法、铸造种类选择、浇注位置、分型面选择以及浇冒系统 设计1 。 考虑到开发质量和开发效率的因素，目前压铸模c a d 的开发多用二次开发的 手段。辅助设计的过程一般为：先输入铸件形状、尺寸、合金种类，然后估算出 铸件体积与质量，选择压铸机，设计浇注系统、型腔、抽芯机构、模板、推出机 构、定位装置，并选择材质，最后绘制出模具图纸。这些软件已应用在一些压铸 模的设计中。 1 4 课题研究的目的及意义 目前，拉链组件中的拉片、拉头、盖帽和上下止主要采用锌铝合金经过压铸 制成，其中的拉片多为片状制品，主要包括方片、圆片、长方片、椭圆片、异型 片等形状，而拉头、盖帽和上下止形状类型较少，它们的模具设计流程和制作工 艺都比较固定。本课题旨在通过研究拉链压铸模浇注系统的开设来总结出其设计 规律，并在此基础上，开发适合拉链行业的压铸模c a d 系统来提高模具设计效率。 拉链除了是服饰上的功能部件外，也是一种装饰品，所以对外观和结构都有 比较高的要求。在其模具的设计中，如果浇口参数( 形状、大小、位置及数量) 1 1 湖北3 - 业大学硕士学位论文 选择不当，轻则会影响其外观，重则导致金属液充型不完整，造成废品。本文通 过大量的实