（材料加工工程专业论文）基于proe的压铸模规范化设计的研究.pdf

基于p r o e 的压铸模规范化设计的研究 摘要 压铸成型是材料加工中一种重要的成型方法，压铸模作为压铸生产中重要 的生产装备，其设计合理与否直接决定了压铸制品的质量和生产率。本文是在 p r o ew i i d f i r e 开发平台上，利用二次开发工具包p r o t o o l k i t 开发了一套压 铸模规范化设计系统，为使用者提供了一种快捷有效的压铸模设计工具。 本文对压铸工艺及压铸模设计进行了深入、系统的研究。首先，对压铸工 艺、压铸模设计以及p r o e 二次开发的相关技术做了简单的介绍。然后，对系 统的总体结构与各模块的具体实现方法作了较为详细的论述。重点分析了工艺 计算子系统和模具设计子系统的内容及实现方法。工艺计算子系统包括零件分 析与原始参数输入、工艺参数计算、结构尺寸计算与强度校核三个模块；模 具设计子系统包括成型零件设计、模架设计、浇注系统设计、抽芯机构设 计、冷却系统设计、排气系统设计、标准件库及先复位机构设计八个模块。 最后，以圆形电器盒底座为例说明应用该系统进行模具设计的实现过程。 本系统可以有效提高模具的设计质量、缩短模具开发的周期，具有一定的 实用价值。 关键词：压铸模；p r o e ；规范化；c a d ：二次开发 s t u d y o f n o r m a l i z e d d e s i g n f o rd i e - c a s t i n gd i e b a s e do np r o e a b s t r a c t d i ec a s t i n gi so n eo ft h ei m p o r t a n tm e t h o d si nm a t e r i a l sp r o c e s se n g i n e e r i n g ，a s ac r i t i c a le q u i p m e n ti nt h ed i e c a s t i n gp r o c e s s ，d i e c a s t i n gd i ed i r e c t l yd e t e r m i n e st h e q u a l i t yo fp r o d u c t sa n dt h ep r o d u c t i v i t y i nt h ep a p e r , a n o r m a l i z e dd e s i g ns y s t e mf o r d i e - c a s t i n gd i e i s d e v e l o p e db yu s i n gt h ed e v e l o p m e n tm o d u l ep r o t o o l k i t o nt h e p l a t f o r mo fp r oew i l d f i r e ，w h i c hp r o v i d e sa ne f f e c t i v et o o lf o re n g i n e e r st od e s i g n d i e c a s t i n g d i e s t h e c o m p r e h e n s i v e a n d s y s t e m a t i c r e s e a r c ho n d i e c a s t i n gp r o c e s s a n d d i e c a s t i n gd i eh a sb e e nd o n ei nt h ep a p e r f i r s t l y , d i e - c a s t i n gt e c h n o l o g y , d e s i g no f d i e c a s t i n gd i ea n d s o m er e l a t i v et e c h n i q u e si nt h er e d e v e l o p m e n tb a s e do np r o ea r e i l l u s t r a t e d t h e n ，t h ep a p e re x p a t i a t e s t h e s y s t e m s t r u c t u r ef l a m ea n dt h e i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d s o fe a c hm o d u l e t h ee m p h a s i si sl a i do nt h ec o n t e n t sa n dt h e i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so ft w os u b s y s t e m s ，n a m e l yt e c h n o l o g yc a l c u l a t i o na n d m o u l dd e s i g n t h et e c h n o l o g yc a l c u l a t i o n s u b s y s t e m i n c l u d e s p a r ta n a l y s i s a n d o r i g i n a lp a r a m e t e ri n p u tm o d u l e ，t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e rc a l c u l a t i o nm o d u l ea n d s t r u c t u r ed i m e n s i o nc a l c u l a t i o na n d i n t e n s i t y c h e c km o d u l e t h em o u l dd e s i g n s u b s y s t e mc o n s i s t so fe i g h tm o d u l e si n c l u d i n gf o r m e dp a r tm o d u l e ，m o u l db a s e m o d u l e ，f e e d i n gs y s t e mm o d u l e ，c o r e p u l l i n gm e c h a n i s mm o d u l e ，c o o l i n gs y s t e m m o d u l e ，v e n t i n gs y s t e mm o d u l e ，s t a n d a r dp a r t d a t a b a s em o d u l ea n d p r e r e s e t m e c h a n i s m m o d u l e f i n a l l y , t a k i n gar o u n de l e c t r i c a le q u i p m e n tb a s ef o re x a m p l e ，t h e i m p l e m e n tp r o c e s so f d e s i g n i n g a d i e c a s t i n gd i eu s i n g t h es y s t e mi si l l u s t r a t e d b yu s i n gt h es y s t e m ，t h eq u a l i t yo f d i e sc a nb ei m p r o v e da n dt h er & d c y c l e s c a nb es h o r t e n e d ，t h es y s t e mi sv a l u a b l ei np r a c t i c e k e yw o r d s ：d i e c a s t i n gd i e ；p r o e ；n o r m a l i z e d ；c a d ；r e d e v e l o p m e n t 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大 学硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 委员：蕊毛妇 f 乞爪镦理 糊竣 嬲曷衙西滋0 弛锢 导师：夕，劣堋钚私玩 多纺】卅够双弘恐 j 0 乒 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。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 一妊谢弦一删川日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权 金盥王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：卜5 年5 月f f 日 导师签名；2 窃开1 ” 签字日期：沙扩年6 月f1 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：球叁务 核配妊电敌确鬣仁司 电话：。，婚h a 2 工 通讯地址：旦遇毫半捐馥8 ；7 j f 邮辄 致谢 本文是在我的导师王雷刚教授的悉心指导和热情鼓励下完成的，导师渊博的 知识、严谨的治学态度、求实的工作作风和非凡的敬业精神，深深教育和鞭策着 我，将是我以后工作和学习的楷模。在此论文完稿之时，谨对导师的辛勤培养与 无私的关怀致以崇高的敬意和衷心的感谢。 特别感谢刘全坤教授、薛克敏教授、洪深泽教授、董定福副教授、黄瑶副教 授、陈文琳副教授、李萍副教授等在三年的学习期间给予的学业上的指导、帮助 和教诲。 李燕、王成勇、尹洁林、王远钟、张丽辉、胡龙飞、原红玲、孙宪萍、许春 停、胡成亮、苏兆良、王可胜、叶思珍等同学在学习期间团结互助，热情交流， 给了我很大的帮助，在此一并表示衷心的感谢。 作者的每一次进步，无不凝聚着父母和家人的一t l , 血! 在此还要特别感谢女友 对我的鼓励和支持。 三年的研究生生活，使我学到了许多东西，同时也明确了今后努力的方向。 在本论文完成之际，谨向所有给予我帮助和支持的人们致以诚挚的谢意! 作者：谢道才 2 0 0 5 年5 月 第一章绪论 压铸作为一种先进的精密零件成型技术，在全球制造业，尤其是在规模化 产业中获得了广泛的应用和迅速的发展【lj 。压铸模作为压铸生产中的重要工艺 装备，其设计的合理性和设计周期直接决定了压铸产品的质量、劳动生产率和 产品开发的周期 2 1 。压铸模c a d 系统的应用，大大提高了压铸模的质量、缩短 了产品的开发周期。本章对压铸工艺和压铸模c a d 作了简单的概述，并介绍了 本课题的来源、主要研究内容及其意义。 1 1 概述 1 1 1 压铸成型工艺概述 压铸的实质是在高压作用下，通过压射冲头的运动，使液态或半液态金属 以较高的速度充填压铸模型腔，并在高压下成型和凝固而获得铸件的方法。高 压高速是压铸成型的两大特点，通常采用的压射比压为2 0 2 0 0 m p a ，充填速度 为4 0 1 2 0 m s ，充填时间为0 0 1 0 2 s t 3 1 。 压铸过程可分为下列四个阶段： 第一阶段：压射冲头慢速推动金属液，压射力仅为了克服冲头与压室和液 压缸与活塞之间的摩擦力( 见图1 1 ( a ) ) 。 第二阶段：压力上升，金属液填充型腔，由于内浇口的阻力，产生压力峰 ( 见图1 1 ( b ) ) 。 第三阶段：压力继续上升，金属液填充型腔，充填压力使金属液充满型腔， 并产生第二个压力峰( 见图1 1 ( c ) ) 。 第四阶段：增压阶段，增压压力作用于正在凝固的金属液上，使金属液在 压力下凝固( 见图1 1 ( d ) ) 。 阈闺闺阈 图l 一1 压铸过程原理 压铸工艺具有以下特点【4 】= ( 1 ) 压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低，尺寸精度可达i t l l i t l 3 级，表面粗糙度可达r a 0 8 3 2 l am ，产品互换性好。 ( 2 ) 材料利用率高，其材料利用率约为6 0 8 0 ，毛坯利用率达9 0 。 ( 3 ) 可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件。 ( 4 ) 在压铸件上可以直接嵌铸其它材料的零件，减少装配工作量。 ( 5 ) 压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度。 ( 6 ) 生产率极高，一般冷室压铸平均每班可压铸6 0 0 7 0 0 次；小型热室 压铸平均每班可压铸3 0 0 0 7 0 0 0 次。 压铸与其它制造方法一样，也存在一些问题： ( 1 ) 压铸件内常有气孔及氧化夹杂物存在，这些夹杂物的存在大大降低了 产品的质量。 ( 2 ) 压铸生产一次性投资大，不适合小批量生产。 ( 3 ) 压铸件尺寸受到压铸机锁模力及装模尺寸的限制。 ( 4 ) 由于压铸模具受到使用温度的限制，压铸合金种类也受到限制，使得 高熔点合金的压铸难以用于实际生产。 1 1 2 压铸模概述 压铸模是保证压铸件质量的重要工艺装备，它直接影响着压铸件的形状、 尺寸、精度和表面质量等。压铸生产过程能否顺利进行，压铸件质量有无保证， 在很大程度上取决于压铸模的结构合理性和技术先进性。 影响压铸模的因素包括模具设计水平、模具材料选择、热处理工艺和制造 精度等，其中模具设计水平的高低是影响压铸件质量的决定性因素，模具设计 水平已经成为衡量模具产业发展的重要标志之一。目前我国压铸模设计水平能 基本满足汽车、摩托车、家电、电机、仪表和轻工等行业的需要，但模具设计 仍大多依靠设计人员长期以来积累的经验进行，缺乏与先进科学技术的结合， 一些大型、精密压铸模具还需依赖迸口，计算机辅助设计的应用仅限于绘图和 简单的计算等，以致一套模具需多次试模才能投入正常生产【5 】。 模具标准化和专业化对缩短模具制造周期、提高产品质量以及降低生产成 本都有重要的作用。据统计，目前国内模具的标准化程度只有3 0 左右，专业 化程度更低，而西方发达国家的模具产业的标准化程度超过7 0 ，专业化程度 达9 9 【6 l 。在这方面，国内对塑料模、冲压模的研究比较多对于压铸模的研 究则较少。 1 2 压铸模c a d 概述 1 2 1 压铸模c a d 的基本内容 模具c a d 所特有的优越性赋予了它无限的生命力，使其得到迅速的发展和 2 广泛的应用。在模具设计中，压铸模设计比较复杂，它不仅要考虑铸件成型过 程中的工艺参数，还要考虑液态金属的流动等因素的影响。模具的开发往往要 经过工艺分析、模具的设计与制造和调试等工序。一套模具按传统的人工设计， 工作量大，开发周期长且难以进行复杂的设计计算。而当今的产品更新换代频 繁，市场竞争日趋激烈，如果仍沿用过去的人工设计方法不仅难以保证产品质 量，而且也难以满足产品更新换代的需求。压铸模c a d 正是为了适应这种形势 而发展起来的i 7 。 压铸模的设计一般采用各种通用c a d 软件平台，如a u t o c a d 、p r o e 、u g 等。压铸模的计算机辅助设计内容大致为：在输入铸件具体形状、尺寸和合金 种类后，可估算出铸件体积与质量，选择压铸机，设计浇注系统、型腔镶块、 导向机构、模板、推出机构等，并选用材质，最后绘出模具图样。 一个典型的三维压铸模c a d 系统，主要包括下述几个方面【9 1 。 1 压铸件工艺参数的计算实现对每一种压铸件的压铸工艺参数( 如体积、 质量、投影面积、浇注温度和模温等) 的计算或选择。 2 压铸机的参数选择完成压铸机各参数( 如压射比压、压射速度、锁模 力等) 的选择或校核。 3 浇注系统的设计通过与计算机交互选择并设计直浇道、横浇道、内浇 道、溢流槽和排气槽等。 4 分型面的设计通过与计算机交互确定压铸件的分型线和分型面，完成 型腔和型芯区域的提取。 5 模具结构的设计通过概括和总结压铸模设计的规律与经验，运用数学 方法由计算机交互进行模具结构设计，包括型腔和型芯、导柱和导套、动定模 套板、动定模座板、动模支承板和动模垫板等的设计。 6 推出机构的设计完成包括推杆固定板、推板和推杆基本尺寸的设计计 算及强度校核。 1 2 2 压铸模c a d 的国内外现状 压铸模c a d 的发展经历3 个阶段：早期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，代表性的系统有美国e n i c i n s t i t u t e 开发的锌压铸模c a d 系统等【9 l 。其后的压铸模c a d 增加了压铸过程金 属充填数值模拟、压铸模温度场与应力场的数值模拟等功能，意大利比萨大学 机械技术研究所开发的“p r e h e a t ”程序采用二维数值方法求压铸型的温度分布， 以确定冷却管道的分布。较高级的压铸模c a d 系统除了对压铸模设计进行参数 计算、选择之外，还可生成图形、输出图形，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，这类系统目前 还很少，而且不完善，可见报道的有澳大利亚m o l d f l o w 公司的“m e t l f l o w ”系 统、德国m a g m a 公司的m a g m a s o f t 等系统，这类系统代表了压铸模软件系 统的发展方向【l ”。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”“。 国内此类系统软件的发展较晚，从8 0 年代末期才有部分院校开始研究开 发，如华北工学院、清华大学、上海交大等院校。经过多年的研究与开发，国 内在压铸模c a d 方面也取得了较为丰富的成果。目前发展起来的压铸模c a d 系统大多是基于通用c a d 软件平台进行开发的，如华中科技大学基于u g i i 平 台开发的三维压铸工艺设计c a d 系统等【1 4 6 1 。 1 2 3 压铸模c a d 的发展趋势 当前的压铸模c a d 研究方向主要包括三个：一是基于三维几何造型设计系 统专业模块的开发研究，进行基于参数化特征的精确实体造型；二是基于工艺 数据交换和接口技术的开发研究，以实现产品数据的描述、共享、集成以及存 档等：三是基于软件系统实现的压铸工艺与模具现代设计理论方法的开发研究。 其中，在第三个方向上的研究力度显得尤其薄弱。这方面的具体研究内容主要 包括：面向对象设计技术；并行设计技术；智能化设计技术( 包括专家系统设 计技术、人工神经网络技术、模糊集合理论等) ：结合数值模拟分析的评价知识 系统设计技术。由此决定了今后压铸模c a d 技术的发展趋势如下口7 q 9 l ： 1 面向压铸件特征的建模技术 产品设计的过程也是信息处理的过程。基于特征的产品定义模型，是目前 被认为最适合c a d c a m 集成的模型，它把特征作为产品模型的基本单元，将 产品描述为特征的集合。它面向对象豹特征表达，因其继承性、封装性、多态 性以及直接面向客观世界等传统的特征表达方法有无法比拟的优势而日益兴 起。特征库是特征建模的基础，而特征库的建立与具体的应用行业紧密相关。 2 压铸工艺并行设 计系统模型 并行设计法是一 种系统工程设计方法。 它在产品的设计阶段就 考虑到零件的加工工艺 性、制造状态、产品的 使用功能状态、制造资 源状态、产品工艺设计 的评价与咨询，以及产 品零件公差的合理设计 等。压铸工艺并行设计图1 2 压铸工艺并行设计系统结构 4 系统结构如图1 2 所示。 3 e s 技术与c a d 技术的结合 在c a d 系统中引入e s ( e x p e r ts y s t e m 专家系统) 技术，形成智能c a d 系统。将e s 技术融入c a d 技术中，以人类思维的认识理论为基础，将设计人 员擅长的逻辑判断、综合推理和形象思维能力与计算机的高速精确计算能力相 结合，充分发挥专家系统运用不确定知识进行符号推理的优点，使智能c a d 系 统能够模拟设计者做出设计决策，提出和选择设计方法和策略，并且在概念设 计、逻辑设计、细节设计和工程分析的综合决策中得到知识库和专家系统的支 持，进一步提高工程设计的效率和质量。 4 基于b p 神经网络的压铸工艺参数设计 目前采用模拟人脑形象思维特点的神经网络，来处理和分析在压铸工艺设 计领域中大量出现的反映设计人员知识经验的模糊、定性型数据和符号信息是 最适宜的。在各种形式的网络中，最常用的为误差反向传播b p 神经网络，反映 其功能的b p 定理指出：给定任意精度e o 和任意映射f ：【o ，1 】”呻r ”( 实数域) ， 一个三层b p 网络可在e 平方误差精度内逼近厂。因此，可采用b p 神经网络来 模拟压铸浇注工艺参数设计中基本工艺状况之间出现的复杂非线性映射，主要 指压铸件与模具之间的映射。 5 模糊集合理论在压铸工艺中的应用 根据模糊集合理论，可以研究压铸工艺设计中大量出现的非确定性、非数 值型且事关经验的各种设计变量的状态及相互间的关系，较好地解决工艺设计 过程中的各种复杂性、动态性问题。另外，还包括对压铸生产体系进行故障智 能诊断与对策咨询、设计方案的综合评价等。目前的发展趋势是；在归纳现有 的压铸生产实际工艺数据的基础上，采用m a t l a b 模糊逻辑工具箱来实现工艺 设计过程的模糊智能化推理过程。 6 结合数值模拟分析的评价知识系统 随着数值模拟技术的快速发展，现在可利用它来进行充型与凝固分析。预 测压铸件气孔、缩孔等铸造缺陷和残余应力，预测变形情况及模具寿命，确保 设计质量的可靠性，以获得优质压铸件和高生产率。由于数值模拟结果只能显 示可能出现的缺陷区域，不能提供直接产生这种缺陷的原因或提出相应的对模 具结构与工艺设计的修改方案，因此需要在数值模拟后处理过程中引入知识处 理机制，建立起对数值模拟结果进行归纳、分类、推理、判断等一系列符号推 理方法，对模具设计进行评判并给出修改建议。 1 3 课题来源、主要研究内容及意义 本课题主要依据香港泛亚压铸制品厂的生产实际，并在广泛采集和分析各 压铸厂家信息的基础上建立起来的。据调查发现：( 1 ) 在各厂家使用的压铸模 具中。9 0 以上是平面分型面模胚模具，即模具模胚上的分型面为平面，但动、 定模芯的分型面可以不是平面；( 2 ) 模具设计的规范化程度低，各厂家在压铸 模具的设计中大多依靠设计人员长期以来积累的经验进行，其设计质量直接受 设计人员的经验影响，而模具设计是一个经验性很强的工作，设计人员的培养 需要较长的周期，设计人员的流动往往给公司带来巨大的损失，增加了模具质 量的不稳定性：( 3 ) 模具制造的标准化程度低，模具设计不具有唯一性，对于 同一产品零件，没有统一的标准件供使用，增加了模具的制造难度、制造和维 修周期以及模具质量的不稳定性。 本课题的主要内容：( 1 ) 对调研中获得的压铸模设计中常用的各种机构、 设计经验、现代压铸模设计理论中的设计准则和计算公式等进行总结规范化： ( 2 ) 建立丰富的工艺计算模块； 0 ) 一判断分流锥的存在性 i f ( d 2 1 ：o 4 0 ) a d e ) p a r ts p r u ec o n e i n t e r n a lc o m p o n e n ti d8 6 e 1 n d a d d e n d i f m a s s p r o p e n dm a s s p r o p 4 自定义特征( u d f ) 自定义特征是指用户自己定义特征的创建方法，并把这些方法保存在u d f 库中，在以后的零件模型设计中直接调用u d f 数据可以快速地进行同一类型特 征的创建。当这些特征积累到一定数量时，它们就成为设计的标准特征数据库， 后续设计中遇到同样的问题时，只需要从数据库中选用所需的u d f 特征即可， 既节约时间又能使设计满足标准化模块化的要求【2 8 2 9 。 在压铸模的成型零件设计时，横浇道和溢流槽的设计几乎占用总分模时间 的一半以上。横浇道和溢流槽的形状易于系列化，对于同一系列的横浇道和溢 流槽的特征构成是比较相近的，因而，采用u d f 技术，以工艺计算的结果值来 驱动u d f 特征的参数值，可以实现横浇道和溢流槽作图的自动化，大大减少了 重复劳动，节约了设计时间。 2 4p r o l e 二次开发中的几种数据处理方法 压铸模设计是一项复杂的任务，在设计过程中需要查阅许多相关的设 计规范，这些规范包括设计中所用的工艺参数、各种设计准则和模具结构 参数等。由于这些数据在系统运行过程中不会被修改，因此被称为静态数 据。此外，在模具c a d 系统中还存在着另一类数据，这些数据在系统运 行过程中产生，反映当前的设计状态，起到联结各模块的作用。由于这些 数据随产品的变化和设计方式的变化而变化，故被称为动态数据。 在压铸模c a d 系统中，由于要存储和管理大量的静态数据和动态数 据，所以必须采用完善的数据结构和数据管理技术。目前c a d 系统常用 的数据管理方式有以下三种：程序化数据管理、文件数据管理和数据库 数据管理【3 0 ，3 1 1 。 2 4 1 程序化数据管理 设计手册中的设计准则和标准模架与标准件手册中的系列化数据，大多数 是以数表的形式( t j p y d 表函数) 给出的，表中列出相应于某个变量的一系列离 散点x 。( 1 2 ，n ) 的函数值r ，或列出相应于某些基本尺寸值的其它尺寸数据。 这些数表，可采用数表的程序化，即把程序所要用到的数表以数组或其它的方 式编入程序中，以便程序对该数表进行调用和检索。 对于那些存放在计算机中的标准化数据来说，应按规定先将设计出的基本 参数向上就近取为标准值，然后根据基本参数标准值在关联表或数据库中查找 出其它的相关标准数据。 非标准化数据的列表函数，假定为y = 厂b ) ，虽然只给出结点z ，上的函数 值r ，但往往需要任意z 值所对应的函数值y ，这就需要采用某种数据处理方 法进行计算。 插值是常用的一种用于数据处理的数值计算方法，其基本思想是构造个 较简单的函数p g ) 来逼近列表函数，b ) ，在给定j 乙值的情况下，计算出p 。) 的值作为厂( x 。) 的近似值。根据所使用的p ( x ) 的表达式不同，有多种不同的插 值方法。常用的比较简单的方法有线性插值和抛物线插值等。 2 4 _ 2 文件数据管理 由于数表的程序化是将数表直接编在程序中，一组数据对应一个应用程序， 故存在许多缺点，如占用内存多、独立性差、数据可修改性差等。同时对于压 铸模c a d 系统的动态数据库来说，其数据都是在程序运行过程中不断产生的， 不可能预先写入程序。因此，在c a d 系统中将数据直接编在这些程序中的方 法只用于数据少且单个程序调用的情况，而对于数据较多或调用频繁的数表和 动态数据，可以用文件系统来管理。 1 4 所谓文件系统管理数据就是把数据以文件的形式存储在外存中，文件系统 包含在操作系统中，可以对数据文件进行查询、修改、插入和删除等操作，当 应用程序需要用到有关的数据时，可通过相应的控制语句，通过读文件，将所 需的数据读入。 文本资源文件是p r o e 软件能够识别读取的界面文件，通过程序中 p r o t o o l k i t 函数的设置连接来完成对话框的弹出和对话框上相应按钮的激 活。采用p r o t o o l k i t a p i 建库需要存储大量的数据和文本资料，可通过文本 资源文件( r e s 文件) 中的t e x t a r e a l v a l u e 定义对文本框内容进行赋初值，或 使用p r o 仃d o l k i t 中的p r o u i t e x t a r e a v a l u r e s e t 0 和p r o u i t e x t a r e a v a l u e g e t 0 函数 实现文本框资源文件文字的输入和读取。 p r o e 数据库的查询是通过结构树的形式进行的，查询树的形式包括单元体 和类型，各单元体和类型与库中各小单元信息相通，可通过p r o e 本身带有的 查询功能实现对文本资源的查询。在建立经验设计数据存储记忆模块时，为了 便于设计者在工作时对有关数据进行记录、存储及修改，需设有专门的经验设 计数据的输入存储区以实现经验数据的存储整理工作。可以通过e d i t a b l e ( 资源 文本文件，属性值为t r u e 或f a l s e ) 或用p r o t o o l k i t 函数 p r o u i t e x t a r e a e d i t a b l e 0 、p r o u i t e x t a r e a r e a d o n l y 0 来实现文本输入框的数据是否 可以编辑的功能。用p r o u i t e x t a r e a l n p u t a c t i o n s e t 0 来设置文本输入框的动作函 数，通过特定对话框进行输入存储。 2 4 3 数据库数据管理 数据库系统包括数据库和数据库管理系统两部分。数据库指的是所存储的 关联数据的集合，例如数据库中可以保存模具标准和工艺数据等内容。数据库 管理系统( d b m s ：d a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 是管理数据库的软件，它提 供了对数据的定义、建立、查询和修改等功能，对数据的安全性、完整性和保 密性进行统一控制。数据库管理系统起着应用程序与数据库之间的接口作用， 用户通过数据库管理系统对数据库中的数据进行处理，而不必了解数据库的物 理结构。 a c c e s s 是目前流行的功能强大的数据库管理系统，它有建库容易、查 询功能强和可视化程度高等优点，在数据库领域倍受推崇。v c + + 是最常用的软 件开发环境之一，通过v c + + 可以实现a c c e s s 与p r o e 软件的对接，在p r o e 中就可以调用a c c e s s 数据库资源。以下是建立模具标准件库的过程【3 2 3 3 1 。 ( 1 ) 用a c c e s s 建立模具标准件库，可以用表格的形式对每个标准件的型 号进行存储，用v c + + 做对话框界面，通过在v c + + 中设定程序实现人机交互。 a c c e s s 软件可以通过在多个表格中建立关系达到资源共享的目的，用户可以 利用这种关系完成对多层次资源的访问，资源库访问时可以用零件名称和规格 等不同的方式进入。 ( 2 ) 用a c c e s s 建立模具标准件库可以更加容易建立数据内存资源的查 询系统，v c + + 中的m f cd a o 编程可以建立对多个数据表资源库的查询，并根 据索引将符合要求的内容在组合框中显示出来，这样可以得到多个数据库表中 对应同一索引的所有记录。 ( 3 ) 因标准件库的内存资源是通过使用a c c e s s 等软件利用表格预先存 储的，当设计者在使用过程中遇到内存资料的标准化、规范化不一致等问题时， 需要对现有库进行修改、部分内存资料删除和增加，可以通过对话框直接完成 对内部资源数据库的修改，无需改动程序。 这种方法建立的数据库可以实现数据共享，大大减少了数据的冗余，数据 独立于应用程序，应用程序的改变不会影响数据结构，数据结构的改变也不会 影响应用程序。但是，使用v c + + 编制的对话框，不仅与p r o e 界面差别大，而 且也常因为结合上的不一致导致出现叠影现象( 对话框移动后，原先位置的对 话框仍存在) 。 综合以上所述，在对p r o e 二次开发中的数据进行处理时，应根据不同的 情况采用不同的数据处理方法。对于结构简单、访问次数有限的数据，采用 前两种处理方法，方法简单，便于实现查询，而且占用的软件空间也不大。 对于结构复杂、访问次数较多的数据，采用a c c e s s 建库，用v c + + 实现界 面及数据的转换，可以发挥多重数据查询、易于添加和删除记录的优势。另外 用v c + + 建立查询系统，可以达到最大查询的目的m 】。 1 6 第三章压铸模设计及规范化设计系统的建立 系统总体结构的规划直接影响到软件开发的质量与可靠性。如果在 建立系统的过程中不遵循科学的分析建模方法，将会增加软件实现的难 度。在本章中，首先介绍了压铸模结构和压铸模设计的主要内容；然后 通过与传统设计方法的对比，阐明了规范化设计方法的优点；最后阐述了 压铸模规范化设计系统的框架结构。 3 1 压铸模设计 3 1 1 压铸模结构简介 压铸模一般由定模和动模两大部分组成。定模固定在压铸机的定模安装板 上，浇注系统与压室相通。动模固定在压铸机的动模安装板上，随动模安装板 移动而与定模合模、开模。合模时，动模与定模闭合形成型腔，金属液通过浇 注系统在高压作用下高速充填型腔i 开模时，定模与动模分开，推出机构将压 铸件从型腔中推出。压铸模的基本结构如图3 一l 所示【3 5 】。 ( 1 ) 成型零件决定压铸件几何形状和尺寸精度的零件。如图中的定模芯 1 3 、动模芯2 2 、型芯1 5 和活动型芯1 4 。 ( 2 ) 浇注系统连接压室与模具型腔，引导金属液进入型腔的通道，由直 浇道、横浇道和内浇道组成。如图中浇口套1 9 、分流锥2 l 组成直浇道，横浇道 与内浇道开设在动、动模芯上。 ( 3 ) 溢流、排气系统用于排除压室、浇道和型腔中的气体，储存前端冷 金属液和脱模剂残渣的处所，包括溢流槽和排气槽，一般开设在成型零件上。 ( 4 ) 模架将压铸模各个部分按一定规律和位置加以组合和固定，组成完 整的压铸模具，并使压铸模能够安装到压铸机上进行工作的构架。通常可分三 部分： 1 ) 支承与固定零件。包括各类套板、座板、支承板和垫板等起到装配、定 位、安装作用的零件，如图中的动模座板l 、垫板2 、支承板3 、动模套板4 、 定模套板1 1 和定模座板1 2 等。 2 ) 导向零件。确保动、定模在安装时精确定位，防止动、定模错位的零件， 如图中的导柱2 3 和导套2 0 。 3 ) 推出机构。压铸件成型后动、定模分开，将压铸件从压铸模中脱出的机 构，如图中的推杆2 6 、复位杆2 7 、推板2 9 、推杆固定板3 0 、推板导柱2 4 和推 板导套2 5 等。 1 7 2 4 2 5 23 z 5l 鞋 志| 上。 、_ 侈巧利；钐 v y 奄警沁声掌 1lp ， 一， 幅b 鎏缓 焖 a 1 ! ! ， 荔 荔 鋈霾 荔匿 鋈心n 侈7 歹形 钐 錾 萎 辽臌 雾 小n 匕二么形( 添泠忒 一 沁渊荔w l i 、 仝 w ，少l 弋贰弋弋。吒夕，j j i ； nn 心 心沁蕊 lf 匕 图3 一l 压铸模的基本结构 i 一动模座板2 一垫扳3 一支承板4 一动模套板5 一限位块6 - - 螺杆 7 一弹簧8 一措块9 一斜销1 0 - - 锁紧块i i 一定模套板1 2 一定模座板 1 3 一定模芯1 4 - - 括动型芯1 s 一型芯1 6 一内浇道1 7 一横浇道1 8 一直浇道 1 9 - - 浇口套2 0 一导套2 l 一分流锥2 2 - - 动模芯2 3 一导柱2 4 一推扳导柱 2 5 一推板导套2 6 一推杆2 7 一复位杆2 8 一限位钉2 9 一推板3 0 - - 推杆周定板 ( 5 ) 抽芯机构抽动与开合模方向运动不一致的活动型芯的机构，合模时 完成插芯动作，在压铸件推出前完成抽芯动作，如图中的限位块5 、螺杆6 、弹 簧7 、滑块8 、斜销9 、锁紧块l o 和活动型芯1 4 等。 ( 6 ) 加热与冷却系统为了平衡模具温度，使模具在合适的温度下工作， 压铸模上常设有加热与冷却系统。 1 8 雏 打 孙 约 柏 3 1 2 压铸模设计的主要内容 压铸模设计必须全面地分析铸件结构，熟悉压铸机操作过程，了解压铸机 及工艺参数得以调整的可能性及范围，掌握在不同压铸条件下金属液的填充特 性和流动行为，并考虑到加工性和经济性等因素，才能设计出合理的、并能满 足生产要求的模具【蚓。 1 压铸模设计的基本要求 设计模具从使用性能、工艺性能和经济性方面考虑，基本要求如下： 1 ) 能获得符合图样要求的压铸件。 2 ) 能适应压铸生产的工艺要求，并在保证铸件质量和安全生产的前提下， 尽量采用合理、先进简单的模具结构，减少操作程序，使动作准确可靠。 3 ) 模具构件的刚性良好，模具零件间的配合精度选用合理，易损件拆换方 便，便于维修。 4 ) 模具上各零件应满足各自的机械加工工艺和热处理工艺的要求，根据零 件的使用条件合理选择模芯材料，以保证模具寿命。 5 ) 掌握压铸机的技术规范，充分发挥压铸机的生产能力，准确选定安装尺 寸。 6 ) 在满足压铸生产要求和模具加工工艺要求的前提下，尽可能降低模具成 本。 7 ) 在条件许可时。模具应尽可能实现标准化、通用化，以缩短设计和制造 周期，方便管理。 2 压铸模设计的主要内容 1 ) 按初步分析方案，布置分型面、型腔位置及浇注系统，并相应考虑溢流 槽和排气槽的布置方案。 2 ) 确定型芯的位置、尺寸和固定方法。 3 ) 确定成型部分结构及固定方法。 4 ) 确定顶出元件的位置和尺寸。 5 ) 计算抽芯力，确定抽芯结构和尺寸。 6 ) 计算模具的热平衡，确定冷却和加热通道的位置和尺寸。 7 ) 确定动、定模芯和动、定模套板的外形尺寸，以及导柱、导套的位置和 尺寸。 8 ) 确定顶出行程、复位、先复位机构和尺寸。 9 ) 确定嵌件的装夹、固定方法和尺寸。 1 0 ) 计算模具的总厚度，核对压铸机的最大和最小开模距离。 1 1 ) 按模具的外形轮廓尺寸，核对压铸机拉杠间距。 1 2 ) 按模具动模和定模座板尺寸，核对压铸机安装槽或孔的位置。 1 3 ) 根据选用的压射比压，计算模型在分型面上的反压力总和，复核压铸 1 9 机的锁模力。 3 1 3 压铸模传统设计方法的缺点 随着c a d c a m 技术的发展和国外先进的模具设计与制造技术的引进，压 铸模设计的流程和方法已经取得巨大的进步，传统的设计方法已不能满足现代 压铸工艺、压铸件质量和设计与制造周期的要求。根据调研总结，传统的压铸 模设计方法至少存在以下几个缺点： 1 工艺计算和强度校核工作量大。压铸模设计的工艺计算和结构强度校核 的公式繁多、计算复杂，人工计算时不仅工作强度大，而且容易出错。在实际 工作中，许多设计人员为缩短设计时间完全凭感觉经验设计，当试模或生产出 现问题时才翻阅资料来查找问题点或校验结构强度。 2 未能充分利用三维c a d 软件强大的设计功能。传统的压铸模设计往往 是2 d 结构设计和3 d 形状设计分开进行，3 d 设计只是在2 d 基础上进行三维描 述，作图的成分远远大于设计的成分，重复性工作占去了很大部分，未能充分 发挥三维c a d 软件中诸如参数驱动等强大的零件设计功能。 3 标准化程度低。传统的压铸模设计为经验设计，在调研中发现，目前， 压铸模标准化的模具结构几乎无人使用，标准模架的使用也不到4 0 ，目前国 内模具标准件的使用率不到6 0 ，在压铸模制作中则更少。 3 1 4 压铸模规范化设计 针对压铸模传统设计中的缺点，本课题提出的规范化设计从以下几点来解 决问题： 1 利用计算机强大的计算功能，建立了压铸工艺参数计算和结构零件的强 度校核模块。该模块利用p r o e 的a n a l y s i s 功能实现对压铸件模型的体积、三 维尺寸、投影面积、体表面积、质量和最小壁厚等信息的采集，为后续工 艺参数的计算提供了原始参数，通过分析计算可提供诸如浇口面积、锁模力、 压室充填度、填充时间和浇口速度等工艺参数的计算结果；利用结构强度校核 模块既可以实现强度的校核，又可以利用强度计算的结果直接指导模具结构尺 寸的设计，从而大大提高了工艺参数选取的科学性和模具设计质量的稳定性。 2 真正实现在三维c a d 软件中设计模具，避免了2 d 结构设计和3 d 形状 设计分开进行所产生的工作重复和差错，实现了设计过程的“一步到位”。充分 利用p r o e 所具有的强大的自动化建模技术和参数驱动功能，建立了大量的参 数模型，在设计中只要根据强度校核模块的计算结果输入各参数的值，就可以 自动生成所需零部件的三维模型。 3 将设计经验规范化，使其融于标准的模具结构、模具零部件结构和模架 设计中去。根据常用压铸件的形状、规格和压铸机的吨位，制定了若干个标准 典型模具机构和外形尺寸；对常用的如抽芯机构、先复位机构等部件实现尺寸 标准化和系列化，对常用的非标准件如浇口套和分流锥等的尺寸进行了标准化 和系列化：根据国家标准建立了压铸模模架库，在模具设计时仅绘制部分零件 图，其余的零部件按标准结构调用，这样可实现部分模具零件的提前预制和备 料，大大缩短了设计和制造的周期，降低了制造的难度，提高了模具的质量。 3 2 压铸模规范化设计系统的建立 软件的开发过程是一个复杂的程序设计过程，软件系统的规模越大， 复杂程度越高。如果在建立系统的过程中不遵循科学的分析建模方法， 便难以保证所开发欹件的质量。所以说，个好的应用软件的开发过程 有必要经过系统分析、功能模型建立以及总体系统结构设计等阶段【3 7 】。 3 2 1 系统的功能模型 建立系统的第一步是进行系统分析，即确定系统要做些什么，如何去实现。 本系统采用i d e f 0 ( i c a md e f i n i t i o nm e t h o d 的简称) 模型来描述系统的 功能与需求，建立功能模型【3 8 】。因为是功能模型，所以在本系统中应该按照压 铸模的设计活动过程来建立，如图3 2 所示。图中，设计规范是指设计过 程中所遵循的原则、方法以及有关的公式和系数等。 图3 - 2 系统功能模型 该系统的主要输入为压铸零件和压铸工艺要求，设计要根据设计规 范进行。设计过程中需要设计人员与系统的交互，同时需要标准件库、 标准特征库和p r o e 系统的支撑，最后输出压铸模的三维装配图、零件模 型和二维图。 该系统能便捷地在装配级设计和部件级设计间进行切换。按照压铸模设计 2 1 的特点，设计一般开始于模芯，并逐渐细化完成各个零部件的设计，在总体自 下而上的设计过程中，当进行模具局部结构设计时也可自上而下的设计。 3 2 2 系统的框架结构 在建立系统功能模型之后，