摘要：通過對(duì)塑料異型材擠出定型模二維設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，定型模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖紙審核花費(fèi)大量的時(shí)間，對(duì)此，提出了塑料異型材擠出定型模的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。基于UG 平臺(tái)，以Visual Studio 為開發(fā)工具，使用UG／Open 和MFC 技術(shù)開發(fā)出塑料異型材擠出定型模的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。用戶可以通過參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成對(duì)定型模的三維設(shè)計(jì)，同時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中加入干涉檢查模塊，對(duì)于定型模三維模型中干涉的部分，用戶可以清楚地看出并進(jìn)行修改，減少定型模圖紙審核的時(shí)間。最后用戶可以導(dǎo)出定型模的整切圖和各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖，減少定型模板塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)間。
        塑料異型材指橫截面是非圓形的擠出塑料制品。門窗是塑料異型材最典型的產(chǎn)品，它具有節(jié)能、省材、防腐、阻燃、隔音、美觀耐用、施工方便等特點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣泛，能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
        模具是一種制作成型產(chǎn)品的工具，定型模是通過冷卻的方式來控制異型材形狀和尺寸精度的模具。在異型材生產(chǎn)的過程中，已經(jīng)成型的異型材從模頭出來以后，由于溫度較高，形狀尺寸極不穩(wěn)定，此時(shí)需要進(jìn)入定型模冷卻固定以進(jìn)一步地確定異型材的形狀和尺寸精度。高溫的異型材進(jìn)入定型模以后，在真空負(fù)壓的作用下，吸附在定型模型腔的內(nèi)壁，由于牽引力的作用，異型材不斷地向前并用冷卻水冷卻固化，最后切割生成成品[1–2]。
        定型模由形狀尺寸相似的幾節(jié)組成，每節(jié)定型模的長(zhǎng)度相等，從距離模頭最近的一端開始依次稱為定一、定二、定三等，定型模的節(jié)數(shù)會(huì)根據(jù)需求來確定。當(dāng)冷卻要求較高時(shí)，定型模的節(jié)數(shù)會(huì)相應(yīng)地增加以提高塑料異型材的冷卻效果，相反，當(dāng)定型模的冷卻要求不是很高時(shí)，定型模的節(jié)數(shù)會(huì)適當(dāng)?shù)販p少，通常定型模的節(jié)數(shù)不會(huì)少于3 節(jié)。定型模由上板、下板、前板和后板4 個(gè)部分組成。定型模板塊中設(shè)水孔輔助塑料異型材冷卻，設(shè)有氣孔、氣室和氣槽進(jìn)行排氣，保持定型模的真空度，分型面處設(shè)有定位鍵、側(cè)向定位鍵和起模槽等標(biāo)準(zhǔn)件便于定型模的拆裝，側(cè)面和端面設(shè)刻字槽對(duì)定型模進(jìn)行標(biāo)記，同時(shí)，定型模上面設(shè)有蓋板，下面設(shè)有臺(tái)板，并用螺釘將蓋板和定型模板塊固定在一起。
        目前，UG，Pro／E 二次開發(fā)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到注塑模具中[3–5]，但擠出定型模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還停留在二維圖紙上[6–8]，擠出定型模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和審核需要花費(fèi)大量時(shí)間。隨市場(chǎng)需求的不斷增大，提高擠出定型模的設(shè)計(jì)效率十分必要，因此，基于UG 對(duì)塑料異型材擠出定型模進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)具有重要的意義。
        國(guó)外在擠出模CAD／CAE 方面的研究一直很活躍，其塑料異型材擠出模具的制造技術(shù)已經(jīng)較為成熟[9]。同時(shí)，我國(guó)許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在塑料異型材擠出模CAD／CAE 技術(shù)方面也取得了很大的進(jìn)展[10]，張良、胡延平、羅易彬、肖建華和楊勇輝等對(duì)此做出了巨大的貢獻(xiàn)[11–15]。
1.定型模二維設(shè)計(jì)
        通常塑料異型材擠出定型模二維設(shè)計(jì)的流程大致如下：根據(jù)客戶的要求，畫出塑料異型材的產(chǎn)品圖；根據(jù)產(chǎn)品圖畫出定型模的整切圖、總裝圖和各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖；工程師將設(shè)計(jì)好的圖紙交由經(jīng)理審核，對(duì)審核不通過的地方重新進(jìn)行修改，直到滿足要求；根據(jù)整切圖加工出定型模的基本外形；將加工出來的定型模進(jìn)行拆分，并根據(jù)各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖加工定型模的各個(gè)板塊；使用螺釘將定型模的各個(gè)板塊進(jìn)行固定裝配。
        傳統(tǒng)的塑料異型材擠出定型模設(shè)計(jì)都是基于二維圖紙，需要畫出定型模的總裝圖、定型模的整切圖和各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖。圖1 為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖。同時(shí)，定型模的結(jié)構(gòu)檢查和水氣路干涉檢查全都依靠工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程師的技術(shù)水平要求較高。
2.定型模三維參數(shù)化設(shè)計(jì)
2．1　三維參數(shù)化設(shè)計(jì)流程
        塑料異型材擠出定型模的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)過程大致如下：
        根據(jù)客戶的要求，確定塑料異型材的產(chǎn)品圖；
        根據(jù)產(chǎn)品圖畫出定型模結(jié)構(gòu)的總裝圖如圖2 所示，圖3 為三維參數(shù)化設(shè)計(jì)流程圖；
        將定型模結(jié)構(gòu)的總裝圖導(dǎo)入塑料異型材參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，依次設(shè)計(jì)定型模的基本外形、水路、氣路和裝配；
        對(duì)定型模模型的水氣路進(jìn)行干涉檢查，對(duì)于出現(xiàn)干涉的地方進(jìn)行調(diào)整，直到滿足要求；
        導(dǎo)出定型模模型的整切圖和各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖；
        根據(jù)整切圖加工出定型模的基本外形；
        將加工出來的定型模進(jìn)行拆分，并根據(jù)各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖加工定型模的各個(gè)板塊；
        使用螺釘將定型模的各個(gè)板塊進(jìn)行固定裝配。

2．2　三維模型設(shè)計(jì)
        定型模三維模型的設(shè)計(jì)主要包括初始化定型模參數(shù)、客戶DWG 投影、定型模型腔設(shè)計(jì)、分型與定位標(biāo)準(zhǔn)件、定型模水路設(shè)計(jì)、定型模氣路設(shè)計(jì)和裝配等7 個(gè)模塊。定型模三維模型設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

        定型模參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)于不擅長(zhǎng)使用UG 的用戶，也可以通過在操作界面上簡(jiǎn)單的操作，完成對(duì)定型模模型的設(shè)計(jì)。相較于定型模二維的圖紙，三維的定型模模型更加簡(jiǎn)單直觀，便于演示。使用參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定型模三維模型如圖5 所示。

3　三維設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)
        (1) 參數(shù)化設(shè)計(jì)。
        通過設(shè)計(jì)塑料異型材擠出定型模參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求在操作界面上輸入相應(yīng)的參數(shù)并點(diǎn)擊按鈕完成對(duì)定型模的三維設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)于在定型模設(shè)計(jì)過程中重復(fù)用到的標(biāo)準(zhǔn)件，統(tǒng)一放到UG 的重用庫中，在需要使用時(shí)直接調(diào)用并修改相應(yīng)的參數(shù)，可以有效地提高設(shè)計(jì)者的工作效率。
        在水孔標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)的過程中，完成水孔的建模以后，還需要對(duì)相關(guān)的尺寸附上表達(dá)式，如水孔直徑、長(zhǎng)度等。在程序中通過讀取excel 的水孔參數(shù)表并根據(jù)實(shí)際需求獲取水孔相應(yīng)的參數(shù)以完成對(duì)水孔尺寸的修改。圖6 為水孔表達(dá)式。水孔參數(shù)表如表1 所示。

      (2) 干涉檢查。
        定型模的結(jié)構(gòu)直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，而定型模的水路和氣路直接影響著定型模的結(jié)構(gòu)，因此，在定型模三維設(shè)計(jì)的過程中，定型模水路和氣路的干涉檢查必不可少。
        通過在擠出定型模參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中加入干涉檢查功能，在擠出定型模設(shè)計(jì)的過程中，水路和氣路干涉可以很清楚地顯示在界面上，圖7 為干涉檢查圖。

      定型模干涉檢查主要是通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件賦予相應(yīng)的屬性，在程序中通過屬性來獲取標(biāo)準(zhǔn)件相應(yīng)的特征，從而獲取特征的最小距離，當(dāng)最小距離小于用戶所要求的距離時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)件就會(huì)產(chǎn)生干涉并以高亮的形式顯示出來，用戶可以移動(dòng)高亮對(duì)象以消除干涉。因此，工程師在設(shè)計(jì)定型模模型的過程中就可以直接進(jìn)行干涉檢查，從而減少了審核圖紙的時(shí)間。
        (3) 導(dǎo)出工程圖。
        目前，機(jī)床加工還限于二維圖紙，因此，用戶設(shè)計(jì)出定型模的三維模型以后還需要生成二維的工程圖紙才可以用于生產(chǎn)加工。因此，在定型模的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，加入自動(dòng)導(dǎo)出工程圖模塊，用戶通過操作人機(jī)交互界面，一鍵便可以生成工程圖。
        生成各個(gè)板塊的工程圖是通過調(diào)用圖紙模板將三維模型投影到二維圖紙的對(duì)應(yīng)視圖。先將做好的工程圖模板放在指定的位置，在生成工程圖時(shí)可以直接調(diào)用，避免每次都重復(fù)設(shè)置圖紙，減輕代碼的冗余度，同時(shí)也保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。
        使用參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)生成的三視圖有很多冗余線段需要識(shí)別并刪除。刪除冗余線段的一般過程是：先對(duì)自動(dòng)生成圖紙時(shí)出現(xiàn)的多余線段對(duì)應(yīng)的特征進(jìn)行分類提取，比如刻字槽線等，通過其特定的線型和位置提取出來之后返回工程圖界面，可以找到視圖中對(duì)應(yīng)的二維線段，再一一刪除。
        自動(dòng)標(biāo)注的主要原理是基于特征識(shí)別。通過各種實(shí)體特征對(duì)應(yīng)的工程圖線所具有的不同特點(diǎn)來篩選分類圖線，比如位置信息，線型特點(diǎn)等，將需要標(biāo)注的線篩選出來進(jìn)行標(biāo)注。
        導(dǎo)出定型模上板的工程圖如圖8 所示。

4 二維設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)對(duì)比
        擠出定型模的二維設(shè)計(jì)更多的是依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，工程師需要設(shè)計(jì)出定型模的整切圖、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖和各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖等多張圖紙，同時(shí)，還需要經(jīng)過較長(zhǎng)的審核周期。
        擠出定型模的參數(shù)化設(shè)計(jì)只需要根據(jù)產(chǎn)品圖設(shè)計(jì)定型模的總裝圖，導(dǎo)入U(xiǎn)G 以后，使用參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)定型模的型腔、水路、氣路和裝配等。定型模的三維模型設(shè)計(jì)完成以后，使用干涉檢查功能檢查定型模水氣路干涉情況并進(jìn)行相應(yīng)的修改。最后使用參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)導(dǎo)出定型模的整切圖和各個(gè)板塊的結(jié)構(gòu)圖用于生產(chǎn)。
3.結(jié)論
        通過對(duì)比塑料異型材擠出定型模的二維設(shè)計(jì)方法和三維參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，發(fā)現(xiàn)使用參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法可以有效地降低擠出定型模設(shè)計(jì)對(duì)工程師的要求，減少需要設(shè)計(jì)的定型模圖紙數(shù)量，節(jié)省定型模圖紙審核的時(shí)間，縮短定型模設(shè)計(jì)的周期。