注塑模具设计资料荟萃-注塑模CADCAM系统中的并行处理技术

4 建立产品设计分析反馈和模具设计分析 反馈
从图" 我们可以看出， 注塑产品的设计相对独立和 单一， 在设计时较少考虑模具设计和制造等其它因素。 而模具的设计与其成型的产品息息相关， 模具的制造 又直接关系着产品的质量和模具的成本。 在图 4所示的 并行处理系统中， 产品设计要同时面向产品开发和模 具设计制造过程， 并随时根据模具的反馈数据进行修 改， 当分析结果显示塑件的成型缺陷是由产品设计缺 陷引起时， 系统将自动把改进产品结构的信息反馈给 产品设计部分， 形成产品设计分析反馈回路。 这样在产 品概念设计阶段就能全方位地考虑其成型模具中的种 种问题， 确保产品信息控制的统一性和连贯性， 有效地 保证了模具从设计到制造的一次成功。 这种综合了各 方面反馈信息而设计出来的注塑产品， 才是具有市场 竞争力的产品。 当我们通过分析和反馈， 设计出合理的注塑产品
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切削颤振的主要原因。 关键词： 自激振动 颤振 文献标识码： " 文章编号： &))) K JEED G ())J H )D K ))F& K )* 中图分类号： PQ&I& ’ I
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研究・开发
注塑模 !"# $ !"% 系统中的并行处理技术
" 黄晓燕
摘 要 5 简要介绍了塑料注塑模中并行处理技术的作用， 讨论了如何在注塑模 $%& ’ $%( 并行处理系统中建立产 并行处理 反馈 特征建模 工程数据库 文章编号： "::: ; <==> ! 4::< # :> ; ::<= ; :? 环， 有效地把注塑产品设计、 模具设计和数值分析等高 度集成， 构造了一个设计、 分析、 制造并行处理系统。 其 基本流程如图 4 所示。 这一并行设计系统主要由产品 造型设计、 智能模具设计、 模具数值分析、 分析结果反 馈、 模具 $%( 及装配等模块组成。
桂科自)&JI))* H # 广西自然科学基金资助项目 G 编号：
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实验方法及结果
" 注塑模 $%& ’ $%( 并行处理系统研究
并行处理技术也叫并行工程 ! $*+,-../+0 )+12+//.3 是随着计算机辅助技术发展提出的一种新哲理， 2+1 # ， 是全新的系统工程方法。 这种方法的思路是并行、 集成 地开发和设计产品， 它要求产品开发人员在设计阶段 就能考虑整个产品生命周期中可能出现的各种问题， 充分预见该产品在制造、 装配、 销售、 使用、 售后服务以 及报废、 回收等环节中的“ 表现” ， 通过组织多学科产品 开发队伍， 利用各种计算机辅助工具， 有效地缩短产品 开发周期， 提高产品质量， 降低产品成本。 这种技术的 关键在于用并行设计方法， 代替串行设计方法， 变串行 设计中信息的单向流为并行中信息的多向流。 为此， 我们在注塑模 $%& ’ $%( 系统的基础上， 引入了基于模拟反馈的注塑成型并行设计方法， 建立 起注塑产品设计分析反馈环与注塑模设计分析反馈
4 注塑模设计制造数据库系统是并行工程 的有力支撑
在注塑模 012 5 01) 并行处理系统中， 注塑产品 设计、 注塑模设计和制造是相互关联的， 是一体的， 这 里的并行处理， 主要表现在信息的高度集成。 从图 " 我 们可以看出， 在产品造型设计， 模具设计、 分析等各个 环节中， 都要用到大量数据， 既有各种工艺参数、 图表 和线图 （ 如模具设计手册中的各种经验数据 ） ， 又有很 多标准件、 模具结构图形文件 （ 如各种模具标准件、 模 具结构手册 ） 。 在模具 012 5 013 过程中， 不仅要处理 大量的二维和三维图形的静态数据， 还要处理在设计 分析中生成和变化的动态数据。 因此， 建立一个包括设 计对象的几何、 拓扑、 工艺和物理等各方面的信息， 以 及它们之间相互联系的工程数据库 326 7 3./-.$$(-./ 是十分必要的。 所以， 完整的工程数据库是 2%&%8%9$ : ， 注塑模 012 5 01) 并行处理系统的有力支撑， 也是我 们急待完善和发展的。 一个完整的注塑模设计制造工程数据库系统， 必 须要集成并行设计中所需要的诸方面的知识、 信息和 数据， 并且以统一的形式加以表达。 新一代的数据库技 术发展很快， 主要有分布式数据库、 主动数据库、 多媒 体数据库、 面向对象数据库等。 对注塑模来说， 主动数 据库和面向对象数据库是比较可取的。 主动数据库 （ 是数据库技术与人工智能相结合的 1;&-<$ 2%&%8%9$） 产物。 面向对象数据库 （ 是指 =8>$;& =(-$.&$+ 2%&%8%9$） 对象的集合、 行为、 状态和联系均以面向对象提供数据 模型来定义。 这两类数据库适合注塑模复杂多变、 信息 量大的特点， 具有良好的发展前景。
机械制造 !" 卷 第 !#$ 期
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研究・开发
后， 就进入了注塑模设计阶段。 在注塑模并行设计系统 里， 设计过程是一个反复的过程， 在设计的各个阶段 里， 都需要结合数值分析手段， 对塑料熔体的流动、 冷 却、 应力、 应变、 分子取向等进行模拟， 分析产生质量缺 陷的原因， 同时还要分析模具各零件的强度和刚度， 模 拟各模具零件的加工工艺过程， 随时校正设计中存在 的问题。 因此， 我们在并行系统里建立了模具设计分析 反馈回路， 实现设计—— — 分析—— — 修改的循环反馈机 制， 这样， 最终形成的模具设计方案才是合理的行之有 效的。 式组织下层特征， 从而赋予下层特征以高层的产品设 计决策信息， 实现支持对产品开发全过程的完整的特 征模型。 其次， 我们还知道， 产品在不同设计阶段， 它所 表达的工程信息的详细程度和表达方式并不一样。 例 如在初步方案设计中， 加强筋可以用理想的长方体表 示， 在 013 系统的分析模型中则使用长方体的中性面 表示， 而在详细设计中就要加入拔模斜度和圆角等特 征。 显然对于这些不同形式的特征， 只建立一种特征模 型是不够的， 需要建立他们之间的层次关系， 使它们既 有区别， 又有联系。 而且不同的设计阶段所需的特征信 息也有区别。 基于此， 我们除了要建立一个支持设计全 过程的特征模型外， 还要使这个特征模型针对不同的 设计阶段有层次地反映出产品的功能特征。
在金属切削过程中， 由机床 K 工件 K 刀具组成的 弹性系统是一个振动系统。 当它振动时， 刀具与工件之 间将产生相对位移， 使切削用量发生变化， 而切削用量 发生变化， 又会使作用于振动系统上的切削力发生变 化， 在一定条件下， 金属切削过程将产生自激振动， 简 称切削颤振。 至今为止， 切削颤振问题仍是机械加工中 影响生产效率及工件表面质量的主要因素。 它不仅会 降低生产率和工件加工精度， 还会使刀具、 机床设备损 坏， 且导致噪声的产生。 许多学者通过研究指出， 切削 颤振与切削力和机床结构的动态特性有关， 动态切削 力的非线性对切削颤振是一个非常重要的因素， 振动 频率主要由机床切削系统的模态固有频率决定。 自激振动系统是一个非线性系统， 自激振动是非 线性振动， 将自激振动与受迫振动相比较， 可以看出自 激振动的一些主要特征是 L & M ： ! 自激振动是在没有外 部激励作用的条件下产生的； " 自激振动的振幅和频 率由系统本身的参数决定； # 当自激振动的非线性较 小时， 自激振动的频率接近于近似线性系统的固有频 率之一。 实验表明， 切削颤振具有上述三个典型特征。
! 特征建模是并行处理系统中的关键技术
从图 " 我们可以看出， 产品的特征模型在整个并 行系统中占有十分重要的位置， 我们需要运用特征建 模技术， 建立一个完整的有层次的产品特征模型。 什么是特征建模呢？ 我们知道， 在几何造型中， 实 体造型已经比较完善， 但它仅仅是产品的几何形状和 拓扑关系的描述， 没有提供产品开发整个生命周期内 集成所需的信息， 如加工特征、 材料、 装配、 公差、 表面 粗糙度等信息。 此外， 在几何造型中， 采用点、 线、 面或 一些简单体素通过布尔运算等方法进行造型， 不太符 合设计和制造的实际要求， 也不符合工程师的设计习 惯。 换句话说， 几何形状的描述和它在制造中被加工成 形并没有形成一一对应的关系。 一个零件的形状主要 由其使用功能和加工工艺所决定， 因此， 在设计零件结 构时， 我们可以采用具有某些使用功能和能够加工的 形状特征 （ 又称功能要素 ） 进行组合， 这就是特征建模 （ 。 特征建模通过计算机将工程图纸 #$%&’($ )*+$,-./） 所表达的产品信息抽象为特征的有机集合， 它不仅构 造了一个完整拓扑关系的几何形状， 而且反映了特定 的工程语义， 支持了产品从设计到制造整个生命周期 内各种应用所需的几乎全部信息， 包括管理信息、 形状 信息和工艺信息。 这样就为产品 012 系统与其它计算 机辅助系统的联系架设了信息桥梁， 同时为智能化设 计系统对产品模型的理解提供了高层次的决策信息帮助。 那么， 如何建立一个完整的有层次的产品特征模 型呢？ 首先， 我们知道， 产品设计的目的主要是为了满 足产品的使用要求。 我们可以人为地把注塑产品按其 使用需求分为壳体、 容器、 结构件、 装饰件等， 相应的支 撑功能有外形尺寸、 表面质量、 受力结构、 定位等， 此外 还应满足塑件注塑成型的要求， 如良好的流动性、 足够 的强度、 尽量小的变形、 利于模具加工等。 为满足上述 功能， 对不同的产品有不同的要求， 而同一形状特征的 塑件在实现不同的使用需求时， 其技术要求也不相同。 因此， 有必要基于产品功能建立产品功能特征层， 通过 功能驱动方式产生产品模型， 并按满足功能需求的方