汽车保险杠模具标准化设计软件的研发

陆 兵

(1.常州轻工职业技术学院，江苏 常州 213164;2.常州众研科技发展有限公司，江苏 常州 213003)

0 引言

现代汽车保险杠蒙皮系统一般都采用塑料或复合材料［1］。对于汽车保险杠注塑模，无论是技术难度还是价格，在汽车用塑料内外饰件注塑模中都占有举足轻重的地位［2］。模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产向着精准、高效、数字化的方向发展［3］。

目前企业采用的通用设计软件和设计过程均不足以应对新的挑战。模具设计人员的专业知识和软件应用水平也参差不齐。即使设计功能相同的零件，设计人员也会根据自己的设计风格创建不同尺寸、形状的零件。大多数公司使用的模具设计软件比较繁杂，没有统一的标准平台［4］。而且，由于设计过程的时序性以及需要在各个阶段转换数据，设计周期过长，发生质量事故概率较高。为了使模具设计过程标准、精确、简单、可控和高效［5］，本文为常州某模具有限公司开发了汽车保险杠模具标准化设计软件。

1 模具设计的标准化

注塑模具设计标准化就是在模具设计过程中运用统一、简化、协调和优选的原则来实现零部件的通用化、标准化、规格化、系列化和模块化［6］。标准化包括标准的软件环境和模具计算机辅助设计标准化。标准的软件环境包括计算机软件界面的标准化、计算机软件环境的标准化、标准的图框。模具计算机辅助设计标准化包括标准件图库、标准参数、标准结构［7］。

汽车保险杠蒙皮模具属于注塑模具［8］，注塑模具中相似零件的种类和数量占绝大多数，而且模具设计是一个经验性很强的工作，在设计中对相似结构的参考和借鉴是非常有益的，也是必需的，标准化设计正可以满足这种要求。

2 业务模块设计

依据汽车保险杠模具标准化设计需求，将软件划分为:基础环境模块、实体建模模块、制图模块、注塑模设计模块和参数化标准件模块。

1)基础环境模块。

用于打开存档的文件、创建新文件、存储更改的文件，同时支持用户改变显示部件、分析部件、调用帮助文档、使用绘图机输出图纸等。

2)实体建模模块。

主要用于产品部件的三维实体特征建模。它不但能生成和编辑各种实体特征，还具有丰富的曲面建模工具，可以自由地表达设计思想，创造性地改进设计，从而获得良好的造型效果和造型速度。

3)制图模块。

从已经建立的三维模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。有自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、尺寸标注、形位公差、表面粗糙度符号标注、支持国家标准、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图和明细表自动生成等工具。

4)注塑模设计模块。

模块提供了整个模具设计流程，包括产品装载、排位布局、分型、模架加载、浇注系统、冷却系统等。

5)参数化标准件模块。

提供保险杠注塑模具标准件的查询、生成、调用，标准件的添加、修改、统计等维护。

3 软件设计与开发

3.1 总体技术方案

本项目之前，企业直接使用Siemens PLM Software公司数字化产品开发系统UGNX［9］设计汽车保险杠注塑模具。UGNX具有较强的通用性，但是UGNX的通用性不能完全满足专用性设计需要［10］。所以，本文的总体技术方案是采用.NET技术开发出在技术层面符合UGNX插件接口标准的所有业务模块，这些模块以插件的方式运行在UGNX平台上(如图1所示)。每个业务模块都包含菜单、工具栏、对话框、业务功能。

图1 软件总体结构

3.2 软件开发技术

UGNX 软件提供了 MenuScript、UIStyler、GRIP 和API等二次开发工具集［11-12］。本文使用 MenuScript创建和编辑所需菜单、工具栏、自定义UGNX菜单项，使用UIStyler开发人机交互界面［13］，运用API重新组合通用CAD功能并派生出新的专用业务功能。

软件开发方法:首先采用MenuScript设计好菜单文件，采用UIStyler设计用户界面，用VS 2005创建本项目工程，将用户界面模板文件添加到工程中，在工程中添加类，编译链接生成UGNX可以直接调用的DLL文件。

1)菜单设计。

以参数化标准件为例。新建StandardPart.men文件，添加符合结构的代码(效果如图2所示)，文件存放于startup。

图2 标准件管理菜单

2)对话框设计。

以倒圆角界面为例。单击NX的【Application】-【UserInterface Styler】进入UG/OpenUIStyler可视化界面，设计界面如图3所示。

图3 倒圆角对话框

对话框关键VB.Net代码:

这个对话框有 Chamfer.vb和 Chamfer.dlg两个文件，最后将生成的Chamfer.dll复制到application。

3.3 参数化标准件设计

在汽车保险杠模具设计过程中要大量使用到如内六角螺丝等各种零件，这其中又有很多零件会在同一副模具中重复使用。所以，对这些零件进行标准化管理和标准化使用是软件必须要满足的需求之一［14］。

首先对汽车保险杠模具用到的零件分类为:固定件、滑块系列、斜顶系列、模架组件、水路等大类［15］，然后再构建标准件库。这样，这些零件就以标准件的形式供用户使用。标准件库的建立方法主要有:电子表格法、关系表达式法、用户自定义特征法、知识熔接法和程序法［16］。

本文所建立的标准件库存储标准件参数化模板。参数化模板完整表示了标准件特征的各个参数及相互之间的关系［17］。调用时，只需选择所需标准件规格参数，标准件规格参数驱动标准件模板程序在图档中动态生成标准件。

标准件参数化模板符合关系模式并且数据量小，所以本文采用Access数据库存储标准件特征参数。

下面以内六角螺钉的设计过程说明参数化标准件设计思想。

1)标准件描述。

零件名称:内六角螺钉;零件代码:S1;规格(M)X(L)，M是螺纹大小，L是5的倍数，L表示长度。

2)标准件特征参数。

内六角螺钉特征参数有H、dh、dk和D等(如图4所示)。其中，L长度值取决与操作者输入2点之间的距离，L=输入2点之间的距离+1.5M。程序判断生成的L值是否超出此型号数据库里L值范围，如果超出L值范围，程序提示“L长度超出范围是否继续”，如果点击 YES，表示继续，如果点击 NO，表示stop。并且程序还需要判断L值是否是5的倍数，如果不是则需要特殊处理:当2点距离L/5的余数大于3时，则输出L=L+(5-余数)，当2点距离L/5的余数小于3时，则输出L=L-余数。

图4 标准件的标定

3)标准件规格设定。

内六角螺钉有多种规格，一个规格关联一个元组(如表1所示)。

表1 标准件规格元组(部分)

4)标准件生成程序(关键代码)及效果。

内六角螺钉标准件程序运行效果如图5所示。通过运行程序对话框操作，用户可实现标准件型号规格的选择、单位选择等操作。

图5 标准件界面

4 模具设计实例

软件使用的一般流程是:1)产品模型准备;2)装载产品;3)设置模具坐标系;4)设置收缩率;5)设置模具型腔和型芯毛坯尺寸(工件);6)模具型腔布局;7)修补模型破孔;8)创建模具分型线;9)创建模具分型面(如图6所示);10)创建模具型腔和型芯;11)建立模架;12)加入模具标准部件;13)设计浇口和流道系统;14)创建腔体;15)列出模具零件材料清单，创建模具二维装配图、零件图。

图6 保险杠模具分型面

5 结束语

对汽车保险杠模具标准化设计需求进行了分析，设计了业务功能模型。以通用模具设计平台为基础，结合参数化标准件设计技术和二次开发技术，开发了操作方便、设计效率高的汽车保险杠模具标准化设计软件。在生产实践中，该软件很好地满足了汽车保险杠模具标准化设计需要。

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