首飾模具CAD系統的設計與實現

2013-05-22 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者: 劉蓉黔陳民舉來源: 萬方數據
關鍵字: CAD 首飾模具

模具行業是國家工業發展的重要基礎行業,隨著CAD軟件的應用越來越廣泛,CAD技術作為一項重要的技術手段,正越來越多地在模具行業得以應用。本文闡述了CAD技術在首飾模具設計中的一種應用形式,特別是SolidWorks的API二次開發技術在首飾模具設計軟件中應用的重大意義。

    0引言

模具行業是工業的基礎行業,汽車、電子、通訊器材等許多產品中的零部件是依靠模具來制造的,其技術水平決定著產品質量和市場的開發能力。在模具設計的過程中,利用先進的CAD技術會省時、省力,可以保證成型后制品的合格率,減少試模的次數,從而縮短模具設計及生產的周期。本文將要討論的是,CAD技術在首飾模具設計領域的應用。眾所周知,千百年來首飾行業大都是靠手工作業來完成的,效率極低。隨著科學技術的進步,我們沒有理由忽略CAD技術在這一領域的應用。現在,越來越多的人留意到這個問題,并逐步開始運用現代化的科技手段來促進這方面的技術進步。

    1背景知識

    市場上的金銀首飾和其它常見金屬流行飾品,例如:戒指、項鏈、吊墜、耳環,制作精良、花式品種繁多。它們的加工方法也很多,首飾制作的傳統工藝有手造法和鑄造法兩種。手造法加工是最原始的首飾制作方法,就是純手工作業,靠師傅用特制工具敲打成型;一件作品往往需要較長的時間才能完成。鑄造法現在用得比較多,它的流程是起板、壓膠、注蠟、澆鑄等。

近年來,由于采用先進技術工藝裝備,我國首飾行業開始由傳統手工藝加工轉向精密鑄造方向發展,出現了許多專業制作首飾模具的企業。所謂首飾模具,就是利用CNC電腦雕刻機、高速電火花加工機床、精密線切割機床等各種設備進行模具制造,使用油壓機和沖床等生產設備生產首飾制品。運用先進的電腦輔助設計和CNC雕刻精加工,將人工技能與先進的技術設備完美結合,具有操作簡便、成型快捷、圖案精致、光澤度好、成功率高等特點。

    1.1什么是首飾模具:

首飾的沖壓,適用于某些結構復雜但外型比較對稱或沒有曲面相交盲區的款式。模沖自然離不開模具,所以模具的設計十分重要,需要考慮貴金屬板材的塑性、拉伸壓縮極限以及模具組合和工作方式等因素。此外,模具本身的材質、制作和熱處理等需要較高的技術知識和技巧以及較高的制造條件(如數控機床等)。

首飾模具大多是采用冷沖壓成形技術,用鉑金、黃金、K金、純銀等金屬以及其它常用首飾金屬材料進行產品的生產。和其他模具生產一樣,要歷經產品的零件造型、沖壓工藝分析、模具結構設計、工藝設計、模具制造、裝配、試模等一系列開發過程。由于首飾零件的千差萬別,因而首飾模具的特點是單件小批量生產。

    1. 2首飾模具CAD系統

傳統的模具設計需要經過"概念設計-分析-樣品生產葉分析-設計-分析-生產"這樣繁雜的過程后才最終確定那些復雜的模具原形。隨著計算機的發展,CAD技術逐漸取代了傳統的模具設計理念和設計方法。應用相應的CAD軟件,可以根據要實現的功能、外觀和結構要求,先設計草圖,然后生成相應的實體,接著子裝配和總體裝配,仿真模具開模過程,檢查干涉情況,并進行真實渲染。整個過程也可以從上到下進行修改,每個過程的參數都可以改變,并可以設定參數間的關聯性。

為了適應產品更新換代的加快以及高質量、高效益的要求,在統一的軟硬件平臺上,需要建立計算機輔助設計系統,使首飾模具設計實現自動化;對快速、準確地完成整套模具的生產,意義十分重大。

    2首飾模具CAD系統的開發

首飾模具屬單件小批量生產,制品形狀復雜、品種繁多,對冷沖模的需求量最大。沖裁時,落料凹模,凸模與凸凹模作用對坯料進行沖孔落料。在沖壓模設計過程中,需要考慮其可加工性與裝配問題,要預測模具與條料運動時可能產生的各種干涉。另外,沖壓模具按工藝性質可分為沖裁模、彎曲模、拉伸模、成形模等,無論何種模具,基本上都需要上、下模體、導向裝置、壓料裝置、定位裝置等等。

本文所研究的首飾模具CAD系統主要是面向沖壓模的首飾模具設計。

    2.1首飾模具CAD系統的參數化設計開發思想

    首飾模具中既包含大量的標準件和常用件,也包含一些專用件。常用的首飾模具可以分成三類:單沖模、連續模(跳步模)、冷擠壓模。單沖模常用于制作耳釘、吊墜、配件以及開料模,連續模常用于制作手鏈、項鏈、耳墜,冷擠壓模常用于制作吊牌、男式方戒、女式蛇肚戒、耳環,等等。

在對首飾零件進行設計和應用時,每一種首飾零件按要求不同,有一組或多組尺寸系列,但同一種首飾零部件的結構基本相同。因此,在首飾模具設計數據庫的建庫過程中,常采用參數化方法。參數化設計主要有程序驅動法和尺寸驅動法兩種。程序驅動法是在程序的控制下,順序執行設計表達式,通過與用戶的交互完成設計工作,應用程序輸人不同值,便生成不同的圖形;尺寸驅動法是指在保持首飾零件結構不變的情況下,將首飾零件的尺寸標注視為變量,給予不同的尺寸值,便能獲得一系列結構相同而尺寸不同的相似零件,它允許用戶在進行必要的尺寸參數標注后,通過尺寸參數值的變化來生成結構相同而參數不同的首飾零件族。通過人機交互或自動提取獲得首飾零部件必需的主參數,然后從數據庫中提取相應的圖形模板文件、輔助參數,再經過程序調用API函數進行尺寸驅動,生成所需要的首飾零件。圖1所示為首飾模具CAD系統的工作流程示意圖。

首飾模具CAD系統的設計與實現autocad應用技術圖片圖片1
    2. 2首飾模具CAD系統的功能分析

開發所獲得的首飾加工專用冷沖模設計軟件能夠完成簡單模、復合模、彎曲模、連續模和拉伸模的設計,使首飾模具工程師在設計過程中能夠實時查看模具設計結果,可以對設計成果進行及時的修改,從而縮短了設計周期并保證了產品的設計質量。

綜合來說,整個系統應具有如下一些功能:

    (1)首飾模具結構的人機交互快速生成,可以生成用戶所需的首飾模具結構。
    (2)通過智能化的菜單結構,設計者能快速地啟動相應命令來繪制所需圖形。
    (3)開放的首飾模具零件庫,可以添加各種類型的首飾模具零件人庫。
    (4)自動生成首飾模具零件圖、裝配圖、明細表等等生產所需要的資料。

    2. 3首飾模具CAD系統的模塊分析

    (1)模具標準件庫:有定位元件、固定元件、導向元件、緊固元件、卸料、推頂元件等等,包含了用于創建彈簧、模架、緊固件等模具標準零件所需的信息。
    (2)常用首飾模具零部件庫:有沖孔凸模、凹模鑲套,包含了用于創建戒指、耳環、吊牌等用戶自定義零件所需的信息,形狀可以為圓形、橢圓形、方形、星形、水滴形等等。用戶能夠根據需要添加其他飾品款式信息人庫。
    (3)常用首飾圖案庫:首飾表面的裝飾圖案,如:各種藝術字、吉祥圖案及動植物圖案等。
    (4)首飾模具輔助設計計算:包含了材料的剪切、曲伸和拉伸信息等。

    2. 4系統開發平臺的選擇

    通用型三維繪圖平臺-SolidWorks,是一套基于Windows平臺的全參數化特征造型的三維機械CAD軟件,它以參數化和特征建模的技術,為設計人員提供了良好的設計環境;圖形界面友好,用戶上手快。SolidWorks能夠十分方便地實現復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖。

    本文采用的實現方法是:基于商用三維繪圖軟件SolidWorks 2005平臺,結合Microsoft Access數據庫技術,利用Vistual Basic編程環境以及SolidWorks 2005的API函數,進行二次開發,可以高效快速地進行首飾模具的設計。

    3首飾模具CAD系統的實現

    3.1首飾模具 CAD系統的實現方法

    CAD軟件的開發主要有兩條途徑:一個是開發自主版權的CAD軟件;另一個是在現有的通用繪圖軟件基礎上進行二次開發。任何一個比較成熟的自主版權CAD軟件,都不是少數人能夠在短時間內完成的,這必然要耗費大量的人力和物力。而采用二次開發技術開發軟件則是一種便捷的方法。所謂二次開發,就是在現有通用繪圖軟件的基礎上進行有針對性的軟件開發;開發所得到的應用程序,一般是嵌人到某一特定的CAD系統中。通過調用該系統所提供的函數,實現對圖形數據的讀取和計算,避免了底層模塊的開發。因此,這種嵌人式的軟件開發方式具有周期短、投資少、效率高等特點。

本文所闡述的開發方法就屬于二次開發,以Visual Basic 6.0為開發工具制作用戶界面,采用VB訪問數據庫的技術訪問模具標準件庫、常用首飾模具零部件庫和常用首飾圖案庫;再利用SolidWorks中提供的API函數(Application Programming Interface)進行鏈接,在SolidWorks 2005的平臺上開發一個嵌人式模塊。該模塊可以在裝配體環境下,被用戶調用來進行首飾模具的設計。

任何支持OLE(對象鏈接與嵌人)和COM(組件對象模型)的編程語言都可以作為SolidWorks的開發工具。Solidworks的二次開發方式分為兩種,一種是基于自動化技術的,開發形式的程序;另一種開發方式是基于COM的,可以通過API控制SolidWorks的會話方式,從而生成dll文件,作為SolidWorks的插件。VB作為開發環境是一個相對較好的選擇。本文中,就采用了Visual Basic 6.0和SolidWorks提供的API二次開發工具相結合的方式來進行。
首飾模具的參數化設計是通過VB的界面及各種控件的功能來實現的,讀人設計變量的步驟是VB通過調用SolidWorks提供的API對象來實現的,更新模型的步驟主要體現在VB的編程代碼中,其設計過程如圖2所示。

首飾模具CAD系統的設計與實現autocad應用技術圖片圖片2

一個簡單實用的方法是:先在SolidWorks中錄制宏,獲得宏操作代碼;將其復制添加到VB程序代碼的相應部分,通過編輯修改調試以達到程序要求;然后通過程序驅動設計變量來實現模型的創建和更新。通過這種方法編程較簡單,通用性好。部分程序代碼如下:

首飾模具CAD系統的設計與實現autocad應用技術圖片圖片3

這樣才能在SolidWorks下編譯執行。或者也可以通過在SolidWorks里面示制宏,然后在拐士友進行編輯的基礎上用VB來進行應用程序的開發,兩者的結果是一樣的。

    3. 2系統運行的主要界面

進入SolidWorks 2005環境后,單擊菜單欄上的"首飾模具設計"菜單,則彈出系統的主界面,選定模具類型(如單沖模、連續模、冷擠壓模)后,就進入了相關的模具設計界面。接下來,從選項卡中選擇零件類型后,然后從單選按鈕中選擇具體的形式,右邊的圖像框也會相應的改變,顯出對應的模型預覽圖。

用戶可以直接從參數列表中選擇合適的參數記錄,也可以在查詢條件中輸人數值進行查詢,點擊"生成"按鈕。所對應零件的模板圖形會由程序完成尺寸驅動,從而生成需要的三維沖模件。圖3所示為其中一個設計界面。

首飾模具CAD系統的設計與實現autocad應用技術圖片圖片4

    3. 3首飾模具CAD系統的使用

    (1)設計者定義落料孔的式樣后,通過人機對話輸人必要的參數來選擇模具標準件,凹模、墊板、凸模、模架等便可以自動產生。
    (2)生成了零件圖的尺寸、材料、技術要求等信息后,與該零件相關的孔和凹槽的信息也會自動產生,凸模、彈簧和緊固件等零件可以根據相應的孔和凹槽自動修改。
    (3)最后能生成模具總裝圖的詳細明細表,設計者還可以對明細表進行增減零件、修改描述等各種編輯,在編輯結束以后又可以自動重新排序生成新的明細表。
    (4)系統的設計圖面清潔,提高了設計工作的效率。設計成果能夠重復利用,對一些相近的、或相似的首飾模具設計,只要簡單修改一下圖紙就行了。
    (5)軟件提供豐富的分類圖庫、通用詳圖,設計師需要時可以直接調人。另外,模具設計方面的計算精度和設計速度也是手工計算所無法比擬的。

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