壓鑄模具結構優選與設計系統開發

高 峰

（黑龍江工業學院，黑龍江雞西 158100）

0 引言

隨著世界經濟和中國經濟的飛速發展，市場競爭日益激烈，降低產品成本，提高產品質量和縮短產品開發周期已成為企業生存和發展的關鍵。壓鑄產品復雜性和多樣性要求壓鑄模具設計必須滿足多品種、復雜化需求，市場的快速變化要求發展模具快速設計與制造技術，全球性經濟競爭要求盡可能地降低模具成本、提高模具質量。因此，進行壓鑄模具設計特征與設計方法研究，開發高效、可靠、敏捷、柔性的模具設計系統，縮短精密、復雜、高附加值壓鑄模具產品研制周期，具有較高的理論意義和實際應用價值。

圖1 壓鑄模具設計系統總體結構

1 系統總體結構

以壓鑄成型工藝特征、壓鑄件形狀特征、壓鑄模具結構與壓鑄模具成型運動的研究為基礎，在模具加工最大生產率與最低成本的優化目標下，開發的壓鑄模具設計系統總體結構如圖1所示[1-2]。

2 系統主要功能

該系統主要實現如下功能：壓鑄模具的結構優選與設計、壓鑄機的選擇、壓鑄模具加工信息的提取等。

系統包括操作系統，數據庫和應用程序。系統各模塊之間的關系如圖2所示。

圖2 壓鑄模具設計系統各模塊之間的關系

為提高系統模具結構優選、設計及工藝參數優化功能的實用性，采用面向對象的Visual C++6.0語言模塊化設計技術作為系統應用程序開發工具；系統模具結構庫、工藝參數庫等數據庫采用Visual Foxpro 6.0作為開發工具，保證系統各模塊之間以及與系統其他軟件之間具有較好的數據共享和數據交換的能力。

3 系統實現方法

3.1 系統輸入輸出界面

系統主菜單包括文件、編輯、查看、幫助和工具等子菜單。其中，工具子菜單中有運行報價菜單條選項，幫助菜單中說明了軟件的版本信息。

壓鑄模具設計系統用戶主界面包含壓鑄件與壓鑄模具特征參數、工藝參數、其他參數、加工信息、系統運行等幾個部分，如圖3所示。用戶可以根據壓鑄件形狀特征參數參考圖，進行壓鑄件特征參數的設置；在工藝參數中設置相關的壓鑄件成型與模具加工信息；最后點擊系統運行。

圖3 壓鑄模具設計系統用戶主界面

系統輸出界面主要包括模具結構、模具視圖操作、輸出結果等部分。如圖4所示。模具設計結果的輸出為模具結構的二維或三維模型；模具加工信息的輸出為按照最低加工成本為優化目標和以最高生產率為優化目標，進行模具設計、加工所需要的總成本、毛坯成本、加工費用和總工時等，同時輸出該模具選用的壓鑄機型號，該系統為實現壓鑄模具三維建模及運動仿真、壓鑄模具CAD/CAPP/CAM集成奠定了基礎。

圖4 壓鑄模具設計系統輸出界面

3.2 建立數據庫

（1）壓鑄機數據庫。系統壓鑄機數據庫主要包括：鎖模力、開模力、拉桿內間距、動模板行程、推出力、推出行程、壓鑄件最大投影面積、壓射行程、壓室直徑、壓射比壓等數據內容。同時，將壓鑄模具動、定座板的推薦尺寸加到數據庫中，供選擇壓鑄機時一起選用，不僅簡化了模具設計中的計算，而且有利于實現系列化、標準化。數據庫中的數據根據壓鑄機鎖模力的大小，按由小到大的順序排列；以鎖模力作為主索引，以開模距、壓射力等其他關鍵字作為侯選索引，逐一進行選擇、對比，直至選中滿足要求的壓鑄機。

（2）壓鑄模具結構庫。根據壓鑄件形狀特征和壓鑄模具結構特點，按壓鑄件形狀特征、壓鑄機鎖模力大小、模具分型面類型、模具澆注系統類型、模具抽芯機構類型、模具推出機構類型等將壓鑄模具結構劃分為六類。系統按此劃分方式建立的壓鑄模具結構庫，包含了上百種典型的模具結構。數據庫中的數據，按模具結構的關鍵字進行定義，以關鍵字的順序對模具結構的模型、數據進行添加和管理。

（3）壓鑄工藝參數數據庫。壓鑄工藝參數數據庫主要包括壓鑄合金材料數據庫與壓鑄模具材料數據庫。根據壓鑄合金材料的成型工藝特點，壓鑄合金材料數據庫主要包括與壓鑄成型有關的壓鑄合金的流動性、收縮率、壓射比壓、流速、成型溫度及高溫物理、化學性能參數等壓鑄成型工藝參數。數據庫中的數據按壓鑄合金成型所使用的模具材料及模具各部分結構所使用的模具材料進行存儲和管理。

（4）壓鑄模具加工參數數據庫。壓鑄模具加工數據庫，涵蓋了幾種主要的模具加工方法：車削、銑削、鉆削、電加工等。數據庫包含以下幾個子庫：模具零件材料庫、車削參數庫、銑削參數庫、鉆削參數庫、電火花加工參數庫、線切割參數庫等。壓鑄模具加工數據庫由多個子庫構成，父表與子表之間存在一定的約束關系，不僅方便數據庫的維護，而且可以控制記錄的插入、更新或刪除。

3.3 系統參數的調用

系統各功能模塊對數據庫數據的調用關系如圖2所示。系統采用數據庫訪問技術將數據庫外部與其通信的過程抽象化，通過訪問接口，簡化客戶端訪問數據庫的過程。

供應商提供的數據庫接口分專用和通用兩種。專用數據庫接口有很大的局限性，可伸縮性也比較差。通用的數據庫接口提供了與不同的異構的數據庫系統通信的統一接口，采用這種數據庫接口可以通過編寫一段代碼實現，對多種類型數據庫的復雜操作。因此，系統采用本地型ODBC（開放數據庫互連）數據庫接口，其運行機制如下：

（1）按照常規windows應用程序的運行步驟，進行對窗口、框架等部件的初始化；

（2）驅動程序根據從ODBC驅動程序傳遞來的信息，對數據庫文件進行相應的操作；

（3）將結果通過ODBC驅動程序管理器傳遞給ODBC應用程序。

當用戶通過ODBC應用程序發出操作數據庫的消息時，這個消息首先進入windows的消息隊列，由windows消息驅動程序處理以后將其傳遞給ODBC驅動程序管理器負責在應用程序運行過程中處理應用程序中ODBC函數與驅動程序函數的連接。這樣就完成了從ODBC應用程序到數據庫驅動程序的連接過程。

如果應用程序發出的是SQL語句，同樣也需要一次通過windows消息驅動程序和ODBC驅動程序管理器。這時ODBC驅動程序管理器不與數據庫驅動程序連接了，而是與SQL驅動程序連接。

3.4 壓鑄模具CAM的實現

壓鑄模具設計系統以壓鑄件的壓鑄成型特征建模為基礎，經模具加工參數優化與結構優選，完成壓鑄模具的設計與壓鑄模具加工信息的獲取后，通過Visual C++6.0聯結程序，可實現系統與CAD/CAM軟件的鏈接和數據傳遞。在此條件下，系統獲得的壓鑄模具各組成零件模型，可在CAD/CAM建模環境下做進一步修改和完善。同時，利用CAM功能，可根據壓鑄模具的不同加工方法，采用實體模型驅動的方式，經通用后置處理器，生成壓鑄模具各組成零件的數控切削加工程序與數控電加工程序。

4 結束語

結合壓鑄模具設計過程與加工特點，建立壓鑄模具數控加工工藝參數優化模型，采用面向對象的模塊化設計技術完成壓鑄模具設計系統開發。建立了壓鑄機數據庫、壓鑄模具結構庫、壓鑄工藝參數數據庫和壓鑄模具加工參數數據庫，實現了系統各模塊之間以及與系統其他軟件之間具有良好的數據共享和數據交換。結合汽車壓鑄模具設計實例，驗證了該設計系統的有效性和實用性。

［1］劉六法.中英日鑄造常用詞典［M］.北京：中國鑄造協會壓鑄分會，2008.

［2］徐紀平.壓鑄工藝及模具設計［M］.北京：化學工業出版社，2009.