特征技术与面向对象技术在注塑件设计中的应用

李润泉

塑料制品制件在工业生产和日常生活当中得到了愈来愈广泛的应用，塑料模具作为生产塑料制品的工艺装备，也日益在国民经济特别是精密制造业中有着越来越重要的地位.目前，国内外专家和学者正在深入进行塑料模具CAD的研究.在塑料棋具CAD过程当中，塑件的定义模型是后续的成型工艺设计和模具结构设计的主要依据，这就要求塑件定义模型能反映出其工程语义，使成型工艺设计和模具结构设计程序可以理解，并方便地提取所需信息。因此，在塑料模具CAD中，我们应以塑件为根本，首先建立它的辅确的符合工艺要求的三维几何模型.本章主要讨论注塑件的基于特征的产品模型，在详细研究了注塑件具体形状和设计要求及特点的基础上，提出了注塑件的形状特征分类方案及一些典型的注塑件工艺结构，如加强筋、凸台、角域特征等。分析了利用荃于特征抽象的动态定义特征类功能，建立这类特征的特征库。论述了形状特征的表达及它们之间的组合关系和组合操作，最后阐述了特征技术与面向对象技术集成应用于产品建模的方法，使得特征技术与面向对象技术有机地结合起来.

1 塑料产品（PlastieProduet）或塑料零件（MoldingPlastiePart）是以塑料作为材料，用模塑工艺进行生产的塑料制品制件，简称为塑件

塑件建模是指在计算机硬件和软件的支持下建立塑件的产品信息模型。建模过程包括输入对塑件的性能要求，选择合适的塑料，设计塑件外形与结构，确定对模塑工艺和模具结构性能的要求，建立塑件的参数化特征模型等.塑件建模的目的不仅要设计出满足实用要求的塑件，更重要的还在于设计制造出生产这种塑件的模具。也就是说，通过塑件建模所得的模型应为模具CAD提供足够的信息，为自动生成模具成型零部件提供条件。在传统的设计方法中，塑件的设计和塑料模具的设计都是由设计人员根据自身经验，结合查阅一些技术资料而完成.无论在完成任务的时间上.工作的质上，还是满足塑件实用性能的程度上都难以让人满意.在塑件形状与结构设计方面.为了清楚而准确地表达一种复杂的零件结构，往往需要手工制作物理模型，并以此作为塑件设计和模具设计的依据和用于设计思想的交流，这种方法费时多，成本高。

计算机的应用完全改变了这种倩况.现在，计算机图形学和图形软件系统已发展到如此高的水平，使得人们可以根据需要方便而快速地在计算机上建立起一个描述塑料零件的形状、结构与工艺特征及材料属性的信息完全的棋型，并可由此生成具有详细结构细节的三维图形。这种模型完全可以代替物理模型用于交流设计思想.并可作为塑料模具CAD系统在设计模具时的初始信息和设计依据。就实现技术手段而言，塑件建模一般可以采用二维模型、三维线框模型、曲面模型、实体模型与特征模型来表示塑件的形状结构。由于复杂注塑件用二维描述不便于进行后续工艺与模具结构设计，只有采用三维实体与特征模型才能有效地建立上述全信息塑件模型.

内饭、外饭、挡饭及仪表盘等复杂的汽车覆盖件和塑料内饰件三维CAD模型.在建模过程当中，体会到车身覆盖件及汽车仪表盘等注塑件形状，在几何上一般为空间三维曲面，许多情况下为复杂自由非规则曲面和雕塑曲面。结构上具有多岛、多坑、坯料尺寸大、多处为混合复杂曲面且曲面形状变化多样.在产品工程图上采用了投影线、特征纬线和多截面视图来反映其各部位的几何关系，其形体特性一般不能反映出来，且其形状不容易分解为基本图素，轮廓线也较复杂。目前，特征技术在一些典型的常用零件如轴类零件、箱体类零件等具有规则形状的领域应用比较广泛，大多数基础研究都集中在此类零件上。

2 特征技术在注塑件类复杂零件中还没有得到成功的应用

本文探讨从应用的角度构造此类零件的模型，进一步采用特征技术和面向对象技术研究加工此类零件的注塑模具设计及软件系统实现问题。在研究过程中，本人也深感特征技术和面向对象技术集成应用在复杂的注塑件及其模具设计中是一项难度较大而又创新性较强的工作，有着较大的工程实际应用意义和理论价值。

前面己述，注塑件产品造型设计用特征建模的方法，通常特征建模系统的形状特征都是具有一定的应用场合与针对性的，注塑件形状特征分类必须遵循一定的原则，应有利于注塑件模型的建立。注塑件形状特征不像其它机械零件如轴类零件、箱体类零件那样.能直接从最终模型明显分辨出构成它的各种特征体素如轴段、孔、键槽、退刀槽等。用户看到的只是平滑的曲面，流畅的曲线，分布合理的孔穴及突变处圆滑的过渡等复杂的外观表面。在前述分析了注塑件设计的特点、要求及形状特点的基础上，又鉴于复杂自由曲面设计对注塑件设计的重要性，为了既能保证与注塑成型工艺紧密相关，又不失形状特征的一般性，按照曲面体的生成机理、生成方法和生成过程.探讨了一种较为实用的注塑件形状特征分类方案，如表所示。表中将形状特征分为主特征和辅助特征.其中，主特征包括平面类和曲面类两大类。辅助特征包括基准特征、附加特征、工艺特征、复合特征、用户自定义特征、总体特征等。

3 塑件设计的一般特点

塑件设计包括结构形状、尺寸、精度、表面粗糙度、壁厚和脱模斜度等方面的设计以及加强筋、孔、图角、嵌件等的设置等.

1结构形状

塑件的内外表面形状应当在满足使用要求的前提下尽t做到易于模塑成型。例如，尽可能避免在塑件的外侧与内侧出现凹凸，以简化其模具的结构，使之不采用复杂的侧向抽芯机构或特殊结构。

2脱模斜度

为了顺利脱模，塑件的内外表面沿脱模方向一般应设计一定的斜度。常用的脱模斜度值为1一1.5，压制成型深度较大的塑件时，要求凸模的斜度略大于凹模的斜度，使塑件的下部壁厚大一些，以便在合模时，由于尖劈的作用使塑件上部密度得到保证。

3壁厚

塑件壁厚的确定，既要考虑使用要求，还要考虑成型工艺的要求。这些要求是：要具有足够的强度和刚度，壁厚不能过大或过小.过小将引起塑料熔体的流动阻力过大，影响型腔的充满；过大可能产生缩孔或凹痕.也可能使怜却时间过长或造成成本偏高。在脱模时.塑件能经受脱模机构的振动与冲击，装配时能承受紧固力。

4加强筋

用增加壁厚的办法来提高塑件的强度和避免制件变形翘曲是有效的，但受到多方面因素的制约。适当设计加强筋是增加塑件强度和刚度的有效办法。给出一个采用加强筋的例子.它表明，在壁厚合理的条件下，加强筋可使塑件获得足够的强度和刚度。需要注意，加强筋的厚度不宜过大，否则容易在其对应的壁上产生凹陷，加强筋还必须有足够的斜度，其底部应呈口角过渡.此外，将薄壳状制件做成球面或拱曲面，在薄壁容器的边缘卷边，也能有效地提高塑件的强度与刚度。

5圆角

塑件的转角处一般应采用圆弧过渡，以避免在塑件的尖角处出现应力集中，增加强度，防止塑件在脱模过程当中开裂或受冲击时发生破裂.此外，圆角还能改善塑料的充模特性.

6孔

塑件上的孔有通孔、不通孔、螺纹孔和形狀复杂的孔等几种，它们的出现不应削弱塑件的强度.孔与孔之间和孔与边壁之间均应留有足够的距离.对于塑件上的固定用孔或受力孔，可在其周边设计一凸台来加强。