淺析Pro/E 軟件在高分子材料中的應(yīng)用

朱鐵峰ZHU Tie-feng

（吉林廣播電視大學(xué)，長(zhǎng)春 130022）

（Jilin Radio and TV University，Changchun 130022，China）

0 引言

第一個(gè)提出參數(shù)化設(shè)計(jì)概念的正是Pro/E，它不僅采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來解決特征的相關(guān)性問題，而且還采用模塊化方式，用戶不必安裝所有模塊，只需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇性安裝。正因?yàn)镻ro/E 的基于特征方式，所以它能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過程至生產(chǎn)過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)了并行工程設(shè)計(jì)。另外，Pro/E 采用的模塊方式，可以實(shí)現(xiàn)分別進(jìn)行草圖繪制、裝配設(shè)計(jì)、零件制作、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等操作，進(jìn)而保證了用戶可以按照自己的實(shí)際需要進(jìn)行選擇性使用。

1 Pro/E 軟件在高分子材料加工中的應(yīng)用

學(xué)生在自行設(shè)計(jì)塑料成型工藝和仿真成型加工實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，使用Pro/E 及其塑料顧問設(shè)計(jì)塑料袋提手和相關(guān)模具，使用計(jì)算機(jī)模擬冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和定出系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部聚合物分子取向進(jìn)行工藝分析。對(duì)于塑料在成型過程中容易出現(xiàn)的主要問題，可以通過計(jì)算機(jī)模擬填充和實(shí)際成型系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)。在成型過程中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題較多，一般來講主要是氣泡問題、熔接痕的位置問題，壓力和溫度的分布是否合理，成品的填充質(zhì)量問題等。

2 Pro/E 復(fù)合材料的建模流程

Pro/Composite 是Pro/ENGINEER 的符合材料設(shè)計(jì)專用模塊。通過利用該模塊，能夠提高創(chuàng)建復(fù)合材料的各個(gè)網(wǎng)層材料的真實(shí)性，對(duì)復(fù)合材料零件的各個(gè)層板的物理屬性和幾何屬性進(jìn)行非常近似的模擬，這樣就可以在很大程度上提高復(fù)合材料真實(shí)建模的模擬效果。在Pro/E 軟件中，通常把Pro/E 模型中的曲面作為復(fù)合零件設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，在創(chuàng)建符合材料零件的過程中，最關(guān)鍵的一步是要合理的參照一個(gè)含有曲面的零件，并以此零件的曲面作為基面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

Pro/Composite 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如下步驟：

①創(chuàng)建基面參考零件。一般來說，弧形面是基面，而兩端得矩形曲面屬于卷邊曲面，和基面交截的錐形曲面是凸緣曲面，基面上的圓形曲線用來創(chuàng)建芯特征。②新建零件，將子類型復(fù)合，選取已創(chuàng)建好的文件作參照，從小窗口選取弧形曲面作基面（若零件中僅一個(gè)曲面則無須選?。?，進(jìn)入復(fù)合材料設(shè)計(jì)環(huán)境。③從菜單管理器，零件→設(shè)置→材料→復(fù)合，添加新材料名稱，修改參數(shù)。④定義卷邊和凸緣。⑤定義網(wǎng)層：有3 種命令——芯（Core）、褶（ply）、預(yù)定格式（pre-form）。⑥實(shí)體化：從菜單管理器，零件→特征→創(chuàng)建→復(fù)合→實(shí)體化。⑦抽取芯零件。⑧修改特征→修改和查看工序→復(fù)合零件的橫截面→連接（attach）功能→工程圖。

3 基于Pro/E 系統(tǒng)的塑料模具材料庫(kù)的研究

塑料模具材料庫(kù)可以整合大多數(shù)塑料和塑料模具鋼的基本信息，其中最主要的是塑料材料的化學(xué)性能、物理性能和力學(xué)性能。在材料庫(kù)的構(gòu)建過程中，要綜合考慮不同設(shè)計(jì)者的多層次信息需求，以建立相對(duì)合理的信息數(shù)據(jù)框架，提高數(shù)據(jù)之間的交互銜接順暢度。這樣設(shè)計(jì)者可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中不同材料屬性的相互比較，實(shí)現(xiàn)科學(xué)精確的選取材料。

Pro/TOOLKIT 是Pro/E 軟件系統(tǒng)提供的用戶化開發(fā)工具箱，也就是API，運(yùn)用Pro/TOOLKIT 中提供的函數(shù)對(duì)Pro/E 進(jìn)行二次開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)與Pro/E 的無縫對(duì)接。Pro/TOOLKIT 支持在Windows2000/NT/XP 等操作系統(tǒng)中使用C 和C++語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，應(yīng)用VB 或VC++作為編輯器和連接器，生成dll 文件或exe 可執(zhí)行文件來實(shí)現(xiàn)程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試、編譯和連接。Pro/TOOLKIT 中的External ToolDatabase Access 部分可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入及對(duì)其特定字的定義和查詢。在建立塑料模具材料庫(kù)過程中，可以使用外部建庫(kù)，在外部建模之后就將其導(dǎo)入連接。設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常要對(duì)設(shè)計(jì)材料庫(kù)進(jìn)行添加、記憶和修改，Pro/TOOLKIT 函數(shù)中的（TextArea）具有數(shù)據(jù)補(bǔ)充修改功能，在設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員可以通過該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)材料庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充、完善和修改。

4 基于Pro/E 的橡膠護(hù)套模具設(shè)計(jì)與制造

4.1 模具的設(shè)計(jì) Pro/E 橡膠模具在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，其基本的流程如下：首先是在Pro/E 建模環(huán)境下，建立橡膠制件的三維模型，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定合適的分模平面，利用運(yùn)算與裁減實(shí)體等技術(shù)，使得模具的上下?？梢詼?zhǔn)確生成，然后利用橡膠制件生成模具的芯鐵，在此基礎(chǔ)上就可以順利完成輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?？傮w上來說，模具的設(shè)計(jì)過程中，要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：①科學(xué)創(chuàng)建橡膠制件的三維模型；②完成上下模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；③完成芯鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；④其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.2 模具材料的選擇 由于型腔上下模在實(shí)際過程中，需要被切削的最很大，因而對(duì)其表面的質(zhì)量有著相對(duì)較高的要求。在材料的選取使用上，要求材料的硬度控制在30-50HRC 之間，并且還要具備一定的任性和良好的延展性。具備上述性能是材料能夠?qū)崿F(xiàn)順利切削的基礎(chǔ)。模具材料，還要具備一定的抗腐蝕性，以保證塑件在生產(chǎn)過程中，表面的質(zhì)量達(dá)到要求。

4.3 模具制造 在這個(gè)環(huán)節(jié)，主要的工作步驟是對(duì)上模型腔下模型腔和芯鐵進(jìn)行加工，在完成模具的后，按照設(shè)計(jì)的模型為基礎(chǔ)，進(jìn)入Pro/E 后處理模塊進(jìn)行數(shù)控編程。在模具中的大部分零件，大部分可以使用數(shù)控銑加工制作，這種技術(shù)總體上看，能夠滿足大部分零件的數(shù)控銑削要求。由于上述設(shè)計(jì)的模具具有上下模型腔，在實(shí)際零件的加工制作環(huán)節(jié)，必須要高標(biāo)準(zhǔn)要求零件表面的質(zhì)量。因此，在這個(gè)過程中，需要首先使用數(shù)控銑對(duì)相關(guān)模具零件進(jìn)行粗加工，然后，在粗加工之后，就可以使用高速銑或模具雕銑機(jī)開始對(duì)零件進(jìn)行高速銑削精加工，這一步提高模具零件的加工精度，通過精度加工，可以大大提高零件的質(zhì)量。對(duì)于芯鐵來說，因?yàn)槠鋵?duì)表面的質(zhì)量沒有很高的要求，因此使用基本的數(shù)控銑即可對(duì)其進(jìn)行加工，并達(dá)到其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 采用Pro/E 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 使用Pro/E 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以大大節(jié)約在建立制件三維模型過程中的其他工作步驟，而僅需要樣件或產(chǎn)品的圖紙就可以。同時(shí)，基于Pro/E 軟件的優(yōu)秀設(shè)計(jì)能力和完善的功能，可以在設(shè)計(jì)過程中，不斷調(diào)整和完善模具的相關(guān)參數(shù)，使之更加科學(xué)合理，這樣就提高了模具設(shè)計(jì)的便捷性，節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間。此外，使用Pro/E 軟件設(shè)計(jì)的模具三維模型，在模擬演示材料按數(shù)控刀軌數(shù)據(jù)被去除時(shí)具有很好的效果，并能夠自動(dòng)迅速的生成數(shù)控代碼，從而減少編程技術(shù)人員的工作量，并在很大程度上提高了程序的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，較少失誤發(fā)生，提高整體的設(shè)計(jì)效率。

5 結(jié)論

由于Pro/E 軟件能夠有效地建立模型應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中的強(qiáng)大功能，在高分子材料加工業(yè)中得到了很好的發(fā)展，對(duì)Pro/E 軟件的開發(fā)和進(jìn)一步的利用是現(xiàn)在和以后要開展的工作。

[1]王春升.機(jī)械零件三維造型及虛擬裝配方法研究[J]，山西建筑，2008，34（30）：33-34.

[2]李海連.基于Pro/E 的橡膠護(hù)套模具設(shè)計(jì)與制造[J].CAJEPH，2009.

[3]譚永明，辛勇.基于Pro/E CAD 系統(tǒng)的塑料模具材料庫(kù)的研究與開發(fā)[J].模具工業(yè)，2009，10：7-8.