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[摘 要]在对开发和构建注塑模具产品模块化设计平台的重要作用进行论述的基础上，设计了模块化产品平台的基本结构，并基于注塑模具模块化设计的实际需要，形成了模块化产品平台的构建的基本方法。在此基础上，构建了基于Pro/e的注塑模具产品模块化设计平台构建与开发的基本流程和方法，实现了注塑模具产品的模块化设计。
[关键词]注塑模具；模块化设计；CAD/CAM
中图分类号：TQ320.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0083-01
1、开发和构建注塑模具产品模块化设计平台的重要作用
在当前的模具行业已经属于技术和资金密集型行业，其在工艺装备制造中形成了一个重要的分支。随着塑料材料性能的提高以及塑料用品类型的增加，注塑成型工艺得到了快速的发展。但是，由于注塑成型工艺相对复杂，在模具设计过程中需要考虑诸多的问题，不论是在模具的整体结构布置还是在零件设计构造过程中，都没有一成不变的设计方法，需要根据具体的产品要求进行具体设计。而不同的设计人员根据对应的设计因素会形成对应的结构设计方案，存在着较大的灵活性。同时，注塑模具多采用订单式生产方式，具有品种类型多、批量小、工期短等特点，所以在注塑模具设计过程中急需一种自动化程度高的集成设计开发技术平台。而当前国内外广泛采用的是智能化、集成化程度较高的设计技术和方法来提高模具设计的效率和质量。面向注塑产品的设计方法能够最大程度的实现设计资源共享，从而实现对相关产品设计的统一集成管理，最终构建一个成熟而通用程度高的模具产品设计平台，能够快速响应市场对产品的需要，从而提高模具涉及企业的竞争能力。
2、模块化产品平台的基本组成
通常，一个具体的模块化产品平台是针对具有共性特点的产品族而开发设计的，通过将既有的模块化设计理论作为根据，构建一个具有较好通用性能的的大型设计平台，其基本原理如图1所示。
一个完整的模块化产品设计平台包括零件、部件以及接口等部分，其具有较好的通用性，其对应的模块能够进行组合和更换。同时，各个模块之间又具有对应的独立性，其有多个零件构成一个相对独立的部件，通过标准接口与其他的部件相互连接，具备对应的互换性。因此，可以将模块化产品平台定义为：以提高设计效率为目的，将模块作为基本单元，面向具体的具有通用性的产品族，基于模块化设计的基本理念，并使用多种设计知识与经验，在CAD系统支持下构件完成的一个综合性设计系统。
3、模块化产品平台的构建的基本方法
采取模块化思想进行产品平台的设计过程中，模块化产品平台的构建方法是基本内容。一个科学合理的产品平台构建方法不但影响到与之相连接的专门模块的具体功能划分和设计，还与整个产品族是否能够满足市场的需要以及后续的更新和改进潜能直接相关。通常，采取由顶向下和由底向上两种方法构建产品平台的设计系统。本文在此基础上，基于由底向上方法提出一种基于功能分析的模块化产品设计平台构建方法，将产品的功能按照对应的单元进行布置和具体排列，然后从分析得到的功能映射到具体的零部件，然后在零部件之间进行连接、耦合。在整个过程中需要解决的关键问题在于产品族中选择合理的结构作为产品模块基础，那些特征可以提取出作为个性模块。通过这种设计方法能够对产品族的基本结构进行优化，提取出可以作为产品平台的通用性模块，从而满足市场中不同类型的个性化产品需要。
在具体的设计过程中，就是在产品结构以及功能分析的基础上，形成完整的产品功能图，采取模块划分的方式得到具有模块属性的矩阵，并在此基础上构建产品平台。整个产品平台分为通用部分和可调节个性部分。对于注塑模具设计人员而言，可以根据订单的实际需求对其中的可调节个性部分进行对应的修改，通过添加对应的产品个性特点快速得到不同类型的注塑模具产品。
4、基于Pro/e的注塑模具产品模块化设计平台构建与开发
4.1 注塑模具产品模块化设计平台构建与开发系统架构
当前，针对注塑模具设计的CAD系统多维通用机械设计与制造软件，包括常见的Pro/e、CATIA、UG等软件。其都没有针对注塑模具的设计和开发进行具体设计，所以直接使用这些既有的软件进行开发和设计将导致涉及效率较低、人机界面不友好等问题。因此，需要对这些软件进行二次开发，根据注塑模具设计的实际需要开发对应的扩展功能，形成一个专门的注塑模具设计系统，使得注塑模具设计的标准化程度以及设计效率得到显著提高。
4.2 设计与开发系统的总体架构分析与设计
注塑模具通常包括成型零部件、浇注系统、合模导向机构、推出机构分型抽芯机构、温度调节系统、排气结构、支承零部件等几个主要结构。从这个角度来看，注塑模具的设计工作涉及的零部件类型较多，而且重复性较强，因此需要将模具设计人员从大量的重复劳动中解脱出来。因此，设计的模块化设计平台应该能够实现模具结构数据的查询、计算、修改、图像显示以及图形绘制等功能。为了实现上述基本功能，必须建立对应的注塑模具三维零件库，设计人员只需要在界面输入对应的设计参数之后，通过主程序运行就能够得到具体的设计参数，然后使用Pro/TOOLKIT程序直接驱动Pro/e生成得到新的零件模型。
基于上述分析，一个完整的注塑模具CAD系统应该包括这样三个主要的构成部分：参数化零件模型库、用户管理界面以及系统主程序。其中，参数化零部件模型库使用Pro/e的特征建模与族表功能予以实现；系统主程序基于VC++的Pro/TOOLKIT进行编程得到；用户设计与管理界面则分别使用Pro/TOOLKIT以及MFC类进行具体构造。
4.3 标准零件库的开发
标准零件库的开发是注塑模具产品模块化设计的主要内容，因此本文单独进行论述。其主要功能在于设计定位元件、复位元件、导套等重复性较强的零部件，在设计过程中只需要选择对应的零部件插入即可，其基本原理如图2所示。
为了实现注塑模具中标准化产品库的生成，采用族表方法进行零件模型标准库的建模。其中，族表使用Pro/e软件进行标准化和系列化的设计，基于相类似的结构和特征尺寸开发和构建一个通用的模型，然后将不同系列的尺寸以数据形式存储于数据表中，而在数据表中只需要针对对应的零件重新驱动、更新即可，不需要重新建模。最终实现了注塑模具的模块化设计，提高模具的设计效率。
参考文献
[1] 秦杰. 注塑模具产品模块化设计平台的构建及其系统开发[J]. 广东工业大学， 2011.
[2] 楼锡银.机电产品绿色设计技术与评价[M].浙江大学出版社，2010.
[关键词]注塑模具；模块化设计；CAD/CAM
中图分类号：TQ320.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0083-01
1、开发和构建注塑模具产品模块化设计平台的重要作用
在当前的模具行业已经属于技术和资金密集型行业，其在工艺装备制造中形成了一个重要的分支。随着塑料材料性能的提高以及塑料用品类型的增加，注塑成型工艺得到了快速的发展。但是，由于注塑成型工艺相对复杂，在模具设计过程中需要考虑诸多的问题，不论是在模具的整体结构布置还是在零件设计构造过程中，都没有一成不变的设计方法，需要根据具体的产品要求进行具体设计。而不同的设计人员根据对应的设计因素会形成对应的结构设计方案，存在着较大的灵活性。同时，注塑模具多采用订单式生产方式，具有品种类型多、批量小、工期短等特点，所以在注塑模具设计过程中急需一种自动化程度高的集成设计开发技术平台。而当前国内外广泛采用的是智能化、集成化程度较高的设计技术和方法来提高模具设计的效率和质量。面向注塑产品的设计方法能够最大程度的实现设计资源共享，从而实现对相关产品设计的统一集成管理，最终构建一个成熟而通用程度高的模具产品设计平台，能够快速响应市场对产品的需要，从而提高模具涉及企业的竞争能力。
2、模块化产品平台的基本组成
通常，一个具体的模块化产品平台是针对具有共性特点的产品族而开发设计的，通过将既有的模块化设计理论作为根据，构建一个具有较好通用性能的的大型设计平台，其基本原理如图1所示。
一个完整的模块化产品设计平台包括零件、部件以及接口等部分，其具有较好的通用性，其对应的模块能够进行组合和更换。同时，各个模块之间又具有对应的独立性，其有多个零件构成一个相对独立的部件，通过标准接口与其他的部件相互连接，具备对应的互换性。因此，可以将模块化产品平台定义为：以提高设计效率为目的，将模块作为基本单元，面向具体的具有通用性的产品族，基于模块化设计的基本理念，并使用多种设计知识与经验，在CAD系统支持下构件完成的一个综合性设计系统。
3、模块化产品平台的构建的基本方法
采取模块化思想进行产品平台的设计过程中，模块化产品平台的构建方法是基本内容。一个科学合理的产品平台构建方法不但影响到与之相连接的专门模块的具体功能划分和设计，还与整个产品族是否能够满足市场的需要以及后续的更新和改进潜能直接相关。通常，采取由顶向下和由底向上两种方法构建产品平台的设计系统。本文在此基础上，基于由底向上方法提出一种基于功能分析的模块化产品设计平台构建方法，将产品的功能按照对应的单元进行布置和具体排列，然后从分析得到的功能映射到具体的零部件，然后在零部件之间进行连接、耦合。在整个过程中需要解决的关键问题在于产品族中选择合理的结构作为产品模块基础，那些特征可以提取出作为个性模块。通过这种设计方法能够对产品族的基本结构进行优化，提取出可以作为产品平台的通用性模块，从而满足市场中不同类型的个性化产品需要。
在具体的设计过程中，就是在产品结构以及功能分析的基础上，形成完整的产品功能图，采取模块划分的方式得到具有模块属性的矩阵，并在此基础上构建产品平台。整个产品平台分为通用部分和可调节个性部分。对于注塑模具设计人员而言，可以根据订单的实际需求对其中的可调节个性部分进行对应的修改，通过添加对应的产品个性特点快速得到不同类型的注塑模具产品。
4、基于Pro/e的注塑模具产品模块化设计平台构建与开发
4.1 注塑模具产品模块化设计平台构建与开发系统架构
当前，针对注塑模具设计的CAD系统多维通用机械设计与制造软件，包括常见的Pro/e、CATIA、UG等软件。其都没有针对注塑模具的设计和开发进行具体设计，所以直接使用这些既有的软件进行开发和设计将导致涉及效率较低、人机界面不友好等问题。因此，需要对这些软件进行二次开发，根据注塑模具设计的实际需要开发对应的扩展功能，形成一个专门的注塑模具设计系统，使得注塑模具设计的标准化程度以及设计效率得到显著提高。
4.2 设计与开发系统的总体架构分析与设计
注塑模具通常包括成型零部件、浇注系统、合模导向机构、推出机构分型抽芯机构、温度调节系统、排气结构、支承零部件等几个主要结构。从这个角度来看，注塑模具的设计工作涉及的零部件类型较多，而且重复性较强，因此需要将模具设计人员从大量的重复劳动中解脱出来。因此，设计的模块化设计平台应该能够实现模具结构数据的查询、计算、修改、图像显示以及图形绘制等功能。为了实现上述基本功能，必须建立对应的注塑模具三维零件库，设计人员只需要在界面输入对应的设计参数之后，通过主程序运行就能够得到具体的设计参数，然后使用Pro/TOOLKIT程序直接驱动Pro/e生成得到新的零件模型。
基于上述分析，一个完整的注塑模具CAD系统应该包括这样三个主要的构成部分：参数化零件模型库、用户管理界面以及系统主程序。其中，参数化零部件模型库使用Pro/e的特征建模与族表功能予以实现；系统主程序基于VC++的Pro/TOOLKIT进行编程得到；用户设计与管理界面则分别使用Pro/TOOLKIT以及MFC类进行具体构造。
4.3 标准零件库的开发
标准零件库的开发是注塑模具产品模块化设计的主要内容，因此本文单独进行论述。其主要功能在于设计定位元件、复位元件、导套等重复性较强的零部件，在设计过程中只需要选择对应的零部件插入即可，其基本原理如图2所示。
为了实现注塑模具中标准化产品库的生成，采用族表方法进行零件模型标准库的建模。其中，族表使用Pro/e软件进行标准化和系列化的设计，基于相类似的结构和特征尺寸开发和构建一个通用的模型，然后将不同系列的尺寸以数据形式存储于数据表中，而在数据表中只需要针对对应的零件重新驱动、更新即可，不需要重新建模。最终实现了注塑模具的模块化设计，提高模具的设计效率。
参考文献
[1] 秦杰. 注塑模具产品模块化设计平台的构建及其系统开发[J]. 广东工业大学， 2011.
[2] 楼锡银.机电产品绿色设计技术与评价[M].浙江大学出版社，2010.