王 琛

(南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210037)

塑料件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既要考慮造型，又要考慮結(jié)構(gòu)與工藝。好的塑料件產(chǎn)品，不僅包括具有美感的造型，還包括設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在節(jié)省材料的基礎(chǔ)上，增加塑料件結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度[1]。同時(shí)，符合塑料件的成型工藝要求，易于塑造成型，避免產(chǎn)生缺陷。特征建模是機(jī)械類(lèi)三維設(shè)計(jì)軟件特有的建模方式，它將產(chǎn)品的建模過(guò)程分解為特征的疊加過(guò)程，塑料件中的典型結(jié)構(gòu)可以通過(guò)軟件中的對(duì)應(yīng)特征進(jìn)行創(chuàng)建，因此建模過(guò)程變的更加簡(jiǎn)單直觀[2]。通過(guò)特征建模的方式對(duì)塑料件產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)塑料件的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類(lèi)整理、有序編輯、優(yōu)化選用、分合操作。讓每個(gè)特征都在工藝規(guī)范下進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程和塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則結(jié)合在一起。從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理，易于加工的塑料件產(chǎn)品。

塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常用軟件包括SolidWorks和ProE。兩款軟件都是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)方法和特征建模方式的三維設(shè)計(jì)軟件[3]。SolidWorks軟件側(cè)重于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，ProE軟件側(cè)重于模具與曲面造型設(shè)計(jì)。相比較而言，SolidWorks軟件的建模思路和操作邏輯更易于理解，其特征種類(lèi)與塑料件的結(jié)構(gòu)分類(lèi)更加一致，并且完全包含。因此，本文選用SolidWorks軟件對(duì)特征建模方式在塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探究，總結(jié)基于SolidWorks軟件的塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

1 塑料件結(jié)構(gòu)分類(lèi)

塑料件的典型結(jié)構(gòu)包括：殼體、圓角、加強(qiáng)筋、螺絲柱、限位骨、定位柱、止口、反止口、卡扣等[4]。其中基本結(jié)構(gòu)包括：殼體、圓角、加強(qiáng)筋。塑料件選用結(jié)構(gòu)包括：螺絲柱、定位柱、限位骨、止口、反止口、卡扣。選用結(jié)構(gòu)需要根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的曲面造型、受力情況、加工方式、裝配類(lèi)型等進(jìn)行選用。塑料件的典型結(jié)構(gòu)可以通過(guò)SolidWorks軟件中的對(duì)應(yīng)特征進(jìn)行創(chuàng)建。例如：殼體結(jié)構(gòu)通過(guò)拔模特征和抽殼特征進(jìn)行創(chuàng)建；圓角結(jié)構(gòu)通過(guò)倒圓角特征進(jìn)行創(chuàng)建；加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、限位骨結(jié)構(gòu)通過(guò)筋特征進(jìn)行創(chuàng)建；螺絲柱結(jié)構(gòu)、定位柱結(jié)構(gòu)通過(guò)拉伸凸臺(tái)特征或裝配凸臺(tái)特征進(jìn)行創(chuàng)建；止口結(jié)構(gòu)通過(guò)唇緣凹槽特征進(jìn)行創(chuàng)建；反止口結(jié)構(gòu)通過(guò)拉伸凸臺(tái)特征進(jìn)行創(chuàng)建；卡扣結(jié)構(gòu)通過(guò)拉伸凸臺(tái)、拉伸切除特征或彈簧扣、彈簧扣凹槽特征進(jìn)行創(chuàng)建。

2 特征編輯順序

SolidWorks軟件中的特征編輯順序影響了塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性[5]。通常情況下，SolidWorks特征編輯分為三個(gè)步驟：第一步對(duì)圓角和殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征編輯，對(duì)圓角和殼體結(jié)構(gòu)的特征編輯是在完成第一個(gè)基體創(chuàng)建后進(jìn)行的。殼體結(jié)構(gòu)包含拔模特征和抽殼特征，拔模特征是對(duì)基體進(jìn)行拔模操作，以方便實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中塑料件的脫模。抽殼特征是對(duì)基體進(jìn)行抽殼操作，使塑料件在任一切面方向都具有均一厚度。圓角特征是為了避免應(yīng)力集中，改善塑料件的流動(dòng)情況[6]。第二步對(duì)加強(qiáng)筋、螺絲柱、定位柱和限位骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征編輯。由于加強(qiáng)筋、螺絲柱、定位柱和限位骨結(jié)構(gòu)都存在筋的特征，在進(jìn)行對(duì)應(yīng)特征編輯時(shí)，將同類(lèi)特征進(jìn)行合并操作。筋的特征形式多樣，既可以單獨(dú)使用，用于對(duì)結(jié)構(gòu)中薄弱的部分進(jìn)行增強(qiáng)，又可以結(jié)合螺絲柱、定位柱、限位骨進(jìn)行使用，形成螺絲柱加強(qiáng)筋、定位柱加強(qiáng)筋、限位骨加強(qiáng)筋[7]。第三步對(duì)止口、反止口和卡扣結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征編輯。由于止口、反止口和卡扣結(jié)構(gòu)都需要結(jié)合整體結(jié)構(gòu)(上殼、下殼結(jié)構(gòu))對(duì)局部特征進(jìn)行編輯[8]。因此，止口、反止口和卡扣結(jié)構(gòu)都需要在其余特征編輯完成后，在相互配合的上下殼體上進(jìn)行對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建。

3 特征創(chuàng)建方式

SolidWorks軟件中塑料件結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建方式包括基本特征創(chuàng)建方式與專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式[9]。基本特征創(chuàng)建方式是通過(guò)如掃描、掃描切除、拉伸凸臺(tái)、拉伸切除等基本特征操作完成塑料件結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建的方式。專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式是通過(guò)如裝配凸臺(tái)、彈簧扣、彈簧扣凹槽、唇緣和凹槽等專(zhuān)用特征操作完成塑料件結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建的方式。專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式和基本特征創(chuàng)建方式對(duì)于大部分塑料件結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建效果相同。相較而言，專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式比基本特征創(chuàng)建方式操作更加快捷。例如對(duì)塑料件上下殼體中的止口結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征創(chuàng)建時(shí)。專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式是通過(guò)對(duì)唇緣和凹槽特征的編輯而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建，特征編輯過(guò)程僅需選擇公止口結(jié)構(gòu)和母止口結(jié)構(gòu)中互為接觸的面，以及需要進(jìn)行特征設(shè)置的邊輪廓，軟件即可自動(dòng)生成一對(duì)互為配合的公止口結(jié)構(gòu)和母止口結(jié)構(gòu)。基本特征創(chuàng)建方式是通過(guò)分別對(duì)上下殼體進(jìn)行掃描切除特征的編輯而完成結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建，特征編輯過(guò)程需要對(duì)上下殼體分別進(jìn)行草圖繪制，草圖繪制過(guò)程需要參考止口尺寸設(shè)計(jì)原則，同時(shí)還要兼顧配合要求。草圖繪制完成后，對(duì)上下殼體分別進(jìn)行掃描切除，以生成一對(duì)互為配合的公止口結(jié)構(gòu)和母止口結(jié)構(gòu)。

雖然專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式比基本特征創(chuàng)建方式更加便捷，但其特征創(chuàng)建范圍比后者特征創(chuàng)建范圍小。對(duì)于如卡扣結(jié)構(gòu)中除彈簧扣之外的其他卡扣結(jié)構(gòu)形式，專(zhuān)用特征創(chuàng)建方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建。此時(shí)，還需要使用基本特征創(chuàng)建方式，通過(guò)草圖繪制、拉伸凸臺(tái)和拉伸切除等操作完成結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建。

4 特征分合操作

SolidWorks軟件中對(duì)塑料件結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行創(chuàng)建時(shí)，需要將整體建模思維和局部建模思維相結(jié)合，由此產(chǎn)生了塑料件結(jié)構(gòu)特征的分合操作[10-13]。分合操作需“有分有合”，“分”是指在同一零件文件中創(chuàng)建多個(gè)實(shí)體，這些實(shí)體不需要合并，各自完成結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建，結(jié)構(gòu)特征互相不關(guān)聯(lián)；“合”是指在對(duì)實(shí)體中兩個(gè)互為配合的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行創(chuàng)建時(shí)，需要對(duì)兩個(gè)互為配合的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征的關(guān)聯(lián)與配合。例如對(duì)上下殼體中的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征創(chuàng)建時(shí)，由于上下殼體中加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)布置位置及數(shù)量不同，因此互不關(guān)聯(lián)，需要分開(kāi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建。而對(duì)上下殼體中的螺絲柱和螺絲過(guò)孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征創(chuàng)建時(shí)，由于上下殼體中的螺絲柱和螺絲過(guò)孔結(jié)構(gòu)互為配合，需要將兩個(gè)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)創(chuàng)建，包含尺寸關(guān)聯(lián)和位置關(guān)聯(lián)。首先隱藏上殼體結(jié)構(gòu)，完成下殼體中螺絲柱結(jié)構(gòu)特征的定位與創(chuàng)建，完成下殼體螺絲柱結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建同時(shí)，上殼體中螺絲過(guò)孔的位置和尺寸可直接關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)于螺絲柱的位置和尺寸，從而快速完成兩個(gè)互為配合的結(jié)構(gòu)特征的創(chuàng)建。

5 小結(jié)

特征建模是機(jī)械類(lèi)三維設(shè)計(jì)軟件特有的建模方式，塑料件中的典型結(jié)構(gòu)可以通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件中的對(duì)應(yīng)特征進(jìn)行創(chuàng)建。SolidWorks軟件是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)方法和特征建模方式的三維設(shè)計(jì)軟件。通過(guò)SolidWorks軟件特征建模方式對(duì)塑料件產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)塑料件的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類(lèi)整理，有序編輯，優(yōu)化選用，分合操作。讓每個(gè)特征都在工藝規(guī)范下進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程和塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則結(jié)合在一起，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、易于加工的塑料件產(chǎn)品。