如何提升网站性能？活络模具（分块模）的功能与特性详解

何为活动模具（分块模）及其功能和特性

活动模具（以下简称“活动模具”）技术要求高，构造繁复，组成部件众多，体积庞大、重量沉，且对精度有严格要求。加之轮胎硫化工艺及过程复杂，难以在模具厂进行试模等因素限制，设计缺陷往往难以及时被发现，导致模具结构运动时产生干涉，严重时甚至导致模具报废，因此，对活动模具进行三维运动仿真显得尤为必要。

活动模具的运动特性

与多数其他类型的模具相似，活动模具通常也由动模和定模两部分构成，在轮胎模具行业，我们称之为“上模”和“下模”，具体结构见图1。上模包括上盖、中模套、滑块、上侧板、花纹块及导向机构等，安装在硫化机的移动模板上，在轮胎硫化成型过程中，它随硫化机上的合模系统运动。下模包括底座、下侧板等，安装在硫化机的固定模板上。硫化成型时，上模和下模闭合，胶囊充气扩张形成封闭的型腔，事先缠绕成型的胎坯套在胶囊外面，在胶囊的张力作用下贴合在型腔内壁，高温保压进行硫化。硫化成型后开模，上模与下模分离，然后由硫化机的机械手取出轮胎制品。

图1活动模具的结构

在轮胎生产过程中，活动模具的运动形式相对简单，其开模及合模均沿同一方向作直线运动，活动机构沿径向作直线运动。

合模时，在硫化机的动力作用下，合模力通过中模套的斜面施压于滑块的斜面，形成滑块移动的动力，在中模套的导向斜面及装在滑块上导向条的导向下，滑块进行径向滑动，从而带动装在滑块上的花纹块合拢，完全合拢后，中模套内圆锥面与滑块的外圆锥面达到轻微的线性接触状态，既不会有过量的导向度，还可以保证一定的热传递效果。

开模时，在硫化机的带动下，中模套与上盖向上运动，由于滑块与花纹块有自重，在中模套斜平面及导向条的导向下开始下滑，同时向外张开直至最终脱胎。

通过上述分析可以看出，活动模具在运动的过程中，一部分零部件固定不动，另一部分零件随着硫化机的上模板移动一段距离X，而滑块及花纹块在移动的同时，在导向机构的作用下，则沿径向移动一段距离Y，X、Y统称为“活动模具的开模行程”，其余的零部件移动的距离小于开模行程。

三维运动仿真

1.运动仿真原理

运动仿真的内容主要包括：静力学（Static）分析、运动学（Kinematic）分析和动力学（Dynamic）分析。当系统或机构受到静载荷时，确定在运动副制约下的系统平衡位置以及运动副静反力的问题，属静力学内容；在不考虑系统运动起因的情况下研究各部件的位置与姿态及其变化速度与加速度的关系，属运动学内容；而讨论载荷与系统的关系则属动力学内容。

笔者采用UG NX3.0作为仿真平台，通过Modeling功能设计并建立活动模具的三维实体模型，然后利用Motion（运动仿真）功能建立运动仿真模型。UG/Motion模块集成了Mechanical Dynamics公司（MDI）的ADAMS/Kinematics解算器，这个嵌入式软件代码是求解运动分析方案所用的处理器，可实现对任何二维、三维机构或系统进行复杂的静力学分析、运动学分析、动力学分析及设计仿真。

我们的仿真运算过程如下：

（1）前处理器：创建运动分析方案是分析过程的前处理（Pre-Processing）阶段，利用这些分析方案得到的信息生成内部的ADAMS输入数据文件，再传送到ADAMS解算器；

（2）求解过程（Processing）： ADMAMS解算器处理输入数据，确定递交分析方案的解，并生成内部的ADAMS输出数据文件，再传送到运动分析模块中；

（3）后处理（Post-Processing）： Motion模块解释ADAMS的输出数据文件，并转换成动画、图表及报表文件。

2.运动仿真过程

我们基于UG NX3.0软件平台来实现活动模具的运动仿真。在此之前，我们必须先在UG NX3.0软件平台下建立活动模具的三维造型，图2是其中几个主要零部件的三维造型。

图2活动模具主要零部件的三维造型

运动仿真实现的步骤一般包括如下几步：

（1）建立运动场景

运动场景（Scenario）是整个运动仿真过程的入口，是运动模型的载体，运动模型的全部数据都存储在运动场景之中。建立运动场景后，可对三维实体模型设置各种运动参数，然后对由这些运动参数所构建的运动模型进行运动仿真。

要建立运动场景，先要打开UG/Motion（运动仿真）的主界面。在UG的主界面中选择菜单命令Application→Motion进入运动仿真界面，之后，在右侧导航栏中选择Scenario Navigator（场景导航），系统将会自动打开运动场景导航窗口。

在模型的右键快捷菜单中选择New Scenario菜单项，建立一个新的运动场景，默认名称为Scenario_1，类型为Motion，运动仿真环境为静态动力学仿真（Static& Dynamics），该信息将显示在运动场景导航窗口中，并且运动仿真各工具栏项将变为可操作的状态。

运动场景建立后便可以对三维实体模型设置各种运动参数了。在该场景中设立的所有运动参数都将存储在该运动场景之中，由这些运动参数所构建的运动模型也将以该运动场景为载体进行运动仿真。重复该操作可以在同一个Master Model下设立各种不同的运动场景，比如通过设置不同的运动参数，实现不同的运动。

（2）构建运动模型

运动模型包括连杆特性与运动副。构件和运动副是整个运动机构的两大基本要素，对机构进行运动统一建模，不可避免地要对机构的拓扑进行有效表达。这些关系在Motion模块的算法中有所体现。连杆指运动分析过程中所操作的实体对象，是Modeling与Motion功能之间的连接纽带。机构的运动副是连接相邻两构件的一种运动约束的力学抽象，是铰链的物理背景。通过建立运动副才能组成相应的运动机构，从而进行后续的运动仿真。

运动模型涵盖连杆属性与运动连接。部件与运动连接构成运动机构的两大基础要素，对机构实施运动整体建模，必然需要对机构的结构进行有效描述。这些联系在Motion模块的算法中得到了体现。连杆指运动分析环节中操作的实际对象，是Modeling与Motion功能间的桥梁。机构的运动连接是连接相邻两个部件的一种运动约束的力学抽象，是铰链的物理基础。通过建立运动连接才能构成相应的运动机构，进而进行后续的运动模拟。

在活络模具的运动分析环节，依据各个零部件的相互装配关系，通过连杆逐一建立Modeling与Motion功能间的连接，各个运动机构间的运动连接相对简单，均为滑动连接。滑动连接是两个相连部件互相接触并保持相对滑动，可以实现一个部件相对于另一个部件的直线运动，它有两种形式：一种是滑动部件为自由滑动部件，在另一部件上产生相对滑动；一种为滑动连接在机架上，在静止表面上滑动。

完成上述过程后，我们将看到图3所示的画面。

图3构建运动场景

（3）运动参数

运动参数是赋予运动连接相应的控制运动的参数，是驱动整个机运动的关键部分，即运动连接的驱动力。Motion模块提供了4种驱动：恒定驱动（Constant）、简谐运动驱动（Harmonic）、运动函数（General）与关节运动驱动（Articulation）。在实际的机构运动分析中，复杂的运动只有通过运动函数进行模拟，赋予连杆以精确的运动。在活络模具的运动分析中，活络模具的运动形式相对简单，因此我们设定为恒定驱动（Constant）即可。

（4）运动模拟

运动模拟是一种基于时间的运动形式，机构在指定的时间段内运动，并同时指定该时间段中的步数，从而进行运动分析。通过对运动分析过程的控制，可以直观地以动画的形式输出运动模型的不同运动状况，可以比较准确地模拟分析所设计的模具机构的真实运动情况（见图4）。

图4活络模具机构的运动模拟

3.碰撞检测

UG/Motion模块还可以进行机构的碰撞检测，跟踪零件的运动轨迹，从而可以检测出模具设计过程中容易忽视的一些问题，提高设计的效率与质量。

装配环境下的碰撞检测分为静态碰撞检测和动态碰撞检测。静态碰撞检测是指在某个特定位置关系下，检测装配体中各个零部件间的碰撞。动态碰撞检测是指在运动过程中检测碰撞。在碰撞检测中一般可以选择是检测全部的零件，还是某几个零件间的碰撞情况。

在本文中采用的是动态碰撞检测，即通过模拟模具的运动过程来检测是否存在碰撞。模具的运动模拟过程中发生碰撞的原因主要有3个：运动分组和运动参数设置不当；设计不当；系统本身的误差。在模具运动模拟的过程中若出现碰撞，首先需检查运动参数的设置是否合理，并对运动方向和运动距离进行重新设置，如果各项运动参数的设置没有问题，则要检查碰撞零件的相交部分是否存在不合理的结构，如果有问题则要修改模具的结构。

三维运动模拟技术具有经济、安全、实验周期短等特点，通过活络模具机构的三维运动模拟模拟其开模及合模运动过程，可以实时地检测出零部件之间的碰撞，从而可以直观地看到整个活络模具的运动过程，同时也可以分析其运动的极限位置、空间运动位置、运动参数以及轨迹包络等内容。这样，设计人员在轮胎厂试模之前就可以提前对可能出现的问题做出精确的预测，改进和优化设计，为活络模具的合理设计提供科学依据。

RDWorksV8激光切割软件：路径优化

进入设置界面，点击工具栏【处理】-【路径优化】。此功能允许用户调整激光切割路径以提高效率和质量。路径优化选项包括原始路径、飞行切割、按图层顺序、由内到外、分块处理。

原始路径遵循图形生成时的原始路径进行加工。飞行切割在多个图形沿同一直线排列时使用，以减少加工时间，尽管V8版本未提供此功能，但此说明为辅助说明。

按图层顺序遵循图层排列顺序进行加工。由内到外选项适用于内部包含其他图形的切割场景。不勾选此功能则从外到内切割。

分块处理根据分块高度对比图形高度，优先加工分块高度内的图形。

对于分散图形，分块处理高度不同，加工顺序也不同。例如，分块处理高度为100mm时，将优先加工红色区域内的图形以及与红色区域接触的图形。若修改为200mm，则所有在该高度范围内的图形，包括与红色区域接触的图形，都将被优先加工。当处理高度为300mm时，将优先加工所有黄色区域内的图形。

阵列图形的加工顺序同样取决于分块处理高度。例如，分块处理高度为50mm时，将依次加工黑色区域内的图形。若调整为110mm，则将依次加工红色区域内的图形，直到蓝色区域内的图形。当处理高度为300mm时，将依次加工蓝色区域内的所有图形。

路径优化图提供了从上到下、从右到左以及从左到右的不同路径优化视角，帮助用户更好地理解和应用路径优化功能。

设置路径优化步骤如下：点击菜单栏【处理】→【路径优化】。当图形内部包含其他图形时，勾选【从内到外】，选择【单个从内到外，寻找切割点】并点击【确定】。通过此功能，用户可以优化切割起点，自动确定切割起点和方向，以及进行间隙补偿优化，以适应不同机器条件。