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战略合作单位:

 

基于树脂基复合材料成型模模块数据系统软件的开发

时间:2020-12-18   来源:《模具工业》   作者:何琪,朱祥东,任罡,杨涛,郑天骁,马洪英   浏览次数:270

何琪,朱祥东,任罡,杨涛,郑天骁,马洪英

(北京机科国创轻量化科学研究院有限公司,北京100083)

摘要:针对树脂基复合材料产品及其模具设计制造特点进行数据库架构,通过对数据进行有效的分析和分类的整合,搭建了储存树脂基复合材料成型模及其产品信息的后台SQL数据库和FTP服务器。基于VisualStiudio软件和C#语言编程,设计开发了树脂基复合材料成型模模块数据库系统软件,实现了树脂基复合材料产品和成型模的设计、选材、数值模拟及成型试模评价等相关数据库快速精确检索,有效缩短树脂基复合材料产品设计及模具开发的周期。

关键词:树脂基;复合材料;模具;数据库

 

0 引言

进入21世纪以来,全球复合材料市场增长迅速,我国更是处在复合材料市场快速发展的轨道上,在未来具备持续快速发展的潜力[1]。先进树脂基复合材料的研究深度、应用广度及其生产发展的规模和速度,已逐渐成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标准之一[2]。由于复合材料产品成型工艺种类繁多,如模压成型、喷射成型、拉挤成型、热压罐成型、RTM成型等,不同的成型工艺对模具的结构和材料又有不同的要求,而模具在复合材料产品制造过程中起举足轻重的作用,既决定产品结构,也影响产品品质和表面情况,复合材料成型模技术也随着复合材料技术的发展而快速发展[3]。数据库技术则是现代快速准确地对社会需求作出反应以发展生产力的先进关键技术之一[4]。因此,针对复合材料成型模的需求增长,开发树脂基复合材料成型模模块数据库,对缩短产品开发周期和提高企业的竞争力具有较大的推动作用。同时,数据库技术对复合材料和成型模技术的迅速发展也显得日益重要。

1 树脂基复合材料成型模模块数据系统软件总体设计构思

1.1 软件功能需求设计

针对先进树脂基复合材料及成形工艺和模具的特点,数据库系统软件功能设计主要组成如下:①方便的模具信息数据查询和管理功能,在具有权限的情况下,可方便地删除、添加数据;②针对模具CAD/CAE分析,数据库具有复合材料基础数据,便于设计人员检索;并针对模具图纸、零件图纸、模拟结果等信息数据查询和管理功能;③具有良好的人机交互界面;④具有审核权限的情况下,可审核并批准设计图;⑤数据计算自动完成,尽量减少人工干预;⑥业务流程自动控制,主动向用户提示业务流程信息。

1.2 系统框架总体方案设计

根据系统的功能特点和数据结构,将树脂基复合材料模具模块数据系统软件分为3层结构,如图1所示,包括用户界面、数据库系统平台和后台数据库。其中用户界面、数据库系统平台利用开发工具Visual Stiudio软件,使用C#语言进行编程设计,数据库系统平台作为中间层链接用户界面和后台数据库,实现用户界面对后台数据库中的数据检索与调用;后台数据库通过SQL Server软件建立,同时设立FTP服务器用于储存相关图纸、报告、文件资料等。用户只需点击操作界面中相应的功能模块选项,并输入特定参数,功能模块即调用ActiveX数据对象(activeX data object,ADO)程序接口建立与数据库的链接,完成相应数据的检索、计算功能,并以表格、文字、图形的方式显示给用户。

2 系统运行流程设计

通过模具对应的产品代码或名称进行模糊检索或精确检索,检索数据库中的模具数据,若已在库中则直接输出。若数据库中未含相关数据,则可导入相关数据或依照相关模块程序进行产品及模具的辅助开发并储存过程中的相关信息,如产品CAD/CAE、模具CAD/CAE、模具CAM及试模结果数据及其过程数据和相关文件。系统运行流程如图2所示。

3 后台数据库设计

后台数据库表格采用SQL Server软件设计,共包含19张数据表用于储存从产品设计和验证到模具设计、验证、制造和试模过程中的相关数据,并配合搭建FTP服务器实现产品模具开发过程的全数据储存管理。后台数据库表格包括复合材料基础性能数据表2张、产品相关信息数据表4张、模具相关信息数据表8张、其他辅助表格5张。通过模具制造的复合材料产品代码作为主键,关联所有相关表格,主要表格关系如图3所示。

3.1 复合材料基本信息后台数据表设计

为了储存和管理复合材料相关数据,针对复合材料模压工艺用模具成形产品,根据所用原料按成形工艺划分,主要分为热固性复合材料和热塑性复合材料。热固性树脂在固化前一般为带有高活性基团的小分子量聚合物或预聚物或低聚物[5],在受热成型过程中具有可塑性能、可软化或流动,制成一定形状,同时又发生不可逆的化学反应而交联固化[6]。热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能,在该过程中不起化学反应,在加热和冷却过程中均能保持这种性能的一类合成树脂,热塑性树脂一般为线型高分子量聚合物,能熔和能溶[7]。热塑性复合材料用于模压工艺较多采用玻璃纤维增强聚丙烯树脂基复合材料,热固性复合材料较多采用碳纤维增强环氧树脂复合材料[8]。针对这2种材料,设计了玻璃纤维增强聚丙烯树脂基复合材料数据表和热固性模压工艺碳纤维增强环氧树脂复合材料数据表,能涵盖其复合材料主要组成和性能及其特点。图4所示为玻璃纤维增强聚丙烯树脂基复合材料数据实体E-R图(也称实体-联系图(entity relationship diagram),提供了表示实体类型、属性和联系的方法,用来描述现实世界的概念模型),图5所示为碳纤维增强环氧树脂复合材料数据实体ER图。

3.2 复合材料制品信息后台数据表设计

针对模压工艺复合材料产品工艺特点、结构特点和产品开发规律,设计了4张相关信息数据表,并配合FTP服务器用于储存产品选材、设计和模拟验证等主要过程的相关数据。其中,产品CAD计划信息数据表用于储存对应产品设计的相关基础信息,包括产品代码、产品名称、项目总负责人、产品目标质量、产品成型工艺、产品尺寸等基础信息和任务计划信息,产品CAD计划信息实体的E-R图如图6所示。产品CAE计划信息数据表和产品CAE评价信息数据表用于储存产品模拟验证有关数据,涉及模态分析、冲击分析、装配体分析、静强度分析等汽车复合材料产品验证分析数据,产品CAE计划信息实体的E-R图如图7所示。

3.3 复合材料模具信息后台数据表设计

针对复合材料模压工艺用模具特点,从模具设计、验证和加工特点入手,设计了8张相关信息数据表,包括模具CAD计划信息数据表、模具CAE计划信息数据表、模具CAE平均信息数据表、模具CAM计划信息数据表、模具试模评价信息数据表等,并配合FTP服务器用于储存模具设计、加工、验证等过程的相关数据,如图纸、模拟结果和相关报告等。通过主键将对应产品设计、验证进行关联,实现了产品、模具、试制、验证全过程数据管理。图8所示为模具CAE评价信息实体E-R图,通过协同模具CAE计划信息数据表和FTP服务器,能实现包括模流分析、模具结构强度分析和温度场分析等模具验证分析的相关数据和报告的储存。图9所示为模具CAD基础信息视图设计,通过多表格进行联系与关联,实现了模具设计信息总览,并通过功能模块和操作界面实现了全面快速的信息检索。系统内各表格既可独立进行操作,又存在相互联系,便于数据协同管理。

为了便于模具选材,设计了模具材料选材数据表、模具钢化学成分数据表、模具钢性能特点和用途数据表,将其用于储存模具材料信息数据,能通过功能模块连接实现辅助选材以及模具材料的添加、修改和删除。

3.4 FTP服务器文件结构设计

由于SQLServer数据库特点,不便于储存较大的文件,如图纸、模拟结果、报告等,在此搭建FTP服务用于与后台数据库的关联,并通过功能模块实现相关数据的储存、上传、下载和管理。FTP服务器文件储存的每个数据均可独立储存,并通过对模具及其对应的产品设计、模拟、验证、试制和评价等过程分析,实现结构设计。图10所示为FTP服务器中某模具文件主要储存结构,储存了对应的复合材料制品及其模具的相关信息数据。

4 平台功能的实现

复合材料成型多功能模具模块数据库管理系统的块功能结构如图11所示,包括对模具数据、图纸、三维模型、模具对应零部件数据、汽车零部件CAE分析、模具设计、模具结构加工等各方面数据的管理。

通过对ADO技术的研究,搭建数据库系统平台,使其成为用户界面和后台数据库之间的桥梁。共设计了27个功能窗体,实现了软件的数据检索、资料上传下载、比较、编辑、进度监控和协同管理等功能。同时,设计的主界面包含菜单栏、快捷工具栏和导航栏等,便于快速找到用户所需的功能模块。

4.1 复合材料产品数据管理及功能实现

为了便于用户访问,产品CAD数据管理功能模块设计3个子功能模块,包括产品数据管理、产品材料选择和产品结构设计功能模块;通过用户界面连接控制后台数据库和FTP服务器实现其相应功能。产品数据管理模块界面如图12所示,用户可通过产品代码、产品名称和产品成型工艺进行模糊检索,快速查询相应的产品CAD数据相关资料,并可对该产品的任务书、产品说明、产品CAD资料、产品CAE资料、技术资料、产品结构参考图纸和其他资料进行下载,实现同步查看相应的产品缩略图。对于需要新设计复合材料的产品,用户可通过产品代码、产品名称和成型工艺进行检索,查看产品的基本信息,并可下载该产品的参考图纸,上传相关产品的CAD资料,如设计图纸、缩略图和设计报告到FTP服务器等。

针对模压工艺,收集整理了大量碳纤维增强环氧树脂复合材料和玻璃纤维增强聚丙烯复合材料相关数据,如材料特性、基本性能和力学性能,精确了解相关材料性能,在产品及模具设计和模拟验证阶段可根据通过产品选材功能模块快速检索所需性能要求的材料,产品材料筛选功能界面如图13所示,用户可通过复合材料类别和其力学性能进行检索,筛选满足要求的材料,实现辅助用户进行产品选材。

产品CAE数据管理功能模块设计了3个子功能模块,包括材料性能参数管理、产品CAE分析管理和产品评价功能模块。图14所示为产品CAE分析管理模块界面,设计产品概况检索栏、分析结果上传和文件查看3个功能区划分,提供模拟对象的相关资料下载并允许将模拟结果及报告上传至FTP服务器。产品CAE评价模块则支持对产品CAE分析数据下载查看。材料性能检索功能模块,用户可及时了解该产品的材料性能,便于模拟分析。

4.2 模具数据管理及功能实现

针对模具CAD/CAE/CAM等过程,建立了模具材料筛选、模具结构设计、模具CAE数据管理、模具CAE评价结果管理、模具CAM数据管理和试模评价管理等多个功能模块,用于连接并调用模具数据管理建立后台数据库及FTP服务器,实现模具数据管理功能。模具数据检索功能模块界面如图15所示,用户可通过产品代码、产品名称和产品成形工艺3个方向进行模糊检索,可以快速检索用户所需查看的模具相关信息,并可从FTP服务器下载并查看包括任务书、产品说明、产品结构参考图纸、产品CAD资料、产品CAE资料、技术资料、模具CAD资料、模具CAE资料、模具CAM资料和其他资料等相关图纸、方案资料。此外,通过新建模具功能模块,建立新的模具项目,同时按照模具选材、设计、模拟、验证、试模等模具开发过程,依据相应模块录入储存各种相关数据,实现模具数据管理和功能的呈现。数据库含有大量模具钢材料数据,包括各种牌号模具钢材料的特性和组份,便于使用者在模具设计阶段通过相应功能模块进行筛选。

5 结束语

树脂基复合材料成型模模块数据系统软件具备精确、有效、快速的检索功能和新建模具及其产品开发全过程的相关数据,同步提供选材、协同管理等辅助功能,能有效缩短复合材料产品及其模具开发过程周期,且可同步储存开发过程的必要文件,便于后续对相关数据整理。

(1)设计开发了树脂基复合材料成型模模块数据系统软件,搭建的储存复合材料成型模及其产品信息的后台数据库结构和FTP服务器,实现分类整合数据,有效提高检索速度和精确度。

(2)针对复合材料汽车零部件及其模具特点进行数据库架构,对数据进行分析和分类,实现有效的数据整合。

(3)设计的辅助选材模块,能够有效缩短模具开发周期。

参考文献(略)

 
 
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