基于Cult3D的粉末冶金齿轮成形模具虚拟装配.pdf

第 2 4卷 第 5期 2 0 1 4年 1 0月 粉 末 冶 金 工 业 P OW DER M ETALLURG Y I NDUS TRY Vo 1 ． 2 4，No ． 5 ， p 6 3 6 6 Oc t ． 2 O l 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 2 8 8 ． b o y u a n ． i s s n l 0 0 6 - 6 5 4 3 ．2 0 1 4 0 0 4 5 基于Cu l t 3 D的粉末冶金齿轮成形模具虚拟装配 朱小龙 ， 王君泽， 刘 宇 南通大 学， 江苏 南通 2 2 6 0 1 9 摘要 为实现粉 末冶金 齿轮成形模 具的 网络 交互展示 ， 方便 用户对模 具的 了解 和维修 ， 采用 S o l i d Wo r k s 软 件进行三维造型， 通过C u l t 3 D平台， 在网络上交互、 动态地展示粉末冶金齿轮成形模具的工作原理及装配关 系， 实现 了粉末冶金齿轮成形模 具在 网络 环境 下虚拟装配的动态交互展示 。 关键词 粉末冶金 ； 成形模具 ； 虚拟装 配； 交互 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 6 - 6 5 4 3 一 2 0 1 4 0 5 - 0 0 6 3 - 0 4 Vi r t ua l a s s e mb l y o f po wde r me t a l l u r g y g e a r f o r mi ng mo u l d ba s e d o n Cu l t 3 D ZHU Xi a o l o n g， W ANG J un - z e ， LI U Yu Na n t o n g U n i v e r s i t y , Na n t o n g 2 2 6 0 1 9 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e i n t e r a c t i v e d i s p l a y o f t h e p o wd e r me t a l l u r g y g e a r f o r mi n g mo u l d o n we b ， a n d ma k e c o mp r e h e n s i o n a n d r e p a i r o f t h e mo u l d b e c o me mo r e c o n v e n i e n t f o r u s e r s ， i n t e r a c t i v e a n d d y n a mi c d i s p l a y o f o p e r a t i n g p r i n c i p l e a n d a s s e mb l y r e l a t i o n f o r t h e p o wd e r me t a l l u r g y g e a r f o r m i n g mo u l d o n t h e n e t wo r k wa s p r o v i d e d b y 3 D mo d e l o f t h e m o u l d wi t h t h e s o f t wa r e o f S o l i d W o r k s a n d C u l t 3 D． T h e d y n a m i c i n t e r a c t i v e d i s p l a y o f v i r t u a l a s s e mb l y for t h e p o wd e r me t a l l ur g y g e a r f o r mi n g mo u l d wa s r e a l i z e d ． Ke y wo r d s p o wd e r me t a l l u r g y ； f o r mi n g mo u l d ； v i r t u a l a s s e mb l y ； i n t e r a c t i o n 粉末冶金技术是一种独特 的零件制造技术， 由 于其具有无切削、 成本低 、 效率高、 无污染等技术优 势 ， 广泛应用于交通、 机械、 电气、 电子、 航空、 航天、 军工等领域 。随着先进 的C A D／ C AM技术在模具 制造 中的应用 ， 粉末冶金成形模具的设计和制造技 术大大提高。随着We b 3 D技术的发展， 采用虚拟装 配技术 ， 在计算机上将粉末 冶金成形模具各零部件 进行虚拟装配 ， 然后在虚拟环境下对零件 的装配情 况进行干涉检查和动态演示 ， 可找出并 消除模具设 计上 的错误口 】 ， 提 高成形模具设计效率和质量 。所 以研 究基 于 C u l t 3 D的粉末 冶金齿轮成形模具虚拟 装配 ， 对推进粉末冶金成形模具 的发展具有较好 的 实际意义。 1 Cu l t 3 D简介 We b 3 D技术 是在互联 网上实现 的交互式三维 技术 。目前， 基于We b 3 D技术的虚拟现实软件及技 术很 多， 常见的有 VR ML、 X3 D、 V i e wp o i n t 、 C u l t 3 D、 J a v a 3 D、 V i r t o o l s 和S h o c k wa v e 3 D等 。 】 。其中， C u l t 3 D 由瑞典 C y c o r e 公司出品， 是一种主要针对 电子商务 的跨平台We b 3 D虚拟现实技术 。C u l t 3 D无须 3 D加 速卡等硬件支持， 就 能将 3 D模型 的动作 、 动画、 声 音等整合成为具有实时交互功能的高品质三维对 象。C u l t 3 D采用先进的压缩算法， 生成的C u l t 3 D作 品文件容量非常小， 但三维质感却很好 ， 因此可快 速发布到 网上或嵌入到 O ffic e 、 A c r o b a t 等 电子文档 中。此 外 ， C u l t 3 D内核基于 J a v a ， 可通过 嵌入 J a v a 类来扩展交互功能。 目前， C u l t 3 D已经在商业产 品 展示、 艺术作品展示 、 娱乐游戏展示 以及 教育培 训 等领域得到广泛的应用 】 。 C u l t 3 D由以下 3 个不同功能的程序组成。 1 C u l t 3 D E x p o r t e r 主要用 于将 3 DS Ma x或 作 者简介 朱小龙 1 9 8 8 一 ， 男 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为机械 C AD、 虚拟现实技术及应用 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 ． 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末冶金工业 第 2 4卷 Ma y a 等软件制作的三维模型导出为C u l t 3 D支持的 格式 ． c 3 d 。 2 C u l t 3 D D e s i g n e r 主要为导入的3 D模型 ． c 3 d 文件 添加 事件和行为 ， 实现交互功能 ， 包括动 作 、 声音和特殊效果等 ， 并且保存为 C u l t 3 D工程文 件 ． c 3 p 或 I n t e r n e t 文件 ． C O ， * ． h t m1 ， 以供网络浏 览或其他软件嵌入。 3 C u l t 3 D V i e we r 浏览器插件， 主要用在浏览 器 如I E浏览器 中观看 C u l t 3 D制作的作品嘲 。 2 齿轮成形模具的三维建模及装配检 验 由于 C u l t 3 D本身没有创建物体三维模型 的能 力 ， 所 以在应 用 C u l t 3 D实现成 形模具虚拟 装配之 前， 必须先使用其他 的三维建模软件 如 3 Ds Ma x 、 Ma y a 等 进行建模 。采用 S o l i d Wo r k s 软件作为粉末 冶金齿轮成形模具的三维建模工具， 首先创建好组 成粉末冶金齿轮成形模具各零部件的三维模型 ， 然 后使用 白下而上 的装配方法， 将各零部件逐个插入 装配体 ， 并添加合适 的配合关系和配合方式 ， 形成 装配体 。装配时， 需注意按合理的装配顺序进行装 配 ， 以防发生漏 装、 错装等 问题 。当装配 工作全部 完成后 ， 需要对 装配体进行干涉检查 ， 以确保装配 正 确 。 目前 ， S o l i d Wo r k s 软件 为用户提供 了2 种 形式 的干涉 检 查 1 静 态干 涉检 查 ； 2 动态 干涉 检 查 。静态干涉检查状态 下， 用户可以对整个齿轮成 形模具装配体或装配体 中选定 的部分零部件进行 各 零部件 问静态 的干 涉检查 ； 动态 干涉检 查状态 下 ， 用户可 以对选定的零部件设定“ 移动” 或“ 旋转” 等命令 ， 在零件相对运动的条件下， 进行各零件 问 动态 的干涉检查 。动态干涉检查状态下， 零件进行 “ 移动” 或“ 旋转” 运动的过程中， 系统能够动态地计 算并实时反映零件 间的间隙， 当零件问产 生干涉 ， 系统会 以深绿色 对干涉 部分在 图形界面上进行显 示， 提醒设计人员及时发现错误并进行纠正 。利用 干涉检查这一功能， 可方便地对齿轮成形模具的各 组成零件进行装配检验 ， 确保模具装配的正确性。 由于 目前 C u l t 3 D只支持 由3 DS Ma x 或 Ma y a 等 软件导出的文件， 所 以将用 S o l i d Wo r k s 软件创建的 模型导入到3 DS Ma x 软件 中， 然后通过 C u l t 3 D E x p o r t e r 插件， 将 3 D场景模型文件 导出为C u l t 3 D De s i g n e r 中可使用的文件格式 ． c 3 d ， 从而进行 设计 和制作交互演示的效果 。本文采用的转换方式为 首先将用 S o l i d Wo r k s 软件创建 的三 维模型另存 为 3 DS Ma x 软件支持导入的vR ML ． w r 1 文件 ， 然后 将该VR ML ． wr 1 文件导入到 3 DS Ma x 软件 中， 并 进行材 质等编辑 ， 形 成 ． ma X 文件 ， 最后将 该 ． ma x 文件导 出为 C u l t 3 D D e s i g n e r 中可使用 的文件 格式 ． c 3 d 即可。 3 虚拟装配交互动画的实现 3 ． 1 成形模具交互动画的设计 将 粉 末 冶 金 齿 轮 成 形 模 具 三 维 模 型 导 入 C u l t 3 D D e s i g n e r 后， 即可进行相应的交互设计， 以实 现模具虚拟装配的动态演示。C u l t 3 D D e s i g n e r 设计 制作交互功能界面 图 1 由许多不同的功能窗 口构 成， 其中S c e n e G r a p h 场景图 窗口显示装配体零件 装配 的树形结构， 通过 鼠标可方便地将该窗 口中的 某一 对象 拖 曳到 E v e n t Ma p 事件 映射 窗 口中 。 Ac t i o n s 动作 窗 口包 括各 种动 作 图标 ， 如 O b j e c t Mo t i o n 对象运动 、 I n t e r a c t i v i t y 交互性 等 ， 可将其 拖曳到 E v e n t Ma D窗 口中与各事件进行连接 ， 以控 制场景对象 。C u l t 3 D设计 各种事件和动 作主要在 E v e n t Ma p窗口中进行， E v e n t Map 窗口左侧放置的 是各种事件 的图标 ， 如 Wo r l d S t a r t 场景开始 、 T i m e r 计时器 、 L e f t Mo u s e C l i c k o n Ob j e c t 鼠标左键 击物体 、 K e y b o a r d ’ S Ke y P r e s s 按下键盘按键 等 ， 右侧空 白区是设置事件交互连接 图的工作区 。基 本操作规则是 先在 E v e n t Ma D窗口左侧选择事件 图标 ， 将其拖曳到该窗 口右 边的工作 区中， 然后在 Ac t i o n s 窗 口中选 择动 作 图标 ， 将 其拖 曳 到 E v e n t Map 窗 口中 已放置好 的事件 图标上 ， 建立连线 ， 最 后将 S c e n e G r a p h 窗 口中的对象 包括模型、 声音等 拖曳到E v e n t Ma p窗 口中已放置好的动作 图标上 ， 建立连线 ， 并设置必要参数完成设计 ， 实现指定对 象的复杂的交互动作控制 。 图2 为粉末冶金齿轮成形模具工作原理场景， 分别单击窗 口右侧上面 3 个按钮 ， 可清晰地观察模 具 的装粉 、 压 制 、 脱模等 工作状态 ， 按下 最下面 的 “ 复位” 按钮则可 以让模具停止动作， 并恢复初始状 态 。图 3 为粉末冶金齿轮成 形模 具装配关 系场 景 图。可将 鼠标移至窗 口下方各按钮， 根据提示按下 按钮 ， 实现模具的拆卸； 按下最右边的“ 复位” 按钮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 筇 5 蚓 朱小龙等 t Cu l t 3 D的粉末、 厶金齿轮成形模具虚拟装配 图 l C u l t 3 D D e s i g n e r i 计制作 交互功能界面 则 I J J ‘ 以i } 模 恢复装 状态。为使图2和图3中的 制按 小 随 观 察 青 视 点 的变 化 而变 化 ， 应 将 S c e n e Gr a p h衡 u。 按钮埘象利装配体埘象放置在 ／ f 。 外 ， 为 r防止场 景中 零件不按预定的 状 念动作 2一 I l 还术装粉就 制， 图3 中还未 拆 阴模组件 就 『 拆 卜模冲组件 等 ， 需要使用 Ac ． t i o n s 窗 L ⋯】 E v e n t 点 的 Ac t i v a t e E v e n t 激活事 什 动作利 D e a c t i v a t e E v e n t 解除事件激活 动作控 制事件的斗 1 1 关操作 ， 实现 对 个按钮的互锁 设置。 I纠l J醍／ J 的 过 3 所 粉末冶金齿轮成形模具装 配父系I，l 勺 设汁制作交 f 功能界面。制作完成后 ， 即 J S t a g e Wi n d o w窗 1 ]中观看和测试场景 在施 加 种动 作 的交 f J 性效 。最后， 保存 已完成 设计 的模7 ， 格』 为 ． c 3 p 。 ■■■■■■■ ● 图 2 成形模具 工作 原理 I l t镰． ’ 囊 |- l I I ■一- 磐 豢毒 复锰 图3 成形模具装配关系 3 ． 2 模型的网络发布 交 场景完成之后， 单击菜单“ F i l e ” r } 1 的“ S a v e I n t e me t F i l e ” 命令 ， 输入文件名， 保存文件 ． c o ， 并 在随后跳 出的 S a v e S e t t i n g s 窗 口中单击 S a v e 按 ， 将该T程文件 存为 页文件 ． h t m1 ， 雎 『 J I J ‘ 将场 景 网 发布 】 。 4 结束语 通过 C u l t 3 D这一平台， 能够生动形象地展现粉 末冶金齿轮成形模具的工作原理和装配关 系； 并可 以在虚拟环境 下对零件的装配情况进行 卜涉榆 ， 方便地发现设计上 的缺陷 ， 减少返T， 缩 r波计 雨 一 ⋯ 一 臻糍 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 6 粉末冶金工业 第 2 4 卷 纤 业 勖 态 辽宁 朝阳 铁精矿粉开发粉末冶金纯铁粉产业发展论坛在朝阳召开 2 0 1 4年辽宁 朝 阳 铁精矿粉及钒钛产业发展论坛暨辽宁省第八届学术年会于 2 0 1 4 年9月3 5日在辽 宁朝阳召开。中国金属学会、 中国有色金属学会 、 辽宁省科协 、 朝阳市等领导， 粉末冶金、 钢铁及有色金属有 关专家学者 、 当地企业家代表共 2 0 0 多人参加 了会议， 辽宁省科协主席 、 中国工程院院士王天然致开幕词 。 中国科学院院士、 北京科技大学教授葛 昌纯和 中国工程院院士 、 中科院过程工程研究所研究员张懿分别作 了“ 关于辽宁铁精矿粉 的开发应用” 和“ 钒钛铁矿高效清洁利用基础和应用” 的特约报告。来 自中国钢协、 中 国金属学会的有关粉末冶金专家结合 国际国内相关产业发展现状和朝阳地区的资源及产业状况 ， 就粉末冶 金用钢铁粉末的产业发展概况、 钢铁粉末的质量控制 、 优质低耗高效的非高炉炼铁新工艺等方面进行了深 刻论述 。报告理论联系实际， 通俗易懂 ， 为推动当地矿产资源精深加工， 把铁精矿粉产业做大做强、 做精做 优， 实现可持续发展起到了积极作用。 会议期间， 院士、 专家团队还考察 了朝阳金河集 团、 双塔金麟公司等企业并与当地政府、 企业家进行了 高端对话交流 。 张志恒 科 技 前 沿 美国国家航空和字宙航行局完成增材制造的火箭发动机喷嘴试验 据美 国国家航空和宇宙航行局报道 ， 由于美国亚拉 巴马州亨茨维尔的马歇尔宇宙航行 中心的帮助， 迄 今为止最复杂的增材制造的火箭发动机零件试验获得成功。增材制造 A M 工艺使美国国际航空和宇宙航 行局的设计师们得以用4 0个单独的喷射元素生产 1 个单一的喷嘴部件， 而不是一一单造。采用传统的制造 方法 ， 需要 1 6 3 个单独零件一一做成， 然后再组装， 但用 A M技术， 仅用一两个零件， 省时又省钱， 还使工程师 们可 以制造更多的零件 以提高火箭发动机的性能与减少失效倾 向。信息摘译自 P o w d e r M e t a l l u r g y R e v i e w ／ i p m d ．n e t e n e s wl e t t e r 2 01 4 ．． 0 9 ． 0 9 萧玉麟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m