基于VB和Solidworks復合材料外加壓框設計模塊化研究

楊紀龍 景磊 汪浩 劉甲秋 朱楠 韓蓉

摘 要 復合材料廣泛應用于航空、航天、武器裝備中，復合材料成型通常采用對模成型工藝。模具設計過程中，外模加壓采用外加壓框螺栓頂絲設計。采用VB程序進行調用宏功能記錄外加壓框建模的程序進行編輯，將外加壓框建模程序變成VB可以調用的應用程序，應用VB和 Solidworks軟件進行復合材料外加壓框模塊化設計，建立了復合材料外加壓框模塊化程序界面，減少外加壓框模具設計時間，提高設計效率。

關鍵詞 復合材料；外加壓框；模具設計；二次開發；模塊化處理；VB；Solidworks

Research on Modular Design of Composite External

Pressure Frame Based on VB and Solidworks

YANG Jilong¹，LING Lei¹，WANG Hao¹，LIU Jiaqiu¹，ZHU Nan¹，HAN Rong²

（1.Harbin FRP Institute Co.， Ltd.， Harbin 150028;

2. Harbin Institute of Petroleum， Harbin 150028）

ABSTRACT Composite materials are widely used in aviation， aerospace， and weapon equipment， Composite material forming usually adopts the opposite mold forming process. During the mold design process， the external mold is pressurized using an external pressure frame bolt top thread design. Using VB programs to call macro functions， record external pressure box modeling， and edit the program， Transforming the external pressure frame modeling program into an application that VB can call， applying VB and Solidworks software for modular design of composite material external pressure frames， established modular program interface for composite material external pressure frame， Reduce the design time of external pressure frame molds，Improve design efficiency.

KEYWORDS composite material; external pressure frame; mold design; secondary development; modular processing; VB；Solidworks

基金項目：黑龍江省自然科學基金項目“環形樹脂基纖維復合構件的力學性能分析與試驗研究”（項目號LH2022E094）。

通訊作者：韓蓉，女，副教授。研究方向為材料成型。E-mail：108503743@qq.com

1 引言

先進樹脂基復合材料是以有機高分子材料為基體， 高性能連續纖維為增強材料，通過復合工藝制備而成，并具有明顯優于原組分性能的一類新型材料^［1］。1942年，美國率先使用玻璃纖維/不飽和樹脂復合材料，而后隨著社會的發展和科技技術的革新，新型增強材料、高性能纖維相繼問世。1967年，復合材料獨特的性能優勢受到航空、航天產品的青睞^［2］。目前，復合材料已經顯現出將要取代鋁合金，成為大型民用客機結構主體材料的趨勢。戰斗機、轟炸機、運輸機、直升機、無人機、通用航空飛機以及航天飛行器中的導彈、火箭、衛星等也均大量采用復合材料結構，甚至出現全復合材料結構^［3］。隨著火箭、導彈、衛星構件研制的發展，其更新換代以及新型號研發周期縮短，對于型號的各個環節時間也在壓縮。因此，要求模具設計師縮短模具設計時間。為了適應現在的生產節奏，節約模具設計時間，可以通過VB等編程語言調用 API 函數與Solidworks軟件相結合，將模具模塊化，使模具設計更加方便快捷。

2 成型工藝過程概述

2.1 復合材料成型工藝

復合材料成型包括成型和固化兩部分，第一步成型是把復合材料預浸料按一定結構和形狀鋪好層；第二步是固化，把鋪好層的預浸料在壓力等作用下固定形狀。常用的復合材料成型工藝包括拉擠成型工藝、纏繞成型工藝、自動鋪放成型工藝、熱壓罐成型工藝、樹脂傳遞塑模成型工藝以及模壓成型工藝^［4］。

2.2 復合材料應用及模具結構組成

我國運載火箭中的艙段結構、井字梁構件，衛星上的承力筒、面板以及導彈殼體等均已實現一體共固化成型、模壓成型工藝。對模成型工藝的模具一般由芯模、內分瓣、外分瓣、外加壓框、上法蘭和下法蘭等部分組成。芯模、外加壓框、外分瓣為鑄件，內分瓣、上法蘭和下法蘭為板材件。

2.3 復合材料生產過程

復合材料產品生產過程中模具設計、加工時間占整個產品研制生產的60%，其中模具設計時間大約占10%。復合材料應用越來越廣泛，各行各業對產品研制周期要求越來越短，因此，需要在新產品研制過程中縮短每一生產環節的時間。首先，通過增加設備和加工時長來縮短模具加工時間；其次，通過增加人員、設備、生產時間來縮短產品生產、檢驗時間。復合材料模壓成型工藝中大部分模具結構類似，可以通過將類似的產品模具參數化，縮短模具設計時間。產品研制流程如圖1所示。

3 基于 VisualBasic和 Solidworks二次開發參數化設計

3.1 基于Solidworks宏錄制代碼進行尺寸驅動建模

Solidworks具有強大的參數化建模功能，能夠快速、簡潔的完成任何產品結構的設計，以滿足設計師的需求。Solidworks內部含有一整套的數據庫，可通過內嵌的宏命令進行錄制Solidworks建模過程，形成完整的產品建模數據。尺寸驅動法在保持模型結構不變的情況下，將產品模型中的尺寸設為變量，在建模程序中給建模變量賦值，應用尺寸驅動法進行Solidworks二次開發，通過改變建模變量達到同步更新模型的目的。

3.2 VB、Solidworks 二次開發

在對VB及SolidWorks二次開發的過程中，通常采用COM（組建對象模型）或者OLE（對象鏈接與嵌入）技術；利用Solidworks提供的大量API函數作為二次開發的接口，并且使用COM和OLE技術所能識別的VB或VC語言作為其編程語言^［5］。Solidworks的API對象結構是一種自上而下的多層次的設計樹，如圖2所示。

根據Solidworks軟件進行產品參數設計、參數化設計，稱為尺寸驅動，是采用一組參數來表示尺寸值或尺寸約束關系，當改變其中的驅動參數值時，模型數據信息會根據尺寸約束關系動更新，從而實現模型更改。

4 實例驗證

4.1 外加壓框結構參數

根據產品結構的更改，艙體外加壓框需要設計者不斷修改，根據設計者多年的設計經驗，外加壓框結構如圖3所示，其參數大致包括7個部分，法蘭厚度b1、法蘭寬度b2、外加壓框壁厚b3、外加壓框肋板厚b4、外加壓框總高H、外加壓框內徑R1和肋板數量n，外加壓框的結構參數，如圖4所示。

4.2 外加壓框程序建立

SolidWorks二次開發艙體外加壓框的過程中，利用SolidWorks宏功能記錄外加壓框建模程序。采用VB程序進行調用宏功能記錄外加壓框建模的程序進行編輯，將外加壓框建模程序變成VB可以調用的應用程序。首先通過SolidWorks設計外加壓框并把外加壓框外形生成的全過程經過宏記錄轉變成宏文件，把宏文件和復合材料外加壓框與生成程序結合。找出SolidWorks宏文件中與復合材料外加壓框生成有關的關鍵函數。確定關鍵函數中的關鍵常數，弄清關鍵常數的變化對復合材料外加壓框建模的影響。把復合材料外加壓框上的關鍵常數用變量替換，這樣就完成了復合材料外加壓框的程序建立。

對Solidworks宏中錄制的外加壓框的操作代碼進行整理，編制如下：

Dim swApp As Object

Dim As Object

Dim boolstatus As Boolean

Dim long status As Long， long warnings As Long

Dim b1 As Double

Dim b2 As Double

Dim b3 As Double

Dim b4 As Double

Dim n As Double

Dim R1 As Double

Dim H As Double

Dim pi As Double

Private Sub Command1_Click （）

b1 = Val（Text1.Text） / 1000

b2 = Val（Text2.Text） / 1000

b3 = Val（Text3.Text） / 1000

b4 = Val（Text4.Text） / 1000

H = Val（Text5.Text） / 1000

R1 = Val（Text6.Text） / 1000

n= Val（Text7.Text） / 1000

pi = 3.1415926

Dim swApp As Object

Set swApp = Create Object （"SldWorks. Application"）

swApp.Visible （True）

Dim As Object

Set = swApp.new

Set = swApp.ActiveDoc

…………

首字段 聲明變量 將文本框中的值轉化成數值到變量b1 b2 b3 b4 H R1 n中。

應用VB軟件，通過程序段的編制、軟件控件的設計、窗口的設計等，建立新的建模界面，如圖5所示。

通過外加壓框結構的程序界面控制，只要修改對應參數，即可一鍵式建模操作，能極大縮短了設計人員設計、更改模型的時間。

5 結語

本文是基于VB和 Solidworks復合材料外加壓框設計模塊化的研究，將復合材料外加壓框模具進行參數化處理，結合SolidWorks 軟件和VB軟件建立外加壓框結構程序界面，完成一鍵式復合材料外加壓框設計，簡化了復合材料外加壓框設計過程，讓技術人員減少相似零件的重復性設計，節約產品的設計時間。

參 考 文 獻

［1］陳祥寶.聚合物基復合材料手冊［M］．北京：化學工業出版社，2004：4-5．

［2］王東.艙段用碳纖維/環氧樹脂復合材料及其整體成型工藝.哈爾濱工業大學，碩士學位論文.2010， 4.

［3］張佐光.復合材料學科發展研究. 2014－2015航空科學技術學科發展報告.2015.

［4］孫宗平.復合材料耐壓殼的設計［D］. 東華大學， 2022.

［5］趙盼，張燕，薛峰，李健.基于SolidWorks二次開發的零件三維參數化設計及裝配［J］.科學技術與工程，2010，10（7）：1674-1679.

［6］李偉濤，李曉剛.基于VB的法蘭蓋Solidworks二次開發［J］.信息與電腦，2015，17（7）：124-125.