輪胎活絡模具（以下簡稱“活絡模具”）技術含量高，結構復雜，零部件較多，體積大、重量重，而且精度要求高，再加上因輪胎硫化工藝及過程復雜而難以在模具廠實施試模等因素制約，很容易出現設計缺陷不能被及時發現的情況，造成模具結構運動時發生干涉，嚴重時會使模具報廢，因此，非常有必要對活絡模具進行三維運動仿真。
三維運動仿真技術具有經濟、安全、實驗周期短等特點，通過活絡模具機構的三維運動仿真模擬其開模及合模運動過程，可以實時地檢查出零部件之間的干涉，從而可以直觀地看到整個活絡模具的運動過程，同時也可以分析其運動的極限位置、空間運動位置、運動參數以及軌跡包絡等內容。這樣，設計人員在輪胎廠試模之前就可以提前對可能出現的問題做出精確的預測，改進和優化設計，為活絡模具的合理設計提供科學依據。
活絡模具的運動特點
與大多數其他類型的模具一樣，活絡模具一般也由動模和定模兩部分組成，在輪胎模具行業，我們稱之為“上?！焙汀跋履！?，具體結構見圖1。上模包括上蓋、中模套、滑塊、上側板、花紋塊及導向機構等，安裝在硫化機的移動模板上，在輪胎硫化成型過程中，它隨硫化機上的合模系統運動。下模包括底座、下側板等，安裝在硫化機的固定模板上。硫化成型時，上模和下模閉合，膠囊充氣張開構成封閉的型腔，事先纏繞成型的胎坯套在膠囊外面，在膠囊的張力作用下貼合在型腔內壁，高溫保壓進行硫化。硫化成型后開模，上模與下模分離，然后由硫化機的機械手取出輪胎制品。
在輪胎生產過程中，活絡模具的運動形式相對簡單，其開模及合模均沿同一方向作直線運動，活絡機構沿徑向作直線運動。
合模時，在硫化機的動力作用下，合模力通過中模套的斜面施壓于滑塊的斜面，形成滑塊移動的動力，在中模套的導向斜面及裝在滑塊上導向條的導向下，滑塊進行徑向滑動，從而帶動裝在滑塊上的花紋塊合攏，完全合攏后，中模套內圓錐面與滑塊的外圓錐面達到輕微的線性接觸狀態，既不會有過量的導向度，還可以保證一定的熱傳遞效果。
開模時，在硫化機的帶動下，中模套與上蓋向上運動，由于滑塊與花紋塊有自重，在中模套斜平面及導向條的導向下開始下滑，同時向外張開直至最終脫胎。
通過上面的分析可以看出，活絡模具在運動的過程中，一部分零部件固定不動，另一部分零件隨著硫化機的上模板移動一段距離X，而滑塊及花紋塊在移動的同時，在導向機構的作用下，則沿徑向移動一段距離Y，X、Y 統稱為“活絡模具的開模行程”，其余的零部件移動的距離小于開模行程。
三維運動仿真
1. 運動仿真原理
運動仿真的內容主要包括：靜力學（Static）分析、運動學（Kinematic）分析和動力學（Dynamic）分析。當系統或機構受到靜載荷時，確定在運動副制約下的系統平衡位置以及運動副靜反力的問題，屬靜力學內容；在不考慮系統運動起因的情況下研究各部件的位置與姿態及其變化速度與加速度的關系，屬運動學內容；而討論載荷與系統的關系則屬動力學內容。
筆者采用UG NX3.0作為仿真平臺，通過Modeling功能設計并建立活絡模具的三維實體模型，然后利用Motion（運動仿真）功能建立運動仿真模型。UG/Motion模塊集成了Mechanical Dynamics 公司（MDI）的ADAMS/Kinematics 解算器，這個嵌入式軟件代碼是求解運動分析方案所用的處理器，可實現對任何二維、三維機構或系統進行復雜的靜力學分析、運動學分析、動力學分析及設計仿真。
我們的仿真運算過程如下：
（1）前處理器：創建運動分析方案是分析過程的前處理（Pre-Processing）階段，利用這些分析方案得到的信息生成內部的ADAMS輸入數據文件，再傳送到ADAMS 解算器；
（2）求解過程（Processing）： ADMAMS解算器處理輸入數據，確定遞交分析方案的解，并生成內部的ADAMS輸出數據文件，再傳送到運動分析模塊中；
（3）后處理（Post-Processing）： Motion模塊解釋ADAMS的輸出數據文件，并轉換成動畫、圖表及報表文件。
2. 運動仿真過程
我們基于UG NX3.0軟件平臺來實現活絡模具的運動仿真。在此之前，我們必須先在UG NX3.0軟件平臺下建立活絡模具的三維造型，圖2是其中幾個主要零部件的三維造型。
運動仿真實現的步驟一般包括如下幾步：
（1）建立運動場景
運動場景（Scenario）是整個運動仿真過程的入口，是運動模型的載體，運動模型的全部數據都存儲在運動場景之中。建立運動場景后，可對三維實體模型設置各種運動參數，然后對由這些運動參數所構建的運動模型進行運動仿真。
要建立運動場景，先要打開UG/Motion（運動仿真）的主界面。在UG的主界面中選擇菜單命令Application→Motion進入運動仿真界面，之后，在右側導航欄中選擇Scenario Navigator（場景導航），系統將會自動打開運動場景導航窗口。
在模型的右鍵快捷菜單中選擇New Scenario菜單項，建立一個新的運動場景，默認名稱為Scenario_1，類型為Motion，運動仿真環境為靜態動力學仿真（Static & Dynamics），該信息將顯示在運動場景導航窗口中，并且運動仿真各工具欄項將變為可操作的狀態。
運動場景建立后便可以對三維實體模型設置各種運動參數了。在該場景中設立的所有運動參數都將存儲在該運動場景之中，由這些運動參數所構建的運動模型也將以該運動場景為載體進行運動仿真。重復該操作可以在同一個Master Model下設立各種不同的運動場景，比如通過設置不同的運動參數，實現不同的運動。
（2）構建運動模型
運動模型包括連桿特性與運動副。構件和運動副是整個運動機構的兩大基本要素，對機構進行運動統一建模，不可避免地要對機構的拓撲進行有效表達。這些關系在Motion模塊的算法中有所體現。連桿指運動分析過程中所操作的實體對象，是Modeling與Motion功能之間的連接紐帶。機構的運動副是連接相鄰兩構件的一種運動約束的力學抽象，是鉸鏈的物理背景。通過建立運動副才能組成相應的運動機構，從而進行后續的運動仿真。
在活絡模具的運動分析過程中，按照各個零部件的相互裝配關系，通過連桿將其逐一建立Modeling與Motion功能之間的連接，各個運動機構之間的運動副相對簡單，均為滑塊連接?；瑝K連接是兩個相連件互相接觸并保持著相對的滑動，可以實現一個部件相對與另一部件的直線運動，它有兩種形式：一種是滑塊為一個自由滑塊，在另一部件上產生相對滑動；一種為滑塊連接在機架上，在靜止表面上滑動。
上述過程完成后，我們將看到圖3所示的畫面。
（3）運動輸入
運動輸入是賦給運動副相應的控制運動的參數，是驅動整個機運動的關鍵部分，即運動副的驅動力。Motion模塊里提供了4種驅動：恒定驅動（Constant）、簡諧運動驅動（Harmonic）、運動函數（General）與關節運動驅動（Articulation）。在實際的機構運動分析中，復雜的運動只有通過運動函數進行仿真，附給連桿以精確的運動。在活絡模具的運動分析中，活絡模具的運動形式相對簡單，故我們設定為恒定驅動
（Constant）即可。
（4）運動仿真
運動仿真是基于時間的一種運動形式，機構在指定的時間段中運動，并同時指定該時間段中的步數，從而進行運動分析。通過對運動分析過程的控制，可以直觀地以動畫的形式輸出運動模型的不同運動狀況，可以比較準確地模擬分析所設計的模具機構的真實運動情況（見圖4）。
3.干涉檢查
UG/Motion模塊還可以進行機構的干涉檢查，跟蹤零件的運動軌跡，從而可以檢查出模具設計過程中容易忽略的一些問題，提高設計的效率與質量。
裝配環境下的干涉檢查分為靜態干涉檢查和動態干涉檢查。靜態干涉檢查是指在某個特定位置關系下，檢查裝配體中各個零部件間的干涉。動態干涉檢查是指在運動過程中檢查干涉。在干涉檢查中一般可以選擇是檢查全部的零件，還是某幾個零件間的干涉情況。
在本文中用到的是動態干涉檢查，即通過模擬模具的運動過程來檢查是否存在干涉。模具的運動仿真過程中發生干涉的原因主要有3個：運動分組和運動參數設置不當；設計不當；系統本身的誤差。在模具運動仿真的過程中若出現干涉，首先需檢查運動參數的設置是否合理，并對運動方向和運動距離進行重新設置，如果各項運動參數的設置沒有問題，則要檢查干涉零件的相交部分是否存在不合理的結構，如果有問題則要修改模具的結構。
結論
模具的CAD/CAM/CAE集成化已經被越來越多地應用到當今模具領域之中，我們借助UG NX3.0實現了對輪胎活絡模具運動仿真的全過程。在活絡模具的設計中，通過三維運動仿真，可以及時有效地發現問題所在，并提出相應的解決方案，大大縮短新產品設計的周期；而且通過對數字化模型的分析可以提早發現模具產品的缺陷并加以修改，達到提高產品質量、優化模具產品的設計目的；直接在數字化模型上進行各種運動及材料特性的仿真分析而不用投入大量的人力、財力進行產品試制，有效節約了生產成本?？傊?，三維運動仿真技術的應用對模具行業乃至各個機械行業都是大有裨益的。(end)
