专利名称：基于cad/cae/rp技术的陶瓷坐便器的快速制模方法
技术领域：
本发明是一种基于快速原型技术造的陶瓷坐便器快速制模方法，属于陶瓷制品快速制模方法创新技术。
背景技术：
目前，我国陶瓷行业以坐便器为代表的复杂卫生洁具的制模，几乎全部由手工完成，其制模流程图如图1所示，在新产品研发过程中，耗时耗资最多的是“原始毛坯(种摸)的制作”到“冲水性能测试”通过的阶段。由于完全采用手工方式，根据一个产品概念或原型完成一个原始陶土毛坯的制作需要一个熟练技师大约2个月的时间；而且由于只能通过样板来确定形状尺寸，因此原始毛坯(种摸)的几何形状、结构尺寸等的精度都较低；整个过程对制模人员的制模、注桨的经验和技术、美学素质依赖程度高。完成原始毛坯制作后，翻制出试验用的石膏模具，并生产试制毛坯烧制试验产品，进行冲水性能和烧制工艺测试。通过测试后，才能制作树脂母模，翻制批量生产的石膏工作模，进行正式生产。但由于对产品的烧制工艺和冲水性能没有相关的基础理论分析，全凭技术人员的经验，而且原始毛坯(种摸)的精度较低；所以，一般要通过重复多次修改试用石膏工作模具、制作试验产品，才能通过国家标准的冲水性能测试，这个过程需要耗费大量的时间和资金；一个新产品开发需要大约半年到一年的时间和10-20万元的研发费用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种缩短产品开发周期，降低开发与生产成本，加快新产品的更新换代，提高产品质量的基于快速原型技术的陶瓷卫生坐便器快速制模方法。本发明能增强新产品的研发能力，可推动整个行业的迅速发展，且使生产厂家在激烈的竞争市场中取得优势。
本发明的制模流程图如图2所示，本发明基于CAD/CAE/RP的陶瓷卫生制品快速制模方法包括有如下步骤1)产品CAD/CAE；2)石膏原始毛坯的CAD3)用快速原型技术成型试验产品的原型；4)翻制试验产品的石膏模；5)浇注试制试验产品的陶土毛坯；6)烧制试验产品；7)试验产品的冲水性能测试及石膏模的修改；8)由石膏模翻制树脂母模；9)翻制坐便器批量生产的石膏工作模。
上述步骤2)中石膏原始毛坯的CAD考虑了陶土毛坯的收缩和变形。
上述步骤7)中试验产品的冲水性能测试由计算机进行冲水过程的数值模拟，以预测坐便器的冲水工作性能。
上述步骤3)中用分层物体制造方法快速成型试验产品的原型。
本发明摒弃手工制模方法，首先通过产品CAD/CAE获得理想的洁具模型后，应用快速原型技术成型试验产品的原型，因此，不仅可以减少原始毛坯的制作时间，缩短产品开发周期，降低开发与生产成本，加快新产品的更新换代，而且能大大地丰富产品的类型，提高原始毛坯的形状、尺寸精度和产品质量。本发明用计算机控制的机械化操作代替了手工操作，降低了对制模工人的技能要求，减轻了工人劳动强度，改善了工作条件。能增强新产品的研发能力，可推动整个行业的迅速发展，且使生产厂家在激烈的竞争市场中取得优势。本发明是一种方便实用的快速成型技术的陶瓷卫生制品快速制模方法。
图1为现有技术的制模流程图；图2为本发明的制模流程图。
具体实施例方式本发明的制模流程图如图2所示，本发明基于CAD/CAE/RP的陶瓷卫生制品快速制模方法包括有如下步骤1)产品CAD/CAE；2)石膏原始毛坯的CAD3)用快速原型技术成型试验产品的原型；4)翻制试验产品的石膏模；5)浇注试制试验产品的陶土毛坯；6)烧制试验产品；7)试验产品的冲水性能测试及石膏模的修改；8)由石膏模翻制树脂母模；9)翻制坐便器批量生产的石膏工作模。
上述步骤1)中产品CAD能根据产品概念或原型快速建立产品的三维数据模型，可以对洁具产品的外观和结构等进行预先的评估，检查产品的设计效果；产品CAD模型还能贯穿洁具产品整个研发周期的各个环节，从概念设计、结构设计、工艺设计到石膏工作模和树脂母模的设计与制造。运用产品CAD，能更方便实现产品类型和产品结构的标准化，建立实用的产品信息库；通过计算机网络，还能够实现网络设计和个性化洁具产品的网上定制，丰富产品类型、延长产品生命周期、拓展产品市场。
用计算机辅助设计坐便器，本发明建立了坐便器设计的功能模块。每个模块为设计人员提供了一个建模和修改向导，用于构建和修改参数化的洁具CAD模型。参数化CAD模型由一系列的几何特征构成，这些特征组合根据对同类坐便器的不同形状结构特征进行充分的分析抽象后确定，既能表达同类坐便器形状结构变化的多样性，又能根据一个合理的确定的流程建模。建模流程根据特征之间的相互关系和特征建立的先后顺序分解为若干子过程，坐便器建模子过程有水包设计、坐圈设计、水箱设计、进水孔道设计、排污管设计、底座设计等。每一子过程构建模型的部分特征结构——特征部件，特征部件之间通过全局参数或局部参数关联。特征部件由通过特征轮廓线构建的相关特征组成，轮廓线根据行业标准和相关经验确立优化的形状和尺寸，一般由三次B样条曲线表示；这种曲线能保证有丰富的形状变化，又便于特征的建立与修改。通过建模和修改向导能快速构建和修改所设计的产CAD模型。
上述步骤1)中产品CAE是计算机技术和工程分析技术相结合形成的先进技术，它运用计算力学、计算数学和数字仿真技术等对设计产品的性能进行分析。CAE技术是现代产品设计中创造价值的中心环节，已逐渐成为企业实现创新设计的最主要保障之一。冲水性能是部分洁具产品(特别是坐便器)质量的关键部分，它包含两个方面，即洁具壁面污物的冲刷效果和洁具的排污能力。冲刷效果跟壁面的水流速度和持续时间相关，而排污能力跟水的流速、流态、虹吸现象及其对固体污物的作用方式相关。坐便器冲水过程是一种复杂流道流体与固体混合的非稳态流动，而且包含固定与自由的复杂边界条件。对于这种复杂的流体流动过程，虽然可以建立相应的数学力学模型，但要获得精确的解析解是不可能的，只能采用数值方法进行分析。
本发明建立了坐便器冲水模拟过程的数值分析模型及边界条件，及验证数值模型的试验方法。冲水过程数值分析有两种类型，一种是纯流体流动的数值分析，采用计算流体力学方法进行，即应用有限体积法或有限元方法对冲水过程进行数值计算，获得洁具冲水流场中流速、压力的分布情况，根据壁面水流速度和持续时间确定其冲刷效果，根据流态、流速和压降等相关信息评估排污能力。另一种是流固耦合数值分析，即运用基于任意拉格朗日-欧拉描述的有限单元法或有限元有限体积结合的方法分析冲水过程，获得水的流动和污物的运动规律，对冲水性能进行评估。通过数值分析，可以让设计人员在洁具产品制造之前直观地了解所设计产品的冲水性能，确定产品结构是否需要修改，并提供模型修改的相关信息等。应用产品CAD进行模型修改后，可以进一步进行数值分析，经过这种的“设计-分析-再设计-再分析”的循环过程，可以优化产品的结构，提高产品质量，减少对产品原型和试验用模具的反复修改，降低应用实际洁具的产品样品进行冲水性能试验测试及分析所需的时间与成本。
通过产品CAD/CAE获得理想的洁具模型后，上述步骤2)中利用计算机进行原始毛坯的CAD，原始毛坯的CAD考虑了陶土毛坯在烧制过程中的的收缩和变形。
通过产品CAD/CAE和原始毛坯的CAD后，上述步骤3)中应用快速原型技术快速加工原始洁具毛坯。这样可以减少原始毛坯的制作时间，又能大大提高原始毛坯的形状和尺寸精度。目前比较典型的快速原型方法有分层物体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、立体平面印刷(SLA)、熔积成型(FDM)等。综合考虑各种快速成型方法的成型效率、运行成本、成型样件的强度及防水性能和后处理等特点，选择分层物体制造(LOM)方法制作洁具原型。分层物体制造(LOM)方法采用纸质材料为原料，加工成本最低；采用轮廓线扫描成型，速度快；而且原型经过后处理后，强度高，能防水防潮；分层物体制造(LOM)方法与其它快速原型方法相比，加工的洁具原型更有利于翻制试用石膏工作模。
根据洁具原型可以翻制试验用的石膏工作模，然后采用传统方法制造树脂母模，其余过程与传统流程相似。
上述步骤7)中如果试验产品未能通过冲水性能测试，且仍可对试验产品石膏模进行修改，修改后回到步骤4)。本发明不合要求的产品概率要比现有技术小得多。
权利要求
1.一种基于CAD/CAE/RP的陶瓷坐便器的快速制模方法，其特征在于包括有如下步骤1)产品CAD/CAE；2)石膏原始毛坯的CAD3)用快速成型技术成型试验产品的原始毛坯；4)翻制试验产品的石膏模；5)浇注试制试验产品的陶土毛坯；6)烧制试验产品；7)试验产品的冲水性能测试及石膏模的修改；8)由石膏模翻制树脂母模；9)翻制坐便器批量生产的石膏工作模。
2.根据权利要求1所述的基于CAD/CAE/RP技术的陶瓷坐便器快速制模方法，其特征在于上述步骤2)中石膏原始毛坯的CAD考虑了陶土毛坯的收缩和变形。
3.根据权利要求1所述的基于CAD/CAE/RP技术的陶瓷坐便器快速制模方法，其特征在于上述步骤7)中试验产品的冲水性能测试由计算机进行冲水过程的数值模拟，以预测坐便器的冲水工作性能。
4.根据权利要求1所述的基于CAD/CAE/RP技术的陶瓷坐便器快速制模方法，其特征在于上述步骤3)中用分层物体制造方法快速成型试验产品的原型。
全文摘要
本发明是一种基于CAD/CAE/RP技术的陶瓷坐便器的快速制模方法。包括有如下步骤1)产品CAD/CAE；2)石膏原始毛坯的CAD；3)用快速原型技术成型试验产品的原始毛坯；4)翻制试验产品的石膏模；5)浇注试制试验产品的陶土毛坯；6)烧制试验产品；7)试验产品的冲水性能测试及石膏模的修改；8)由石膏模翻制树脂母模；9)翻制坐便器批量生产的石膏工作模。本发明通过产品CAD/CAE获得初步理想的坐便器计算机三维模型后，应用快速原型技术(RP)成型试验产品的原始毛坯，可以减少原始毛坯的制作时间，缩短产品开发周期，降低开发与生产成本，大大地丰富产品的形状和类型，提高原始毛坯的形状和尺寸精度和质量。用计算机控制的机械化方式代替了手工制模操作，不但降低了对制模工人的技术要求，而且减轻了工人劳动强度，改善了工作条件。
文档编号G01M99/00GK1706612SQ20051003472
公开日2005年12月14日 申请日期2005年5月23日 优先权日2005年5月23日
发明者潘晓涛, 孙友松, 徐延华, 章争荣, 刘易凡, 肖小亭, 朱铮涛 申请人:广东工业大学