东方模具王宸辰，陶鸳
工业设计(IndustrialDcsjon简称D)又叫工业造型设计，是一门科学技术与美学艺术相互渗透、交叉、结合形成的以现代化批量生产的工业产品造型设计为主要研究对象的新兴综合性学科。随着计算机技术的不断发展，电脑的应用越来越广泛，工业设计也不例外，未来的设计工作，几乎脱离不了电脑的辅助。计算机辅助工业设计(ComputcrAidcdIndustrialDcsjon简称CAD)。
传统的玻璃瓶罐设计中，玻璃瓶罐外形轮廓的造型设计是很关键的。在设计外形轮廓线时，通常首先从社会的、经济的、人为的心理和生理以及艺术等多个方面作综合处理，徒手勾画出美学艺术好的外形轮廓，然后，对瓶罐的技术功能、结构、色泽和成型工艺等科学技术方面作进一步的结构设计，最终，以科学技术与美学艺术相互渗透、交叉和结合的玻璃瓶罐，来满足人们不断提高的物质和精神双重需求，美化人类生存环境。
在勾画外形后，传统的做法是用一段圆弧和直线逼近轮廓线，圆心的位置、半径的大小、交点和切点都是估计出来的。对这种造型方法进行数字处理时很不方便。计算机辅助瓶罐设计系统将工业造型和制品结构设计与CAD技术有机地结合起来，与传统的瓶罐造型和结构设计相比，有以下一些优点。
①先进性系统改变了传统的瓶罐设计中采用大量人工估测的局面，通过建立严格的数学模型，完成瓶罐的造型、瓶罐的容积和瓶罐的用料量等重要的产品指标的计算，对设计过程起到很好的指导作用，提高了瓶罐设计的质量和速度。
②整体性计算机系统能迅速将设计者的构思，生成CAD数据和玻璃制品图，可直接在系统上进行创造性设计，如形态构成色彩设计、材料编辑质感描绘、实时旋转变换、快速真实图像生成输出、多种造型方案的评判与决策等，直到满意为止，作为随后的生产经营活动的技术依据。
③灵活性可利用计算机进行创造性设计，其随意性表现在曲线和曲面形状可以由人们随意控制，且连续性和光顺性可以调整；其局部可修改性体现在线和面的形状可进行局部修改、缝补、挖补等构造形状比较复杂的实体，能充分满足用户的要求。在修改某一部分时，不会对其他不修改部分产生影响。
随着3D软件的发展，玻璃瓶及模具的设计由平面CAD逐渐过渡到3D软件，实现模具的快速设计。本文将以东方模具设计为基础，结合国内外模具制造厂以及玻璃瓶生产厂，简述3D软件的玻璃瓶开发和模具设计。
目前在本行业常用的4款设计软件为：UG，CREO，SOLIDWORKS，CATIA.而且每个侧重点不同，简述如下：
1瓶型设计的CAD系统主体结构
图1瓶型设计CAD系统主体结构
我们可以把各种类型瓶口图样按有关标准规定输入，建立标准瓶口图形库。同样可以建立瓶底库、瓶样库供参考使用。
2瓶型设计类别
2.1简单圆形瓶：用户有自己的瓶样图和同机型的参考模具图（例如瓶子是双滴机生产，中心距为4.25），根据参考图完成设计；
2.2复杂异形瓶，用户的设计能力弱，依照用户提供的玻璃瓶，通过CCD、扫描、测绘完成瓶子的设计；
2.3用户提供瓶样图，然后根据用户的特别要求，例如瓶肩修改，图案变化等，进行设计微调整。
3瓶型设计
瓶型设计流程见图2。
图2瓶型设计流程
根据用户提供瓶样图纸（草绘，或者寄来一个现成的瓶子）。设计师按照用户指定要求，例如：体积，满口容量，瓶重进行瓶子的3D造型。
3.1瓶口瓶口是玻璃瓶设计首先要确定的，可在图形库选择符合要求的瓶口（图3）。
图3螺纹瓶口结构选择界面
3.2瓶颈、瓶肩、瓶身根据用户提供的瓶身高度，瓶重，满口容量等数据，及瓶颈、瓶肩形状计算瓶身直径。根据瓶样图的体积（含瓶口）计算公式为：V=H(瓶重)×a(冷玻璃系数0.4)+满口容量。这个公式可以来检测体积、瓶肩曲线和瓶身直径是否正确。这样的公式通常来自于理论计算，有了3D软件，可以把相关的函数导入，软件会给出计算结果，直观的验证，不需要手动重复测量，从而提高设计效率。
图4三维演示图
例：瓶重g,满口容量为ml的瓶,那设计的瓶样图体积应为：*0.4+=ml,当设计的瓶身各种尺寸瓶样图体积达到这个数据时則说明确定的各部位尺寸即为正确的。
3.3瓶底，瓶底是指从底接口以下部分，主要显示瓶跟与瓶底的连接形式、瓶底中央凸起高度、及防爆纹的详细，如果瓶底有雕刻的也要详细显示雕刻信息。3D软件可以通过对铣刀的直径，R角，倾斜角度等尺寸，模拟铣刀，完成防爆纹3D的造型。
3.4瓶身装饰，有些瓶子的瓶身需要雕刻花纹或商标，也不一定用同一款3D软件实现，可以利用每一款软件的强势，例如精雕，UG，CREO来完成复杂曲面的雕刻或者浮雕。这取决于设计员对软件的精通程度和对三维空间搭建的逻辑思维能力。
图5瓶身刻花
图6瓶身贴标签
上述几项都确定后，就可以生成玻璃瓶样3D造型，如进一步进行对材质、光线渲染则可呈现出一个立体的三维瓶样。这样可以直观、快速地观测到设计效果，并可以及时修改，直到满意。
3.5验证数据：下面这张表是成模设计的基本参数，可以将此同理设置于3D设计参数当中，快速验证和提取瓶重，料重，收缩率，总容量，成模（含底）容量数据。供设计，加工模具。
图7成模设计数据
4料形（初型）设计
料形（初型）的设计过去主要依靠专业设计员积累的经验，这里面人为因素占比很大。随着现在3D软件的不断升级，换代，更新。对于异形料形可以通过建模快速完成，普通的圆形料形更不在话下，对容量进行快速计算。但3D软件目前还不能实现料形（初型）的自动设计，主要还是由于料形（初型）设计的复杂性。本文将以SolidWorks与AUTOCAD为载体，来举例说明吹吹法的料形（初型）设计流程。
简单来说，料形（初型）的设计与成模之间的关系由多种变量协作完成，这里面各项参数需要达到平衡才能实现生产的玻璃瓶壁厚分布均匀，进而避免瓶身褶皱，裂痕，弯曲，凹陷等缺陷。以下图为例：
4.1初模瓶口直径=D0(瓶样图口部直径)-0.1~0.3；
4.2瓶肩直径/D1=0.5~0.6,这个比率不固定，可按照实际瓶重或试样反馈适当调整；
4.3料滴直径≈闷头接口；
4.4两接料处增加直段的设计是为了避免瓶子打出来在腰部有一条明显的筋痕，直段高度在6-10左右；
4.5角度A是指瓶底支撑点到闷头接口与竖直方向的夹角，一般在15~20°之间，来控制闷头接口的微调；
4.6延伸量是指瓶底凸起处至闷头凸起的距离，要综合考虑瓶重，灌装容量，瓶口有效高度以下高度等多方面因素，我们可以通过重容比及瓶子高度来制定一个比较合理的延伸量。
4.7料滴线高度一般位于两接料中间，并要使料滴以上部分(含口模)体积-芯孔体积=料重*热玻璃系数(0.41)，这个就是料滴体积。
以上的这些关键变量可以在3D软件中做成参数化，建立模板。
图8小口瓶初型设计（1）
图9小口瓶初型设计（2）
图10瓶口
图11小口瓶瓶型与其的初型
模板一旦建立完成，可以将料形与瓶样之间的关键参数以表格的形式呈现和关联，便于双向可逆修改，来让料形设计更加准确。
5模具图设计
有了料形（初型）图，瓶样图，那么初模，成模的内腔就可以确定。模具图的设计相对比较简单，因为通常用户会提供行列机型，抱钳尺寸，例如Emhart,Heye等机型，根据模具设计说明书完成即可，所不同的是，这些设计标准也可以在3D软件中形成参数化模板，例如图纸要求4.25”中心距，可以找到对应模具库，修改反转值。用户有时由于瓶身某个部位成型不好，而对模具的冷却系统提出要求，例如增加垂冷孔，或者气槽等。在3D参数化模型中可以快速修改，通过温度模拟软件来对比，直观的查看垂冷系统分布是否合理。另外，模具图所配套的挂钉，接片等，也可以建立数据库，灵活装配，这里不再赘述。
图12模具壁温度分布
图13模具
图14模具平面图
图15模具3D图
总之，3D造型可以快速的与用户确认瓶样图。通过建立模板，关联传统的设计参数，经验，函数，在3D设计软件中快速修改，调整，实现雏形（初型）图理论上的设计。通过对冷却系统，模拟玻璃瓶初型到成型的料形变化过程，来进一步验证料形是否准确，冷却系统是否合理，进而完成整套模具的设计，但最终还需要进行试样模具上机验证，最终确定批量成品模具图。
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