【正文】 。另外，目前對(duì)激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)也日益受到普遍重視【9】。 當(dāng)代模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM），設(shè)計(jì)過程程序化和自動(dòng)化，使用程序、模擬成形過程、采用交互式設(shè)計(jì)方法，發(fā)揮人和計(jì)算機(jī)的各自特長(zhǎng)。數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使設(shè)計(jì)人員擁有大量資料和信息。設(shè)計(jì)與制造之間的直接傳輸便于設(shè)計(jì)中的反復(fù)修正改變。 先進(jìn)設(shè)計(jì)和加工方法的日益普及，為高質(zhì)量、短周期地開發(fā)模具并且保證模具有足夠長(zhǎng)的使用壽命，提供了技術(shù)保證，為模具工業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。模具設(shè)計(jì)與加工方法的發(fā)展主要有以下三方面： （1）模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcem公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)等。集成化軟件較高的軟件還包括：UG、CATIA和PRO/E等。 （2）快速原型法和快速制模技術(shù)（RPM/RMT） 該技術(shù)被稱為自數(shù)控技術(shù)以來的又一次革命，尤其對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。它是一項(xiàng)集激光、材料、信息及控制等技術(shù)于一體的先進(jìn)制造技術(shù)，其突出特點(diǎn)就是能直接根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)快捷地制造出具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型甚至產(chǎn)品，而不需要任何工裝夾具，面迭加形成三維實(shí)體。 RPM技術(shù)與RMT技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模具技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。RPM技術(shù)與陶瓷型精密鑄造相結(jié)合，為模具型腔精鑄成型提供了新途徑。應(yīng)用RPM/RMT技術(shù)從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3和成本的1/4左右，因而具有廣闊的發(fā)展前景。如美國DTM公司的Rapid Tool專利技術(shù)，它能在5～10天內(nèi)制造生產(chǎn)用的注塑模，可注塑零件5萬件以上，屬于直接用于批量生產(chǎn)的模具。 （3）高速銑削技術(shù) 高速銑削是目前切削技術(shù)中應(yīng)用最多的一種工藝技術(shù)，是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給 、較小的切削深度和間距為加工特征的高效、高精度數(shù)控加工方式。高速銑削具有工件溫度低、切削力小、加工平穩(wěn)、質(zhì)量好、效率高（為普遍銑削加工的5～10倍）及可加工硬質(zhì)材料（＜60HRC）等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在模具加工中日益受到重視。高速銑削機(jī)床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、變速箱體壓鑄模、大型注塑模等曲面加工。國外高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速已超過100000R/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)120m/min，加速度可達(dá)1～2g，換刀時(shí)間可提高到1～2s【9】。 專業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要特征之一，國外工業(yè)先進(jìn)的國家模具專業(yè)化生產(chǎn)已達(dá)75%以上。美、日兩國的模具廠，80%是10人以下的小工廠，90%是20人以下小而專的企業(yè)。一般一個(gè)模具專業(yè)廠只生產(chǎn)1～2種模具。這種專業(yè)化小模具廠易于管理，反應(yīng)靈活，易于提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效率，有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，能系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，是機(jī)械制造業(yè)的深層次發(fā)展必由之路。國外企業(yè)都極為重視模具的標(biāo)準(zhǔn)化，我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不足30%，而且標(biāo)準(zhǔn)品種少、質(zhì)量低、交貨期長(zhǎng)，嚴(yán)重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮，需大力制訂標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。 總之，隨著模具技術(shù)的迅速發(fā)展及機(jī)械各類產(chǎn)品的多樣化、復(fù)雜化，模具應(yīng)用的廣度和深度將不斷向縱深發(fā)展，模具需求增長(zhǎng)速度將繼續(xù)高于國民經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展的速度，供小于求的被動(dòng)狀態(tài)將大有改變。因此，在模具設(shè)計(jì)與制造中，采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備可持續(xù)發(fā)展模具工業(yè)，更將成為所有企業(yè)得以占據(jù)市場(chǎng)制高點(diǎn)的必由之路。第二章 CAD在注塑模具行業(yè)中的應(yīng)用第一節(jié)、CAD發(fā)展概況CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的英文簡(jiǎn)稱(Computer Aided Design)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)邏輯運(yùn)算功能、大容量信息存儲(chǔ)與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計(jì)算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖等項(xiàng)任務(wù)；而設(shè)計(jì)人員集中精力進(jìn)行有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設(shè)計(jì)方案的提出、評(píng)介、通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對(duì)機(jī)械行業(yè)針對(duì)性差，不過幸運(yùn)的是，AutoCAD是個(gè)開放性軟件，可以對(duì)它進(jìn)行二次開發(fā)，如采用Autolisp，ADS，ARX甚至采用VB語言等，現(xiàn)今的高華CAD、天目CAD就是在該軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的機(jī)械專業(yè)CAD。由于二次開發(fā)的深入，加強(qiáng)了參數(shù)化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)等，這樣充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的搜索功能和運(yùn)算功能。世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出井以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經(jīng)發(fā)展得比較完善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)注塑過程的模擬、設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用和精確計(jì)算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可以在計(jì)算機(jī)上“制造”塑料產(chǎn)品，并能靈活地適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化。應(yīng)用MOLDFLOW公司的技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成功地設(shè)計(jì)出了上萬副模具。繼MOLDFLOW之后美國康奈爾大學(xué)、德國的亞森(Aachen)技術(shù)大學(xué)、美國的C. 、MCAP公司、日本的CADM公司等也相繼開發(fā)了塑料模具CAD/CAM系統(tǒng)。第一套塑料模具CAD/CAM經(jīng)過數(shù)年努力研制而成，于1982年推出，它就是后來稱為GRAFTEK的系統(tǒng)。塑料模具CAD/CAM的應(yīng)用帶來了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國Protety pe amp。 Plastic Mold公司采用了Computool公司的CAD/CAM系統(tǒng)后，一年內(nèi)生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準(zhǔn)備時(shí)間，制造周期平均縮短了30 %，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%～30%。 國內(nèi)部分科研單位、大專院校也在塑料行業(yè)開展了CAD技術(shù)的研制和開發(fā)工作。華中理工大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉顯高、李德群、肖景容等研制成功了“實(shí)用化注塑模CAD/CAE/CAM微機(jī)系統(tǒng)HSC1. 1”；北京化工學(xué)院進(jìn)行了注塑充模過程計(jì)算機(jī)仿真；其他部分企業(yè)科研單位也做了一些探討工作，并且收到了一定的經(jīng)濟(jì)效益【10】?？偟膩碇v我國塑料模具CAD僅僅處于開發(fā)使用初期，很多自己研發(fā)的軟件并不是很成熟。 第二節(jié)、注塑模CAD內(nèi)容在模具設(shè)計(jì)中，模架及某些零件，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標(biāo)、行標(biāo)或國標(biāo)。對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架、零件庫，以被設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。對(duì)于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容，已有一些較成熟的計(jì)算方法或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，可設(shè)置這些計(jì)算公式的模塊，以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行快速計(jì)算。另外對(duì)于一些設(shè)計(jì)中常用的數(shù)據(jù)庫資料也可以設(shè)置在CAD系統(tǒng)中以便設(shè)計(jì)人員快速查詢，根據(jù)各個(gè)工廠的不同要求和情況，還可以在系統(tǒng)中設(shè)置本單位所特有的內(nèi)容。這樣建立的CAD系統(tǒng)可大幅度減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度、提高設(shè)計(jì)速度并可實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于某些在原成型制品的基礎(chǔ)上作局部修改而需重新設(shè)計(jì)的模具來說，其效果就更加明顯?？傮w來說，注塑模CAD的內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： 采用幾何造型系統(tǒng)，如線框造型、面造型和實(shí)體造型，在計(jì)算機(jī)中生成注塑制品的幾何模型，這是注塑模結(jié)構(gòu)的CAD的第一步。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復(fù)雜的表面，因此，常用表面造型的方法來產(chǎn)生制品的幾何模型。 在注塑模具中，行腔用來生成制品的外表面，型芯用來生成制品的內(nèi)表面，由于塑料的成型收縮率，模具磨損及加工精度的影響，制品的內(nèi)外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸，兩者之間需要比較復(fù)雜的換算。目前流行的商品化注塑模CAD軟件并未能很好的解決這種換算，因此，制品的形狀和型腔的形狀要分別輸入，工作量較大且比較繁瑣，如何由制品形狀方便、快捷的生成型腔和型芯表面形狀仍是當(dāng)前的研究課題。 采用計(jì)算機(jī)軟件來輔助計(jì)算最佳型腔的數(shù)目，引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者布置型腔，構(gòu)思澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)，為選擇標(biāo)準(zhǔn)模架和設(shè)計(jì)動(dòng)模部裝圖和定模部裝圖做準(zhǔn)備。 采用計(jì)算機(jī)軟件來設(shè)計(jì)模具的前提是盡可能多地實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化，包括模架標(biāo)準(zhǔn)化、模具零件標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。一般而言，用作標(biāo)準(zhǔn)模架選擇的設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具用兩個(gè)功能，一是能引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者輸入本企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)模架，以建立專用的標(biāo)準(zhǔn)模架庫；二是能方便地從已建好的專用標(biāo)準(zhǔn)模架庫中，選出本次設(shè)計(jì)中所需的模架類型及全部模具標(biāo)準(zhǔn)件的圖形和數(shù)據(jù)。 根據(jù)已選定的標(biāo)準(zhǔn)模架及已完成型腔布置，模具設(shè)計(jì)軟件以交互方式引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者生成部裝圖和總裝圖。模具設(shè)計(jì)者在完成總裝圖時(shí)，能利用光標(biāo)在屏幕上拖動(dòng)模具零件以搭積木的方式裝配模具總圖。 模具設(shè)計(jì)軟件能引導(dǎo)用戶根據(jù)模具部裝圖、總裝圖以及相應(yīng)圖形庫完成模具零件的設(shè)計(jì)、繪圖和標(biāo)注尺寸。 模具設(shè)計(jì)軟件可將理論計(jì)算和行之有效的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，為模具設(shè)計(jì)師提供對(duì)模具零件全面的計(jì)算和校核，以驗(yàn)證模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)參數(shù)的正確性。注塑模CAD中的數(shù)據(jù)處理 注塑模結(jié)構(gòu)CAD的重點(diǎn)在于注塑制品的造型、模具設(shè)計(jì)、繪圖和數(shù)控加工的模擬，注塑模CAD的過程就是數(shù)據(jù)處理的過程。通常，由于注塑模結(jié)構(gòu)CAD涉及面廣，程序規(guī)模很大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，一個(gè)高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結(jié)構(gòu)和算法，同時(shí)也涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理方法。在應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中，經(jīng)常需要利用一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和其他程序的設(shè)計(jì)及結(jié)果，系統(tǒng)各部分是通過交換數(shù)據(jù)相互聯(lián)系的。因此，數(shù)據(jù)的處理在注塑模結(jié)構(gòu)CAD中又十分重要的作用。注塑模CAD系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)類型十分廣泛，除了數(shù)字型、字符型數(shù)據(jù)之外，圖形/模型及其文本數(shù)據(jù)項(xiàng)也是注塑模CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。而圖形/模型數(shù)據(jù)又是由基本圖形元素、圖形符號(hào)、模型部分及各級(jí)圖形/模型數(shù)據(jù)組成。第三節(jié)、CAD數(shù)據(jù)組成注塑模CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可分為組合數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，可將組合數(shù)據(jù)逐層分解至基本數(shù)據(jù)為止。根據(jù)這種分解模式，可以對(duì)總體、部件、詳細(xì)數(shù)據(jù)這三類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理。 它是一種模型數(shù)據(jù)，可以表達(dá)為如下格式：文件名：總裝圖；組成：各部件數(shù)據(jù)名+定位關(guān)系數(shù)據(jù)；組織：依次記錄各部件名，定位數(shù)據(jù)。 它可定義為一種圖形/模型數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)模架為例說明其表達(dá)格式： 文件名：部件名；組成：基準(zhǔn)件名+各組成零件名+定位關(guān)系+尺寸關(guān)系+零件圖形關(guān)聯(lián)性； 組織：依次記錄個(gè)零件名、定位關(guān)系、主特征尺寸。 它可定義為一種圖形文本數(shù)據(jù)，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)類型可表達(dá)為如下格式：文件名：零件名； 組 成：圖形信息+尺寸信息+文本信息；組 織：依次按圖形記錄圖形節(jié)點(diǎn)信息、尺寸標(biāo)注及文本信息。第四節(jié)、CAD技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料對(duì)注塑過程及模具設(shè)計(jì)有著直接的影響，因而模具CAD從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD開始著手。通過樣品的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量或產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計(jì)人員由實(shí)體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設(shè)計(jì)變量為產(chǎn)品厚度及產(chǎn)品