【正文】 畢業(yè) 設計外文文獻翻譯 機械與材料工程學院 二 O 一 O 年十一月 畢 業(yè) 設 計 題 目 搖控器面板 注塑模設計 翻譯題目 The molding tool CAD gathers the technique 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 姓 名 班 級 機械 A0731 學 號 10713030107 指導教師 1畢業(yè)論文（設計）外文翻譯 學生姓名： 任元鑫 指導老師：丁 班級：機械與材料工程學院 A0731 班 課題名稱： 塑料模具 CAD 集成技術 內(nèi)容提要 ：通過分析計算機輔助注射模設計和制造的各個環(huán)節(jié)中共享的技術和信息，本文揭示了注射模 CAD的集成技術的根本內(nèi)涵，并提出了它的研究熱點和趨勢。 引言 模具 CAD集成技術是一項重要的模具先進制造技術 , 是一項用高技術改造模具傳統(tǒng)技術的重要關鍵技術。從六五計劃開始 ,我國有許多模具企業(yè)采用 CAD技術 , 特別是近年 , CAD技術的應用越來越普遍和深入 , 大大縮短了模具設計周期 ,提高了制模質(zhì)量和復雜模具的制造能力。然而 , 由于許多企業(yè)對模具 CAD集成技術認識不足 , 投資 帶有盲目性 , 不能很好地發(fā)揮作用 ,造成了很大的浪費。本文就塑料模具 CAD集成技術及其應用發(fā)表一些觀點 , 供大家參考。 塑料模具 CAD集成技術 塑料模具的制造 , 包括塑料產(chǎn)品的造型設計、模具的結構設計及分析、模具的數(shù)控加工 (銑削、電加工、線切割等 )、拋光和配試模以及快速成形制造等。各個環(huán)節(jié)所涉及的 CAD單元技術有 :造型和結構設計 (CAD)、產(chǎn)品外形的快速反求 (RE)、結構分析與優(yōu)化設計 (CAE)、輔助制造 (CAM)、加工過程虛擬仿真 (SIMULATION)、產(chǎn)品及模具的快速成形 (RP)、輔助工藝過程 (CAPP)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術 (PDM)等。塑料模具 CAD集成技術 , 就是把塑料模具制造過程所涉及的各項單元技術集成起來 , 統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和文件傳輸格式 , 實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)資源共享 , 從而大大縮短模具的設計制造周期 , 提高制模質(zhì)量。 塑料產(chǎn)品的 CAD設計與外形的快速反求 進行塑料模具設計制造的第一步是塑件產(chǎn)品的設計。傳統(tǒng)產(chǎn)品設計方法是設計者對產(chǎn)品的三維構思用二維平面圖紙表達出來 , 圖紙上標明工藝及施工方法 ,這種方法決定了所設計圖形的簡單性及不能直接控制制造質(zhì)量。現(xiàn)代設計方法是設計者在電腦上直接建立產(chǎn)品的三維模 型 ,根據(jù)產(chǎn)品三維模型進行模具結構設計及優(yōu)化設計 ,再根據(jù)模具結構設計三維模型進行加工編程及編制工藝計劃。這種方法使產(chǎn)品模型設計、模具結構設計、加工編程及工藝設計都以 3D數(shù)據(jù)為基礎 , 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享 , 不僅能快速提高設計效率 , 而且能保證質(zhì)量 , 降低成本。電腦塑件產(chǎn)品模型的來源有三種 : 利用 CAD系 . Rao and K. Sivaram: J. Mater. Proc. Technol., 1993, vol. 37, . 統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設計、利用實物測量進行快速反求建模、利用其它 CAD系統(tǒng)的標準格式文件。針對這三種產(chǎn)品模型的來源方式 , 目前已研究出各種技術來提高產(chǎn)品模型的設計效率和質(zhì)量。下面進一步分析各種技術的內(nèi)涵和特點。利用 CAD系統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設計 ,其技術主要包括二維幾何圖形的繪制、二維參數(shù)化圖形的設計、三維實體造型設計、三維特征造型設計、三維參數(shù)化實體造型設計、三維曲面造型設計、空間自由造型設計、產(chǎn)品的外觀渲染、產(chǎn)品的動態(tài)廣告設計等等。這些軟件有許多典型的代表。二維軟件有 : ME CADKEY、 AUTOCAD、 DHCAD、 Genis、 Sigraph 等 。 三維軟件有 : UGII、 PRO/E、 IDEAS、 CATIA、 EUCLID等 。 產(chǎn)品自由造型及廣告設計的軟件有 :Alias、CDRS等。二維幾何圖形的繪制是利用平面 CAD軟件繪制零件圖形 , 即用計算機代替手工繪圖 。 而二維參數(shù)化 , 即計算機實現(xiàn)了圖形的變量設計 , 使修改更加方便 。 三維造型設計是數(shù)字化的產(chǎn)品的真實形狀設計 , 它完全表達了產(chǎn)品 , 能夠進一步為模具設計、分析和加工提供必要的數(shù)學模型 。 空間自由造型設計是產(chǎn)品外形的藝術設計 , 使產(chǎn)品不僅是功能產(chǎn)品 , 也是藝術品 。產(chǎn)品的外觀渲染是產(chǎn)品的效果設計 , 使產(chǎn)品更加美觀、顏色更加能迎合人們的各種需求 。 產(chǎn)品的動態(tài)廣告設計是將產(chǎn)品設計的結果直接制作宣傳廣告 , 進行市場推廣。利用實物測量進行快速反求建模是目前研究的熱點之一 ,它是產(chǎn)品仿型基礎上進行產(chǎn)品修改設計的重要技術。其基本原理是通過三座標測量機、激光測量機或電子抄數(shù)儀對實物進行掃描測量 , 把測量所獲得的數(shù)字化的大量數(shù)據(jù)點送入高級 CAD軟件的反求模塊或?qū)Ｓ玫姆辞筌浖?, 反求軟件可直接讀取點數(shù)據(jù)群 , 并可對點數(shù)據(jù)群進行編輯、過濾、整理、求精、排序、局部修改與重組 , 然后自動生成曲面 , 最終獲得同實物精確一致的或經(jīng)改造的電腦塑件產(chǎn)品模型。這一方式可極大提高新產(chǎn)品設計速率。目前較成熟的曲面反求建模軟件有 : Surfacer, Cimatronrenge, Strim100 等。利 用其它 CAD系統(tǒng)的標準格式文件來建模 , 這一方式較方便。由于市場的全球化和 INTERNET網(wǎng)絡技術的發(fā)展 , 模具企業(yè)的 CAD技術交流和合作有許多通過 CAD文件方式進行。由于 CAD系統(tǒng)種類較多 , 因此文件的格式就必須遵循國際標準 , 如 DXF、IGES、 STEP、 VDA、 STL等。通過讀取標準格式文件來直接建立或修改后建立產(chǎn)品模型 , 既可加快、加深用戶與模具廠家的交流 , 也可縮短產(chǎn)品設計周期。 模具的 CAD設計與分析 模具的 CAD設計、分析 , 包括根據(jù)產(chǎn)品模型進行模具分型面的設計、確定型腔和型芯、模具結構 的詳細設計、塑料充填過程分析等幾個方面。利用先進的特征造型軟件如 PRO/E、 UGII等很容易地確定分型面 , 生成上下模腔和模芯 , 再進行流道、澆口以及冷卻水管的布置等。確定了這些設計數(shù)據(jù)以后 , 再利用模具分析軟件 , 如 MOLDFLOW、 CFLOW進行塑料的成形過程分析。根據(jù) MOLDFOLW 軟件和它的豐富的材料、工藝數(shù)據(jù)庫 , 通過輸入成形工藝參數(shù) ,可動態(tài)仿真分析塑料在注塑模腔內(nèi)的注射過程流動情況 (含多澆口注射時的塑料匯流紋分析 )、分析溫度壓力變化情況、分析注塑件殘余應力等 , 根據(jù)分析情況來檢查模具結構的合理性 、流動狀態(tài)的合理性、產(chǎn)品的質(zhì)量問題等。比如是否存在澆注系統(tǒng)不合理 , 出現(xiàn)流道和澆口位置尺寸不當 , 無法平衡充滿型腔 。 是否存在產(chǎn)品結構不合理或模具結構不合理 , 出現(xiàn)產(chǎn)品充不滿 (即短射現(xiàn)象 )。 是否冷卻不均勻 , 影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 。 是否存在注塑工藝不對 , 出現(xiàn)產(chǎn)品的翹曲變形等。模具通過 CAD設計和分析 , 就可以將錯誤消除在設計階段 , 提高一次試模成功率。在塑料模具設計和分析這一階段應用了許多新的電腦輔助技術 ,如參數(shù)化技術、特征造型技術、數(shù)據(jù)庫技術等。塑料模具中有許多標準件 , 如標準模架、頂出機構、澆注系 統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都可以采用基于數(shù)據(jù)庫管理的參數(shù)化特征造型設計方法進行設計或建立標準件庫 , 這樣既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享 ,又可以滿足用戶對設計的隨時修改 , 使模具的設計分析快速、準確、高效。參數(shù)化特征造型不僅可以完整地描述產(chǎn)品的幾何圖形信息 ,而且可以獲得產(chǎn)品的精度、材料及裝配等信息 , 其所建立的產(chǎn)品模型是一種易于處理、能反映設計意圖和加工特征的模型。因此 , 參數(shù)化特征造型技術是模具制造過程最重要的技術之一。 模具的 CAM技術的應用、加工仿真及制造 模具的計算機輔助制造 (CAM)技術主要應用在數(shù)控銑削加工、線切割加 工、電火花加工等方面。 CAM技術尤其是在復雜模具的型腔、型芯及電極的銑削加工中起著更加重要的作用。其主要的技術特點包括 : (1) 粗、精加工刀具軌跡的優(yōu)化規(guī)劃和 NC 指令的產(chǎn)生 , (2) 刀具種類 、特性和材料庫的建立 , (3) 切削加工工藝參數(shù)的確定 , (4) 普通切削和高速切削加工的特性控制 , (5) 過切檢查與加工表面的精度控制 , (6) 加工過程的電腦實體仿真切削 , (7)電腦控制數(shù)控機床的 DNC技術及群控技術的應用等等。在 CAM 技術的應用中特別需要 CAD三維產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。較多的專業(yè)電腦編程軟件如 MASTERCAM、 UNIMOD、 CIMATRON 等在多曲面的編程加工時對產(chǎn)品的曲面模型有較高的要求 ,如相鄰曲面的 U、 V方向的一致性、曲面與曲面的高精度擬合、曲面斜率連續(xù)變化等。在高級 CAD/CAM一體化系統(tǒng)中 (如 UGII、 PRO/E),由于利用了參數(shù)化特征造型設計和同一數(shù)據(jù)庫技術 , 使得產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、模具的型腔和型芯模型數(shù)據(jù)、刀具軌跡數(shù)據(jù)有著內(nèi)在的聯(lián)系 , 產(chǎn)品模型的修改刀具軌跡亦自動修改。模具加工實體仿真技術越來越成熟 , 也越來越受到人們的重視。加工實體仿真是在電腦上模仿機床的加工過程 , 能直觀反映加工的結 果 , 能直接評估加工后零件的質(zhì)量 , 能檢查出加工的錯誤。在檢查加工后零件的質(zhì)量時 , 可在電腦上對加工后的實體模型進行任意的剖切 , 直接測量其尺寸和精度。因此 , 它能把錯誤消除在加工工藝編程設計階段 , 減少加工后的修補和返工 , 大大提高模具的制造效率和質(zhì)量。 塑料產(chǎn)品及其模具的快速成形制造 塑料產(chǎn)品及其模具用電腦 CAD技術設計完成后 ,可通過快速成形技術來制造。這是一種全新概念的制造技術 ,它摒棄了傳統(tǒng)的機械加工方法 。 其成形原理是將三維 CAD實體模型離散成設定厚度的一系列片層數(shù)據(jù) , 利用激光成形機或 其它成形設備讀取這些數(shù)據(jù) ,用材料添加法技術 ,依次將每層堆積起來成形。這一技術稱為快速自動成形技術 (Rapid Prototype)。它也是 CAD集成技術的重要組成部分。第一臺快速成形設備于 1987年在美國 3D公司誕生 , 由于其特點是與制造的產(chǎn)品的復雜程度無關 , 給制造業(yè)帶來巨大的震動。此后十年 , 快速成形技術得到飛速發(fā)展 , 設備的種類也層出不窮 , 從材料固化方法可分為激光和非激光燒結法 (SLS)、固體表層造型法 (SGC)、層片制造法 (LOM)、熔化沉積法 (FDM)、選區(qū)粘結法 (DSPC)、激光氣相沉積法 (SALD)等。各種方法特點是 : SLA法是最早應用的快速成形技術 ,初期市場占有較大的分額 ,但由于材料范圍窄 ,成本較高 , 成形件耐熱、耐負荷和著色能力低 , 近年逐漸被其它方法所代替。 FDM法由于成形速度快 ,成本低 ,在塑料產(chǎn)品行業(yè)中得到較好的應用 , 由于零件的尺寸小 ,精度差 ,也受到一定的限制。 LOM法由于采用紙或者是薄片塑料 ,成本低 ,且激光只照射每一層的輪廓邊緣 , 因而成形速度快 ,但產(chǎn)品表面質(zhì)量差。 SLS法是用激光進行燒結 ,采用的材料較廣 ,如塑料、蠟料、陶瓷、金屬等均可成形 , 成形件耐熱、耐負荷和著色能力較強 ,具有廣泛的應用前景。其它方法也在某些特種加工中得到應用。根據(jù)上述成形法特點 , 快速成形技術的作用主要在于 :制造用于設計和試驗的產(chǎn)品模型、制造用于小批量生產(chǎn)的模具和小批量特殊零件的加工?？焖俪尚渭夹g制造的產(chǎn)品模型在材質(zhì)方面比傳統(tǒng)加工方法制造的產(chǎn)品模型有所差別 , 但在外形及尺寸方面幾乎完全一樣 , 而且有一定的機械強度 , 可作功能性試驗 ,同時經(jīng)過表面處理 , 看起來與真實產(chǎn)品一樣 ,可作廣告宣傳品?？焖俪尚渭夹g制造的模具 , 目前主要是軟材料的成形模 (蠟模、環(huán)氧樹脂模、硅橡膠模、低熔點合金鑄造模等 )和陶瓷或金屬基合成材 料硬型腔模。制造硬模時可用快速成形零件作母模 , 先制作環(huán)氧樹脂?；蚱?