【正文】 現(xiàn)代模具設計技術 —— 基于 Pro/E的 注塑模 CAD 主講：李良喜 Email: :927855177 目錄 緒言 …………………………………………… 2 第一部分 CAX簡介 …………………………… 2 第二部分 Pro/E基本操作 ………………… 10/8 第三部分 Pro/E注射模具設計 ………… 10/6 緒言 1. 教學目標：了解 CAX的基本概念及 CAE模具設計軟件基本操作方法； 2. 教學安排：理論講授與上機實踐相結合； 3. 預修課程：塑料成型工藝及模具設計 4. 學習要求：理論課時 /課后練習 =1/2； 5. CAE軟件： Proe Wildfire ； 6. 考試方法：考查。 第一部分 CAX簡介 CAX概念 CAX的必要性 CAX在注塑模中的應用 注射模 CAD系統(tǒng) CAX概念 、 CAD概念： 計算機輔助設計 CAD(Computer Aided Design) 是利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作 。在工程和產(chǎn)品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。 CAX概念 、 CAE概念： 工程設計中的計算機輔助工程 CAE(Computer Aided Engineering)，指用計算機輔助求解分析復雜工程和產(chǎn)品的結構力學性能，以及優(yōu)化結構性能等。而 CAE軟件可作靜態(tài)結構分析，動態(tài)分析；研究線性、非線性問題；分析結構（固體）、流體、電磁等。 CAX概念 、 CAM概念： CAM (puter Aided Manufacturing，計算機輔助制造 )的核心是計算機數(shù)值控制 (簡稱數(shù)控 )，是將計算機應用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。 1952年美國麻省理工學院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機床，包括稱為 “ 加工中心 ” 的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為 “ 柔性 ” 。 CAX必要性 、傳統(tǒng)的塑料注射成型開發(fā)方法主要是 嘗試法 ，依據(jù)設計者有限的經(jīng)驗和比較簡單的計算公式進行產(chǎn)品和工藝開發(fā)。但是在實際注射成型生產(chǎn)中，塑料熔體的流動性能千差萬別，制品和模具的結構千變?nèi)f化，工藝條件各不相同，僅憑有限的經(jīng)驗和簡單的公式難以對這些因素作全面的考慮和處理，設計者經(jīng)驗的積累和公式的總結無法跟上塑料材料的發(fā)展和制品復雜程度及精度要求的提高，因此開發(fā)過程中要反復試模和修模，導致 生產(chǎn)周期長、費用高，產(chǎn)品質(zhì)量 難以得到保證，對于成型大型制品和精密制品，問題更加突出。 CAX必要性 、二十一世紀世界制造加工業(yè)的競爭更加激烈，對注塑產(chǎn)品與模具的設計制造提出了新的挑戰(zhàn)，產(chǎn)品需求的多樣性要求塑件設計的多品種、復雜化，市場的快速變化要求發(fā)展產(chǎn)品及模具的快速設計制造技術，全球性的經(jīng)濟競爭要求盡可能地降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)新、精密、復雜、高附加值已成為注塑產(chǎn)品的發(fā)展方向，必須尋求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑產(chǎn)品與模具設計制造系統(tǒng)。 CAX必要性 、應用 CAD/CAE/CAM技術從根本上改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和模具生產(chǎn)方式，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，強有力地推動了模具行業(yè)的發(fā)展。據(jù)文獻統(tǒng)計，國外采用模具 CAD/CAE/CAM技術可使設計時間縮短 50%，制造時間縮短 30%，成本下降 10%，塑料原料節(jié)省 7%，一次試模成功率提高45%～ 50%。由于經(jīng)濟效益顯著，在日本、英國、德國、瑞士、美國等先進工業(yè)國家中，大多數(shù)專業(yè)塑料注射模廠采用了 CAD/CAE/CAM技術。在國際模具市場上，日本模具無論是在交貨時間、開發(fā)成本，還是在精度方面，都處于領先地位，其原因就是日本模具行業(yè)較早地引入了模具 CAD/CAE/CAM技術。 CAX在注射模中的應用 塑料產(chǎn)品從設計到成型生產(chǎn)是一個十分復雜的過程，它包括塑料制品設計、模具結構設計、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個主要方面，它需要產(chǎn)品設計師、模具設計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來完成，它是一個設計、修改、再設計的反復迭代，不斷優(yōu)化的過程。傳統(tǒng)的手工設計已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機技術的運用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。計算機技術在注塑模中的應用主要表現(xiàn)在以下幾方面。 CAX在注射模中的應用 、塑料制品的設計 基于特征的三維造型軟件為設計師提供了方便的設計平臺，其強大的編輯修改功能和曲面造型功能以及逼真的顯示效果使設計者可以運用自如地表現(xiàn)自己的設計意圖，真正做到所想即所得，而且制品的質(zhì)量、體積等各種物理參數(shù)一并計算保存，為后續(xù)的模具設計和分析打下良好的基礎。強大的工程數(shù)據(jù)庫包括了各種塑料的材料特性，且添加方便。采用基于知識（ KnowledgeBased Reasoning, KBR）和基于實例（ CaseBased Reasoning ,CBR）推理的專家系統(tǒng)的運用，使塑料材料選擇簡單、準確。 CAX在注射模中的應用 、模具結構設計 注塑模具結構要根據(jù)塑料制品的形狀、精度、大小、工藝要求和生產(chǎn)批量來決定，它包括型腔數(shù)目及排列方式、澆注系統(tǒng)、成型部件、冷卻系統(tǒng)、脫模機構、側抽芯機構等幾大部分，同時要盡量采用標準模架，計算機技術在注塑模具中的應用主要體現(xiàn)在注塑模具結構設計中。 、模具開合模運動仿真 注塑模具結構復雜，要求各部件運動自如，互不干涉，且對模具零件的順序動作以及行程有嚴格的控制，運用CAD技術可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進行仿真，從而檢查出模具結構設計的不合理處，并及時更正，以減少修模時間。 CAX在注射模中的應用 、注塑過程數(shù)值分析 模擬塑料熔體在模腔中的流動與保壓過程，其結果包括熔體在澆注系統(tǒng)和型腔中流動過程的動態(tài)圖，提供不同時刻熔體及制品在型腔各處的溫度、壓力、剪切速率、切應力以及所需的最大鎖模力等，其預測結果對改進模具澆注系統(tǒng)及調(diào)整注塑工藝參數(shù)有著重要的指導意義；計算模具在注塑過程中最大的變形和應力，以此來檢驗模具的強剛度能否保證模具正常工作；對制品可能發(fā)生的翹曲進行預測可在模具制造之前及時采取補救措施；分析模壁的冷卻過程，其預測結果有助于縮短模具冷卻時間、改善制品在冷卻過程中的溫度分布不均勻性。 CAX在注射模中的應用 、數(shù)控加工 復雜制品的模具成型零件多采用數(shù)控加工的方法制造，利用數(shù)控編程軟件可模擬刀具在三維曲面上的實時加工過程并顯示有關曲面的形狀數(shù)據(jù)，以保證加工過程的可靠性，同時還可自動生成數(shù)控線切割指令、曲面的三軸、五軸數(shù)控銑削刀具軌跡等。 CAX在注射模中的應用 注射模 CAD系統(tǒng) 一個完善的注塑模 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應包括注塑制品構造、模具概念設計、 CAE分析、模具評價、模具結構設計和 CAM。 、注塑制品構造 將注塑制品的幾何信息以及非幾何信息輸入計算機，在計算機內(nèi)部建立制品的信息模型，為后續(xù)設計提供信息。 注射模 CAD系統(tǒng) 、模具概念設計 根據(jù)注塑制品的信息模型采用基于知識和基于實例的推理方法，得到模具的基本結構形式和初步的注塑工藝條件，為隨后的詳細設計、 CAE分析、制造性評價奠定基礎。 、 CAE分析 運用有限元的方法，模擬塑料在模具型腔中流動、保壓和冷卻過程，并進行翹曲分析，以得到合適的注射工藝參數(shù)和合理的澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)結構。 注射模 CAD系統(tǒng) 、模具評價 模具評價包括可制造性評價和可裝配性評價兩部分。注塑件可制造性評價在概念設計過程中完成，根據(jù)概念設計得到的方案進行模具費用估計來實現(xiàn)。模具費用估計可分為模具成本的估計和制造難易估計兩種模式。成本估計是直接得到模具的具體費用，而制造難易估計是運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法得到注塑件的可制造度，以此判斷模具的制造性。可裝配性評價是在模具詳細設計完成后，對模具進行開啟、閉合、勾料、抽芯、工件推出動態(tài)模擬，在模擬過程中自動檢查零件之間是否干涉，以此來評價模具的可裝配性。 注射模 CAD系統(tǒng) 、模具詳細結構設計 根據(jù)制品的信息模型、概念設計和 CAE分析結果進行模具詳細設計。包括成型零件設計和非成型零部件設計，成型零件包括型芯、型腔、成型桿和澆注系統(tǒng)，非成型零部件包括脫模機構、導向機構、側抽芯機構以及其它典型結構的設計。同時提供三維模型向二維工程圖轉換的功能。 、 CAM 主要是利用支撐系統(tǒng)下掛的 CAM軟件完成成型零件的虛擬加工過程，并自動編制數(shù)控加工的 NC代碼。 第二部分 Pro/E應用基礎 2 Pro/E草圖繪制 3 Pro/E實體造型命令 4 Pro/E曲面設計與操作 5 Pro/E組件設計 6 Pro/E圖層設計與操作 8 Pro/E的數(shù)據(jù)交換 7 Pro/E工程圖設計 10 實例與操作 9 Pro/E的文件管理 1 Pro/E簡介 1 、 Pro/E簡介 Pro/Engineer是由美國 PTC公司開發(fā)的 3D實體模型設計系統(tǒng)。屬于高端 CAD/CAE/CAM軟件，支持復雜產(chǎn)品的研發(fā)和制造的多方面需求。 、 Pro/E核心技術特點 ： 、實體造型：曲面造型只能描述形體的表面信息，而實體造型能精確表達零件的全部屬性。 、基于特征：將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可變參數(shù)，進而形成實體，以此為基礎來進行復雜幾何形體的構造。 、全尺寸約束：將形狀和尺寸結合起來考慮，通過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的控制，造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點，不能漏標尺寸（欠約束），也不能多標尺寸（過約束）。 、尺寸驅(qū)動設計修改：通過修改尺寸數(shù)值來改變幾何形狀。 、全數(shù)據(jù)相關：工程中的數(shù)據(jù)全部來自同一個數(shù)據(jù)庫，整個設計過程的任一處參數(shù)改動，可以反應至整個設計過程的相關環(huán)節(jié)。 Pro/E簡介 、 Pro/E界面組成 Pro/E簡介 、 Pro/E基本模塊： 草圖模塊； 實體造型模塊； 曲面模塊； 裝配模塊； 工程圖模塊； 模具模塊； 加工模塊。 2 草圖繪制