【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 元法分析三維型腔的流動(dòng)過(guò)程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具 質(zhì)量。近十多年來(lái)，注塑模 CAD 技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究的同時(shí)，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)。 CAD/CAE/CAM 在模具工業(yè)中的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)的發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝、數(shù)控加工以及成 本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識(shí)。 CAD/CAE/CAM 在模具工業(yè)中的現(xiàn)狀 在過(guò)去的二十年中，我國(guó)模具工業(yè)得到長(zhǎng)足的進(jìn)步，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的成功應(yīng)用為我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)成為CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展中最具活力、創(chuàng)造效益最高的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)模具工業(yè)也是CAD/CAE/CAM 技術(shù)最普及、應(yīng)用最成熟的行業(yè)之一。 模具行業(yè)涉及了汽車(chē)工業(yè)、航天 航空、軍工企業(yè)、家用電器工業(yè)、包裝工業(yè)、日用五金詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 12 等幾乎全部的工業(yè)門(mén)類。按不同是工藝類型與成型的材料分為注壓模具、壓鑄模具、沖壓模具、鑄造模具、壓印模具、塑料模具、橡膠模具、玻璃模具、陶瓷模具等。模具工業(yè)有共性，每個(gè)不同品種的模具對(duì) CAD/CAE/CAM 技術(shù)又有特殊的要求，分析共性及特性，是企業(yè)在模具 CAD/CAE/CAM 選型中必須考慮的主要問(wèn)題之一。從嚴(yán)格的意義上來(lái)講，模具CAD/CAE/CAM 是集成模具設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)而成的專業(yè) CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)。 我國(guó)近幾年已有一大批模具企業(yè)推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別 是以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)，如美國(guó) EDS 公司的 UG；美國(guó) Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer 等軟件，用于注塑模具的設(shè)計(jì)、制造及分析；法國(guó) Matra Datavision 公司用于汽車(chē)及覆蓋件模具的 EuclidIS 等專用軟件；德國(guó) MAGMA SOFT 用于壓鑄模的專用軟件。這些系統(tǒng)與軟件的引進(jìn)，在我國(guó)模具行業(yè)中，從模具圖的生成到模具加工的自動(dòng)編程，并能運(yùn)用 CAE 技術(shù)對(duì)成型過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬等，實(shí)現(xiàn) CAD/CAE/CAM 的集成， 促進(jìn)與推動(dòng)了我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展。此外，我國(guó)自 20 世紀(jì) 80 年末，就在一些大專院校與研究單位開(kāi)始這方面的研究，并承擔(dān)國(guó)家的攻關(guān)項(xiàng)目。其自主研發(fā)的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)，主要有北航海爾軟件有限公司的 CAXA 系統(tǒng)，華中理工大學(xué)的注塑模 HSC 系統(tǒng)；上海交通大學(xué)模具研究所冷沖模 CAD 系統(tǒng)等 [3]。這些在微型機(jī)上的軟件，能適應(yīng)我國(guó)國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的具體情況，為進(jìn)一步普及模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)創(chuàng)造良好的條件。 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化程度、 優(yōu)質(zhì)模具材料研究、先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、專用的機(jī)床設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)管理等。其中 CAD/CAE/CAM 技術(shù)在模具生產(chǎn)中的應(yīng)用，無(wú)疑占有很重要的地位。它被認(rèn)為是現(xiàn)代模具技術(shù)的核心和重要的發(fā)展發(fā)向。 21 世紀(jì)模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本、最大限度的提高模具制造行業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶的要求。 （ 1）集成化 [3] 設(shè)計(jì)、制造和工程管理具有密切的關(guān)系。在 CAD/CAE/CAM 的基礎(chǔ)上，人們?cè)谥铝τ诩缮a(chǎn)系統(tǒng)，即使設(shè)計(jì)與 制造過(guò)程成為一個(gè)完整的信息流通過(guò)程。 CIMS 是一種基于 CIM哲理構(gòu)成的計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化、集成化的制造系統(tǒng)。現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開(kāi)發(fā)模具制造系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)“多集成的”概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成及人員集成。這更適合未來(lái)制造系統(tǒng)的要求。集成生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工，直到最后裝配和檢驗(yàn)的全過(guò)程實(shí)行計(jì)算機(jī)控制。這詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 13 種生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)包含物質(zhì)流和信息流完整過(guò)程，其前景是無(wú)人化加工。未來(lái)的用戶將不再需要單一的 CAD/CAE/CAM 等產(chǎn)品，而需要具有專 業(yè)特色的、集成化的套裝支持系統(tǒng)。同時(shí)屬地化（即國(guó)外軟件中國(guó)化，采用中文用戶界面，增加中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并符合中國(guó)用戶的習(xí)慣）套裝軟件應(yīng)成為我國(guó)模具企業(yè)的需求。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)化 [3] 微型計(jì)算機(jī) CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)發(fā)展的一條主要途徑是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。即包括硬件與軟件的集成，使獨(dú)立計(jì)算機(jī)按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)資源共享。是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。由于微型機(jī)的價(jià)格低廉，功能較強(qiáng)，可以將多臺(tái)以微型機(jī)為中心的智能工作站連成分布式CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)。 （ 3）智能化 [3] 人工智能在 CAD 中的應(yīng)用主要集中在知識(shí)工程的引入，發(fā)展專家 CAD 系統(tǒng)。專家系統(tǒng)具有邏輯推理和決策判斷能力。它將許多實(shí)例和有關(guān)專業(yè)范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)、準(zhǔn)則結(jié)合在一起 , 給設(shè)計(jì)者更全面，更可靠的指導(dǎo)。應(yīng)用這些實(shí)例和啟發(fā)準(zhǔn)則，根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)不斷縮小探索的范圍，使問(wèn)題得到解決。 CAD/CAE/CAM 技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用 在注塑模中的應(yīng)用 注塑模 CAD/CAE/CAM 技術(shù)主要從兩個(gè)方面對(duì)技術(shù)人員提供強(qiáng)有力的幫助：一是應(yīng)用CAE 技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、流動(dòng)分 析模擬和冷卻分析模擬等；二是完成注塑模結(jié)構(gòu) CAD，包括塑料產(chǎn)品的建模、模具總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)、數(shù)控仿真和數(shù)控程序生成，模具模擬裝配、零件圖和裝配圖的生成與繪制等。 20 世紀(jì) 60 年代中期歐美國(guó)家學(xué)者完成注射過(guò)程一維流動(dòng)與冷卻分析； 70 年代完成二維分析程序； 80 年代開(kāi)始對(duì)三維流動(dòng)與冷卻分析進(jìn)行研究；進(jìn)入 90 年代，對(duì)流動(dòng)、保壓、冷卻、應(yīng)力分析注塑成型過(guò)程進(jìn)行集成化研究，這些研究為開(kāi)發(fā)實(shí)用的注塑模 CAE 軟件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) [3]。注塑模具 CAD/CAE/CAM 的主要工作內(nèi)容包括： ? 塑料制品的幾何造型 ? 模 腔表面形狀的生成 ? 模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 14 ? 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 ? 部裝圖和部裝圖的生成 ? 模具零件圖的生成 ? 注射工藝條件及注塑模材料的優(yōu)選 ? 注射流動(dòng)及保壓過(guò)程模擬 ? 冷卻過(guò)程分析 ? 力學(xué)分析 ? 數(shù)控加工 CAD/CAE/CAM 技術(shù)在模具中的應(yīng)用效果 模具制造中采用 CAD/CAE/CAM 后，對(duì)于可能取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，使用過(guò)CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)或正在使用此技術(shù)的人們的體會(huì)不盡相同，但其效果可以概括為以下幾個(gè)方面。 （ 1）縮短模具生產(chǎn)周期 在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)品更新頻繁的形勢(shì)下，生產(chǎn)周期長(zhǎng)短往往成為某些產(chǎn)品賴以生存的重要條件。傳統(tǒng)生產(chǎn)周期多以“年”、“月”、“周”計(jì)算，采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)可大大縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，模具設(shè)計(jì)時(shí)間可以以“小時(shí)”或“分鐘”計(jì)算。模具 CAD/CAE/CAM是保證產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要條件。正因?yàn)槿绱?，汽?chē)工業(yè)、各種家庭電器、玩具??，凡市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈又可用模具生產(chǎn)的行業(yè)，幾乎都非常重視模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)。 （ 2）提高模具設(shè)計(jì)水平 提高模具設(shè)計(jì)水平是提高模具質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。 CAD/CAE/CAM 技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索來(lái)繼承前人的經(jīng)驗(yàn)積累；可以采用一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)程序；可以通過(guò) 人機(jī)交互、反復(fù)修改，以發(fā)揮設(shè)計(jì)都最大的聰明才智；可以利用計(jì)算機(jī)模擬成型過(guò)程以增大設(shè)計(jì)可靠性。模具CAD/CAE/CAM 技術(shù)可以促進(jìn)產(chǎn)品系列化發(fā)展，大大減小甚至消滅設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。曾有人統(tǒng)計(jì)， CAD/CAE/CAM 的投資，僅從提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少返修與試壓次數(shù)這一項(xiàng)看，就可以很快回收，并且長(zhǎng)期受益。 （ 3）提高模具制造的質(zhì)量 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)中，制造所需數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。它由設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生并經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部直接傳送，速度快、錯(cuò)誤少。模具制造廣泛采用數(shù)控機(jī)床，精度高、自動(dòng)化程度高。采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的生產(chǎn)的模具，精度高、尺寸協(xié)調(diào)一致性好，這是制造現(xiàn)代化產(chǎn)詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 15 品的根本保證。對(duì)于型腔幾何形狀復(fù)雜，而且協(xié)調(diào)性要求也很高的一些大型模具來(lái)說(shuō)，選用CAD/CAE/CAM 技術(shù)幾乎就是保證質(zhì)量的唯一途徑。 （ 4）提高標(biāo)準(zhǔn)化程度 標(biāo)準(zhǔn)化是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、降低模具成本的關(guān)鍵工作，也是現(xiàn)代生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。種類繁多，要求各異。如果標(biāo)準(zhǔn)化工作不能大大開(kāi)展， CAD/CAE/CAM 技術(shù)也就沒(méi)有效益可言。從這方面看，標(biāo)準(zhǔn)化大大促進(jìn)了模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的開(kāi)展。但是另一方面， CAD/CAE/CAM 技術(shù)要求設(shè)計(jì) 過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化；要求結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化；要求生產(chǎn)制造過(guò)程與工藝條件的標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)然，在采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)情況下，所采用的標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容和內(nèi)涵應(yīng)更加廣泛，除通常的標(biāo)準(zhǔn)化工作以外，還包含有典型化和通用化的含意?？傊?，開(kāi)展模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，必將大大促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用和發(fā)展。 （ 5）提高人的創(chuàng)造性 開(kāi)展 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，可以利用計(jì)算機(jī)代替技術(shù)人員的重復(fù)、繁瑣勞動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在某些設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員僅有 10% ~ 20%的時(shí)間用于構(gòu)思。而用 80% ~ 90%的時(shí)間用于查找手冊(cè)和繪圖。使用計(jì)算機(jī)查 閱所需的數(shù)據(jù)及圖表，速度快、精度高、不怕繁瑣、不易出錯(cuò)；用于自動(dòng)繪圖，質(zhì)量好、速度快、誤記和誤定少；用于自動(dòng)編程，可節(jié)省工藝人員大量手工勞動(dòng)。推廣 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，如果能把那些具有豐富實(shí)踐的設(shè)計(jì)、工藝人員從日?？菰铩握{(diào)的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，去從事復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)或其他更有創(chuàng)造性的勞動(dòng)，其效益是很可觀的。綜上所述，分析 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的效益是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的投資決策問(wèn)題。一方面， CAD/CAE/CAM 技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性和巨大潛力。另一方面，它又需要較大的投資。對(duì) CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)的投資 決策也起決定性作用。例如，采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)后，廠方易于對(duì)成本和價(jià)格進(jìn)行分析，在制訂報(bào)價(jià)方案和初步計(jì)劃時(shí)，可以做到心中有數(shù)，可以壓縮庫(kù)存和使模具生產(chǎn)均衡化等。 詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 16 詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 17 3 產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)及建模 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 首先在 UG模塊中的 Application(應(yīng)用模塊 )中，通過(guò)點(diǎn)、線、面功能及相應(yīng)的 操作 出實(shí)體模型并保存，如圖 。然后在 UG的主菜單 Application中的下拉菜單，點(diǎn)擊 MoldWizard模塊欄，進(jìn)入 MoldWizard模塊。 圖 定位套 材料特性及結(jié)構(gòu)特性分析 塑件塑料品種的確定 根據(jù)材料的要求，初步確定所用材料應(yīng)為工程塑料。在工程塑料中有很多品種能滿足塑件的使用要求，如 ABS、聚甲醛，聚碳酸酯等。從成型工藝與成本方面考慮，聚甲醛的熱穩(wěn)定性較差，加工工藝要求較高；聚碳酸酯的分子鏈較鋼硬，成型時(shí)粘度較大，要求較高的注塑壓力，制品中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等，加之兩者的原料價(jià)格也較高，最終確定彩用 ABS 塑料。 ABS 塑料的性能 ABS 塑料具有良好的綜合物理力學(xué)性能，耐熱，耐腐，耐油，耐磨，尺寸穩(wěn)定， 加工詳細(xì)資料請(qǐng)加 qq： 648569809 18 性能優(yōu)良，適用于制作一般機(jī)械零件、減摩耐磨零件、傳動(dòng)零件和電信結(jié)構(gòu)件。 ABS 塑料的性質(zhì)與材料性能： ABS 塑料是淡黃色、不透明、非結(jié)晶塑料，注塑是 ABS塑料最重要的成型方法。 ABS 塑料為通用的熱塑性塑料，成型性能較好，流動(dòng)性好；成型收縮率較小，一般為（ ）；比熱容較低，密度為 — ，在料筒中塑化效率高，成型周期短，缺點(diǎn)是吸水性較大，因此，成型前必須充分干燥。塑件尺寸較大，外部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，除了外形不規(guī)則外，塑件上沒(méi)有側(cè)孔，內(nèi)部也沒(méi)有倒扣，因此不需要安排側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，其 它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征要符全塑件的設(shè)計(jì)要求。 制定工藝方案 產(chǎn)品的體積和質(zhì)量 根據(jù)塑件的形狀在 UG 中可得到單件產(chǎn)品的體積 V= 和質(zhì)量 :m= 分型面的確定 分型面是分開(kāi)模具取出塑件的面，是模具動(dòng)定模的分界面。分型面的位置應(yīng)位于塑件斷面輪廓最大處，同時(shí)還應(yīng)考慮以下因素：脫出塑件方便，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)腔排氣順利，確保塑件質(zhì)量，無(wú)損塑件外觀，設(shè)備利用合理等，不論分型面如何選擇，實(shí)際的模具 分型 的結(jié)構(gòu)不外乎有三種情況： ? 型腔完全在動(dòng)模一側(cè) ? 型腔完全在定模一側(cè) ? 型腔各有一 部分在動(dòng)、定模 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用第一種模具結(jié)構(gòu)方案。 模具型腔、型