【文章內(nèi)容簡介】 MTA等功能模塊。德國IKV研究所的CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有注射模流動分析、冷卻分析和力學(xué)性能校核等功能，CADMOULDMEFISTO系統(tǒng)則采用有限元法進行三維型腔的流動分析。我國在注射模CAD技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學(xué)校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。多年來，我國對注射模設(shè)計制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技術(shù)”、“多型腔小模數(shù)齒輪精密模具制造技術(shù)”和“實用CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應(yīng)用”等國家重點企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，還安排了國家“八五”重點科技攻關(guān)項目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進我國注射模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高。我國在注射模CAD技術(shù)研究與開發(fā)方面較具代表性的工作有:華中理工大學(xué)是國內(nèi)較早自行開發(fā)研究注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的單位之自80年代中期開始，就在注塑模流動分析模擬和冷卻分析模擬方面進行了較深入的研究與開發(fā)工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC1。該系統(tǒng)包括塑料制品三維形狀輸入、流動模擬、冷卻分析、型腔強度與剛度校核及模具圖設(shè)計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應(yīng)用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化。浙江大學(xué)基于工作站的UG II系統(tǒng)開發(fā)出精密注射模CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用特征造型技術(shù)構(gòu)造產(chǎn)品模型，使形狀特征表達與工藝信息描述統(tǒng)一，并利用特征反轉(zhuǎn)映射實現(xiàn)了型腔模型的快速生成。上海交通大學(xué)從1983年開始，對注射模CAD進行了多方面的研究。在國內(nèi)首次將人工智能技術(shù)引入注射模CAD系統(tǒng)中，并于1988年開發(fā)出集成化注射模智能CAD系統(tǒng)。現(xiàn)在在工作站UG II平臺上進一步開發(fā)智能CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)華正模具研究所開發(fā)的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產(chǎn)品線框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等功能，具有很高的技術(shù)水平與實用價值。合肥工業(yè)大學(xué)在注射模結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)方面進行了多年的研究與開發(fā)工作，先后研制出微機注塑模CAD系統(tǒng)PMCAD和微機注塑模CAD三維系統(tǒng)IPMCAD ，取得了較好的成績。、實體造型技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧。現(xiàn)在以AutoCAD ，進一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模CAD三維參數(shù)化系統(tǒng)IPMCAD ，在技術(shù)水平、實用性與通用性方面都達到較高水平。第二章 模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。與任何新生事物一樣，模具CAD/CAE/CAM在近20年中經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以來，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展速度更快、應(yīng)用范圍更廣，為了使廣大模具工作者能進一步加深對該技術(shù)的認識，更好發(fā)揮模具CAD/CAE/CAM的作用，針對模具中應(yīng)用最廣泛、最具有代表意義的級進模、汽車覆蓋件模和塑料注射模CAD/CAE/CAM的發(fā)展狀況和趨勢作概括性的介紹和分析。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，當今產(chǎn)品開發(fā)的一個主要方面就是開發(fā)新的產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)，特別是由各種自由曲線、曲面組成的流線型外形。傳統(tǒng)的模具制造已無法滿足要求。計算機輔助設(shè)計((ComputerAided Design, CAD) 、計算機輔助工程(ComputerAided Engineering CAE)、計算機輔助制造（puter－Aided Manufacturing, CAM）,是當代計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，使用全新的基于特征的參數(shù)化造型方法概念寫成的各種CAD/CAM/CAE軟件，其造型效率明顯超過其它傳統(tǒng)的造型方法。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè),被稱為“工業(yè)之母”。模具是一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品,其生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。隨著工業(yè)的發(fā)展,特別是CAD/CAM/CAE技術(shù)的飛速發(fā)展,極大地推動了模具的發(fā)展。目 前,CAD/CAM/CAE技術(shù)以計算機及周邊設(shè)備和系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ),它包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計、有限元分析(FEA)及優(yōu)化設(shè)計、數(shù)控加工編程(NCP)、仿真模擬及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等內(nèi)容。其特點是將人的創(chuàng)造能力和計算機的高速運算能力、巨大存儲能力有機地結(jié)合起來。目前，國內(nèi)外模具方面最有代表性CAD/CAM/CAE軟件有： （1）美國EDS公司的三維CAD/CAM軟件UG （2）美國PTC公司的三維CAD/CAM軟件PRO/E （3）英國DELCAM公司的三維CAD/CAM軟件DUCT （4）以色列CIMATRON公司的三維CAD/CAM軟件CIMATRON （5）美國ACTECH公司的注射模分析軟件CMOLD （6）澳大利亞MOLDFLOW公司注射模分析軟件MF （7）華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室的注射模CAD/CAM/ （8）北京航空航天大學(xué)華正軟件工程研究所的CAD/CAM軟件CAXA。 這些軟件代表了當前國內(nèi)外的最高水平，具有新一代模具CAD/CAM/CAE軟件的智能化、集成化、模具可制造性評價等特點。 塑料注射成型模具CAD塑料注射成型模具設(shè)計步驟是這樣的，首先根據(jù)塑件的要求和塑料的工藝性能，認真分析塑件的工藝性，正確確定成型方法及成型工藝，選擇合適的塑料成型注射機。然后，進行塑料注射成型模具設(shè)計。計算機輔助設(shè)計與輔助制造（CAD/CAM）是當代計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，CAD/CAM技術(shù)越來越廣泛地在企業(yè)中得到應(yīng)用。如下簡單介紹CAD/CAM技術(shù)在塑料注射成型模具中的應(yīng)用。熱塑性塑料注射成型是一個相當復(fù)雜的物理過程，隨著計算機的廣泛普及，CAD/CAE/CAM技術(shù)正在應(yīng)用于注射成型領(lǐng)域，為模擬注射成型過程，優(yōu)化注射成型工藝參數(shù)，提高模具設(shè)計與制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短模具設(shè)計制造周期提供了有效手段。而傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法往往很難做到這點。采用計算機輔助技術(shù)進行產(chǎn)品開發(fā)時，設(shè)計師先根據(jù)擁護要求進行產(chǎn)品構(gòu)思，采用幾何造型技術(shù)進行產(chǎn)品初步設(shè)計，運用有限元分析方法預(yù)測產(chǎn)品在工作狀態(tài)下的強度和剛度，進行成本估算，滿足要求后再進行模具和注射成型工藝的優(yōu)化設(shè)計。波音飛機公司在777新型客機的設(shè)計中，全面應(yīng)用CAD技術(shù)，到1991年約有半數(shù)零件（6萬多件）的50%細節(jié)采用三維實體設(shè)計，在設(shè)計中排除了50%的差錯，省去了部分洋機制造。 塑料注射模CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況塑料注射模CAD/CAM是伴隨著通用機械CAD/CAM技術(shù)發(fā)展而不斷深化的。從上世紀60年代基于線框模型的CAD 系統(tǒng)開始, 到70 年代以曲面造型為核心的CAD/ CAM系統(tǒng), 80 年代實體造型技術(shù)的成功應(yīng)用, 90 年代基于特征的參數(shù)化實體/曲面造型技術(shù)的完善, 為塑料注射模采用CAD/CAE/ CAM技術(shù)提供了可靠的保證。目前在國內(nèi)外市場已涌現(xiàn)出一批成功應(yīng)用于塑料注射模的CAD/CAE/ CAM系統(tǒng)?，F(xiàn)在國外一些著名的商品化三維造型軟件都帶有獨立的注射模設(shè)計模塊, 如美國PTC 公司的Pro/ E、UGS 公司的UG II、SDRC 公司的I DEAS系統(tǒng)。這3 個CAD/ CAM系統(tǒng)目前在塑料模具工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。此外還有美國CV 公司的CADDS 系統(tǒng)、法國MATRA 公司的EUCLID 系統(tǒng)、法國DASSAULT公司的CATIA 系統(tǒng)、英國DELCAM公司的DUCT系統(tǒng)、日本造船信息系統(tǒng)株式會社的Space E 系統(tǒng)和日本UNISYS 株式會社的CADCEUS系統(tǒng)等都各具特色,擁有各自的用戶群。塑料注射模CAE 技術(shù)的發(fā)展也十分迅速, 從上世紀60 年代的一維流動和冷卻分析到70 年代的二維流動和冷卻分析再到90 年代的準三維流動和冷卻分析, 其應(yīng)用范圍已擴展到保壓分析、纖維分子取向和翹曲預(yù)測等領(lǐng)域并且成效卓著。塑料注射成型CAE 商品化軟件中應(yīng)用最廣泛的當數(shù)美國Moldflow公司的模擬軟件MF ,該軟件主要包括流動模擬(MF/ FLOW) 、冷卻分析(MF/COOL) 、翹曲分析(MF/ WARP) 、氣輔分析(MF/ GAS)和應(yīng)力分析(MF/ STRESS) 等。該公司于1998 年推出準三維的雙面流軟件( Part Adviser) , 2002 年推出真三維的實體流軟件模塊, 目前該公司在世界上擁有較大的用戶群。近10 余年來, 我國對塑料注射成型CAE 技術(shù)也開展了系統(tǒng)而深入的研究。華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、鄭州大學(xué)和南昌大學(xué)等都相繼取得了可喜的成果。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室在最近推出的商品化塑料注射成型集成化仿真系統(tǒng)HSCAE6. 10 , 從1989 年推出的HSCAE1. 0 版到如今的6. 10 版, 經(jīng)歷了從二維分析到三維分析, 從實用化到商品化, 從局部試點到大面積推廣應(yīng)用的進程,已成為塑料制品設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程師培訓(xùn)的有力工具, HSCAE 仿真系統(tǒng)目前已在國內(nèi)80多家工廠和學(xué)校推廣應(yīng)用。 塑料注射成型模具CAD的主要內(nèi)容（1）塑件造型設(shè)計 （2）型腔、型芯表面形狀的設(shè)計（3）型腔方案及布局 （4）選擇標準模架（5）模具裝配圖的設(shè)計 （6）模具零件圖的設(shè)計（7）模具零件計算和校核 塑料注射成型模具CAD的特點（1）必須建立模具標準化 （2）描述物體幾何形狀（3）設(shè)計數(shù)據(jù)的處理 （4）適應(yīng)性要廣泛 注塑機相關(guān)參數(shù)的校核(一)最大注塑量的校核塑件的質(zhì)量必須與所選注射成型機的最大注射量相適應(yīng)。，注射機利用率降低，浪費電能,而且可能導(dǎo)致塑料分解。而最大注塑量小于塑件的質(zhì)量，就會造成塑件的形狀不完整或內(nèi)部組織疏松，塑件強度下降等缺陷。為了保證正常的注塑成型，注射機的最大注射量應(yīng)稍大于塑件的質(zhì)量或體積（包括流道凝料和飛邊）。通常注射機的實際注射量最好在注射機最大注射量的80%以內(nèi)。校核公式如下：KV0 ≥V=∑Vi+V澆（i=1～n）式中 V0——塑料注射成型機最大注射容積，cm3； V——塑件的體積（包括塑料制品、澆道凝料和飛邊），cm3； Vi——一個塑件的體積，cm3； n——型腔數(shù)；K——塑料注射成型機最大的利用系數(shù)，取K=。因塑料的體積與壓縮比有關(guān)，故所需塑料體積為V料=KV 式中K——壓縮比， V料=塑料的體積，cm3。（二）注射壓力校核 注射壓力校核的目的是校核注射機的最大注射壓力能否滿足塑件成型的需要。注射機最大注射壓力應(yīng)稍大于塑件成型所需要的注射壓力。即 P0≥P式中 P0——注射機的最大注射壓力，MPa； P——塑件成型所需的注射壓力，MPa。（三）鎖模力的校核及型腔數(shù)的確定 鎖模力又稱合模力，是指注射機的合模機構(gòu)對模具所施加的最大加緊力。當熔體充滿型腔時，注射壓力在型腔內(nèi)所產(chǎn)生的作用力總是力圖使模具沿分型面脹開，為此注射機的鎖模力必須大于型腔內(nèi)熔體壓力與塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積。即 F0≥F=P模A分100式中 F0——注射機的公稱鎖模力，N； P?！?nèi)平均壓力（型腔內(nèi)的熔體平