【文章內(nèi)容簡介】 地推動了注塑模 CAD/CAE 研究的深入，由最初的 CAD 技術和 CAM 技術以圖紙為媒介傳遞信息向 CADICAM 一體化方向發(fā)展 。 80 年代初開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領域，人們成功地采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設計 方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。由于 CAD/CAE 技術對提高模具和產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的巨大作用，許多國家的政府部門和科研機構(gòu)投入了大量的人力、物力進行研究。 80 年代中期注塑模 CADICAE 進入實用階段，出現(xiàn)了許多商品化注塑模CAD/CAE 軟件，比較著名的有 ： 澳大利亞 MOLDFLOW 公司的 MOLDFLOW 系統(tǒng)。它是一個率先推出的注塑模流動分析軟件具有流動分析、冷卻分析 、 翹曲分析、收縮分析、結(jié)構(gòu)應力分析、注塑機參數(shù)優(yōu)化、氣體輔助注塑分析、塑件纖維取向分析、中型面自動生成、熱固性塑料流 動與融合分析等功能的軟件 ； 美國 PTC 公司的 Pro/Engineer 軟件 是一個通用的 CAD/CAM 系統(tǒng)，具有很強的參數(shù)化特征造型功能，另外它還包括一個專用的模具設計模塊 Pro/Mold Design 使模具設計更加方便和直觀 ； 4 美國 AC Technology 公司的 CMold 系統(tǒng)。它包括三維流動模擬分析 CFLOW、三維保壓分析 CPACK 和三維冷卻分析 CCOOL 等功能模塊。 AC Technology 公司當前已被 MOLDFLOW 公司收購 ； 進入 20 世紀 90 年代后開展了成型過程流動、保壓、冷卻、應力分析及 翹曲的全過程模擬，將各獨立模塊有機地結(jié)合起來，考慮它們之間的相互影響，以提高模擬軟件的分析精度和擴大適用范圍。這卓有成效的研究成果，為開發(fā)使用型的注塑模分析軟件奠定了基礎。 塑料模具發(fā)展方向 隨著社會的發(fā)展、科技的進步、人們生活水平的提高 ，人們對電子塑料制品的要求越來越高，再加上激烈的市場競爭等各方面的因素。模具行業(yè)必將朝著以下幾個方面發(fā)展 ： 第一： 提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。 第二： 在塑料模設計制造中全面推廣應用 CAD/CAE/CAM 技術。 CAD/CAM 技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具 CAD/CAM 技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造了良好的條件 ；基于網(wǎng)絡的 CAD/CAM/CAE 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM 系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題 ； CAD/CAM 軟件的智能化程度將逐步提高 ； 塑料制件及模具的 3D 設計與成型過程的 3D 分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。而隨著大量模具 CAE 軟件的出現(xiàn)及其不斷完善，在模具設計過程中 CAE 軟件的使用也就越來越重要了。 第三： 推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控 制，而且其常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，注 5 射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。 第四： 開發(fā)新的塑料成型尸工藝和快速經(jīng)濟模具，以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 第五： 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴 格按標準生產(chǎn) :其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標準件質(zhì)量、降低戊本 :再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。 第六： 應用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 第七： 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提 [2]。 論文的主要研究工作 本文以相機外殼為實例來分析研究 CAD/CAE/CAM 技術在塑料模具中的系統(tǒng)應用，改變傳統(tǒng)的設計 方式，利用先進技術來優(yōu)化設計塑料產(chǎn)品及塑料模具的流程方式。主要具體完成內(nèi)容 ： 相機外殼結(jié)構(gòu)分析 ； 應用分析軟件進行流動分析 ； 完成相 機外殼注射模設計 。 本文研究前期主要是設計方面工作，利用 CAD/CAE/CAM 中與注射模設計相關軟件進行設計，中期時采用 CAD/CAE/CAM 技術來設計塑料產(chǎn)品及模具，優(yōu)化產(chǎn)品設計與創(chuàng)新、提高產(chǎn)品設計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減少在試模階段的缺陷、降低生產(chǎn)成本，提高競爭力，也是現(xiàn)代制造技術的發(fā)展趨勢。本文研究關鍵在于如何將專業(yè)知識、實踐經(jīng)驗與 CAD/CAE/CAM 技術具體地、合理地結(jié)合 到一起，優(yōu)化出相機外殼塑料產(chǎn)品和塑料注射模具。 2 注塑模 結(jié)構(gòu)設計 塑料模具設計流程 良好的設計流程是設計出準確合理的好產(chǎn)品的基礎，制訂模具設計流程是使模具設計規(guī)范化、制程化的保證，是適應模具交貨期短，縮短模具設計時間的必由之 6 路。 塑料注射模計算機輔助設計制造流程： 塑件三維建模 → 模流分析 → 塑料產(chǎn)品裝配 → 模具結(jié)構(gòu)設計 → 生成模具工程圖 → 關鍵零件數(shù)控加工 → 模具裝配調(diào)式 [3]。 客戶要求 接到客戶執(zhí)行單之后，需要做以下工作的處理： 接到客戶的執(zhí)行單 ， 從客戶的模具執(zhí)行單上審查客戶對產(chǎn)品的所有要求 ，其中包括 ： 客戶所傳產(chǎn)品圖 ； 塑料 材質(zhì)；有時客戶會提供模具的大小，進料位置，有倒勾時，還會要求做斜銷還是跑滑塊。 接到客戶產(chǎn)品對客戶的 2D 和 3D 產(chǎn)品圖處理，包括： 如果接到客戶傳的產(chǎn)品圖 是 2D 圖，則要必須先請客戶 的 2D 圖轉(zhuǎn)化為 3D 圖 (用Pro/E 軟件 )，即根據(jù)客戶產(chǎn)品的 2D 圖構(gòu)建 產(chǎn)品的 3D 模型圖 ； 如果有了客戶產(chǎn)品的3D 模型圖，模具 3D設計人員必須檢查 3D模型圖的外觀，成品的平均肉厚是否有肉厚不均的地方會產(chǎn)生縮水，成品的拔模角是否有利于開模，成品的結(jié)構(gòu)是否有利于產(chǎn)品成型。如果客戶產(chǎn)品的 3D 模型圖有以上的問題存在 ，要通知客戶修改成品的問題。 塑料模具設計 經(jīng)過以上的客戶產(chǎn)品圖處理之后轉(zhuǎn)入模具設計階段，包括 ： 產(chǎn)品成型分析 MOLDFLOW ( CAE )； 2D 模具結(jié)構(gòu)圖繪制 (AutoCAD )； 3D 模仁成型部分拆制（ Pro/E )； 模具零件圖的拆制 。 模具零件圖也就是所說的模具加工圖，是根據(jù)模具 2D 圖和 3D 圖拆制的模具零件圖。包括模板圖、滑塊座圖、斜撐銷圖、模仁圖、滑塊入子圖、斜銷圖、入子圖等，還有頂針備料明細表、五金零件備料明細表、出圖明細表等。 相機模具設計思路 相機產(chǎn)品的形體結(jié)構(gòu)設計 直接影響相機產(chǎn)品 生命和外 觀形象 變化 的 主要因素有材料的選用、模具結(jié)構(gòu)設計、表面處理、加工 手段、包裝裝配等幾個方面。 相機產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設計分析 要審查造型設計是否合理可靠，包括制造方法、塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、結(jié)構(gòu)強度、電路安裝 (和電子工程人員配合 )等是否合理 ； 根據(jù)造型要求確定制造工藝是否能實現(xiàn)，包括模具制造、產(chǎn)品裝配、外觀的噴 7 涂、絲印、材質(zhì)選擇、需采購的零件供應等 ； 確定產(chǎn)品功能是否能實現(xiàn)，用戶使用是否最佳 ； 進行具體的機構(gòu)設計，確定每個零件的制造工藝，要注意 塑件的結(jié)構(gòu)強度、安裝定位、筋骨方式、產(chǎn)品變形、元器件的安裝定位、安裝要求、確定最佳裝配路線 ； 結(jié)構(gòu)設計要盡量考慮模具設計和制造的難度，提高注射生產(chǎn)的效率，最大限度地減低模具成本和生產(chǎn)成本 ； 確定整個產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，檢測手段，保證產(chǎn)品的可靠性。 相機產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)以上分析的思路做好工藝的合理排序，然后進入模具結(jié)構(gòu)的設計一裝配圖的設計： 3D 轉(zhuǎn) 2D 的 DWG 圖 (CAD 圖 )； 成品的廠模分析，確定凸、凹模分模面 ； 成品的結(jié)構(gòu)分析，確定機構(gòu)，如有倒扣的，用斜銷成型或側(cè)滑塊成型 ； 成品的進澆點的分析， 借助 MOLDFLOW 軟件，確定澆口的形狀、位置等，及注射機的選用 ； 確定模具的結(jié)構(gòu) (兩板模、三板模、及熱澆道 )，有時候根據(jù)客戶需求而確定 ； 成品的收縮率的確定 (未加收縮的，給產(chǎn)品在 3D 圖中放收縮 )； 確定成品的開模腔數(shù) (一模多腔，要注意注射模均衡 )； 成品放縮及鏡射成品圖 ； 確定成品的擺放位置 (模腔的排配 )； 確定模仁的大小 ； 畫流道及澆口 ； 確定模座大小，調(diào)用模座 (同一產(chǎn)品在不同的公司有不同的做法，不同的公司有自己規(guī)定的標準，以減輕模具設計人員重復作業(yè)時間，提高生產(chǎn)率 )； 將模仁放入模座中的適當位置 ； 畫定位圈及注射澆口套 ， 畫分 塊及斜銷等機構(gòu) ， 畫頂出機構(gòu) ， 冷卻水路 ， 畫模座其它周邊的結(jié)構(gòu) ， 標注模座的尺寸。 殼體常用材料 ABS：是 由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。 ABS 的特性主要取決于三種單體的比率及分子結(jié)構(gòu)，這在產(chǎn)品設一計上具有較大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上多種不同品質(zhì)的 ABS 材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特 性等； ABS 材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強