【文章內容簡介】 趨勢 是穩(wěn)定提升 的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將 繼續(xù) 高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。 在未來的發(fā)展中， 精密、大型、復雜、長壽命塑料模具 將成為主流 ，這類模具 的發(fā)展將高于總量發(fā)展 的 速度 ，其中國產化的占有率也會提高 ； 在塑料模 具 設計制造中全面推廣應用CAD/CAE/CAM技術 ，先進的 CAD/CAE/CAM技術 對提高模具生產 效率和質量 起到了直接的作用 ；推廣 和 應用熱流道技術、氣輔注 塑 成型技術和高壓注 塑 成型技術 ，隨著生產的快速自動化要求，這類先進的成型技術將得到越來越多的關注和應用 ； 開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具 ，隨著 塑料工業(yè) 的發(fā)展 和進步 ，要求模具的生產周期大大縮短和經(jīng)濟實用 ； 提高塑料模具 標準化水平和標準件的使用率 ，由于現(xiàn)代工業(yè)的分工越來越細，模具行業(yè)也要提高模具的標準化，方便 模具各零件的 生產加工 和使用，縮短模具的生產周期 ； 應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術 ； 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程 等 [8]。 并行工程的產生及發(fā)展 并行工程產生的背景 并行工程是近年來新出現(xiàn)的一種產品開發(fā)模式，它受到了國內外眾多研究單位與制造企業(yè)的重視。并行工程是一種指導新產品開發(fā)的樸素的哲理，同時也是一門綜合的自動化制造技術。 并行工程的四個關鍵要素 并行工程的核心內容包括四方面：第一，產品開發(fā)隊伍重夠；第二，過程重夠；第三，數(shù)字化產品定義；第四，協(xié)同工作環(huán)境。針對并行工程的核心內容，并行工程包括組織結構變革、新的用戶需求策略、必要的支撐環(huán)境、產品開發(fā)過程改進這四個關鍵要素。 并行工程關鍵技術概述 傳統(tǒng)的 CIMS中的基礎技術，如信息集成、 STEP、 CAD/CAPP/CAM、數(shù)據(jù)庫等，在并行工程中仍然扮演重要角色。然而在 CIMS信息技術的基礎上實施并行工程還需要組織管理，過程改進、并行化設計方法學等新信息的關鍵技術支持。 并行工程的組織結構 并行工程要求打破部門間的界限，組成跨部門多專業(yè)的集成產品開發(fā)團隊（ IPT） 并行工程協(xié)調管理 并行工程的大規(guī)模協(xié)同工作的特點，使得沖突成為并行工程實施過程中的一個重要的現(xiàn)象。為使產品開發(fā)過程順利進行，使并行工程的效益得以充分體現(xiàn)，必須具有一種協(xié)調管理的支持技術、工具及系統(tǒng)，來建立各功能小組及產品元件之間的依賴關系，協(xié)調各跨功能小組之間的活動，支持各小組及產品信息的透明訪問，以保證把正確的信息和資源，在正確的時刻，以正確的方式，送給正確的小組（小組成員）。并行工程協(xié)調管理應提供有效的沖突仲裁支基于 并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 9 持信息，妥善而全面地處理并行工程環(huán)境下出現(xiàn)的各種沖突，來解決新的開發(fā)模式 下出現(xiàn)的各種新的問題，使產品開發(fā)過程 順利進行，真正實現(xiàn)并行工程的效益。協(xié)調管理問題是并行工程中的一個關鍵技術問題，它直接影響到并行工程能否順利地實施以及并行工程的效益能否真正體現(xiàn)的問題。 畢業(yè)設計的任務 參考市面上的 汽車保險桿 ，設計 保險桿 ，包括塑件設計、工藝性分析、確定收縮率和分型面、澆道系統(tǒng) 的 設計、冷卻系統(tǒng) 的設計 與計算、模具結構件設計、干涉分析 (動態(tài)碰撞檢查 )、零部件加工工藝 方案 制訂、注塑 設備選擇、繪制模具設計圖紙 等 。 為滿足大批量自動化生產的需要，該制 件 的 設計選用熱流道型注塑模具。 完成以上內容后 要求 打印模具 的 裝配圖紙和模具成型部分 的 零件圖紙，并 完成符合相關規(guī)定、規(guī)范的畢業(yè)論文 和 提供完整的模具設計電子圖檔。 制品資料 制品的實物圖 這次設計的制件是 汽車保險桿 ， 制件的 參考 實物圖如 圖 1所示。 制品的市場調查 市場上， 不同公司生產的或同一公司生產的不同型號的 充電座 ， 制件會存在差異。經(jīng)過市場上調查，找到一些 充電座 的樣品，如圖 2所示，在樣品中可以看到有些 充電座部件 與這次設計的制件的實物圖存在差異，主要是由于設計者設計的 充電座 的外觀與功能的不同。 如圖 1 制品的 參考 實物圖 圖 2 市場上的 部分 汽車保險杠 制品三維模型 基于 并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 10 根據(jù)制品的實物幾何特征和尺寸，利用 Pro/E軟件 三維模型中心 模塊進行 制件的 三維造型，得到的制品 3D 效果如圖 3所示，由于經(jīng)過自己的設計，所以用 Pro/E 構建出來的效果圖與制品的實物圖會存在差異 。 圖 3 制品的 3D 視圖 制品零件圖 并利用 Pro\E軟件的 三維模型中心 模塊 ，將構建的制品 3D模型 圖 轉換為 2D視圖，如圖4所示 。 圖 4 制品的零件示意圖 產品開發(fā)過程工程 產品開發(fā)過程工程的概念來源于一般意義的“過程工程”的概念，所謂過程工程就是指有關過程的定義、優(yōu)化和控制的工程活動的總稱。過程工程的研究為人們研究、管理和實施過程乃至過程重組提供們研究、管理和實施過程乃至過程重組提供 過程重組需求分析 產品開發(fā)過程重組是通過從根本上對產品開發(fā)過程的重新考慮和徹底性的設計，達到產品開發(fā)在成本、質量、服務和速度上的巨大的改進，重組意味著對過程的較為徹底的改造?；?并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 11 產品開發(fā)過程重組是組織層次的周密的過程改革。過程工程的每一次大的循環(huán)，即組織啟動過程重組，是由經(jīng)營環(huán)境變化和新技術驅動，或者是由內部過程度量與評估結果驅動的，從而形成過程重組的需求。當市場競爭發(fā)生變化，如時間成為當前產品開發(fā)競爭的焦點，或者當前的產品技術發(fā)生較大的突破時，企業(yè)必須做出相應的對策，進行產品開發(fā)過程重組，以提高其競爭能力。同樣，基于某個或多個 項目內部改革的成功經(jīng)驗，或者是在大量的項目實施中發(fā)現(xiàn)很多問題，也可能啟動過程重組。 過程體系結構設計 過程的體系結構設計是指從不同角度對過程進行較高抽象層次的設計，包括產品開發(fā)過程分解方法、功能模型‘組織模型。行為模型和信息模型等，對過程的一般體系結構進行設計和擴充，并負責組織各過程構件，定義其接口關系。 過程的體系結構是隨著過程工程的進行而不斷完善，不斷擴大和不斷豐富的。 產品開發(fā)過程建模 產品開發(fā)過程建模目標與需求 產品開發(fā)過程建模工作應當滿足如下需求，這些 需求體現(xiàn)了產品開發(fā)過程研究和應該的基本目標。 （ 1）加強團隊成員對過程的理解和團隊協(xié)作。 （ 2）支持過程的分析和改進 （ 3）支持開發(fā)過程的實施、監(jiān)控和管理 （ 4）支持過程集成開發(fā)環(huán)境 過程的層次與過程建模的關系 從過程實施的角度看，產品開發(fā)過程具有層次性。通常將產品開發(fā)過程分為四層次：組織標準化產品開發(fā)過程、項目既定過程、項目與團隊開發(fā)設計劃和具體任務層。 產品開發(fā)過程的規(guī)劃和管理 PERT 技術和 CPM 方法 PERT 技術和 CPM 方法都采用活動網(wǎng)絡圖來描述一個項目，也就是從一個項目的開始到結束，把應當完成的任務用圖或表的形式表示出來。通常用兩張來定義網(wǎng)絡圖。一張表給出與一特定項目有關的所有任務（稱為任務分解結構），另一張表則給出應當按照什么樣的次序來完成這些任務（稱為限制表）。 集成產品開發(fā)團隊 并行工程強調及早考慮下游活動對產品設計的影響，強調各個活動并行交叉進行，強調面向過程和以產品為中心，強調系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化。這些都離不開高校的組織形式和快捷的信息溝通和交流。傳統(tǒng)的部門制在 組織結構變大時，生產效率降低，通信障礙增加，各部分的信息分享成為瓶頸，致使開發(fā)周期延長，產品質量下降。 基于 并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 12 并行工程協(xié)同工作環(huán)境 并行工程協(xié)同工作環(huán)境分為五層，分別為：活動層、事物層、合作服務層、企業(yè)信息模型層和網(wǎng)絡層。 并行工程協(xié)同工作環(huán)境中的關鍵技術 一般認為協(xié)同工作的七個要素為 7C，即協(xié)作、信任、交流、折衷、一致、不斷提高、協(xié)調。為體現(xiàn) 7 個基本要素，實現(xiàn)協(xié)同工作，必須解決好以下關鍵技術。 模 息的獲取與管理 并行工程產品開發(fā)過程的協(xié)調管理 并行工程產品開發(fā)過程的協(xié)調 為得出并行工程產品開發(fā)過程協(xié)調問題的相關結論，必須將協(xié)調對象具體化并行工程開發(fā)過程。 并行工程產品開發(fā)過程協(xié)調的定義：在集成產品開發(fā)團隊組織結構下，通過采用有效的問題表示機制和及時地采集過程有關信息，來避免沖突、發(fā)現(xiàn)開發(fā)過程中已出現(xiàn)的沖突及發(fā)現(xiàn)在開發(fā)過程下游才可能暴露出的沖突，并通過調整開發(fā)小組間及開發(fā)小組內的各種相互依賴關系，來化解沖突，從而保證并行工程總目標的實現(xiàn)。 并行工程產品開發(fā)過程的協(xié)調模型 本節(jié)提出一種并行工程協(xié)調模型，以提供一個全面的參考筐架，來系統(tǒng)地深入地解決并行工程產品開發(fā)過程的協(xié)調問題。 （ 1）對協(xié)調模型的要求 （ 2）協(xié)調模型 （ 3）關聯(lián)模型 （ 4）過程模型和產品模型 （ 5）知識模型 （ 6）數(shù)據(jù)采集 （ 7）沖突化解 注塑模具設計 注塑模具的設計是塑料模具工業(yè)中的一個 重要的環(huán)節(jié)，模具的質量直接影響生產制品的優(yōu)劣。 注塑模具分為動模和定模兩大部分，定模部分安裝在注塑機的固定座板上，動模部分安裝在注塑機的移動座板上。 注塑生產時，定模與動模兩大部分閉合，塑料通過噴嘴進入模具的型腔內，開模時，定模與動模兩大部分分離，頂出機構講制件頂出，完成一次制件注塑過程。 基于 并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 13 注塑模具的設計按其結構特征來分主要包含成型部分的設計 、 模架的選用 、 澆注系統(tǒng)的設計 、 側向 抽芯結構的設計 、頂 出機構的設計 、 冷卻和加熱系統(tǒng)的設計等等。 Pro/E Pro/ENGINEER 是由美國參數(shù)技術公司推出的一套博大精深的三維 CAD/CAM 參數(shù)化軟件系統(tǒng)，它的內容涵蓋了產品從概念設計、工業(yè)造型設計、三維模型設計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的輸出、生產加工成產品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、模具設計與分析等使用模塊。 在整個 畢業(yè) 設計過程中， 主要使用 Pro/E 產品的 3D造型 。 UG UG 是一個全三維、雙精度的造型系統(tǒng)，使用戶能夠比較精確地描述任何幾何形體，通過對這些形體的組合，就可以對產品進行設計、分析和 制圖。 UG 可以為機械設計、模具設計以及電器設計提供一套完整的設計、分析、制造方案；UG 提供了包括特征造型、曲面造型、實體造型在內的多種造型方法 。而本畢業(yè)設計我是運用 UG ，根據(jù) UG ，進行整副模具的 3D設計！ AutoCAD2021 AutoCAD 是 Autodesk 公司推出的計算機輔助設計軟件， 由于其強大的功能，所以該軟件 廣泛應用于建筑、機械、電子等設計領域。 本次畢業(yè)設計，運用該軟件進行 塑膠制件、模具裝配及其 零件 工程 圖的繪制和修改工作。 AutoCAD2021 采用了 XP 風格的 操作 界面，所有工具欄的圖標都是真彩色的 。相對與Autodesk 公司 以前推出的 AutoCAD 版本， AutoCAD2021 可以 支持無限次地撤消和恢復操作。在圖像管理方面功能 也 有所加強，如可以 實現(xiàn) 保存調出圖層狀態(tài)、圖層狀態(tài) 的 存盤、圖層 的拷貝 和 圖層 的 轉換等 功能 。 此外， AutoCAD2021和燕繡 還提供了一個非常實用的 外掛 功能 。 注塑模 具的 傳統(tǒng)設計流程 傳統(tǒng)的 注塑模設計流程如圖 5所示 [10]。 基于 并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 14 圖 5 傳統(tǒng) 注塑模 具 設計流程圖 在進行設計之前，設計者應該明確自己要設計的事項，要以設計任務書為依據(jù)設計模具。根據(jù)設計書的內容，設計者應熟悉塑件的幾何形狀、明確使用要求。 然后對塑件進行成型工藝性的檢查，以確認塑件各個細節(jié)是否符合注塑成型的工藝條件 ，這可以利用一些塑料 CAE分析軟件輔助分析 。 在對工藝性分析之后，利用 CAD軟件進行塑件的型芯型腔造型，確定其收縮率和分型面。將塑件的型芯型腔設計完畢之后，根據(jù)塑件的參數(shù)，選取合適的模架。接下來的工作就是對模具的澆道系統(tǒng)、 冷卻或加熱系統(tǒng)、模具其他構件的設計，根據(jù)前面的設計，選擇合理的注射機，最后繪制模具的設計圖。 隨著 CAD/CAM技術在模具領域的發(fā)展，傳統(tǒng)的模具設計正在發(fā)生著重大變化，每個公司也有自己實際的一套操作手冊。但總的來說，設計的基本過程和內容，均與傳統(tǒng)的設計基本相同。 基于 并行工程、 UG 軟件 的熱流道型 注塑模 具 設計流程 根據(jù) 上述的 傳統(tǒng) 注塑模 具的 設計流程， 結合自己畢業(yè)設計的任務書， 按照指導老師所提出的要求和建議， 以及使用的 UG軟件 ， 自己設計出了一套 基于并行工程的 熱流道型注塑模 具的 設計流程 。流程的內容 如圖 6所示 。 圖 6 熱流道 模具設計流程圖 模具設計與參數(shù)計算 制件分析 制件工藝分析 制件是 汽車保險桿 ，在接到設計任務并開始設計之前，應對制件的實 物特征（幾何特征和尺寸特征等）和使用要求進行仔細地分析和研究，并結合注塑成型的工藝對成型的難易程基于 并 行工程 汽車保險杠 熱 流道模具 設計 15 度進行綜合考慮，以在保證制件的質量和使用要求的前提下，盡量選用較 簡單的模具結構，減小模具制造難度和降