【正文】 CAE/CAM技術(shù)等新技術(shù)的引入，使傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行塑料模具設(shè)計(jì)與制造的國內(nèi)模具設(shè)計(jì)行業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)。 數(shù)控技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的技術(shù)革命不斷取得新的進(jìn)展和突破，技術(shù)的飛躍己經(jīng)成為推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)增長的重要因素。一方面企業(yè)為追求規(guī)模效益，使得數(shù)控向著高速、精密、長壽命方面發(fā)展。計(jì)算機(jī)、激光、電子、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)控技術(shù)如虎添翼，所涉及的范圍不斷擴(kuò)大，類型不斷增多，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益越來越顯著。 我國數(shù)控技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開發(fā)階段，“六五”、“七五”期間的消化吸收、引進(jìn)技術(shù)階段，“八五”期間建立國產(chǎn)化體系階段，“九五”期間產(chǎn)業(yè)化階段，現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認(rèn)可，在市場上站穩(wěn)了腳跟。主要問題有以下幾方面： (1)技術(shù)創(chuàng)新成分低、消化吸收能力不足目前我國數(shù)控技術(shù)的研究主要還是依照國外開發(fā)的一些模式按部就班地進(jìn)行。技術(shù)引進(jìn)是加快我國控技術(shù)發(fā)展的一條重要途徑，但引進(jìn)的技術(shù)要實(shí)現(xiàn)從根本上提高我國數(shù)控技術(shù)水平，必須進(jìn)行充分的消化吸收。 (2)技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境不完善我國尚未形成有利于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的競爭環(huán)境。企業(yè)還沒有建立良好的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，絕大部分企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新組織仍處于一種分散狀態(tài)，很難取得高水平的科研成果。這使得可靠性、穩(wěn)定性上就與國外技術(shù)相差很大，必然影響產(chǎn)品的市場占有率。 (5)體系結(jié)構(gòu)不夠“開放” 大部分?jǐn)?shù)控產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)不夠開放，用戶接口不完善，少數(shù)具有開放功能的產(chǎn)品又不能形成真正的產(chǎn)品，只是停留在試驗(yàn)、試制階段。 國外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高綜合國力和國家地位的重要途徑。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。各國相繼推出了許多主軸轉(zhuǎn)速10 000 r／rain至60 000 r／min以上的加工中心和數(shù)控銑床。 高速加工對機(jī)床和功能部件的要求是：主軸功能部件的速度應(yīng)能達(dá)到12 000～40 000 r／min；工作臺(tái)最高進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到40～60 m／min；加速度達(dá)到lg；高剛性的機(jī)械部件結(jié)構(gòu)；高穩(wěn)定、高剛度、冷卻良好的高速主軸；精確的熱補(bǔ)償系統(tǒng)；高速處理能力的控制系統(tǒng)(具有NURBS插補(bǔ)功能和預(yù)處理能力的控制系統(tǒng))。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題，目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC、歐盟的OSACA、日本的OSEC，中國的ONC等。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能)，形成系列化。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。 (3) 環(huán)?；? 隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，對環(huán)保的要求越來越高。在這種形勢下，裝備制造領(lǐng)域?qū)C(jī)床提出了無冷卻液、無潤滑液、無氣味的環(huán)保要求，機(jī)床的排屑、除塵等裝置也發(fā)生了深刻的變化。目前在歐洲的大批量機(jī)械加工中，已有10％一15％的加工實(shí)行了干切削或準(zhǔn)干切削。 (4) 采用五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合快速力 采用五軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅粗糙度好，而且效率也大幅度提高。但過去因五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。 (5 )重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐盟和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。 STEP—NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。 歐美國家非常重視STEP—NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP—NC的IMS計(jì)戈Ⅱ(1999．1．1—2001．12．31)。美國的STEP TOOLS公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，已開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。 本課題的提出和主要研究內(nèi)容我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定。塑料注射成型是生產(chǎn)塑料制品的主要手段，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，注塑模傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)與制造己無法適應(yīng)當(dāng)前的形勢，縮短模具設(shè)計(jì)與制造時(shí)間、提高制品精度與性能的正確途徑是采計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，他已經(jīng)成為解決塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。在這樣的大環(huán)境下，就企業(yè)來說加工生產(chǎn)中如何打破傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)方式，將計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)引入模具生產(chǎn)，是一條需要不斷探索的路。本論文的主導(dǎo)思想是：以實(shí)際生產(chǎn)的注塑模具為例，在分析研究塑模設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)上，使用典型模具CAD/CAM軟件，完成一套生產(chǎn)用的塑料模具設(shè)計(jì)，探索理論分析和軟件設(shè)計(jì)相互結(jié)合相輔相成的設(shè)計(jì)過程。 本課題研究的目的和意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家的支柱產(chǎn)業(yè)－機(jī)械制造業(yè)蓬勃的發(fā)展起來。但數(shù)控技術(shù)是一門技術(shù)含量較高的技術(shù)，如何更有效、更經(jīng)濟(jì)的培養(yǎng)出合格的數(shù)控人才擺在我們面前。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，使得在計(jì)算機(jī)上利用虛擬技術(shù)對學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)成為可能。由于人為因素或計(jì)算機(jī)程序問題，編制出的NC代碼往往可能存在一定的錯(cuò)誤，因此加工零件的NC代碼在投入實(shí)際的加工之前通常需要進(jìn)行試切，以檢驗(yàn)NC代碼的正確性和被加工零件是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)來模擬實(shí)際的數(shù)控加工環(huán)境并對加工過程進(jìn)行仿真分析可以幫助設(shè)計(jì)人員在實(shí)驗(yàn)室就可以檢查制造中的問題，以部分或者完全取消試切環(huán)節(jié)，從而減少設(shè)計(jì)和制造周期和費(fèi)用。因此，用數(shù)控加工仿真技術(shù)利用計(jì)算機(jī)來模擬實(shí)際的加工過程，來驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測切削過程，以減少工件的試切，是提高生產(chǎn)效率的有效方法。 圖 21 剃須刀刀頭的圖片該類零件的特點(diǎn)是薄壁件，尺寸不大質(zhì)量輕、零件的壁厚小、壁厚四處均勻，不利于原料流動(dòng)，在殼空隙易產(chǎn)生熔積痕與氣穴，其制件表面光滑、無融合線、應(yīng)力均勻等的高強(qiáng)度高精度產(chǎn)品，其產(chǎn)品不但加工精度要求高，而且零件的一致性和互換性要求也很高，刀頭殼體材料為 PC+ABS，將它看作一般的彈塑性材料，其參數(shù)為：屈服強(qiáng)度為 80MPa，密度為 1140kg/cm3，彈性模量為 ，泊松比為 ，刀頭殼體厚度為 ，其外形尺寸為 14,剃須刀總體質(zhì)量為10g。要求塑件表面美觀、光潔、無明顯熔接痕、銀絲和流痕，同時(shí)不產(chǎn)生明顯的翹曲變形?？稍O(shè)置側(cè)型芯，利用側(cè)滑塊和斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)，便于分型。塑件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡可能采用圓弧過渡，以增加塑件的強(qiáng)度和改善充模流動(dòng)性，同時(shí)增加美觀程度該模具塑件的三維圖和二維圖如圖223所示。所以凝料體積為)：V===。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)需要確定注塑材料后根據(jù)此材料的各種物理、化學(xué)、力學(xué)性能來確定各種物理參數(shù)大小，保證生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。(2)剃須刀刀頭材料分析：塑件所用材料為PC+ABS。苯乙烯使ABS有良好的模塑性、光澤和剛性；丙烯腈使ABS有良好的耐熱、耐化學(xué)腐蝕性和表面硬度；丁二烯使ABS有良好的抗沖擊強(qiáng)度和低溫回彈性。前者化學(xué)名為聚碳酸脂其物理性能為沖擊強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、無色透明、著色性好、電絕緣性、耐腐蝕性、耐磨性好、但自潤滑性差、有應(yīng)力開裂傾向、高溫易水解、與其它樹脂相溶性差的性能。后者化學(xué)名稱叫丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，其物理性能為綜合性能較好、沖擊強(qiáng)度較高、化學(xué)穩(wěn)定性高、電性能良好的性能。流動(dòng)性比HIPS差一點(diǎn)，比PMMA、PC等好，其柔韌性好。ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈綠牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性。ABS在一定溫度范圍內(nèi)具有良好的抗沖擊強(qiáng)度和表面硬度，有較好的尺寸穩(wěn)定性、一定的耐化學(xué)藥品性和良好的電氣絕緣性。通用級ABS不透水、燃燒緩慢，燃燒時(shí)軟化，火焰呈黃色、有黑煙，最后燒焦、有特殊氣味，但無熔融滴落，可用注射、擠塑和真空等成型方法進(jìn)行加工。通用級用于制造齒輪、軸承、機(jī)器外殼和部件、各種儀表、收錄機(jī)電話等外殼和玩具等；阻燃級用于制造電子部件，如計(jì)算機(jī)終端、機(jī)器外殼和各種家用電器產(chǎn)品；結(jié)構(gòu)發(fā)泡級用于制造電子裝置的罩殼等；耐熱級用于制造動(dòng)力裝置中自動(dòng)化儀表和電動(dòng)機(jī)外殼等；電鍍級用于制造汽車部件、各種旋鈕、銘牌、裝飾品和日用品；透明級用于制造度盤、冰箱內(nèi)食品盤等。吸水率低。ABS的氧指數(shù)為18~20，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的臭味[9]。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的力學(xué)性能受溫度的影響較大。ABS在40℃時(shí)仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在40~100℃的溫度范圍內(nèi)使用。環(huán)境性能：ABS不受水、無機(jī)鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開裂。ABS塑料的加工性能。表3 ABS塑料涂料的性能特點(diǎn)項(xiàng)目AP1塑料黑漆塑1清漆塑1各色磁漆丙烯酸金屬閃光漆丙烯酸彩色透明漆特性能常濕干燥、除模堅(jiān)硬耐磨、防潮漆膜光亮，堅(jiān)硬耐磨，附著力好漆膜顏色鮮艷，耐水、耐磨，附著力好漆膜光亮，耐磨，附著力好漆膜光亮透明，耐磨性好用途用于ABS、PS、PVC、HIPS塑料涂裝用于ABS、PS塑料涂裝用于ABS、PS塑料涂裝用于ABS塑料涂裝用于ABS塑料涂裝外觀黑色透明各色各色透明硬度光澤＜108~1410~15耐水性/h2424242424耐酸性6020205050 塑件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過SOLIDWORDS軟件來建立塑件的3D模型，造型重點(diǎn)是保證塑件形狀和尺寸精度，本次設(shè)計(jì)選用剃須刀刀頭造型比較簡單，難點(diǎn)在于刀頭上兩孔的測抽芯以及兩側(cè)邊上的曲面造型，為了解決側(cè)抽的難點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用斜頂側(cè)抽，其結(jié)構(gòu)簡單，抽芯效果良好。比熱容較低,在模具中凝固較快,模塑周期短。ABS制品的使用溫度范圍為40～100 ℃,在該產(chǎn)品的使用溫度范圍內(nèi)。ABS 耐磨性很好,摩擦因數(shù)較低,具有極好的低溫性能,在 40 ℃下仍表現(xiàn)較好的韌性 。其特點(diǎn)是牢固、不易變形、不會(huì)使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡。塑件上脫模斜度的大小與塑件的性質(zhì)、收縮率大小、摩擦系數(shù)大小、塑件壁厚和幾何形狀有關(guān)。一般情況下，脫模斜度不包括在塑件公差范圍內(nèi)，否則在圖樣上應(yīng)予以注明。注塑成型過程包括塑化、填充、保壓和冷卻四個(gè)階段。(2)填充是將塑化材料充實(shí)到模型腔內(nèi)進(jìn)行填滿的過程。如果柱塞或螺桿停在原址不動(dòng)，壓力曲線略有衰減。 (4)冷卻的重要工藝參數(shù)是冷卻時(shí)間。 注塑材料成型工藝條件 注塑材料成型工藝條件包含溫度控制、壓力的控制和時(shí)間。降低溫度時(shí)，需要提高壓力以保證塑料進(jìn)入型腔，溫度過低熔料難以注滿型腔；溫度過高塑料易于降解；注射壓力過高產(chǎn)品易產(chǎn)生飛邊，壓力過低注塑易出現(xiàn)短射，設(shè)計(jì)過程中必須結(jié)合實(shí)際特點(diǎn)來確定三者之間關(guān)系。注射時(shí)間中的保壓時(shí)間就是對型腔中材料的壓力時(shí)間，在整個(gè)注塑時(shí)間占有較大的比例，保壓時(shí)間的大小對制品的尺寸精度具有決定性影響。冷卻時(shí)間主要決定于之間的厚度和塑料的性能等因素。圖 24 所示反映壓力、溫度、時(shí)間三者關(guān)系。1932 年德國弗蘭姿1959 年世界上第一臺(tái)往復(fù)式螺桿式注塑機(jī)問世，它推動(dòng)了成型技術(shù)工藝的廣泛使用。注塑機(jī)的基本功能是：1．加熱塑料，使其達(dá)到熔融狀態(tài),便于后續(xù)加工注塑。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。同時(shí)，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力(模腔內(nèi)的平均壓力一般在 20～45MPa 之間)，因此必須有足夠大的鎖模力。 設(shè)備分類 根據(jù)注塑裝置和合模裝置的相對位置進(jìn)行分類,分為臥式注塑機(jī)、立式注塑機(jī)、角式注塑機(jī)。其合模裝置和注塑裝置的軸線呈水平一線排列，具有機(jī)身低、易維修、操作方便自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品可自動(dòng)落下、不需使用機(jī)械手也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)成型、安裝水平穩(wěn)等特點(diǎn)、但模具需通過吊車安裝。(2)立式注塑機(jī): 如圖 26所示，合模裝置和注塑裝置軸線呈一線排列，通過簡單的機(jī)械手可取出各個(gè)塑件型腔，有利于精密成型，一般鎖模裝置周圍為開放式，容易配置各類自動(dòng)化裝置，特別是容易保證模具內(nèi)樹脂流動(dòng)性及模具溫度分布的一致性。(3)角式注塑機(jī): 它的特點(diǎn)是合模裝置和注塑裝置的軸線垂直排列，其注射方向和模具分界面在同一個(gè)面上，它特別適合于加工中心部分不允許留有澆口痕跡的平面制品。因此，對模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析在一定程度上也決定了塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。 本章小結(jié)在本章里主要介紹了注塑成型的相關(guān)知識(shí)。重點(diǎn)對塑件結(jié)構(gòu)的分析、注塑成型工藝條件(重點(diǎn)分析了溫度、壓力、注塑時(shí)間三者之間關(guān)系)、注塑材料的基本知識(shí)、剃須刀刀頭的結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行了具體的知識(shí)闡述和表達(dá)。第三章 注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) solidworks軟件功能與特點(diǎn)solidworks是三維立體建模與平面制圖相比，