模具设计毕业论文 - 图文(3)

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的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。

三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的软件系统有:

·澳大利亚Moldflow PTY公司的Moldflow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件SHOD，有限元网格生成软件FMESH，流动分析软件FLOW，冷却分析软件COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件FRES以及翘曲分析模拟软件。

·美国CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件OPTIMOLD III，二维注射流动分析软件SIMUFLOW，三维有限元流动分析软件SLMUFLOW 3D，冷却分析软件SIMUCOOL，标准模架(美国DME标准)选择软件OPTIMOLD等部分。

·美国和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT专家系统，该系统包括材料选择TMC-MS、注射工艺条件和模具费用优化TMC-MCO、注射流动分析TMC-FA、型腔尺寸设计TMC-CSE和模具传热分析TMC-MTA等功能模块。

·德国IKV研究所的CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的流动分析。

我国在注射模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。

多年来，我国对注射模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间，这方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项目

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的成果对促进我国注射模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模CAD技术的发展和应用水平得到很快提高。

我国在注射模CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有:

·华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC-1。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用取得较好效果，现已实现商品化。

·浙江大学基于工作站的UG II系统开发出精密注射模CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。

·上海交通大学从1983年开始，对注射模CAD进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引入注射模CAD系统中，并于1988年开发出集成化注射模智能CAD系统。现在在工作站UG II平台上进一步开发智能CAD/CAE/CAM系统。

·北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平与实用价值。

·合肥工业大学在注射模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模CAD系统PMCAD和微机注塑模CAD三维系统IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以AutoCAD 813.0和MDT作为环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模CAD三维参数化系统IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平。[8]

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第二章 模具CAD/CAM/CAE系统

模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

与任何新生事物一样，模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快、应用范围更广，为了使广大模具工作者能进一步加深对该技术的认识，更好发挥模具CAD/CAE/CAM的作用，针对模具中应用最广泛、最具有代表意义的级进模、汽车覆盖件模和塑料注射模CAD/CAE/CAM的发展状况和趋势作概括性的介绍和分析。

随着现代工业的发展，当今产品开发的一个主要方面就是开发新的产品外形与结构，特别是由各种自由曲线、曲面组成的流线型外形。传统的模具制造已无法满足要求。计算机辅助设计((Computer-Aided Design, CAD) 、计算机辅助工程(Computer-Aided Engineering CAE)、计算机辅助制造（computer－Aided Manufacturing, CAM）,是当代计算机应用的一个重要领域，使用全新的基于特征的参数化造型方法概念写成的各种CAD/CAM/CAE软件，其造型效率明显超过其它传统的造型方法。

模具工业是国民经济的基础工业,被称为“工业之母”。模具是一种高附加值和技术密集型产品,其生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。随着工业的发展,特别是CAD/CAM/CAE技术的飞速发展,极大地推动了模具的发展。目 前,CAD/CAM/CAE技术以计算机及周边设备和系统软件为基础,它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟及产品数据管理(PDM)等内容。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力有机地结合起来。[9]

目前，国内外模具方面最有代表性CAD/CAM/CAE软件有： （1）美国EDS公司的三维CAD/CAM软件UG （2）美国PTC公司的三维CAD/CAM软件PRO/E （3）英国DELCAM公司的三维CAD/CAM软件DUCT （4）以色列CIMATRON公司的三维CAD/CAM软件CIMATRON （5）美国AC-TECH公司的注射模分析软件C-MOLD （6）澳大利亚MOLDFLOW公司注射模分析软件MF （7）华中

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理工大学模具技术国家重点实验室的注射模CAD/CAM/CAE集成系统HSC2.0 （8）北京航空航天大学华正软件工程研究所的CAD/CAM软件CAXA。 这些软件代表了当前国内外的最高水平，具有新一代模具CAD/CAM/CAE软件的智能化、集成化、模具可制造性评价等特点。

2.1塑料注射成型模具CAD

塑料注射成型模具设计步骤是这样的，首先根据塑件的要求和塑料的工艺性能，认真分析塑件的工艺性，正确确定成型方法及成型工艺，选择合适的塑料成型注射机。然后，进行塑料注射成型模具设计。

计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD/CAM技术越来越广泛地在企业中得到应用。如下简单介绍CAD/CAM技术在塑料注射成型模具中的应用。

热塑性塑料注射成型是一个相当复杂的物理过程，随着计算机的广泛普及，CAD/CAE/CAM技术正在应用于注射成型领域，为模拟注射成型过程，优化注射成型工艺参数，提高模具设计与制造质量，降低生产成本，缩短模具设计制造周期提供了有效手段。而传统的经验设计方法往往很难做到这点。采用计算机辅助技术进行产品开发时，设计师先根据拥护要求进行产品构思，采用几何造型技术进行产品初步设计，运用有限元分析方法预测产品在工作状态下的强度和刚度，进行成本估算，满足要求后再进行模具和注射成型工艺的优化设计。波音飞机公司在777新型客机的设计中，全面应用CAD技术，到1991年约有半数零件（6万多件）的50%细节采用三维实体设计，在设计中排除了50%的差错，省去了部分洋机制造。

2.2塑料注射模CAD/CAE/CAM的发展概况

塑料注射模CAD/CAM是伴随着通用机械CAD/CAM技术发展而不断深化的。从上世纪60年代基于线框模型的CAD 系统开始, 到70 年代以曲面造型为核心的CAD/ CAM系统, 80 年代实体造型技术的成功应用, 90 年代基于特征的参数化实体/曲面造型技术的完善, 为塑料注射模采用CAD/CAE/ CAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外市场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/CAE/ CAM系统。

现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块, 如美国PTC 公司的Pro/ E、UGS 公司的UG- II、SDRC 公司的I - DEAS系统。这3 个CAD/ CAM系统

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目前在塑料模具工业中的应用最为广泛。此外还有美国CV 公司的CADDS 系统、法国MATRA 公司的EUCLID 系统、法国DASSAULT公司的CATIA 系统、英国DELCAM公司的DUCT系统、日本造船信息系统株式会社的Space - E 系统和日本UNISYS 株式会社的CADCEUS系统等都各具特色,拥有各自的用户群。塑料注射模CAE 技术的发展也十分迅速, 从上世纪60 年代的一维流动和冷却分析到70 年代的二维流动和冷却分析再到90 年代的准三维流动和冷却分析, 其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓著。塑料注射成型CAE 商品化软件中应用最广泛的当数美国Moldflow公司的模拟软件MF ,该软件主要包括流动模拟(MF/ FLOW) 、冷却分析(MF/COOL) 、翘曲分析(MF/ WARP) 、气辅分析(MF/ GAS)和应力分析(MF/ STRESS) 等。该公司于1998 年推出准三维的双面流软件( Part Adviser) , 2002 年推出真三维的实体流软件模块, 目前该公司在世界上拥有较大的用户群。[10]

近10 余年来, 我国对塑料注射成型CAE 技术也开展了系统而深入的研究。华中科技大学、上海交通大学、郑州大学和南昌大学等都相继取得了可喜的成果。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在最近推出的商品化塑料注射成型集成化仿真系统HSCAE6. 10 , 从1989 年推出的HSCAE1. 0 版到如今的6. 10 版, 经历了从二维分析到三维分析, 从

实用化到商品化, 从局部试点到大面积推广应用的进程,已成为塑料制品设计、模具结构优化和工程师培训的有力工具, HSCAE 仿真系统目前已在国内80多家工厂和学校推广应用。[11]

2.3塑料注射成型模具CAD的主要内容

（1）塑件造型设计 （2）型腔、型芯表面形状的设计 （3）型腔方案及布局 （4）选择标准模架 （5）模具装配图的设计 （6）模具零件图的设计 （7）模具零件计算和校核

2.4塑料注射成型模具CAD的特点

（1）必须建立模具标准化 （2）描述物体几何形状 （3）设计数据的处理 （4）适应性要广泛

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