滑動(dòng)器注塑模具的設(shè)計(jì)與分析

1、滑動(dòng)器注塑模具的設(shè)計(jì)與分析目錄摘要.1ABSTRACT.11第1章緒論.1摘要注塑模模具設(shè)計(jì)的核心是模具型腔，即模具成型零件的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的注塑模設(shè)計(jì)主要依靠模具設(shè)計(jì)師的直覺和經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行大量的手工繪圖，如果設(shè)計(jì)模型需要調(diào)整，則所有的設(shè)計(jì)圖紙必須重新繪制，勞動(dòng)強(qiáng)度大。模具通常要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和修正才能投入生產(chǎn)，模具的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高，并且產(chǎn)品的質(zhì)量不易保證。采用CAD和CAE技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)模具，可以一次試模成功，縮短設(shè)計(jì)周期，降低成本。本論文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)開發(fā)了塑料編織機(jī)中滑動(dòng)器零件的注塑模模具。根據(jù)滑動(dòng)器零件尺寸設(shè)計(jì)出零件三維模型和模具的裝配模型，通過分型面的設(shè)計(jì)最終完成模具的各個(gè)成型零

2、件。利用Pro甩分析軟件PlasticAdvisor進(jìn)行了模具注塑時(shí)的流動(dòng)仿真，根據(jù)分析結(jié)果確定出澆注點(diǎn)，設(shè)計(jì)出注塑模的澆注系統(tǒng)。模具的冷卻系統(tǒng)會(huì)影響到注射的時(shí)間和產(chǎn)品質(zhì)量，本文分析了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和常見的布置形式，并利用ADNIA軟件模擬了冷卻系統(tǒng)對(duì)模具溫度場(chǎng)分布的影響:冷卻水管距型腔表面距離越小，型腔表面溫度越低，溫差越小;直徑越大，溫度越低，溫差越大;冷卻水管間距越小，溫度越低，溫差越大;冷卻水流速越大，溫度越低，溫差越大。根據(jù)模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)了模具的冷卻系統(tǒng)。為了檢驗(yàn)滑動(dòng)器模具成型零件設(shè)計(jì)的合理性，進(jìn)行了充模仿真和開模仿真，仿真結(jié)果表明:模具成型零件形成的型腔注塑出的制件滿足設(shè)計(jì)要求

3、，成型零件能順利開模，不會(huì)發(fā)生干涉。關(guān)鍵詞:注塑模具;滑動(dòng)器;設(shè)計(jì);冷卻系統(tǒng);仿真第1章緒論1.1塑料成型概述塑料工業(yè)是由樹脂合成業(yè)、塑料加工業(yè)和塑料制品開發(fā)應(yīng)用三個(gè)領(lǐng)域組成的。塑料加工業(yè)起著承前啟后的作用，是連接原料與制品的紐帶。塑料制品的成型加工方法很多，包括注塑成型、壓縮成型、擠出成型、壓注成型、吹塑成型等等，l2】。由于注塑成型工藝的成型周期短;能一次成型外形復(fù)雜、尺寸比較精確或帶有金屬嵌件的塑料制品;生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。并且早期的注塑成型方法主要用于加工熱塑性塑料制品，但是隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，注塑成型方法己經(jīng)推廣應(yīng)用到熱固性塑料制品和一

4、些塑料復(fù)合材料制品的生產(chǎn)中。目前，除了少數(shù)幾種塑料外，注塑成型已經(jīng)成為塑料制品主要的成型加工方法。工程塑料制品中，有80%以上的塑料制品是采用注塑加工成型3。注塑成型的原理是將松散的粒狀或粉狀塑料，從注塑機(jī)的料斗送入加熱的料筒內(nèi)熔融、塑化，使之成為粘流熔體，在柱塞或螺桿的推動(dòng)下，以合理的流速通過料筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)冷卻保壓后，開模分型，得到具有一定形狀和尺寸的塑料制品。圖1.1為螺桿式注射機(jī)注射成型原理圖，完整的注塑成型過程包括注射充模、保壓補(bǔ)料和冷卻定型。注射充模是指合模后，熔融流體從注塑機(jī)的注塑部位注入較涼的模腔過程。整個(gè)階段從柱塞或螺桿向前移動(dòng)將己被塑化的塑料熔體注

5、入模具型腔開始，到模腔被塑料熔體充滿為止。熔體在模腔中的流動(dòng)狀態(tài)一般為穩(wěn)態(tài)層流(即熔體流動(dòng)時(shí)受到的慣性力與粘滯力相比很小)，從澆口到模腔終端逐漸擴(kuò)展。熔體在模腔內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)受到一系列的流動(dòng)阻力，這些阻力一部分來源于注塑機(jī)筒、噴嘴、澆注系統(tǒng)和模腔表壁對(duì)熔體的外摩擦，另一部分則來源于熔體自身內(nèi)部產(chǎn)生的粘性內(nèi)摩擦。為了克服流動(dòng)阻力，注塑機(jī)必須通過螺桿或柱塞向熔體施加很大的注射壓力。充模階段對(duì)聚合物大分子的取向有很大影響，該階段進(jìn)行得不好有可能引發(fā)短射、過保壓等缺陷，對(duì)制品質(zhì)量有很大影響。保壓補(bǔ)料是指熔體充滿模腔那一刻起到澆口固化為止的一段時(shí)間。充模結(jié)束時(shí)模腔被充滿，熔體的快速流動(dòng)也停止，噴嘴處的壓力達(dá)

6、到最大值(即注射壓力)，但模腔內(nèi)的壓力還未達(dá)到最大值，由于熔體的可壓縮性，在噴嘴壓力的作用下，熔體繼續(xù)進(jìn)入模腔，使模腔內(nèi)壓力迅速升高，并使充模結(jié)束時(shí)的非均勻壓力場(chǎng)迅速均勻。當(dāng)澆口凝固時(shí)，由于沒有物料進(jìn)入模腔，模腔內(nèi)的壓力迅速降低。冷卻定型是注塑成型過程的最后一個(gè)階段，從澆口固化后開始到制品達(dá)到脫模溫度從模腔中頂出為止。冷卻定型結(jié)束時(shí)的模腔壓力和模腔溫度對(duì)制品質(zhì)量非常重要。若脫模溫度太高，制品在脫模后不僅會(huì)產(chǎn)生較大的收縮，而且容易發(fā)生熱變形。若脫模時(shí)模腔內(nèi)壓力太高，容易使制品在脫模后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致制品在以后使用中發(fā)生形狀、尺寸的變化或產(chǎn)生其它缺陷，而且脫模會(huì)非常困難;若脫模時(shí)模腔內(nèi)壓力

7、太低，則制品表面容易有陷痕或內(nèi)部有真空泡。只有模腔壓力和外界壓力相差不大時(shí)，脫模才比較順利，并能獲得滿意的制品，145。 圖1.，螺桿式注射機(jī)注射成型原理圖1- 料斗 2一傳動(dòng)裝置 3一注射缸 4一螺桿 5一加熱裝置 6一噴嘴 7一注射模1.2注塑模的發(fā)展作為聚合物成型的重要工藝裝備，模具在注塑成型過程中處于核心地位，其設(shè)計(jì)與制造水平直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、品種及更新速度。1.2.1，模具工業(yè)的重要性及發(fā)展趨勢(shì) 模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60%一80%的零件都要依靠模具成型。而全世界每年生產(chǎn)的注塑模數(shù)量約占

8、所有塑料成型模具數(shù)量的50%，用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，己成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力6l。 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平及產(chǎn)品的開發(fā)能力，汽車工業(yè)中新車型的開發(fā)與批量生產(chǎn)，家電工業(yè)及日用品工業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)等都與模具行業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，模具技術(shù)的應(yīng)用為我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。模具技術(shù)已成為技

9、術(shù)發(fā)展中最具活力、創(chuàng)造效益最高的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，模具工業(yè)也是技術(shù)最普及、應(yīng)用最成熟的應(yīng)用行業(yè)之一。因此，“模具工業(yè)是進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”8l。模具工業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分。例如，屬于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的集成電路的設(shè)計(jì)與制造，不能沒有做引線框架的精密級(jí)進(jìn)沖模和精密的集成電路塑封模，計(jì)算機(jī)的機(jī)殼、接插件和許多元器件的制造，也必須有精密塑料模具和精密沖壓模具。數(shù)字化電子產(chǎn)品的發(fā)展，沒有精密模具也不行，模具工業(yè)地位日益重要。 在過去的20年中，我國(guó)模具工業(yè)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是，我國(guó)的模具工業(yè)與模具發(fā)達(dá)國(guó)家相比，其差距表現(xiàn)在:模具的設(shè)計(jì)水平;模具的制造水平;模具的標(biāo)準(zhǔn)化水平0l。長(zhǎng)期以來，我國(guó)

10、高聚物成型加工過程工藝參數(shù)的設(shè)定和模具設(shè)計(jì)與制造主要依賴于工藝人員和模具設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，設(shè)計(jì)的合理性只能通過試模來判斷，制造的缺陷也主要靠修模來糾正，導(dǎo)致模具及制品的設(shè)計(jì)與制造周期長(zhǎng)、成本高、檔次低。我國(guó)模具技術(shù)水平大約落后于國(guó)外20年，模具生產(chǎn)只能滿足需要的60%左右，每年進(jìn)口的精密復(fù)雜模具高達(dá)數(shù)億美元。 所以，今后模具工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合，模具工業(yè)向著集團(tuán)化、規(guī)?；较虬l(fā)展，完善模具設(shè)計(jì)的CAD/CANFCAE一體化技術(shù)。在模具的開發(fā)和制造過程中，采用數(shù)控精密高效加工設(shè)備、采用逆向工程、并行工程、敏捷制造、虛擬技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)。 注塑模的結(jié)構(gòu)形式很多，主要由

11、塑件的結(jié)構(gòu)、注射機(jī)的種類及生產(chǎn)批量等因素決定。典型的注塑模結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，由動(dòng)模和定模兩部分組成，動(dòng)模安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上，定模安裝在注射機(jī)的固定板上。注塑時(shí)動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成型腔，熔融塑料經(jīng)注射機(jī)的噴嘴，由澆注系統(tǒng)注入型腔，經(jīng)保壓冷卻后，動(dòng)模與定模在注射機(jī)的帶動(dòng)下開模，由推出機(jī)構(gòu)推出制品。根據(jù)模具中各零部件所起的作用，可將注塑摸分為以下幾個(gè)基本組成部分。 1、成型零件成型零件是指動(dòng)、定模部分有關(guān)組成型腔的零件，用于成型制品的內(nèi)外表面，是與塑料直接接觸，決定制品的幾何形狀和尺寸的零件。包括型芯、型腔板、鑲件、螺紋型芯、型環(huán)等零件，成型零件制造精度要求較高，是模具的關(guān)鍵零件。圖1.2中的

12、成型零件包括定模板3、動(dòng)模板4、主型芯7和滑塊19。成型零件在注塑成型過程中，反復(fù)承受高溫、高壓及塑料熔體對(duì)它們的沖擊和摩擦作用，容易發(fā)生磨損、變形和開裂。因此，設(shè)計(jì)注塑模時(shí)，必須綜合考慮塑料制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)批量、模具的使用壽命等問題，合理地設(shè)計(jì)成型零部件的結(jié)構(gòu)形式，準(zhǔn)確地計(jì)算它們的尺寸和公差，保證足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的表面質(zhì)量。2、澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是將熔融塑料由注射機(jī)噴嘴引入模具型腔的通道。澆注系統(tǒng)決定了充模時(shí)熔體的流動(dòng)特性，對(duì)注塑件的質(zhì)量有較大的影響。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口及冷料井組成。3、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)向錐等零件，用于保證動(dòng)模和定模兩大部分或模具其它零

13、件的準(zhǔn)確對(duì)合，以保證制品形狀和尺寸的精確度，避免模具各零件發(fā)生碰撞和干涉。同時(shí)在模具吊裝和注射成型中承受了一定的側(cè)壓力。 圖1.2典型的帶分型抽芯機(jī)構(gòu)的注塑模1一定位圈2一澆口套3一定模板4一動(dòng)模板5一導(dǎo)柱6一型芯固定板7一主型芯8一支撐板9一復(fù)位桿10一推桿固定板11一淮板12一動(dòng)模座板13一推桿14一墊板巧一螺釘16一擋板17一彈簧18一螺釘19一滑塊20一鎖緊楔22一斜銷4、分型抽芯機(jī)構(gòu)當(dāng)塑件帶有側(cè)孔、側(cè)凹時(shí)，除可強(qiáng)制脫模的外，一般都需在推出塑件前，先進(jìn)行側(cè)向分型，將成型側(cè)孔側(cè)凹的零件從塑件中脫出。這一動(dòng)作的完成是由分型抽芯機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。主要有斜銷、斜滑塊、彎銷、齒輪齒條等零件。5、推出

14、機(jī)構(gòu)塑件成型后動(dòng)、定模開模，塑件及澆道凝料需要被推出或拉出，這一動(dòng)作是由推出機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。主要有推桿、推管、推件板、推塊等零件。6、冷卻加熱系統(tǒng)又稱溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為滿足注射成型工藝對(duì)模具溫度的要求，模具需設(shè)置冷卻或加熱裝置對(duì)模具的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。模具的冷卻一般是在型腔或型芯周圍開設(shè)冷卻水道;加熱一般是在模具內(nèi)部或周圍安裝加熱元件。7、排氣系統(tǒng)排氣是為了將型腔內(nèi)的空氣及塑料受熱冷凝過程中產(chǎn)生的氣體排出，避免在塑件中留下氣泡等質(zhì)量缺陷。排氣系統(tǒng)通常是在分型面處開設(shè)排氣槽，有時(shí)也可利用鑲拼件間的配合間隙來排氣。小型塑料制件的排氣量不大，可直接利用分型面排氣。注射模具是一種典型的單件訂貨生產(chǎn)方式的產(chǎn)品，

15、而且不同于一般的單件生產(chǎn)，因?yàn)槟＞卟皇怯脩舻淖罱K產(chǎn)品，它具有很強(qiáng)的時(shí)效性。傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)先根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，然后由制造工程師進(jìn)行工藝規(guī)劃，最后付車間進(jìn)行模具加工，加工裝配后進(jìn)行試模，根據(jù)得到試件對(duì)模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如發(fā)現(xiàn)問題則進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。由于在設(shè)計(jì)過程中不能很好地考慮用戶需求、加工、裝配、支持、計(jì)劃等，并且缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品存在不可加工、不可裝配、不能完全滿足用戶需求等種種現(xiàn)象。一般而言，模具在交付使用之前都要反復(fù)修改，從而造成了模具設(shè)計(jì)周期的延長(zhǎng)和浪費(fèi)。模具工業(yè)是一個(gè)技術(shù)密集、勞動(dòng)密集型行業(yè)，為了盡快提高塑料模具的設(shè)計(jì)與制造水平及制品的質(zhì)量、檔次，縮短模具的

16、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)80年代中期就已廣泛使用計(jì)算機(jī)對(duì)塑料模具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)(CAD)和輔助制造(CAM)，并對(duì)模具設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行定量計(jì)算和數(shù)值模擬分析(CAE)，藉此縮短塑料產(chǎn)品的更新?lián)Q代及上市周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，將CAD技術(shù)結(jié)合CAE/CAM應(yīng)用于塑料模具設(shè)計(jì)，將徹底改變傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)、制造方式，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比較，注塑模具CAD/CAE/CAM技術(shù)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):1.提高模具質(zhì)量。CAD技術(shù)的應(yīng)用，使得模具設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確、快速;CAM技術(shù)可自動(dòng)生成模具成型零件的加工刀具軌跡，使零件尺寸精度高、表面粗糙度好;CAE技術(shù)可優(yōu)化模具設(shè)計(jì)方案，幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出正確合理的模

17、具結(jié)構(gòu)。2.縮短模具制作周期。CAD系統(tǒng)中存貯有模具標(biāo)準(zhǔn)件、常用設(shè)計(jì)計(jì)算程序庫(kù)及各種設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖，可大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，CAE應(yīng)用于設(shè)計(jì)，可減少因單憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)而不得不反復(fù)修?；ㄈサ臅r(shí)間。此外，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，也大幅度的提高了生產(chǎn)效率。3.降低成本。計(jì)算機(jī)和繪圖儀的自動(dòng)化工作節(jié)省大量的勞動(dòng)力，CAE的輔助分析減少了修模和試模時(shí)間，生產(chǎn)周期縮短，同時(shí)大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。4.充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的主觀能動(dòng)性。CAD/CAE/CAM有助于設(shè)計(jì)人員從繁重的計(jì)算和繪圖中解放出來，去從事更多的創(chuàng)造性勞動(dòng)。5.提高企業(yè)的管理水平。CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，使企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、

18、模具設(shè)計(jì)和制造建立在科學(xué)、定量分析的基礎(chǔ)上，減少盲目性，同時(shí)，可使整個(gè)模具生產(chǎn)過程中的人、財(cái)、物的管理建立在更加科學(xué)合理的基礎(chǔ)上。1.3國(guó)內(nèi)外注塑模CAO技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用1.3.1國(guó)外注塑模CAO技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀早在60年代，美國(guó)、加拿大和日本就開展了CAD/CAM的研究工作，幾十年來，國(guó)外注射模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代己開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)在圓形、管形和長(zhǎng)方形型腔內(nèi)的流動(dòng)情況進(jìn)行分析。80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔的流動(dòng)過程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，可以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注射模CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理

19、論和實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品化軟件逐步推出，并在推廣和實(shí)際使用中不斷改進(jìn)、提高和完善。國(guó)外一些著名企業(yè)在產(chǎn)品的生產(chǎn)中廣泛采用了CAD技術(shù)，如美國(guó)的通用公司、惠普公司、日本的豐田公司等。國(guó)外有名的注塑模CAD系統(tǒng)主要有以下幾種。1PTC公司的Por龍軟件Pro龍軟件以其參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等概念聞名于CAD界，曾引發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的革命性變化，其曲面造型集中在PRo/suRfAcE模塊“】。其曲面的生成編輯能力覆蓋了曲面造型中的主要問題，主要用于構(gòu)造表面模型、實(shí)體模型，并且可以在實(shí)體上生成任意凹下或凸起物等。尤其是將特殊的曲面造型實(shí)例作為一種特征并入特征庫(kù)中。P

20、or甩自帶的特征庫(kù)就含有如下特征:生成復(fù)雜拱形表面;三維掃描外形;復(fù)雜的非平行或旋轉(zhuǎn)混合;混合掃描。該軟件的曲面處理僅適合于通用的機(jī)械設(shè)計(jì)中常見的曲面造型問題。2、美國(guó)EDS公司的UGH軟件UGll軟件源于航空業(yè)、汽車業(yè)，以APRASOLID幾何造型核心為基礎(chǔ)，采用基于約束的特征建模和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復(fù)合建模技術(shù)11。其曲面功能包含于FereofmrMdeeling之中，采用了NuRBs、B樣條、BEzIER數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)保留解析幾何實(shí)體造型方法，造型能力較強(qiáng)。其曲面建模完全集成在實(shí)體建模之中，并可獨(dú)立生成自由形狀形體以備實(shí)體設(shè)計(jì)時(shí)使用。而許多曲面建模操作可直接產(chǎn)生或修改實(shí)體模型，曲面殼

21、體、實(shí)體與定義它們的幾何體完全相關(guān)。UGn軟件實(shí)現(xiàn)了面與體的完美集成，可將無厚度曲面殼縫合到實(shí)體上?？傮w上，UGn的實(shí)體化曲面處理能力是其主要特征和優(yōu)勢(shì)。3、美國(guó)SDRC公司的I一DEAS軟件I一DEAS軟件的曲面造型完全基于NURBS幾何定義的，它提供了一組豐富的曲線曲面生成工具，用以放樣、掃掠和拼合曲面，并對(duì)曲面形狀進(jìn)行靈活的控制。其結(jié)果是一個(gè)曲面集合或具有拓?fù)潢P(guān)系的曲面實(shí)體模型。該模型可參與全部幾何造型操作、干涉檢查、物性計(jì)算等。I一DEAS提供了獨(dú)特的變量成形工具，它基于最小能量法，使用先進(jìn)的高層次操作，例如對(duì)直觀的幾何形狀進(jìn)行推擠、彎扭、相斥、吸引等，使底層的曲面曲線成型。也可以對(duì)真

22、實(shí)的幾何體直接進(jìn)行交互修改，從而得到光滑的形狀，而不象傳統(tǒng)的那樣對(duì)控制點(diǎn)、權(quán)及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互操作。該軟件較完整地解決了主要的曲面造型問題12。4、澳大利亞Moldflow公司的Moldflow軟件Moldflow公司(由澳大利亞的MoldflowPTYTLD和美國(guó)的AC一Teeh公司于2000年合并而成)共同開發(fā)的Moldnow軟件。其基本數(shù)學(xué)模型方法是有限元法，實(shí)現(xiàn)注塑成型的充填、流動(dòng)、冷卻、保壓等過程，并進(jìn)而對(duì)模腔內(nèi)的壓力、溫度、應(yīng)力場(chǎng)等進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)制品的熔接線位置、殘余應(yīng)力、翹曲變形及其它表面質(zhì)量問題，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)，在模具制造前發(fā)現(xiàn)問題，可極大地縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期。1.3

23、.2國(guó)內(nèi)注塑模CAO技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀我國(guó)近幾年己有大批企業(yè)推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，如江蘇春蘭、杭州娃哈哈、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠、青島海爾等，引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CADC/AE/CAM系統(tǒng)。如美國(guó)EDS公司的Uo;美國(guó)pmaarehieTechnology公司的por甩ngineer;美國(guó)ev公司的CARDS;日本HZS公司的GRADE;以及由澳大利亞Moldflow公司開發(fā)用于注塑模具的設(shè)計(jì)、制造與分析的Moldnow軟件;法國(guó)MatrDaatavlsnin公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid一SI等專用軟件。這些系統(tǒng)與軟件的引進(jìn)，使我國(guó)模具行業(yè)實(shí)現(xiàn)了從模具圖的生成到模具加工的自動(dòng)編程，并能運(yùn)用CAE技術(shù)對(duì)成

24、型過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬等，實(shí)現(xiàn)了CADC/AE/CAM的集成，促進(jìn)與推動(dòng)了我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展。但是由于多方面的原因，現(xiàn)在仍有許多企業(yè)還停留在手工設(shè)計(jì)階段。盡管有些單位己經(jīng)甩掉了圖板，實(shí)現(xiàn)了無紙?jiān)O(shè)計(jì)，但其塑模CAD工作的相當(dāng)部分也只是計(jì)算機(jī)畫圖和進(jìn)行二維設(shè)計(jì)。少數(shù)企業(yè)采用了三維CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有極少數(shù)企業(yè)的塑模設(shè)計(jì)和制造能力接近國(guó)際先進(jìn)水平113。此外，我國(guó)多所研究部門和許多高校也在積極地開展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAD/CAE/CAM軟件的探索研究，雖然在開發(fā)注塑模CAD技術(shù)方面起步較晚，但己取得可喜的研究成果。“八五”期間由原輕工業(yè)部組織輕工部模具中心、原天津輕工業(yè)學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、原

25、鄭州工學(xué)院、原華中理工大學(xué)等單位共同完成了“塑料注射模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)的研究”國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目，首次全面系統(tǒng)地開發(fā)注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。在“八五”攻關(guān)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，鄭州大學(xué)模具計(jì)算機(jī)輔助工程國(guó)家工程研究中心(原鄭州工學(xué)院模具所)獨(dú)立開發(fā)了具有自主版權(quán)的注塑模計(jì)算機(jī)輔助分析軟件Z一MOLD，可用以模擬各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及成型條件對(duì)產(chǎn)品的影響、預(yù)測(cè)注射壓力、鎖模力、熔接線和氣穴位置等，供設(shè)計(jì)人員參考。華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC軟件，包括制品三維形狀輸入、流動(dòng)模擬、冷卻分析、型腔強(qiáng)度與剛度校核及模具圖設(shè)計(jì)和繪制等功能4。21世紀(jì)CAD技術(shù)

26、發(fā)展的主要趨勢(shì)是集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。而在塑模行業(yè)中，所追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高塑模制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶要求。因此，塑模CAD行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為下述6個(gè)特征15一17:1、集成化技術(shù)現(xiàn)代塑模設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)不僅強(qiáng)調(diào)信息的集成，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、管理的集成。在開發(fā)塑模制造系統(tǒng)時(shí)，強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)集成及人員集成，這才更適合未來系統(tǒng)的需求。2、智能化技術(shù)應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化以及模具設(shè)備的智能化，也要實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能

27、的充分發(fā)揮。當(dāng)前，在人工智能系統(tǒng)中應(yīng)用的人工智能技術(shù)主要有專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊系統(tǒng)。3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實(shí)現(xiàn)，各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等，是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。目前早已出現(xiàn)了通過Inetmct實(shí)現(xiàn)跨國(guó)界塑模設(shè)計(jì)的成功例子。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用為我國(guó)塑模企業(yè)實(shí)現(xiàn)敏捷制造和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。近年來，由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、電子商務(wù)等新技術(shù)的飛速發(fā)展，為CAD技術(shù)又賦予了新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)內(nèi)容，將改變現(xiàn)有輔助設(shè)計(jì)的模式和方式，因此又將發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)技術(shù)NAD。4、多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)未來產(chǎn)品的開

28、發(fā)設(shè)計(jì)不僅要用到機(jī)械科學(xué)的理論與知識(shí)，還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等，甚至要考慮到經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會(huì)等各方面的因素。產(chǎn)品的開發(fā)，要進(jìn)行多目標(biāo)、全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以追求塑模產(chǎn)品動(dòng)靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳結(jié)合。5、虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)VR(ViurtalReallyt)是人造的計(jì)算機(jī)環(huán)境，人處在這種環(huán)境中有身臨其境的感覺，并強(qiáng)調(diào)人的介入與操作。VR技術(shù)在21世紀(jì)整個(gè)制造業(yè)中都將有廣泛的應(yīng)用，可以用于培訓(xùn)及制造系統(tǒng)的仿真，實(shí)現(xiàn)基于制造仿真的設(shè)計(jì)與制造、集成設(shè)計(jì)與制造，實(shí)現(xiàn)集成人的設(shè)計(jì)等。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的CAD系統(tǒng)是虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)和CAD

29、技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)合。美國(guó)己于1999年借助于VR技術(shù)成功地修復(fù)了哈博太空望遠(yuǎn)鏡。多媒體技術(shù)采用多種介質(zhì)來存儲(chǔ)、表達(dá)、處理各種信息，融文字、語(yǔ)言、圖像于一體，給人一種真實(shí)感。6、反求技術(shù)的應(yīng)用常規(guī)的塑模設(shè)計(jì)通常以產(chǎn)品的己有設(shè)計(jì)信息為依據(jù)。這些設(shè)計(jì)信息通過工程圖或一些模型來表達(dá)，然后制定出加工工藝規(guī)程，最終通過工裝、塑模和設(shè)備制造出產(chǎn)品。但是在許多情況下，一些產(chǎn)品并非來自設(shè)計(jì)概念，而是起源于另外一些產(chǎn)品或?qū)嵨?，要在只有產(chǎn)品原型或?qū)嵨锬Ｐ?，而沒有產(chǎn)品圖樣的條件下進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，以便制造出產(chǎn)品。此時(shí)需要通過實(shí)物的測(cè)量，然后利用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)物的CAD三維幾何模型的重新構(gòu)造。這種過程就是反求工程RE(R

30、evesreEngineering)。然后將反求出的模型加以轉(zhuǎn)換，就可以被快速原型系統(tǒng)所接受。除此之外，一旦建立了CAD三維幾何模型后，還可以依據(jù)這種數(shù)字化的CAD三維幾何模型用于許多操作:如實(shí)物CAD模型的修復(fù)、零件的重新設(shè)計(jì)、有限元分析、誤差分析、數(shù)控加工指令生成及塑模的設(shè)計(jì)和制造等。1.4本課題所用軟件概述1.4.1PorlEngineer軟件簡(jiǎn)介Por尼ngneier軟件是1985年在美國(guó)波士頓成立的PTC公司研發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)軟件。其系列軟件使用于工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、分析制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等，覆蓋了眾多的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域【“。Por尼nginee

31、r軟件的正式推出是在1988年，經(jīng)過幾十年的發(fā)展己經(jīng)成為世界三維軟件中的代表產(chǎn)品、當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CA入fCAE領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。作為一個(gè)高端、全方位的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)軟件，它以其尺寸驅(qū)動(dòng)、基于特征、全相關(guān)及單一數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為國(guó)內(nèi)最受歡迎的三維CAD/CAM軟件，應(yīng)用范圍遍布汽車、機(jī)械、電子、模具等諸多行業(yè)。Pro尼ngnieer軟件有如下特點(diǎn):()l信息相關(guān)性:所有模塊的信息都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙、制造數(shù)據(jù)。(2)基于特征的造型:在Por尼ngineer軟件中，構(gòu)造實(shí)體的基本單元

32、是特征，實(shí)體是由多個(gè)特征構(gòu)成的。造型的過程就是不斷的增加特征，以達(dá)到最終產(chǎn)品希望的模型。在構(gòu)造實(shí)體完成后，可以對(duì)特征進(jìn)行操作。如對(duì)特征進(jìn)行修改、復(fù)位義、重排序等操作，為用戶修改模型提供了極大的方便。(3)參數(shù)化:由于采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)體造型較快，造型功能較強(qiáng)。用戶在草繪特征時(shí)，只需按自己的意圖構(gòu)造幾何形狀，再按實(shí)際需要修改尺寸即可。這樣可以成倍的提高生產(chǎn)效率。由于采用了參數(shù)化，某個(gè)特征的修改會(huì)使關(guān)聯(lián)特征自動(dòng)變更，可以隨時(shí)保證設(shè)計(jì)意圖。本文采用的是Pro尼nginee2r001版，包含有80多個(gè)專用模塊，在設(shè)計(jì)過程中主要使用以下幾個(gè)模塊:()l草繪模塊(ProfSKETCH)，用于創(chuàng)建和編輯二維

33、平面草圖，是三維零件模型創(chuàng)建的基礎(chǔ)。(2)零件模塊(Pro/PART)，用于創(chuàng)建和編輯零件的三維實(shí)體模型，用戶通過實(shí)體建模最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的目的。(3)模具設(shè)計(jì)模塊(Por服OLDESIGN)，用于創(chuàng)建、修改、分析模具元件及其組件，并可根據(jù)設(shè)計(jì)模型的變化對(duì)它們進(jìn)行快速更新，并且提供了一些實(shí)用的分析檢測(cè)功能，如投影面積計(jì)算、充模仿真、開模仿真等。(4)塑性顧問(PlasctiAdvisor)，是Por尼中自帶的一種分析軟件，具有強(qiáng)度的分析、計(jì)算和動(dòng)態(tài)仿真功能，對(duì)已設(shè)計(jì)完成的模具的流動(dòng)及填充情況進(jìn)行分析研究，以便在模具投入制造前就發(fā)現(xiàn)存在的設(shè)計(jì)問題。.4.2ADINA軟件簡(jiǎn)介ADNIA軟件是

34、美國(guó)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系研發(fā)的自動(dòng)動(dòng)力增量非線性有限元分析程序，該CAE軟件是一個(gè)適用于微機(jī)平臺(tái)的大型通用有限元分析系統(tǒng)，其功能強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛?？蛇M(jìn)行熱場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的分析，廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，能滿足各行業(yè)有限元分析的需要。該軟件單元類型幾乎涵蓋了所有己出現(xiàn)的類型，分析功能廣泛，程序的通用性強(qiáng)。ADNIA還有cAD軟件接口，如Por尼，uGn，Sodliworks等高級(jí)CAD工具。都可以直接將生成的模型轉(zhuǎn)化到ADNIA中進(jìn)行分析?；蛟贑AD系統(tǒng)中直接調(diào)用ADNIA軟件進(jìn)行分析，使建模更加方便l19，20。將Por甩下設(shè)計(jì)的模具模型導(dǎo)入到ADNIA軟件進(jìn)行熱場(chǎng)分析，為優(yōu)化模具冷卻

35、系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)和科學(xué)設(shè)計(jì)手段，幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)分析結(jié)果合理設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，優(yōu)化工藝條件，使模具能夠均勻冷卻，提高滑動(dòng)器的合格率及精度。ADNIA軟件主要包括三個(gè)部分:前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，分析計(jì)算模塊包括幾乎所有領(lǐng)域的分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力;后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以各種所需要的方式顯示出來。1.5課題來源、主要內(nèi)容和技術(shù)方案1.5.1課題來源蘭州飛控儀表總廠生產(chǎn)的塑料編織機(jī)主要用于編織塑料袋，其中編織機(jī)上的滑動(dòng)器往返移動(dòng)將塑料拉成絲狀均勻纏繞在軸上，是編織機(jī)中一個(gè)主要易耗零件，滑動(dòng)器要求

36、具有較高的強(qiáng)度和耐磨性。實(shí)際生產(chǎn)中，滑動(dòng)器采用ABS材料注射成型。在滑動(dòng)器模具的設(shè)計(jì)與制造過程中，主要依靠模具設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，設(shè)計(jì)中采用AUTOCAD進(jìn)行繪圖，當(dāng)修改零件的某處尺寸，則零件的所有設(shè)計(jì)圖紙得重新繪制，工作量大。模具設(shè)計(jì)的合理性只能通過試模來判斷，制造的缺陷也主要靠修模來糾正，造成滑動(dòng)器模具大量的報(bào)廢，使得模具的設(shè)計(jì)與制造周期長(zhǎng)、成本高。本課題主要內(nèi)容是利用Por尼軟件設(shè)計(jì)開發(fā)滑動(dòng)器的模具，并利用Por甩軟件的分析、計(jì)算功能和專業(yè)CAE分析軟件對(duì)滑動(dòng)器模具的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行分析模擬，優(yōu)化模具的設(shè)計(jì)，縮短滑動(dòng)器模具設(shè)計(jì)的周期，提高模具的質(zhì)量和可靠性，降低設(shè)計(jì)成本。在模具

37、設(shè)計(jì)過程中通過模架設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以方便的設(shè)計(jì)出模架、模板、頂出機(jī)構(gòu)、滑塊等零件，因此本課題在設(shè)計(jì)滑動(dòng)器的注塑模時(shí)主要設(shè)計(jì)的是模具的成型部件和冷卻系統(tǒng)，具體方案如下:1、滑動(dòng)器三維模型的設(shè)計(jì):根據(jù)滑動(dòng)器零件的尺寸，設(shè)計(jì)出它的三維模型，并分析模型的具體特征，確定滑動(dòng)器注塑模的基本結(jié)構(gòu)。2、滑動(dòng)器模具分型面的設(shè)計(jì):根據(jù)滑動(dòng)器零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆模，設(shè)計(jì)型芯、側(cè)滑塊、動(dòng)模及定模的分型面。3、創(chuàng)建塑模模具元件:生成型芯、側(cè)滑塊、動(dòng)模、定模等模具的成型零件。4、利用塑性顧問(PlasticAdviosr)分析滑動(dòng)器模具充模時(shí)高溫熔融塑料的流動(dòng)及填充，分析填充質(zhì)量、確定澆注位置。5、利用ADNIA軟件模擬模具的溫度

38、場(chǎng)及冷卻系統(tǒng)對(duì)模具溫度分布的影響，設(shè)計(jì)滑動(dòng)器模具的冷卻系統(tǒng)。6、滑動(dòng)器模具的充模、開模仿真:通過充模仿真，檢查該模具注塑出的具有單一實(shí)體特征的塑件是否符合設(shè)計(jì)要求;通過開模仿真，檢查開模是否能夠順利進(jìn)行，開模是否發(fā)生干涉，從而確定模具設(shè)計(jì)的合理性。第2章滑動(dòng)器三維模型的建立及分析2.1滑動(dòng)器實(shí)體建?；瑒?dòng)器零件的具體形狀見圖2.1 圖2.1滑動(dòng)器零件圖 圖2.2 菜單管理器 圖2.3滑動(dòng)器三維實(shí)體模型圖 2.4滑動(dòng)器模型的模型樹2.2滑動(dòng)器模型分析Pro/Engineer軟件除了具備CAD功能外，還具有一定的CAE功能，有一定的分析、計(jì)算性能。在Por想ART模塊中，點(diǎn)選下拉式菜單分析囚、豁測(cè)量

39、卿命令，分析類型選擇為“距離”，測(cè)量出整個(gè)模型的最大輪廓尺寸為6.425nnIlx62nnIlx70nnll，選擇分析類型為“面積”。測(cè)量結(jié)果:在TOP平面(垂直于Z軸的平面)上的投影面為犯3o.56nunZ;在FRoNT平面(垂直于Y軸的平面)上的投影面積為2143.巧2。點(diǎn)選警健分析命令，在彈出的“模型分析”對(duì)話框中選擇分析類型為“模型的質(zhì)量屬性”，輸入材料密度1.05歲ncl3，分析結(jié)果見圖2.5。由于塑料冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)使塑件很緊地包住模具型芯或型腔中凸出的部分，為了便于使塑件從模具內(nèi)取出或從塑件內(nèi)抽出型芯，防止塑件與模具成型表面的勃附，以及塑件表面被劃傷、擦毛等情況產(chǎn)生，塑件的內(nèi)外表面沿脫模方向應(yīng)有一定的脫模斜度。塑件上所取斜度的大小與塑件性質(zhì)、收縮率大小、塑件的壁厚和幾何形狀有關(guān)，也應(yīng)隨塑件的深度不同而改變?；瑒?dòng)器的外形較復(fù)雜，拔模斜度取6“。在模具設(shè)計(jì)模塊(Pro乃涯OLDESIGN)，利用系統(tǒng)提供的功能可以對(duì)模型進(jìn)行拔模檢測(cè)。依次點(diǎn)選下拉式塑件上所取斜度的大小與塑件性質(zhì)、收縮率大小、塑件的壁厚和幾何形狀有關(guān)，隨塑件的深度不同而改變。滑動(dòng)器的外形較復(fù)雜，拔模斜度取6“。在模具設(shè)計(jì)模塊(Pro乃涯OLDESIGN)，利用系統(tǒng)提供的功能可以對(duì)模型進(jìn)行拔模檢測(cè)。依次點(diǎn)選下拉式菜單分析因模具分析囚，分析類型選擇為“拔模檢測(cè)”