数控技术文献地的综述.doc

摘要：现代生产、生活中越来越多的产品特别是各种塑料制品与大型覆盖件等产品形状结构比拟复杂，单使用图纸已很难正确和详尽地表达产品的形状和结构，这就要求模具设计制造者必须使用计算机辅助设计文件描述的，同时要求模具制造者必须充分掌握产品的各种资料，包括产品的形状、尺寸、原料的特性、精度要求、特殊外表效果等。有些产品还需客户提供实物或模型。当前，我国工业生产的特点是产品品种多，更新换代快，市场竞争激烈。在这种情况下，用户对模具制造的要求是制件质量好，交货期越短越好，模具精度越高越好，模具价格越低越好，由此，现代塑料模具的制造应与当前经济开展的形势与以上要求相适应。关键词： 塑料压圈 单分型面一模一腔注射模具 轮辐式浇口 尼龙 1010、聚奎二栈奎二胺与纤维前 言：.4一、模具的重要意义 .5二、现代塑料模具的设计.61、塑料模具设计的内容.61、1制件工艺分析与设计.61、2 模具总体方案设计.71、3 总体结构设计.71、4 施工图设计.7 2、 CAD/CAE技术的应用.8三、现代塑料模具的制造.91、 CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟、制造一体化.92、先进设备的作用.9 3、手工加工的作用.104、 检测.10四、反向工程的应用.10五、快速成型制造的应用.11六、开展方向和前景.12七、模具在我国的开展历程.12八、 完毕语.13参考文献：.14前言塑料工业是随着石油工业的开展应运而生的新兴工业，同时又是一个飞速 开展的工业领域。从20 世纪30 年代前后开始研制至今，塑料作为一种新的工程 材料不断被开发应用，到目前塑料工业已经实现了产品系列化、生产工艺自动化， 不断开拓出功能塑料新领域。塑料在国发经济中许多领域不同程度地替代了金 属、木材与其他材料，成为当前社会使用的一大类材料。只有迅速地开展塑料加 工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国民经 济中各领域充分地发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要工艺装备，模具工 业是国民经济的根底工业，被称为“工业之母，模具是一种高附加值产品和技 术密集型产品，其生产技术水平的上下，已成为衡量一个国家产品制造业水平高 低的重要标志。 塑料模具设计与制造是一门综合性、实践性很强的学科，也是近年来飞速 开展的学科之一，随着高分子材料合成技术的提高注塑成型设备的革新成型工艺 的成熟而改良，随着计算机技术，快速造型技术，数值模拟技术、数字化应用技 术等在注塑成型加工领域的渗透而开展。从而使注塑成型作为一种重要的成型加 工方法，在机械化工、军事国防，家用电器等都有广泛应用，且生产的制件具有 精度高，复杂度高，一致性高，生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和 广泛的开展前景。 本说明是依据塑料模具设计与制造、中国模具大典以与其它相关的参 考而编写的，本模具是一幅注塑模具。本说明介绍了设计的任务要求，模具 加工的一系列步骤，在表示中文字与图形相互补充说明，能够更详尽地展出了本 人的编写内容。 由于编者水平有限，在设计过程中不妥和错误之处在所难免，恳请教师的批 评与指正，以便得心修正。 在此表示衷心的感谢！一、模具的重要意义 模具是工业生产中使用极为广泛的根底工艺装备，是工业开展的基石，被人 称为“工业之母和“磁力工业。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、 家电和轻工行业中，60%80%的零件都要依据模具成型，并且随着近年来 行业的迅速开展，产品生产中对模具的要求越来越高，模具结构也越来越复杂。 模具生产技术的上下，已经成为衡量一个国家的产品制造水平的重要标志。 模具是制造业的重要根底装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研 发所不可缺少的工具。用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、 高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不与的。换句话说，没有高水平的模 具就不会有高水平的工业产品。模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。 塑料制品和注射成形在模具业的重要地位。 近年来，塑料模具的产量和水平开展十分迅速，高效率、自动化、大型、长 、精细模具在模具产量中所占比例越来越大。注射成形是成形热塑件的主要 方法，因此应用X围很广。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内， 塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统 进入模具型腔内，塑料在其中固化成型，而后从模具中脱出，成为塑料制品。 塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。它在电脑、手机、 汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替 代的作用，应用极其广泛。塑料注射成形工艺的最大特点是复制，能够复制出所需任意数量的可直接使 用或稍作处理即可使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。虽然在设备上投 入较大，但是可以生产制品的数量非常大，实属一种经济快捷的生产方式，因此 得到广泛的应用和快速的开展。 工业经济的飞速开展也推动了模具工业的开展，特别是汽车轻量化、环保化开展的需求，要求越来越多的塑料类产品应用到汽车上。现在汽车行业的激烈竞争，已大大加快了各种新车型的推出，而更换最频繁的就是汽车内饰件、外饰件。汽车上的内饰件、外饰件如此主要是靠塑料类模具来生产的。其实新产品的竞争就是时间的竞争，而时间的竞争主要集中在模具的设计与制造上。二、现代塑料模具的设计将客户提供的图纸或计算机文件资料输入电脑，使用计算机辅助设计与加工系统CA D/C A E 进展设计并作模拟试验，得出所需要的计算机文件，在此设计过程中，系统可进展图形编辑处理，尤其是对含有三维自由曲面的图纸可做进一步修正和编辑。如曲面的结合、融合、截面圆角与光滑处理等。设计完成的模具零部件可使用电脑系统的实体成型功能将其显示出来，以便观察设计的正确性与可能需要进展优化处理，之后还可以借助系统功能进展强度、模温、塑料流动状态等模拟测试。如果发现设计有误可重新修改设计。1、塑料模具设计的内容模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度，外表质量要求以与其成型工艺条件的变化而变化的，所以每副模具都必须进展创造性的设计，模具设计的内容为：产品零件常称为制件成型工艺优化设计与力学计算，尺寸与尺寸精度确定与设计等，因此模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方案设计、总体结构设计、施工图设计4 个阶段。1、1制件工艺分析与设计塑件的形状如图1 。该制件为载重汽车“黄河王子仪表台主体局部，体积约为800 mm×600 mm×300 mm，重量为3 010 g，材料为ABS丙烯晴- 丁二烯-苯乙烯共聚体。其特点是具有良好的综合性能、高的冲击韧性、高硬度、良好的机械强度、良好的尺寸稳定性与良好的性价比，但吸湿性强，含水量应小于0. 3%，收缩率为0. 5%，因此对模具内外表粗糙度要求较高，而且材料要求长时间的预热、枯燥。该塑件形状十分复杂且要求整体边角呈弧形圆滑过渡、要求有良好的装配性能，在塑件上设有与其一体的暖风机出风口座、点烟器座、烟灰缸座与其他各种控制按钮安装孔等等，所以对该件外表的质量、尺寸精度要求较高。1、2 模具总体方案设计根据该件的结构特点、尺寸、形状和具体要求，模具必须在6 000 g 以上注塑机上使用，模具外形尺寸约为1 500 mm×1 200 mm×1 200 mm，模具设计成三板式，增加了一个可移动的中间板、热流道、双顶出板、二级脱模机构、油缸辅助抽芯等。要求模具分型面轮廓保持清晰，要有良好的冷却系统，冷却水路应排布均匀；模具滑块应滑动平稳，无卡滞现象且开模后应定位准确可靠；模具其他标准件应符合国家相关标准。1、3 总体结构设计模具结构图见图2 。1、4 施工图设计主要指具体零部件的设计， 本文从略。2、 CAD/CAE技术的应用CAD/CAE 计算机辅助设计和辅助工程包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。应用C AD 技术可以设计出产品的大体结构，再通过C A E 技术进展结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具C A D / C A E 集成技术后，制件一般不需要再进展原型试验，采用几何造型技术，制件的形状能准确、逼真地显示在计算机屏幕上，有限元分析程序可以对其力学性能进展检测。借助于计算机，自动绘图代替了人工绘图，自动检索代替了手册查阅，快速分析代替了手工计算，模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来，集中精力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作，在模具投产之前，C A E 软件可以模具结构有关参数的正确性。例如，可以采用流动模拟软件来考察熔体在模腔内的流动过程，以此来改良浇注系统的设计，提高试模的一次成功率。可以用保压和冷却分析软件来考察熔体的凝固和模温的变化，以此来改良冷却系统，调整成型工艺参数，提高制件质量和生产效率，还可以采用应力分析软件来塑件出模后的变形和翘曲。模腔的几何数据能相互地转换为曲面的机床刀具加工轨迹，这样可省去木模或树酯模制作工序，提高型腔和型芯外表的加工精度和效率。当今的概念设计已不仅仅是停留在对外观和结构的设计上，它已经扩展到对模具结构分析的领域。对于运用C AD 技术已经设计出的塑料模具可运用先进的C A E 软件尤其是有限元软件对其进展强度、刚度、抗冲击实验模拟、跌落实验模拟、散热能力、疲劳和蠕变等分析。通过分析，可以检验前面的概念性结构设计是否合理，分析出结构不合理的原因和部位，然后在C AD 软件中进展相应的修改。接着再在C A E 中进展各种性能的检测，最终确定满足要求的模具结构。当今C AD 技术的开展使得概念设计思想表现在相应的模块中。概念设计不再只是设计师的思维，系统模块也融合了一般的概念设计理念和方法。目前，世界上大型的CAD/ CAE 软件系统如：P r o / En g i n e e r 、ED SUnigr aphi cs、Sol idworks、Al i as、Sof tmage、EUCLID、Autodesk 等，都提供了有关产品早期设计的系统模块，称之为工业设计模块或概念设计模块，例如：Pro/Engineer 包含一个工业设计模块 P r oDe s ig n ，用于支持自上而下的投影设计，以与在复杂产品设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括概念设计的二维非参数化的装配编辑器。系统模块的应用大大减少了设计师的工作量，节约了工作时间，提高了工作效率，使设计师把更多的精力用在新产品的开发与创新上。三、现代塑料模具的制造现代经济的飞速开展，推动了我国模具工业的前进。CAD/ CAE/ CAM 技术的日臻完善和在模具制造上的应用，使其在现代塑料模具的制造中发挥越来越重要的作用，C A D / C A E /C A M 技术已成为现代塑料模具的制造必然趋势。1、 CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟、制造一体化CAD/ CAE/ CAM 一体化集成技术是现代塑料模具制造中最先进最合理的生产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统，按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程。具有现代塑料模具设计制造能力的工厂，该过程都是从CAD/ CAE/ CAM 系统内进展的，其加工程序直接由联机电缆输入加工机台，在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能进展细致的模拟，将零件刀具、刀柄、夹具，平台与刀具移动速度、路径等显示出来，以便观察整个模具零件的切削过程和前后的形状，以检查程序编制的正确性，这对于复杂的多曲面的模具零件尤为重要。在模拟检查中，如果有需要调整产品的不当的地方，如某处刀具过大，不能按设计要求切削出理想的某2 个面接合处圆角等，可以重新给出适当的刀具，或决定该处使用直径较小的刀具，多进展一次或屡次切削加工。如果发现模拟的过程效益太低，如此可重新修改走刀路径或加大粗切的刀具直径，以提高加工效率等。总之在CAD/ CAE/ CAM 系统内编制和模拟加工程序可以充分了解发现的问题，从而在加工之前，将整套加工程序作好完善修改工作，这对于高效、准确地加工模具零件有着相当重要的意义。2、先进设备的作用现代塑料模具制造的必然趋势，就是机械加工尽可能地取代人工加工，这就确定了先进设备在现代制造中的作用，尤其现在加工中心、数控高速成型铣床、数控铣床、数控车床、多轴联动机床、数控模具雕刻机、电火花加工机床、数控精细磨床、三坐标测量机、扫描仪等现代化设备在工厂中的广泛使用，而且设备大局部所用的程序根本上都是应用C A D /CAE/CAM 系统产生的，机台与计算机联机，加工程序是通过联机电缆输入机台的，操作人员按照规定的程序装夹工件， 配备刀具和操作，机台就能自动地完成该机台上应该完成的加工任务，并将理想的模具零件制造出来或为下一加工工序完成规定的局部。操作人员的熟练程度和情绪变化不太影响加工质量和加工效益，这也是现代模具加工优于传统机械加工的一个方面。3、手工加工的作用由于模具加工的特殊性，模具都有机械加工无法完成的局部，现代塑料模具加工也是如此。这就决定现代塑料模具加工中，还要依赖具有丰富经验的技术工人去完成模具的组装，各零件之间的配合与复杂不规如此型腔的抛光等。由于现代模具加工的软、硬件的不断改良，手工加工的比例逐渐减少，对型腔的抛光主要是在一些工具的辅助下由手工完成的。因此，现在研究抛光的自动化、智能化已成为模具业比拟关注的课题。但不管设备如何先进，由于模具型腔形状复杂，任何一种研究抛光方法都有一定的局限性，手工加工在现代塑料模具制造中仍具有一定的位置，其作用也不容无视。4、 检测模具的零部件除了有高精度的几何要求外，其形位精度要求也较高，所以，一般的量具是很难达到理想的目的。这时就要依赖精细零件测量系统。这种精细零件测量系统简称CMM，即Coordinde Measuring Machine，是数控加工中心的一种变形， 它的测量精度可达0 .2 5 ìm，其测量工件的方式如下：经由CAD/CAM 系统或CMM 专用软件所产生的零件数据选送至C M M 的计算机系统，经过适当的设置后，即按照所给出的数据去测量工件，将所得结果与原始数据比拟，得出工件加工后的误差。如果原始数据是从设计图纸得来的，如此可直接将设计数据送入C M M 专用软件，然后进展测量，将取得的加工误差数据进展质量分析，以判断工件的加工质量。如果检测的不是单个零件而是假如干个零件的组件，如此由各零件的误差积累而导致总偏差被显示出来。四、反向工程的应用反向工程Reverse Engineer ing 即先对制件 所加工的产品进展扫描生成多种格式的CAD 数据，再在另外的CAD/CAE/CAM 软件中进展改型设计，该技术是现代塑料模具制造中最流行的模具制造技术。其工作原理：是对已有的实物模型进展扫描，采集其外表的坐标数据信息，根据采集的数据生成模型外表的线框模型，之后可根据需要对模型进展凹凸模转换、比例缩放、旋转、平移等处理，再自动生成模具的加工程序。自动生成模具的加工程序可适用于广泛的数控系统。例如，英国雷尼绍公司专门为塑料模具制造开发生产的扫描系统，就可以成功地应用于塑料模具制造的反向工程中，它不仅可以改善数控机床的性能，扩大数控机床的功能，而且还能提高数控机床的效率。雷尼绍公司的Retroscan、Renscan200 与Cyclone 高速扫描机已被某某海尔、某某轻骑、国家模具中心等单位使用。五、 快速成型制造的应用快速成型制造R P M技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成型技术和新材料技术的开展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/ 堆积即材料累加成型思想，根据零件C AD 模型，快速自动完成复杂的三维实体模型制造，R PM 技术是集精细机械制造、计算机、N C 技术、激光成型技术和材料科学最新开展的高科技技术，被公认为是继N C 技术之后的一次技术革命。R PM 技术可直接用于塑料模具制造。首先是通过立体光固化 S L A 、叠层实体制LOM、激光选区烧结SLS、三维打印3Dp、熔融沉积成型F DM等不同方法得到制件原型。然后通过一些传统的快速制模方法，获得长的金属模具或非金属的低模具。主要有精细铸造、粉末冶金、电铸和熔射热喷涂等方法。这种方法制模，具有技术先进、本钱较低、设计制造周期短、精度适中等特点，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1 / 3 和本钱的1 / 4 左右。R PM 技术也可以间接用于塑料模具制造。首先用C AD / C AM 设计、模拟的模具所生产的产品，由于装配的复杂性，需要快速成型的制品进展试装，再根据装配需要进展修改制品数模，待定型后再把修改后的数据输入C A D /CAE/CAM 系统进展模具加工。这样既可以节省新产品开发的时间，又可以提高新产品开发的成功率， 防止走弯路。六、模具在我国的开展历程我国的模具工业是19 世纪末20 世纪初随着军火和钟表业引进的压力机开展 起来的。从20 世纪50 年代初，模具多采用作坊式生产，凭工人经验，用简单的 加工进展制造。在以后的几十年中，随着国民经济的大规模开展，模具工业进步很快。当时我国大量引进苏联的图纸、设备和先进经验，其水平不低于当时 工业兴旺的国家。直到20 世纪70 年代末，由于错过了世界经济开展的大浪潮， 我国的模具业没有跟上世界开展到步伐。20 世纪80 年代末，伴随家电、轻工业、 汽车生产线模具的大量进口和模具国产化的呼声日益高涨，我国先后引进了一批 现代化的模具加工机床。在此根底上，参照已有的进口模具，我国成功地复制了 一批代替品，如汽车覆盖件模具等。模具的国产化虽然使我国模具制造水平逐渐 赶上国际先进水平，但计算机应用方面仍然存在很大差距。 7、 开展方向和前景我国塑料模的开展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的开发和应用。在设计技术和制造技术上与兴旺国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量沿不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化沿待规模化；CAD、CAEFlowCool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合沿无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。随着计算机软件的开展和进步， C A D /CAE/CAM 技术也日臻成熟，其在现代塑料模具中的应用将越来越广泛。由此该技术也推动了现代塑料模具工业的开展，它不仅缩短了塑料模具的设计和制造周期，而且也提高了产品开发的成功率，并增加塑料模具的价值和市场竞争力。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中别离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向开展。我国进入实施国民经济和社会开展的第十一个五年规划期，模具工业的开展 也将进入一个关键时期。在这一时期，模具行业的主要任务是，在党中央关于把 我国建设成为创新型国家的战略思想指引下，进一步推进改革，调整结构，开拓 市场，苦练，提升水平，使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。不断提 升模具制造水平，振兴我国装备制造业，为实现把我国建设成为制造业强国的宏 伟目标而奋斗。八、 完毕语参加WTO ，经济的全球化使企业之间的竞争由过去的局部竞争演变成全球X围的竞争，同行业之间，跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈。为了适应快速变化的市场需求，企业必须以最快的速度、最好的质量、最低的本钱、最优的服务，来满足不同用户的需求，而模具制造业的竞争更是如此。CAD / CAE/ CAM集成技术就是在这种情况下应运而生的。它已成为现代塑料模具制造技术开展的必然趋势。并以科学合理的方法给塑料模具制造者提供了一种行之有效的辅助工具。使塑料模具制造者在模具制造之前能借助于计算机对制件、模具结构、加工、本钱等进展反复修改和优化，直至获得最优结果。总之，CAD/ CAE/ CAM 技术能显著地缩短塑料模具设计与制造时间，降低塑料模具本钱，并提高制件的质量，是现代塑料模具制造中不可缺少的辅助工具，它与“反向工程与现代先进加工设备等一起成为现代塑料模具制造业中流行且具有竞争力的必要条件。参考文献：1、 肖庆和，吴军主编. 数控技术.：航空航天大学，2011.2、 陈万林主编. 实用塑料注射模设计与制造. :机械工业，20083、 蒋继宏主编. 注射模典型结构100例. ： 中国轻工业，20064、 X昌祺主编. 塑料模具设计. ：机械工业，20035、 许发樾主编. 实用模具设计与制造手册. ：机械工业，20076、 X维合主编. 注塑模具设计实用教程. :化学工业, 2010 7、 齐卫东主编. 塑料模具设计与制造. :高等教育,2011