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模具 成技術(shù) 內(nèi)容提要：通過分析計 算 機輔助注射模設(shè)計和制造的各個環(huán)節(jié)中共享的技術(shù)和信息 。 本義揭示了注射模 集成技術(shù)的根本內(nèi)涵 引言 模具 成技術(shù)是 一 項重要的模具先進制造技術(shù)，是一項用高技術(shù)改造模具傳統(tǒng)技術(shù)的重要關(guān)鍵技術(shù)。從六五計劃開始 ,我 國 有許多模具企業(yè)采用 特別是近年， 術(shù)的應(yīng)用越來越普遍和深入，人大縮短了模具設(shè)計周期 ,提 高 了制模質(zhì)量和復(fù)雜模 具 的制造能力 。 然而，由于許多企業(yè)對模 具 資帶有盲目性，不能很好地發(fā)揮作用 ,造 成了很大的浪費。本文就塑料模具 成技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)表 一 些觀點，供大家參考。 成技術(shù) 塑料模 具 的制造 ， 包括塑料產(chǎn)品的造型設(shè)計、模 具 的結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析、模具的數(shù)控加 工 (銑削、 電 加工、線切割等）、拋光和 配 試模以及快速成形制造等各個環(huán)節(jié)所涉及的 元技術(shù)有 :造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計 ( 產(chǎn)品外形的快速反求 ( 結(jié)構(gòu)分析 與 優(yōu)化設(shè)計 ( 輔助制造 ( 加工過程虛擬仿真(產(chǎn)品及模具的快速成形 (輔助工藝過程 (產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù) (等。 塑 料模 成技術(shù) ，就是把塑料模具制造過程所涉及的各項單元技術(shù)集成起來 ,統(tǒng) 一 數(shù)據(jù)庫和文件傳輸格式，實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)資源共享 ,從而大大縮短模具的設(shè)計制造周期 ,提高制模質(zhì)量。 計與外形的快速反求 進行塑料模具設(shè)計制造的第一步是塑件產(chǎn)品的設(shè)計。傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法是設(shè)計者對產(chǎn)品的 三 維構(gòu)思用二維平面圖紙表達出來，圖紙上標明 :工藝及施 工 方法 ,這種方法決定了所設(shè)計圖形的簡單性及不能直接控制制造質(zhì)量 。 現(xiàn)代設(shè)計方法是設(shè)計者在電腦直接建立產(chǎn)品的三維模型 ,根據(jù)產(chǎn)品 三 維模型進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計 ,再根據(jù)模 具結(jié)構(gòu)設(shè)計三維模型進行加工編程及編制工藝計劃 。這種方法使產(chǎn)品模型設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、加 工 編程及 工 藝設(shè)計都以 3D 數(shù) 據(jù) 為基礎(chǔ) ,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享 ,不僅能快速提高設(shè)計效率 ,而且能保證質(zhì)量，降低成本。電腦塑件產(chǎn)品模型的來源有三種 :利用 統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設(shè)計、利用實物測量進行快速反求建模、利用其它 統(tǒng)的標準格式文件。 針對這三種產(chǎn)品模型的來源方式， 目 前已研究出各種技術(shù)來提高產(chǎn)品模型的設(shè)計效率和質(zhì)量。下面進步分析各種技術(shù)的內(nèi)涵和特點 （ 利用 統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設(shè)計 ,其技術(shù)主要包括 — 維幾何圖形的繪制、二維參數(shù)化 圖形的設(shè)計、三維實體造型設(shè)計、 三 維特征造型設(shè)計、三維參數(shù)化實體造型設(shè)計、三維曲面造型設(shè)計、空間自由造型設(shè)計、產(chǎn)品的外觀渲染、產(chǎn)品的動態(tài)廣告設(shè)計等等。這些軟件有許多典型的代表。二維軟件有 : ； 三維軟件有 :、 ； 產(chǎn)品自由造型及廣告設(shè)計的軟件有 : 。二維幾何圖形的繪制是利用平面 件繪制零件圖形，即用計算機代替 手工繪圖； 而二維參數(shù)化，即計算機實現(xiàn)了圖形的變 量設(shè)計 ,使修改更 加 方便； 三 維造型設(shè)計是數(shù)字化的產(chǎn)品的真實形狀設(shè)計，它完全表達了產(chǎn)品，能夠進 一 步為模具設(shè)計、分析和加工提供必要的數(shù)學(xué)模型：空間自曲造型設(shè)計是產(chǎn)品外形的藝術(shù)設(shè)計 ,使產(chǎn)品不僅是功能產(chǎn)品，也是藝術(shù)品 ;產(chǎn)品的外觀渲染是產(chǎn)品的效果設(shè)計 ， 使產(chǎn)品更加美觀、顏色更加能迎合人們的各種需求：產(chǎn)品的動態(tài)廣告設(shè)計是將產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果直接制作宣傳廣告 ,進行市場推廣。利用實物測量進行快速反求建模是 目 前研究的熱點之一 ,它是產(chǎn)品仿型基礎(chǔ)上進行產(chǎn)品修改設(shè)計的重要技術(shù)。其基本原理是通過三座標測量機、激光測量機或電子抄數(shù)儀對實物進行 掃描測覺，把測量所獲得的數(shù)字 化的大量數(shù)據(jù)點送入高級 件的反求模塊或?qū)Ｓ玫姆辞筌浖?,反求軟件可直接讀取點數(shù) 據(jù) 群 ,并可對點數(shù) 據(jù) 群進行編輯、過濾、整理、求精、排序、局部修改與重組 ,然后自動生成曲面 ,最終獲得同實物精確一致的或經(jīng)改造的電腦塑件產(chǎn)品模型。這 一 方式可極大提高新產(chǎn)品設(shè)計速率。 目 前較成熟的曲面反求建模軟件有： 。 利用其它 統(tǒng)的標準格式文件來建模，這 一 方式較方便。由于市場的全球化和 絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 ， 模 具 企業(yè)的 術(shù)交 流和合作 有 許多通過 件方式進行。由于 統(tǒng)種類較多 ,因此文件的格式就必須遵循國際標準，如 。通過讀取標準格式文件來 直 接建立或修改后建立產(chǎn)品模型，既可加快、加深用戶與模具廠家的交流，也可縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。 計與分析 模具的 計、分析，包括根據(jù)產(chǎn)品模型進行模具分型面的設(shè)計、確定型腔和型芯、模具結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計、塑料充填過程分析等幾個方面。利用先進的特征造型軟件如 、 很容易地確定分型面 ， 生成上下模腔和模芯，再進行流道、澆 道 以及冷卻水管的布置表確定了這些設(shè)計數(shù)據(jù)以后，再利用模具分析軟件，如 行塑料的成形過程分析 。 根 據(jù)件和它的豐富的材料、工藝數(shù)據(jù)庫 ,通過輸入成形 工 藝參數(shù) ,可動態(tài)仿真分析塑料也注塑模腔內(nèi)的注射過程流動情況 (含多澆口注射時的塑料匯流紋分析） 、 分析溫度力變化情況、分析注塑件殘余應(yīng)力等 , 根據(jù)分析情況來檢查模具結(jié)構(gòu)的合理性、流動狀態(tài)的合理性、產(chǎn)品的質(zhì)量問題等。比如是否在澆注系統(tǒng)不合理，出現(xiàn)流道和澆 口 位置尺寸不當，無法 平 衡充滿型腔：是否存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合 理 或模具結(jié)構(gòu)不合理 ,出現(xiàn)產(chǎn) 品充不滿 (即短射現(xiàn)象 ） ：是否冷卻不均勻 ,影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 :是否 存在注塑 工 藝不對 ,出現(xiàn)產(chǎn)品的翹曲變形等。模 具通 過 計和分析，就可以將錯誤消除在設(shè)計階段，提高一次試模成功率。在塑料模 具 設(shè)計和分析這一階段應(yīng)用 了 許多新的電腦輔助技術(shù) ,如參數(shù)化技術(shù)、特征造型技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。塑料模具中對許多標準件 ,如標準模架、頂出機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都可以采用基于數(shù)據(jù)庫管理的參數(shù)化特征造型設(shè)計方法進行設(shè) 計 或建立標準件庫， 這樣既可以實現(xiàn)數(shù) 據(jù) 共享，又可以滿足用廣對設(shè)計的隨時修改，使模具的設(shè)計分析快速 、 準確 、 高效。 參數(shù)化特征造型不僅可以完整地描述產(chǎn)品的幾何圖形信息，而且可以獲得產(chǎn)品的精度，枓料及裝配等信息 ,其所建立的產(chǎn)品模型是 一 種易于處理、能反映設(shè)計意圖和加工特征的模型。因此 ,參數(shù)化特征造型技術(shù)是模 具 制造過程最重要的技術(shù)之一。 術(shù)的應(yīng)用、加工仿真及制造 模具的計算機輔助制造 (術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)控銑削加工、線切割加工、電火花加工等方面 。 術(shù)尤其是在復(fù)雜模具的型腔、型芯及電極的銑削加工 中起著更加重要的作用。其主要的技術(shù)特點包括： （ 1)粗、精加工刀具軌跡的優(yōu)化規(guī)劃和 令的產(chǎn)生， （ 2)刀具 種類、特性和材料庫的建立， （ 3)切削加工工藝參數(shù)的確定， （ 4)普通切削和髙速切削加工的特性控制， （ 5)過切檢查與加工表面的精度控制， （ 6)加工過程的電腦實體仿真切削， （ 7)電腦控制數(shù)控機床的 術(shù)及群控技術(shù)的應(yīng)用等等。在 術(shù)的應(yīng)用中特別需要 產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。較多的專業(yè)電腦編程軟件如 在多曲面的編程加工時對產(chǎn)品曲面模型有較高的要求 ,如相鄰曲面的 U、 V 方向的 一 致性、曲面與曲面的高精度擬合、曲面斜率連續(xù)變化等。在高級 體化系統(tǒng)中（ 如 ),由于利用了參數(shù)化特征造型設(shè)計和同 一 數(shù)據(jù)庫技術(shù) ， 使得產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、 模具的型腔和型芯模型數(shù)據(jù)、刀典軌跡數(shù)據(jù)有著內(nèi)在的聯(lián)系 ， 產(chǎn)品模型的修改刀具軌跡亦自動修改 。 模具加工實體仿真技術(shù)越來越成熟 ,也越來越受到人們的重視。加工實體仿真是在電腦上模仿機床的加工過程 ,能直觀反映加 工 的結(jié)果 ,能直接評估加 工 后零件的質(zhì)量，能檢查出加工的錯誤。在檢查加工后零件的質(zhì)量時，可在電腦上對加工后的實體模型進行任意的剖切， 直接測量其尺寸和精度。因此，它能把錯誤消除在加工工藝編程設(shè)計階段 ， 減少加工后的修補和返工，大 大提高模具的制造效率和質(zhì)量。 塑料產(chǎn)品及 其 模具用電腦 術(shù)設(shè)計完成后，可通過快速成形技術(shù)來制造。這是一種全新概念的制造技術(shù) ,它摒棄了傳統(tǒng)的機械加 工 方法。期成形原理是將 三 維 體模型離散成設(shè)定厚度的 一 系列片層數(shù)據(jù)，利用激光成形機或其它成形設(shè)備讀取這些數(shù)據(jù) ,用材料添加法技術(shù) ,依次將每層堆積起來成形。這 一技術(shù)稱為快速 自動 成形技術(shù) ( 它也是 成技術(shù)的重要組成部分。 第 一 臺快速成形設(shè)備于 1987 年在美國 3D 公司誕生 ,由于其特點是與制造 的產(chǎn)品的復(fù)雜程度無關(guān) , 給制造業(yè)帶來巨大的震動。此后十年，快速成形技術(shù)得到飛速發(fā)展，設(shè)備的種類也層出不窮，從材料固化方法可分為激光和非激光燒結(jié)法 ( 固體表層造型法 ( 層片制造法 (熔化沉積 法 (選區(qū)粘結(jié)法 (激光氣相沉積法 (。各種方法特點是 :是最早應(yīng)用的快速成形技術(shù)，初期市場占有較大的分額 ,但由于材料范闈窄 ,成本較高 ,成形件耐熱、耐負荷和著色能力低，近年逐漸被其它方法所代替。 F D 于 速度 快 ,， 成本低，在塑料產(chǎn)品行業(yè)中得到較好的應(yīng)用 ， 由 于零件的尺寸小 ， 精度 差 ,也受到 一 定的限制。 由于釆用紙或者是薄片塑料，成本低，且激光只照射每一層的輪廊邊緣，因而成形速度快，但產(chǎn)品表面質(zhì)量差。 是用激光進行燒結(jié) ， 采用的材料較廣，如塑料、蠟料、陶瓷、金屬等均可成形，成形件耐熱、耐負荷和者色能力較強 ,具有廣泛的應(yīng)用前景。其它方法也在某些特種加工中得到應(yīng)用。根據(jù)上述成形法特點 ,快速成形技術(shù)的作用主要在于 :制造用于設(shè)計和試驗的產(chǎn)品模型、制造用于小批量生產(chǎn)的模具和小批量特殊零件的加工?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的產(chǎn)品模型在材質(zhì)方面比傳統(tǒng)加工方法制造的產(chǎn)品模型有所差別，但在外形及尺寸方面幾乎完全一樣，而且有 一 定的機械強度 ， 可作功能性試驗，同時經(jīng)過表面處理，看起來與 真 實產(chǎn)品 一 樣，可作廣告宣傳品?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的模具，目前主要是軟材料的成形模 (蠟?zāi)！? 環(huán)氧樹脂模、硅橡膠模、低熔點合金鑄造模等 )和陶瓷或金屬基合成材料硬型腔模。制造硬模時可用快速成形零件作母模，先制作環(huán)氧樹脂?；蚱渌辶系能浤＃谲浤Ｖ袧沧⑻沾苫蚴嗄?，然后澆鑄鋼成鋼模 ;或者在軟模中澆注混合打化學(xué)粘結(jié)劑的鋼粉，進行燒結(jié)成鋼模。快速成形技術(shù)制造的鋼模需進一步做拋光等后加工 ,制成小批量生產(chǎn)的注塑模。由于模具是 用鋼粉澆注或燒結(jié)而成 ,材質(zhì)與 普 通模 具 鋼有一定的差距 ,因此，壽命較短 ， 只能做試制產(chǎn)品成小批量生產(chǎn)。另外 ， 快速成形技術(shù)也可以制作特殊的零件 密鑄造法制作銅電極、研模法制作石墨電極等?？焖俪尚渭夹g(shù)制作模具和產(chǎn)品的成型設(shè)備，均是讀取 不同的文件格式數(shù)據(jù)對制作的產(chǎn)品精度有較大的差距 。 因此，研究 統(tǒng)對快速成形設(shè)備的文件格式輸出有相當重要的意義。 成技術(shù)的發(fā)展趨勢 綜上所述，模具 成技術(shù)就是應(yīng)用于模具制造各個環(huán)節(jié)的計算機 輔助技術(shù)和實現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息集成的技術(shù) 。 顯然 ， 信息集成與數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理是關(guān)鍵。產(chǎn)品的信息是貫穿于設(shè)計、分析、加工、檢測、裝配等各個階段 ,實現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息的流暢、解決數(shù)據(jù)格式的標準化及數(shù)據(jù)維護與共享是未來 成 技術(shù)發(fā)展的重點。 統(tǒng)的出現(xiàn)為解決這一問題帶來了曙光。 統(tǒng)的實施是模具企業(yè)應(yīng)用 成技術(shù)的重要課題。在模 具 的設(shè)計制造 方面 ， 含有豐富專家知識的智能化模具 統(tǒng)的研究、 高 速切削加 工 及其編程等是未來研究發(fā)展的趨勢。 AD . J. 1993, 37, to in of to lo AD it he AD is an is in 5 ur AD AD is to to AD of he t in AD 1， AD he of of of to ， , go to a he of to AD to a to of to 2， AD of he he he of U a is a to of s to to on to a of a ts to is a on of of f， ,to to to to of to a as to a of AD of in to up of of at of of to of of AD s he ->s of in ->s E 10, of l-?s E, in of s is to of AD s is a it an be to he of in is of to is a ll is of of of of is a to to It is an go a of is to or ^ to to to of to AD or a A? to a t'is to is of or U a to up AD of to AD AD is he as to to or of 3， AD of AD of to ? to of 3A， a a of E, om 3A . a a of of as to it of of to in U ? a ), to U a ^ to to of of to to a an”t ? ; to or or is ii to or he U of AD at to to if is in as a on or a an to at of of t'nd of a is a of to of is an of in in in 4， AM of lo of in of to Iu to to AM in of of 1) O， 3A? he to C 2) to (3) + to 4)to + 5) 6) of +， (7) NC of AD in AM -? of to of of to as , V of in In AM E) ^? of to e,of to is by is he he of at is to of EE it at of to of 5, AD is of a of It is up a of a of or up to by in to t is a to i