鼠标底座注塑模设计【文献综述】.doc

1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 鼠标底座注塑模设计 1.前言部分 模具是制造业中用量最大、影响面广的工具产品，工业产品的零件粗加工的75%、精加工的 50%及塑料零件的 90%由模具来完成。随着钢铁时代向聚合物时代过渡，工业及生活中使用的工程塑料、橡胶己远远超过钢铁，聚合物必须用模具成型，没有高水平的模具就没有高质量的产品 :另一方面，随着产品更新换代速度加快，模具成为新产品开发的关键 1 。 我国注射模成型工艺发展了近 50 年，但是由于塑料制品的多样性、复杂性和工程 技术人员经验的局限性，长期以来，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方

2、案。传统模具开发流程为概念设计一产品设计 模具设计一模具制造 设置工艺参数 试模一生产。 2传统方法在开始大规模生产前由于仅凭经验设计模具，模具装配完毕后，通常需要儿次试模，发现问题后，不仅要工艺师重新设置工艺参数，甚至还要设计师调整塑料制品和模具设计方案，修改模具。重复各个步骤增加了生产成本，影响模具质量，同时延长了制品生产时间。 实践证明，利 用先进的计算机技术，采用模具 CAD/CAE/CAM 技术是提高模具产品的设计质量、缩短模具的设计、制造周期，提高塑料制品的质量及性能的重要途径之一。 计算机辅助设计 (CAD)指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算机为辅助工具，完成产品的设计

3、、分析、绘图等工作，一般包括零件设计、装配设计、复杂曲面设计、图样绘制等。 计算机辅助制造 (CAM)指 NC 程序编制、包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及 NC 代码的生成等。 注射模计算机辅助工程 (CAE)技术是利用塑料加工流变学、传热学、数值计算方法和计算机图形学等理论，对注射模浇口及流道的配置和尺寸、冷却管道的尺寸、布置及联接方式、塑料熔体在模具中的流动、充填、冷却情况等进行定量分析和模拟。 我国的模具行业是应用 CAD/CAM 较早的一个领域，但就整个行业而言，至今具有较完备集成环境的企业较少。目前在该行业具有代表性的是在设计、制造及管理等部门部分或单独采用了 CAD，

4、 CAM 等技术。虽然这些技术在应用初期对提高产品设计水平、增加企业活力起到了积极的促进作用，但随着产品更新换代速度不断加快、同行业竞争加剧及市场不断扩大，客户对产品质量、成本、制造周期要求不断提高，原来分散独立使用己不适应发展需要 3 。 在 CAD/CAE/CAM 研究及应用上，我国处于起步阶段， CAD 真正应用不超过十年， CAM 也仅是近些年逐步开始应用， CAE 的应用仅限于为数不多的较大模具企业应用，还处于探索阶段。 随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞越发展己经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工 .业产品越来越多品种、小批量、

5、高质量、低成本的方向发展。为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品 的开发周期，生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备一模具的要求越来越苛刻。没有计算机辅助技术的支持，就不可能适应上述两方面的要求 4 。 2.主题部分 国内外模具 CAD/CAM/CAE 技术与应用现状 随着模具工业的飞速发展，传统的模具设计、制造方法已不能适应产品生产的要求。缩短模具设计与制造周期，提高模具精度和质量，加快新产品的上市速度，最有效的手段就是采用 CAD/CAE/CAM 一体化技术 5 。 国外模具 CAD/CAM/CAE 技术与应用现状 近几年来国外先进工业国家对模具 CAD/CAE/CAM 技术

6、的开发非常重视，在CAD/CAE/CAM 开发 !投入了很人的人力和物力，将通用 CAD/CAM 系统改造成为适合模具行业的专用 CAD/CAE/CAM 系统，并将其应用于模具的设计与制造目前国际上流行的模具 CAD/CAM 软件如下 6 : Unigraphics NX 是美国 EDS 公司开发的面向制造业的 CAD/CAE/CAM 系统。UG NX 有强大的建模工具和分析模块，被广泛地应用于航空、航天、汽车、 机械、模具、工业设计等行业。 UG/Mold Wizard 是 UG 系列软件中一个独立的应用模块，也是应用于注塑模具自动设计的专业应用模块。它应用知识嵌入的基本理念，按照注塑模具设

7、计过程的卜一般顺序来模拟模具设计的整个过程，在此过程中，它只需根据一个产品的二维实体造型建立一套与产品造型参数相关的三维实体模具。它不但能自动设计一般模具，还能结合应用 UG 软件的其它应用模块来拓展其功能，设计出复杂程度较高的模具 7 。此外， UG 还提供了 UG/Die EngineeringWizard(冲压模工程向导 )、 UG/Progressive Die Wizard(多工位级进模向导 )等专用模具 CAD 工具。 Pro/E ngineer系统是美国 PTC公司 (Parametric Technology Corporation)推出的二维 CAD/CAM 软件，为满足模具

8、行业需求， Pro/E 提供了一系列模具设计模块 :Pro/Casting(铸造模具设计 )、 Pro/Moldesign(注塑模、压铸模、锻模设计 )，Pro/Dieface(冲压模设计 )、 EMX 模架专家库 C Expert Mold Base Extension) ， Mold Filling Simulation Option( 注 塑 模 具 流 动 分 析 功 能 包 ) 等。Pro/Moldesign 模块用于设计模具部件和模板组装，能自动生成模具型腔儿何体，并可通过修改造型几何体的方法补偿产品的收缩。为满足模架设计与制造解决方案， Pro/E 提供了模架专家库系统 EMX，

9、该模块能将使用者对模架设计的专业知识和整个设计流程整合在一起，将模芯拆模及模座设计两大部分完整的结合在一起，使设计者可以通过简单的操作界面完成模架的相关设定 8 。 CATIA 是法国达索飞机公司 (Dassault System)在其开发的系统设计应用软件的基础上与美国 IBM 公司合作研究发展，共同支持和销售的 CAD/CAE/CAM 一体化软件。新的 vs 版本界面更加友好，功能也日趋完善，开创了 CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。 CA11A 也提供了模具辅助设计模块 (Mold and Die Machining Assistant): MTl(模具设计产品 1)，它支持包

10、括凸凹模固定板定义、组件实例化、注射和冷却特征定义等模具设计的所有工作。用户界而以标准日录库访问功能为基础，通过对组件及其关联孔的混合实例化，支持模具零件和装配的自动配置 9 。这些预定义的组件可以使用诸如 DME， DME-AMERICA， EOC， FUTABA 等系列标准模架库，以快速、经济地创建模具。 SolidWorks软件是美国 SoiidWorks公司在总结和继承大型机械 CAD软件的基础上，在 Windows 环境下实现的第一个机械 CAD 软件，是面向产品级的机械设计工具。 Solid Works Moldbase 模块是 SolidWorks 提供标准模架库， 它是该软件最

11、新模具设计工具，提供了标准模架目录并完全与 SolidWorks 其它工具集成。除了完整的装配以外， Moldbase 还提供大量的组件，例如 :销钉、顶杆、 AB 板、螺栓、定位环、轴衬等 10 。 国内模具 CAD/CAM/CAE 技术与应用现状 我国模具 CAD/CAM 的发展始于 20 世纪 70 年代。 80 午代，注塑模 CAD/CAM技术已从实验室研究阶段进入实用化阶段，并在生产中取得了一定的经济效益。例如华中理工大学模具国家重点实验室开发的 11SC2.0 与 HSCCAB3.0 系统 。在90 年代，模具 CAD/CAM 进入高速发展期间。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定

12、的有 :精冲模、辊锻模、锤模和注塑模等 CAD/CAM 系统 .如华中理工大学模具国家重点实验室推出的 HSC3.0 软件系统已经完成商品化工作，并在企业中推广使用，能大大提高模具设计效率，应用前景广阔 11 。 如今，人们己经越来越认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识到模只水平的高低，己成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并很大程度上抉定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。因 此许多模具企业纷纷加大了对模具技术开发的投资力度，此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究和开发。 经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术等方面取得了显著进步，在提高模具质量和缩短模

13、具设计制造周期等方面做出了贡献。例如 :华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模 CAD/CAM/CAE 软件，上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲模 CAD 软件，北京机电研究所开发的锻模 CAD/CAM/CAE 软件。 如今，我国 CAD 产业有了较大进展，代表性的 软件有 CAXA(北京北航海尔软件有限公司 )、高华 CAD(北京高华计算机有限公司 )、开目 CAD(武汉开目信息技术有限责任公司 )、金银花 (广州红地技术有限公司 )等，具有一定的市场占有率。 塑模 CAD/CAM 行业发展趋势 21 世纪 CAD 技术发展的主要趋势

14、是集成化、标准化、智能化、和网络化。而在塑模行业中，所追求的目标是提高产品质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最人限度的提高塑模制造业的应变能力，满足用户要求。因此，塑模 CAD 行业的发展趋势可归纳为卜述 7 个特征 12 : (l)集成化技术：现代塑模设计制造系统不仅强调信息的集成 1371，更应该强调技术、任何管理的集成。在开发塑模制造系统时，强调“多集成”的概念，即信息集成，智能集成，串并行 l 一作机集成及人员集成。这才更适合未来系统的需求。 (2)智能化技术：应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环一丁的智能化，以及模具设备的智能化，也要实

15、现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。当前，在人工智能系统中应用的人工智能技术主要有专家系统、人工神经网络、遗传算法、模糊系统。 (3)网络技术的 应用：网络技术包括硬件与软件的集成实现，各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前一早己出现了通过 Internet 实现跨国界塑模设计的成功例子。网络技术的应用为我国塑模企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。近年来，由于网、网络数据库、电子商务等新技术的飞速发展，为 CAD 技术又赋予了新的设计理念和技术内容，将改变现有辅助设计的模式和方式，因此又将发展成为网络时代的辅助设计系统技

16、术 NAD。 (4)多学科多功能综合产品设计技术：未来产品的开发设计不仅 要用到机械科学的理论与知识，还用到电磁学、光学、控制理论等，甚至要考虑到经济、心理、环境、卫生及社会等各方面的因素。产品的开发，要进行多目标全性能的优化设计，以追求塑模产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳结合。 (5)虚拟现实与多媒体技术的应用：虚拟现实 VR(virtualReality)是人造的计算机环境，人处在这种环境中有身临其境的感觉，并强调人的介入与操作。 VR技术在 21 世纪整个制造业中都将有厂泛的应用 :可以用 T.培训，制造系统的仿真，实现基于制造仿真的设计与制造，集

17、成设计与制造，实现集成人的设计等。基于虚拟现实技术的 CAD 系统是虚拟设计技术和 CAD 技术发展的必然结合。美国己于 1999 年借助 T-VR 技术成功地修复了哈博太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储、表达、处理各种信息，融文字、语言、图像于一体，给人一种真实感。 (6)反求技术的应用：常规的塑模设计通常以产品的已有设计信息为依据。这些设计信息通过程图或一些模型来表达，然后制定出加工工艺规程，最终通过工装 /塑模和设备制造出产品。但是在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产 品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具的设计，以便制造出产品

18、。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的 CAD 三维几何模型的重新构造。这种过程就是反求工程 RE(ReverseEngineering)。然后可将反求出的模型加以转换，就可以被快速原型系统所接受。除此之外，一旦建立了 CAD 三维几何模型后，还可以依据这种数字化的 CAD 二维儿何模犁用于许多操作 :如实物 cAD 模型的修复，零件的重新设计，有限元分析，误差分析 伟，数控加指令生成及塑模的设计和制造等，如图 l。 图 1 传统设计过程与反求过程的区别 (a)传统设计过程 (b)反求工程设计过程 (7)快速成形技术：作为一项先进的制造技术，快速成形技术自 20 世纪 80年代末

19、问世以来，在成形理论、成 形工艺、设备开发和应用技术等方面取得了显著进展。彻底摆除了传统的“去除”加工法，将复杂的三维加工分解为简单的二维加工的组合。因此，它不必采用传统的加工机床和加工模具，只需传统加工方法 30%、 50%的工时和 20%35%的成本就能直接制造出产品或塑模。就产业而言，目前快速成形还是一个比较小的行业。但是该技术的推广应用有利于人大提高我国制造业的产品创新和快速响应能力，并可由此带来巨大的应用效益。 快速成形技术 RPM(RapidPrototyping 然后根据标准模架设计模具毛胚 (workpiece)， 定义出所有模具元件的体积 ; 再根据不同的收缩率和脱模斜度，通

20、过注塑件模型构建型腔、型芯特征或尺寸 ; 加入模具装配特征形成浇注系统，定义分模面和模块 ; 定义模具使用的步骤及检查干涉 ; 依需要装配模座，完成冷却系统设计 ; 生成所有零件的零件图 ; 最后根据加工需要，形成零件的 NC 代码。 3.总结部分 模具 CAD/CAE/CAM 是模具设计、制造的发展方向。 Pro/E 是全方位的 3D 产品，专业的 CAD/CAE/CAM 软件，它实现了模具设计、成型工艺优化、模具结构优化、模具加工的全部集成，缩短了产品的开发周期，提高了设计质量。 利用 Pro/E 软件开发模具，通过模具成型零件的充模仿真和开模仿真，检查所设计成型零件在结构 和尺寸上的正确

21、性，从而在模具正式投入生产前发现和解决设计中存在的问题，减少试模次数，降低设计周期和生产成本，这种技术对模具企业具有深远的影响。 Pro/E 软件是一个完整集成了从设计构思到制成零件功能的 CAD 解决方案，它使设计模具、分析模具和制造模具这一过程只需要用一个软件包就能实现。利用该解决方案体现出来的灵活性，借助实例中空球形柄的注塑模具的设计过程，显示了 Pro/E 在塑料注射模具设计中的便捷、高效，为企业节约了模具开发时间、成本，提高了企业的竞争力，为其带来了巨大的经济效益。 Pro/Engineer 提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体， 赋予 “设计 “完整的概念，符合现代

22、设计技术的发展趋势。它提供的 CAD 软件造型技术能方便快捷的实现产品设计， 在设计过程中，可以直接修改模型，缩短了产品开发的周期，而且能直接为后期的模具设计提供准确的三维数据。强大的 CADCAM 集成功能使模具设计技术人员的设计更加快捷、方便，大大缩短了模具设计周期，提高了模具设计的准确性，降低了模具设计成本， 同时也为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供保证。 Pro/E 系统可以根据用户给定的 相关变量参数，对已经定义好的标准零件、标准模架和常用零件的相应参数进行修改，引起相关图形元素及关系的联动，生成所需零件的二维模型。这个过程只需要鼠标一点和输入主要的参数就可

23、以了，操作非常简单。对己经生成的零件三维模型，系统可以自动给出其二维工程图，减少设计人员的工作量。对于非标准模型，用户可以通过输入自己需要的参数进行再生，或者修改己经生成的零件二维模型，并且二维工程图将随之改变，实现联动。 除了模具 CAD/CAE 技术之外，计算机辅助工艺设计 (CAPP)技术在我国模具企业中也开始应用。由于大部分模具都是单件 生产，其工艺规程有别于批量生产的产品，因此应用 CAPP 技术难度较大，也很难有适应于各类模具和不同模具企业的 CAPP 软件。为了较好地应用 CAPP 技术，模具企业自身必须搞好开发和研究。虽然 CAPP 技术的应用和推广要比 CAD 和 CAE 难

24、得多，但这也是一个发展方向，应予重视。基于知识的工程 (KBE)技术近年来已越来越受到重视。它是面向现代设计决策自动化的重要工具，已成为促进工程设计智能化的重要途径。 KBE 技术作为一种新型的智能设计思想，将对模具的智能、优化设计产生重要的影响。 4.参考文献 1 张海筹 .基于高速 切削技术的模具制造方法探讨 .模具制造， 2004 (11):4243 4 董斌斌等 .CAE 技术在注射模浇注系统设计中的应用 .模具工业， 2000 (8):34 3 郝安林 .CAD 原理与 AutoCAD 开发教程 M。北京：国防工业出版社， 2000. 4 黄圣杰 ,张祥杰 .实战 PRO/ENGIN

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