1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 Pro/E 的注塑模具计 一、 引言 随着塑料工业的发展，塑料制品已经深入到国民经济的各个行业，消费量高速增长，塑料已经成为轻工业 、制造业的重要原料之一。 而随着社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，复杂形状的塑件越来越多，塑料制品很多都具有侧孔或侧凹，结构比较复杂，精度要求较高。这类产品的注塑模具设计有一定难度，模具制造成本也较高。 模具是重要的制造装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中占有重要地位。据国际生产技术协会预测， 21 世纪机 械制造工业的零件，其粗加工的 75%和精加工的50%都将依靠模具完成 1。塑料
2、零件的 90%是由模具完成 2，所以塑料模具对于整个塑料行业有着至关重要的地位。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，生产的制品精度高、复杂度高、一致性好、生产率高，有很大的市场需求和良好的发展前景，占塑料模具总量的一半以上 3。随着计算机技术的发展，注塑模具的设计方法已经由传统的手工绘图设计逐步向计算机辅助设计（ pro/Engineer）方向发展，给模具生产带来了深刻的变革 4。 二、现代注塑模具的特点 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，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济不断发展，促进工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为
3、了保持和加强产品在市场的竞争力，产品的开发周期、生产周期越开越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备 模具的要求越来越苛刻。计算机技术、软件技术、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模具技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，制造的经济效益和社会效益越来越显著 5。 1.计算机辅助机技术：传统的塑料注射成型开发方法主要足尝试法 ，依据设计 者有限的经验和比较简单的计算公式进行产品和工艺开发。但是在注射成型生产实际中，塑料熔体的流动性能干差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的经验和简单的公式难以对这些因素作全面的考虑和处理，应用 CAD CAE CAM 技术从根本上改
4、变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了产品质量，缩短了产品开发周期，降低 了生产成本，强有力地推动了模具行业的发展 6。 2.逆向技术：传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程 (或顺向工程 )，而相对于传统的设计而言，“ 逆 向工程” ( Reverse Engineering， RE ) ，也称反求工程、反向工程等，它起源于精密测量和质量检验，是设计下游向设计上游反馈信息的回路，主要是通过 3D 数字化测量仪或光学设备对物理原型进行扫描，获得点云数据，再通过相应的处理软件转变成曲面的过程。逆向工程的思想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。 3.热流
5、道技术：近年来，热流道系统在中国的逐渐推广与使用。在欧美国家，注塑生产已经相当的依赖于热流道系统。目前在国内基本上没有使用热流道技术的模具现在已经很难出口，这也造成了很多模具厂家对 于热流道系统的意识上的转变。但是由于很多外国进口的热流道系统价格比较贵，国内很大一部分厂家接受不了，所以就出现 了一些国产的商品化的热流道系统元件。 4.微注射成型技术：随着科学技术的进步，特别是微机电系统 ( MEMS ：Mi-cro-Elec-tro-Mechani-cal-Sys-tem)的发展，微型注塑制件在光电通讯，影像传输，生化医疗，信息存储，精密机械，插头式光纤连接器，医学用微量泵，内窥镜零件，旋转传
6、感器中的衍射光栅以及微齿轮等领域得到了广泛的应用，并且每年以 20的速度在增长。 三、注塑 模具的设计流程 1.建立注塑模型 (mode1)建立注塑模型并将设计模型装配到其中。当设计模型装入注塑模型后，即作为一个参考模型 (rel mode1)被替代了。 参考模型是设计模型的一个拷贝，他们之间建立了一个关系。也就是说，修改了注塑模型，参考模型也会自动改变；也可直接修改参考模型，然后将注塑模型 regenerate，也能得到理想的效果 7。 2.确定最优开模方向，根据工艺需要为参考模型增加拔模斜度及圆角。 设计的基本流程如图 1 所示 图 1.模具设计流程 3.生成参考模型分模线和注塑模型分模面
7、 ，分模线可从参考模型中提取或依据参考模型确定。它们是一些注塑特征，用于确定分模面的位置，要利用 (Pro casting)功能开模。 4.设置收缩率利用 Shrine 功能为整个模型设置收缩率。 5.注塑模型特征操作，增补加工孔、增加浇口等特征并进行装配，沿分模面确定开模步骤，可以检查干涉 (Global Interference)并对模型进行必要的修改 8。 四、国内外注塑机的先进技术 1.外国注塑机的先进技术 塑料制品现在已经从日杂用品迅速向功 能性产品发展，特别是近年来在电子、汽车、航空医疗等高科技 产业方面得到了广泛的应用。在塑料成形加工工艺中，注塑成形又占其很大的比重 9。 现在对
8、国外 (主要是日本 )注塑模具的发展历程作一概述 日本的塑料加工机械分为注射成型机、热成型机 (包括真空和压缩空气成型机 )压缩成型机、挤出成型机中空吹塑成型机、压延成型机，发泡成型机种类繁多。在日本，塑料成型机的生产中以注射机的产量最大。 1967 年以后的情况列于下表所示 （单位：台） 1967 年 1970 年 1973 年 1976 年 1979 年 1982 年 1985 年 1988 年 生产 3600 6593 8971 6068 7669 7664 12681 14633 出口 230 747 1169 1415 2342 1994 3403 5603 1992 年 6 月，在
9、东京国际会议上正式提出并行工程技术，在此基础上发展成旨在缩短产品设计周期的快速设计技术，目前国际上在针对快速设计的并行设计技术、快速原型技术、系列化模块化技术和虚拟制造技术等发展均较为迅速。 欧美许多模具企业将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速设计与快速制造优质模具的有力保证。 CAD/CAE/CAM 的广泛应用，目前 3D 设计己达到了 7080%。如 Pro/E、 UG、CIMATRON 等软件的应用很普遍， CAE 技术在欧美己经逐渐成熟，在塑料模具设计中应用 CAE分析软件，模拟注塑时充模过程、分析冷却过程、预测成型过程中可能发生的缺陷等，可以减少模具设计中缺陷产生 10。 2
10、.我国注塑机的先进技术 近年来我国的计算机迅速普及和 pro/Engineer 技术的快速发展，注塑模 pro/Engineer已经在提高注塑模设计方面发挥越来越大的作用。作为注塑模 pro/Engineer 系统中最基本的一部分，注塑模标准模架库为用户提供一个完整的标准模架，用户 在根据制件的情况确定模具设计方案后，可以直接利用现有的标准化的模具零部件快速完成模具的设计。设计人员会有更多时间去研究模具结构的优化，从而加速了新模具开发和优化。 制造水平、技术水平和配套水平来看，中国注塑机已经达到或接近国外注塑机先进水平。这是从近日召开的 “2008 中国与美国塑料行业合作与发展高峰论坛 ” 上
11、了解到的消息。 据著名注塑机专家、宁波海天集团股份公司技术总顾问、北京化工大学教授王兴天介绍，中国注塑机的年产量在 7 万多台（产值亿元以上企业统计数据），注塑机出口量已占全国塑机出口量的 60%以上。目前， 海天等塑机企业都已进入世界大型注塑机制造集团的行列。 2007年海天集团开发出 “ 两板式 ” 和 “ 全电动 ” 注塑机，并开始规模生产，标志着中国注塑机在产品结构调整和技术进步方面取得显著进展 。 王兴天说，与传统注塑机相比， “ 两板式 ” 注塑机取消了后模板及其一整套曲轴连杆，平均减少了 100 多个零件，使钢材消耗量降低了 25%30%，显著节约了资源。 “ 全电动 ” 注塑机
12、的传动刚度强，灵敏性、锁模精度和注塑精度高，可使塑料制品的精度控制在千分之一到千分之三，真正解决了精密注射的关键技术。同时， “ 全电动 ” 注塑机取消了液压装置，在环 保、节油、节水、节电方面也具有突出优势。 “ 全电动 ” 注塑机的开发成功，每年将为国家节约 9 亿美元的精密注塑机进口费用。在以追求节能、精密、环保、高速、智能化、人性化的高档注塑机开发上，我国逐渐与全球同步。 王兴天表示，目前国内不少企业生产中都在使用世界一流工装设备进行加工，并进行产品开发和结构等的优化设计。同时，在配套设备选用上多选用了国际知名厂商的知名产品，如威格士、力士乐、博士、油研、穆格等液压元件，西门子、科比、
13、弘讯等注塑机专用控制器， kistler 等公司的温度、位移、压力等检测元件等。由于产品制造水平 和配套水平已经达到较高水准，中国注塑机的质量水平也在明显提高 11。 五、中国注塑机的前景 众所周知，中国塑料加工业巨大的发展潜力，为注塑机产业迅猛成长开拓了广阔空间。目前在塑料加工制品中， 83%采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械有 70%左右是注射成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，注塑机的产量都在逐年增加，在塑料机械中占的比重最大。 经过近几年的发展，在塑料模具的开
14、发、结构的调 整以及企业管理等方面已显示出以下新的发展趋势 :1.在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货周期放在首位 ;2.大力增强主动开发能力。模具企业不在是等待用户上门订购时根据用户要求根据具体制件进行设计模具。而是根据市场的需求主动、快速地开发适应市场需求新模具，提高企业对市场的需求应能力和快速响应能力 ;3.随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为依靠技术制造为主要的制造。这一趋势不但使得模具的标准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短 ，钳工比例越来越低，最终促进了整个模具制造水平的大幅度提高 ;4.
15、模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。在信息社会中，作为现代模具企业，单单只是 CAD/CAM 技术应用己远远不能够适应当代社会的需求。要向信息化方向发展为目标，目前许多企业已经采用了 CAE、 PDM、CAPP、 RE、 CIMS、 ERP 等技术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术应用于模具设计与制造中 12。 从上面可以看出随着我国塑料工业近几年的迅速发展，工程塑料也将高速发展，我国塑料模具将向高速发展和快速响应市场方向发展。我国对塑料模具的需 求将在“十一五”期间快速增加，我国模具工业以 17%年增长率增长，这是塑料模具设计与制造迅速发展的有利条件。开发一套塑料模具快速设计系统
16、是适应市场经济较好的表现。 从注塑机的发展情形可以预见，塑机配件大有可为。随着注塑机的发展及国际市场的不断扩大，给塑机辅机及周边设备的市场带来了更大的市场和更多的商机，以往，中国客户大都只注重加工设备的投资，而选购相对较为廉价的辅机及周边设备。随着汽车、移动电话、电子电器、食品饮料包装、塑料建材等市场的迅猛发展，为之配套的塑料制品加工商为了满足终端市场对高品质塑料产品的需求， 开始选用高档次的辅助设备配合生产。 六、 pro/Engineer 软件介绍 Pro/E 操作 软件是美国参数化技术公司 PTC 的主要产品。 PTC 公司是全球CAD/CAE/CAM/PDM 领域最具代表性的著名软件公
17、司。它提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念彻底改变了机械 CAD/CAE/CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准 13。利用该概念开发出来的机械 CAD/CAE/CAM 产品， Pro/E 软件能将设计到制造过程集成于一起，让用户能够同时 进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程 14。由于 Pro/E 在 CAD/CAM 技术上显示了其强大的技术优势，因此， Pro/E 软件逐渐成为国内备受青睐的三维 CAD/CAM 软件，广泛服务于各国汽车、机械、电子、模具等众多行业中。但是，国外的设计标准却与国内有着很大的差距，所以
18、在具体应用 Pro/E 软件时不能直接处理特定的产品，因为国外 CAD 软件根本不可能依据每个企业的自身特点来设计，所以需对软件进行二次开发 15。 1985 年 PTC 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。从 1988 年 vl.0 的 Pro/Engineer 诞生，后经过 30 余年的发展， Pro 正 ngineer 现在已经成为三维建模软件的领头羊 16。目前已经发布了 Pro/EngineerZool、 Pro 尼 wildfir。 1.0、 Pro/EWildfire2.0、 Pro旧 Wildfire3.O。在我国有许多的企业正在使用这些系列软件进行相关设计，许多大
19、专院校大多开设 Pro 压有关课程供学生学习， Pro 旧系列软件在我国使用率在三维图形软件中是比较广泛的一种。 PTC 的系列软件包括了在工业设计、机械设计和模具设计等方面的多项功 能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等 17。 Pro 压还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。 Pro-ngineer 的主要功能有 :零部件设计、装配设计、工程制图、 NC 加工和切削模拟、注射流动模拟。 pro/Engineer 提供了一个易于使用的完整三维解决方案，它详细描述了产品的形状、配合和功能。 特别是 Pro 旧 ngineer 中的 MoLDESIGN
20、模块的出现使 PTc可以进行塑料模具设计。 七、总结 通过对注塑模具的整个发展历程以及注塑模具设计方法的了解。假如没有计算 机技术的出现，注塑模具的设计仍然会以手工设计为主，在设计过程中更多的是设计人员的直觉，而不是实实在在的参数数据，这将会给注塑模具后期的生产产生很多问题。而计算机技术的出现以及针对模具行业所开发的各种软件使我们可以在前期设计过程中就可以解决许多问题的，为以后的制造打好了一个良好的基础。所以在未来的发展中，我想不仅仅是注塑模具技术需要不断开发改进，作为辅助模具设计的计算机技术更应该要不断改进，使设计人员的设计过程更加方便快捷，使各种软件的功能更加强加，更加容易使用。这样，不仅
21、仅是对于模具行业的发展，也使那些从事 模具设计方面的人在这个舞台上有了更大的发展空间。 注塑模具技术已经越来越为模具设计人员所重视，随着中国加入 WTO 我们只有通过开发和应用新技术，提高塑料模具的设计与制造水平，才能增强国际竞争力，彻底改变长期以来高档，精密，复杂模具主要依赖进口的局面，了解和应用注塑模具技术，并在此基础上进行符合我国生产实践的研究开发，从根本上改变传统的模具设计和制造方法，是每个从事模具设计和生产技术人员的责任。 参考文献 1 何涛 . 模具 CAD/CAMM. 北京 : 北京大学出版社 , 2006. 2 王庆五 ,仇亚琴 ,张昱 . Solidworks 2006 中文
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