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大学学位论文
人连交通大学卜学倾十学位论文
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ZMOLDFLOW简介.....................……,......……,................……355
3
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2常见注塑制品缺陷、产生原因及解决办法.........................……37
3
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2
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1填充不满.…,....................................................................……37
3
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2
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2凹痕及气饱.....................................................................……38
3
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2
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3熔接线...........................................……,..........................……39
3
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2.4翘曲.............................................……,.,二‘..…、..…,二。
…、...……41
3
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2
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5飞边溢料.........................................................................……42
3
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3MLODFLOW功能分析...........................……,....................……42
3
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4利用MOLDFLOW进行注塑模分析实例.............................……45
本章小结..........……,.,、......……、.........……,...................................……53
第四章注塑模计算机模拟数控加工(CAM)............................……54
4
.
1模具加工现状...............……,.................................................……54
4.2PRO/E软件在模具制造中的应用特点...........................……,..…55
4.3数控加工编程流程..........................……,......................……,.……56
4
.
4模具型腔数控加工实例...........................……,......................……57
本章小结.................................……,.................……,....................……63
总结与展望.,.................……,......................……‘…,二。
.....................……65
总结...........................……,..........................................................……65
展望....................................................……,.........................……,.……65
参考文献............................................................……,....................……67
攻读学位期间发表的学术论文........................……,……,...............……71
致谢.,.................................................……,..................................……72
第一章绪论
第一章绪论
1.1模具工业概况
模具生产是衡量一个国家工业化水平的重要标志。
采用模具生产零
部件,具有高效、节材、成本低、保证质量等一系列优点,是当代工业
生产的重要手段和工艺发展方向。
许多现代工业的发展和技术水平的提
高,在很大程度上取决于模具工业的发展水平。
因此模具工业对国民经
济和社会的发展,将会起越来越大的作用。
模具工业的薄弱将严重影响
工业产品造型的变化和新产品的开发,努力提高模具生产工艺水平,加
强模具工艺及制造技术的研究,是发展工业生产的重要途径之一。
模具作为工业生产的基础工艺装备,是国民经济的基础工业之一,
在汽车能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的产品
中,有着广泛的应用。
利用模具成型零件的方法,实质上是一种少切削、
无切削、多工序重合的生产方法。
采用模具成型的工艺代替传统的切削
加工工艺,可以提高生产效率,保证零件质量,节约材料,降低生产成
本,从而取得很高的经济效益。
80%以上的塑料制品,70%以上的日用
五金及耐用消费品零件,都采用模具成型的方法来生产。
由此可见,利
用模具生产零件的方法己成为工业上进行成批或大量生产的主要技术
手段,它对于保证制品质量,缩短制品周期,进而争先占领市场,以及
产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。
因此德国把模具称为
“金属加工中的帝王”,把模具工业视为“关键工业”,美国把模具称为“美
国工业的基石”,把模具工业视为“不可估量其力量的工业”,日本把模具
说成是“促成社会繁荣富裕的动力”,把模具工业视为“整个工业发展的秘
密。
由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛
的应用,使得模具行业的产值己经大大超过素有“工业之母”之称的机
床、刀具工业的产值。
这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中
目录
第一章绪论..............................................……,…,.,....................……1
1.1模具工业概况.........................................................................……1
1
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2国内外注塑模具的研究现状..............……‘......……、................……2
1
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2
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1国内情况.........……‘...........................................................……2
1
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2
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2国外情况...................……,................................................……4
1
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3注塑模CAD/CAE/CAM一体化............................................……6
1.3.1注塑模CADC/AE/CAM系统概述..................................……6
1
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3
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2注塑模CADC/AE/CAM系统集成的优越性....……,..........……7
本章小结......................................................................................……8
课题研究的内容.....……,.…,......................................……,.......……8
课题研究的意义…,..................................................................……,.9
第二章基于PROE/软件的注塑模计算机辅助结构设计(CAD).……,10
2
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1PRO/E软件简介....……,..…,.................................................……10
2
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2注塑模具设计理论...............................................................……12
2
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2
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1注塑机选择.................……,.............................................……12
2
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2
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2塑料制件在模具中的位置.....................................……,……,.14
2
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2
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3浇注系统和排气系统......................................................……16
2
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2
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4成型零件设计(凹模、凸模)............................................……19
2
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2
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5导向机构和脱模机构......................................................……21
2
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2
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6冷却系统设计......……,....................................................……24
2
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3应用PRo/E进行注塑模具设计实例(凸、凹模)..............……25
本章小结..........……,.,.....................……、.....................................……31
第三章应用MOLDFLOW对注塑模进行计算机模拟分析(CAE)32
3
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1注塑模具CAE技术及MOLDFLOW简介二,.,......................……32
3
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1
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1注塑模具CAE技术........................................................……32
第一章绪论
CAD系统的研制与开发工作。
我国注塑模CADC/AE/CAM研究始于70年代末,发展较为迅速。
多年来,我国对注塑模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视,
在“八五”期间,由北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等
单位联合进行了国家重点科技攻关课题“注塑模cAD/CAE/cAM集成
系统”,并于1996年通过鉴定,部分成果已投入实际应用,使我国的注
塑模CAD/CAE/CAM研究和应用水平有了较大提高.目前拥有自主版权
的软件有,华中理工大学开发的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系统HSC2.
0,郑州工业大学研制的Z一MOLD分析软件等.这些软件正在一些模具企
业中推广和使用,有待在试用中逐步完善。
这些项目的成果对促进我国
注塑模CAD技术的迅速发展起了重要作用,使我国注塑模CAD技术及
应用水平很快提高。
华中理工大学是国内较早自行开发研究注塑模CADC/AE/CAM系
统的单位。
自20世纪80年代中期开始,就在注塑模流动分析模拟和冷
却分析模拟的研制方面进行了多年的研究与开发工作,推出了塑料注塑
模cADC/AE/cAM系统Hsc一1。
该系统包括塑件三维形状输入、流动模
拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能,在一
些企业单位应用,取得较好结果,现已实现商品化。
在“八五”期间,由
北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等单位联合进行了国
家重点科技攻关课题“注塑模CADC/AE/CAM集成系统”,并于1996年
通过鉴定,部分成果己投入实际应用。
目前出现的拥有自主版权的软件
有华中理工大学开发的塑料注塑模CADC/AE/CAM系统HSCZ.O,郑州工
业大学研制的Z一MOLD分析软件等。
上海交通大学从1983年开始,对注塑模CAD进行了多方面的研究。
在国内首次将人工智能技术引入注塑模CAD系统中,于1988年开发出
集成化注塑模智能CAD系统。
目前在工作站UG一11平台上进一步开发
智能CADC/AE/CAM系统。
合肥工业大学在注塑模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开
发工作,先后研制出微机注塑模CAD系统PIMCAD和微机注塑模三维
大连交通大学工学硕士学位论文
系统IPMCADV3.0,取得了较好的成绩。
现在以AutuCADR13.0和MDT
作为环境,进一步采用参数化特征模型技术,研制出注塑模CAD三维
参数化系统PIMCADV4.O,在技术水平和实用性方面都达到较高水平。
浙江大学基于工作站的UG一11系统开发出精密注塑模CADC/AM
系统。
该系统采用特征造型技术构造产品模型,使形状特征表达与工艺
信息描述统一,并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。
.
2.2国外情况
近二十多年间,国外注塑模CAD/CAE技术发展相当迅速。
注塑熔体流体理论的研究始于20世纪60年代中期,美国、英国、
加拿大等国的学者如J.R.pearson(英)、J.F.Stevenson(美)、M.R.Kamal(加)、
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Wnag〔美〕等开展了一系列有关塑料熔体在模具型腔内流动与冷
却的基础研究。
70年代许多研究者对一维流动进行了大量研究,主要是计算塑料熔
体在等直径圆管,中心浇口的圆盘以及端部浇口的矩形型腔中的流动过
程。
塑料流变学、几何造型技术、数控加工及计算机技术的发展有利地
推动了注塑模CADC/AE研究的深入,由最初的CAD技术和CAM技术
以图纸为媒介传递信息向CADC/AM一体化方向发展。
80年代初开展三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压分子取向
以及翘曲预测等领域,人们成功地采用有限元法分析三维型腔的流动过
程,使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对
设计方案进行评价和修改,以减少试模时间,提高模具质量。
由于
CAD/CAE技术对提高模具和产品质量、加快产品更新换代的巨大作用,
许多国家的政府部门和科研机构投入了大量的人力、物力进行研究。
80年代中期注塑模CADC/AE进入实用阶段,出现了许多商品化注塑模
CAD/CAE软件,比较著名的有:
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澳大利亚MOLDFLOW公司的MoldFofw系统。
它是一个率先推
出的注塑模流动分析软件具有流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分
大连交通人学工学硕_:
fl学位论文
模具工业明显地成为技术,经济和国力发展的关键。
在现代工业发展的进程中,模具的地位及其重要性日益为人们所认
识。
模具工业作为进入富裕社会的原动力之一,正推动着整个工业技术
的进步。
当今模具就是“现代化“,模具就是”高效益“的观念,以被
越来越多的人们所接受。
由于科学技术的迅速发展,产品更新换代速度
加快以及人们对产品多样化需求的增加,使得模具制品由单一的大批量
生产模式逐渐向多品种、中小批量生产模式发展,塑料模是塑料制品生
产基础之深刻含义正日益为人们理解和掌握。
当塑料制品及其成型设备
被确定之后,塑件质量的优劣及生产效率的高低,模具因素约占80%。
由此可知,推动模具技术的进步应是刻不容缓的策略,尤其注塑模的设
计、技术与制造水平,常可标志一个国家工业化的发展程度,注塑模具的
设计与制造向着快速、高效、精密、高成功率、低成本方向发展。
现代
注塑模具技术的发展,依赖于模具标准化程度、优质模具材料、先进的
设计与制造技术、各种数控机床设备及现代生产管理模式等多方面工作
的综合。
其中CADC/AE/CAM(计算机辅助设计、分析与制造)技术在
注塑模具生产中占有极其重要的地位。
注塑模具CADC/AE/CAM是一项
知识密集、技术密集、多学科交叉与渗透的技术,它集注塑模具设计、
分析、制造于一体,是注塑模具设计制造的重要工具,也是提高模具生
产厂商竞争力的有效工具。
CADC/AE/CAM系统通常可以帮助公司缩短
模具设计与制造周期,节省10%至45%的生产成本,并帮助企业在产品
质量上树立良好的形象卜4]。
1.2国内外注塑模具的研究现状
.
2.1国内情况
我国在注塑模CAD技术开发研究与应用方面起步较晚。
从20世纪
80年代中期开始,国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高
的注塑模CAD系统。
同时,某些高等学校和科研院所也开始了注塑模
第一带绪论
析、结构应力分析、注塑机参数优化、气体辅助注塑分析、塑件纤维取
向分析、中型面自动生成、热固性塑料流动与融合分析等功能的软件;
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美国PTC公司的Pro/Engnieer软件。
这也是一个通用的
CAD/CAM系统,具有很强的参数化特征造型功能,另外它还包括一个
专用的模具设计模块Pro/MoldDesing使模具设计更加方便和直观;
3
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美国ACTechnology公司的c一Mold系统。
它包括三维流动模拟
分析C一FLOW、三维保压分析C一PACK和三维冷却分析C一COOL等功
能模块。
ACTechnolgoy公司当前已被MoldFlow公司收购;
4
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美国UG公司的UGllUNIGRAPHICS11系统。
UGll具有强大的
曲面造型实体造型和CAM功能,是一个通用的CADC/AM系统。
UG
带有模具设计模块Moldwizard,它基于UG,利用UG/WAVE和Master
Mdoel技术提供了注塑模的型芯型腔创建和模架库等各种功能;
5.美国SDRC公司的I一DEAS系统。
它是一个通用机械
CAD/CAE/CAM系统,采用主模型参数化方法进行三维产品模型设计并
首次采用了VGX技术,另外它的有限元分析及处理功能强大,在该通
用平台上能进行注塑模的变量化设计;
6.美国GRAFTEK公司的注塑模CADC/AE/CAM系统。
该系统包括
二维流动分析软件SIMUFLOW、三维流动分析软件sIMUFLOW3D、冷
却分析软件SIMUCOOL及几何造型和模具结构设计软件OPTIMOLD。
其中,二维和三维流动分析软件直接利用了Cornen大学CIMP的科研
成果;
7
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美国和意大利的P&C的CADC/AM软件TMCONCEPT。
该系统
包括材料选择(TMC一MS)、成型工艺参数和模具费用优化T(MC一MCO).
流动模拟T(MC一FA)、型腔设计(TMC一CSE)及冷却分析(TMC一MTA)
共五个程序包;
8.美国PRIME一CALMA公司的注塑模设计制造软件包。
该系统以几
何造型软件DDMP/RISM为主,集成了流动和冷却分析软件、模架选择
软件polymold以及多轴曲面数控软件DDM一NC:
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美国PSP公司的IMES专家系统,能帮助模具设计人员用专家的
大连交通大学工学硕士学位论文
3
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大幅度降低成本。
计算机的高速运算和绘图机的自动化工作节省
大量的劳动力。
用计算机模拟注塑模成型过程,可以避免模具反复修模,
反复试模,从而降低成本。
由于应用CADC/AE/CAM技术,新产品开发
时间缩短,产品更新换代加快,大大增加了产品在市场上的竞争力。
4
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充分发挥设计人员的主观能动性。
由于CADC/AE/CAM技术可以
使设计人员从繁忙的计算和绘图中解放出来,使其可以从事更多的创造
性劳动。
5.提高企业的管理水平。
CADC/AE/CAM技术的推广,使企业的产
品开发,模具设计和制造建立在科学、定量分析的基础上,减少盲目性。
同时,可使整个模具生产过程中的人、财、物的管理建立在更加科学合
理的基础上!
6一,}。
本章小结
课题研究的内容
模具CADC/AE/cAM技术的优越性赋予了它无限的生命力,使其得
以迅速发展和广泛应用。
无论在提高生产率、改善质量方面,还是在降
低成本、减轻劳动强度方面,CADC/AE/CAM技术的优越性是传统的模
具设计与制造方法所不能比拟的。
本课题用Pro/Engineer软件、Moldflow
软件分别作为开发和分析平台,对当今运用最多的注塑模具进行设计、
分析、制造(CAD/CAE/CAM)一体化的操作研究。
使计算机技术和制
造技术相互结合和渗透,真正实现模具工业的信息现代化。
结合当今中
国注塑模具市场现状,实践研究适合我国企业特点的模具设计、分析及
制造一体化的先进方法。
课题预期达到的结果水平:
1.利用模具设计的基础知识和设计规则,运用计算机辅助模具设计
Pro/Englneer软件完成零件注塑模具的设计任务。
2
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运用注塑模具分析软件Moldflow对设计的注塑模具进行温度、压
力、填充、流动等分析,并通过分析结果结合现实模具设计的经验和实
人连交通大学工学硕卜学位论文
知识解决注塑模的质量问题;
10
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德国IKV研究所的CAD一MOULD系统,可用于注塑模流动分析、
冷却分析、力学性能校核。
进入20世纪90年代后开展了成型过程流动、保压、冷却、应力分
析及翘曲的全过程模拟,将各独立模块有机地结合起来,考虑它们之间
的相互影响,以提高模拟软件的分析精度和扩大适用范围。
这些卓有成
效的研究成果,为开发使用型的注塑模分析软件奠定了基础]sI。
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3注塑模CADC/AE/CAM一体化
.
3.1注塑模CADC/AE/CAM系统概述
注塑模CADC/AE/CAM技术是模具设计工程师和模具制造工程师
在计算机系统的辅助下根据注塑产品的综合特性几何特性和非几何特
性进行模具设计和制造的一项先进技术,模具设计工程师根据注塑产品
的综合特性进行模具结构方案设计经过初步分析和论证在满足特定技
术条件后进行模具结构的详细设计同时进行详细的工艺和力学分析最
终输出相关的技术文档而模具制造工程师则根据设计信息进行模具零
件的制造工艺设计和NC编程最终生成模具零件制造加工过程的控制
信息。
注塑模CADC/AE/CAM系统结构框图见图1一1其中CAD部分主要
包括注塑产品的建模模具总体方案设计零件设计装配和结构校核等几
部分组成;CAE部分主要指利用有限元技术对模具进行结构力学分析
(强度刚度分析)流动分析模拟冷却分析模拟等;cAM部分主要包括数
控仿真和数控程序的生成。
注塑模CADC/AE/CAM系统通常需要建立
塑料和模具材料的性能参数数据库、注塑机规范数据库、标准模架、模
具标准件的图形库和数据库等,同时要求实现模具的标准化和系列化。
第一章绪论
图1一1注塑模CADC/AE/CAM系统
F191一1InjeetionMoldSystemBasedonCAD/CAE/CAM
.
3
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2注塑模CADC/AE/CAM系统集成的优越性
模具CADC/AE/CAM技术在模具行业的广泛应用,将彻底改变传统
的模具设计、制造方式,其优越性主要表现在下列几个方面:
1
.
提高模具质量。
在计算机系统内存储有经过综合整理的技术知识,
为模具的设计提供了科学的基础。
CAD技术利用计算机与设计人员交互
作用,充分发挥人、机各自的特点,使模具设计更加准确、快速。
CAE
技术可以优化模具设计方案,它有助于设计人员设计出正确合理的模具
结构。
CAM技术可以自动生成模具成型零件的加工刀具轨
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