1、 - 1 - 塑料模具的 CAD 思路 塑料注塑用模具的设计现 已成为一门综合性的技术 ，它的完成是一个设计 修改 再设计而不 断反复 完善 的过 程 ， 使 用 计算机 可以 极大 地加 速它 的实现 。 塑料 模具 CAD 正 是利用 计算 机及 数值 分 析技术的优势来提高模具 设计的速度和效率。现在 可以在计算机上而不是在 注塑机上对几种可行性 方案进行评判和模拟，使 模具设计者的创造能力用 在以更短的时间来完成更 合理的设计上，而不再 花费在 反复 烦琐 的修 改绘 图中。 1 、模具设计的工艺 流程 传统的 人工 设计 模具 依赖 于产品 设计 人员 、 模具 设 计人员 及模 具
2、制 造人 员的 经验 ， 着 重于 把图 纸 作为设 计和 加工 的信 息传 递媒介 。其 缺点 在于 ： (1) 图纸 工作 量大, 易 于 出错； (2) 设计 与制 造者 之间 协 调任务 繁重 ； (3) 对设 计人 员素 质要 求 很高； (4) 设计 资源( 如样 品或 图 纸) 受到 限制 ； (5) 试模 周期 长。 人工设 计的 模具 装配 后 ， 应放到 注塑 机上 试模 ， 测 试能否 打出 试件( 如短 射 、 溢料等) ， 如试 模成 功，对试件进行尺寸检验 ，如不符合，模具就要返 修。这个过程一直持续到 打出合格试件为止。有 时候制品不能完全达到设 计者预期要求，设
3、计方案 就要修改，牵涉到模具设 计的改变、重复修模和 重新试模。最后考核的目 标是确定模塑制品是 否符 合产品的成本要求。如果 答案是否定的话，则整 付模具 就有 可能 报废 ，重 新开始 一个 新的 过程 。模 具 CAD/CAM 可 以克 服人 工设计 的缺 点， 使模 具 设计的速度和效率大大提 高，它是以产品模型的三 维数据库作为传递信息和 设计、加工的基础的。 注塑模 拟过 程的 分析 结果 为模具 设计 人员 提供 了依 据，克 服了 以往 单凭 经验 从事的 弊病 。 模具 CAD/CAM 减少 了重 复的工 作量 ，并 具有 分析 功能及 后置 处理 功能 。设 计人员 可以
4、在一 个 较宽的范围内评估并确定 产品的最佳性能和定义； 可以优化选择加工材料， 以提高设计质量并降低 设计成 本和 周期 。制 造人 员能够 从三 维数 据 库 提取 信息生 成 NC 编 程， 以适 应快速 交货 市场 要求 ； 能够优 化工 艺参 数， 以提 高生产 率和 产品 合格 率， 大大降 低生 产成 本。 总的说 来， 模具 CAD/CAM 能够 降低 设计 制造周 期 和成本 的 35% 45% ， 能够获 得巨 大的 商 业利益 和抢 占市 场份 额， 因而使 得这 一技 术 自 80 年 代中期 以来 获得 了迅 速发 展。 2 、塑料模具 CAD 的技术路线 2.1.1
5、 产品 设计 产品的 结构 和材 料对 注塑 过程及 模具 设计 有着 直接 的影响 ，因 而模 具 CAD 从产品 设计 的 CAD 开始着 手。 通过样品的计算机辅助测 量或产品概念设计，建立 产品的三维数据模型。设 计人员由实体造 型 可获得几何及色彩上的直 观感受。设计变量为产品 厚度及产品所用材料。输 入产品在使用环境中的 载荷及边界条件，经有限 元分析及后置处理可得应 力及变形结果。最后，按 照用户设定指标完成产 品性能 评估 。 2.1.2 模具 设计 在产品性能评估完成后， 有了经用户认可的三维模 型数据库，可继而进行模 具设计工作，模具设计 分三个 阶段 ： 2.1.2.1
6、概 念设 计阶 段 - 2 - 对产品进行工艺性分析， 确定生产批量和生产规模 。设计参数包括： 型腔 数； 材料类别 及牌号 ； 注 塑机 型号 ； 工 艺参 数( 充 填时 间、 保压时 间、 冷却 时间 、注 射速率 或注 射压 力等) ； 浇 口位 置、 尺寸 及数 目 ； 分型 面等 。 上述参数作为输入参数设 定后，经过注塑过程模拟 ，依分析结果作调整，待 完成方案评估后， 即可作 为优 化后 的模 具设 计参数 ，以 文件 形式 输出 。 2.1.2.2 冷 却管 路设 计 冷却管 路的 布置 和半 径， 以及选 择的 冷却 液和 流速 ，均作 为设 计参 数输 入。 2.1.2
7、.3 注 塑过 程模 拟和 方案评 估 应用流体力学、流变学及 热传递基础建立的数值分 析程序，包括：流动分析 及摸拟，保压过程 模拟， 冷却 过程 模拟 ，应 力及变 形分 析 。 对初步建立的模具方案进 行注塑过程模拟，设计人 员可由后置处理结果对模 具方案进行 评估， 评估内 容有 ： 流动 前沿 疏密一 致； 熔 接线 及气 隙位置 合理 ； 型腔 压力 梯度分 布均 衡； 残 余应力 最小 ； 模 具温 度 场分布 均衡 ； 制 品变 形 预测最 小。 如不满足，可变更设计参 数，比如：制品厚度么， 浇口位置及尺寸，选择合 适的加工材料，变 更工艺 参数 设定 等， 直至 达到满 意
8、的 设计 方案 。 评估结果最后以文件形式 输出，文件内容包括： 工艺参数； 最短注塑周 期； 锁模力 预测值 ； 浇口 位置 及尺 寸， 流道 尺寸 ； 冷 却管 道尺寸 及冷 却液 类别 ， 流 速； 加工 材料 的类 别及牌 号； 制品 的重 量 及浇注 系统 的废 料等 。 2.1.3 初步 设计 阶段 最有利于产品性能的浇口 位置和流道设计完成后， 产品与注塑机喷嘴之间的 几何关系也就确定 了。输入所要求的型腔尺 寸和冷却管道布置等资料 ，即可选定模架尺寸，调 用模架数据库中的模架 模型， 自动 生成 一个 模架 。 根据输 出的 设计 参数 ，可 以调用 标准 零件 数据 库中 的
9、零件 模型 ，自 动生 成标 准零件 。 对于非 标准 零件 ，可 利用 商用软 件的 参数 设计 功能 ，方便 地生 成所 需的 零件 。 所有零 件生 成后 ， 即可 进 行模具 的装 配模 型建 立 ， 通常采 用自 下而 上的 布局 。 一 般 CAD 软件 均 提供变量约束、尺寸定位 及取向定位等功能。全面 自动的干涉量检查为用户 提 供了检查间隙和干涉 的功能 ，并 给出 干涉 总量 以及间 隙估 计的 文本 记录 。 更进一 步， 利用 系统 动态 分析对 模具 的活 动零 件( 如 顶杆) 进 行真 实的 动态 模拟 ， 决定 这些 零件 相 对其他 模具 零件 所需 的活 动
10、范围 ， 检查 机械 动作 是 否满足 要求 的运 动轨 迹 ， 是否与 其他 零件 相干 扰。 2.1.4 详细 设计 阶段 模具的装配模型通过后， 即可从中提取信息，详细 设计零件，包括自动尺寸 标准和引入材料清 单。 由于整个设计流程基于一 个完整的数据库，任何一 次修改都被记录，并且在 更新原有设计时， 图形及尺寸会自动变更， 因此最后的零件数据库模 型提供了模具设计的全部 图形与非 图形信息。剩 下的工 作就 是编 制材 料清 单和作 出加 工模 具零 件所 需的 NC 刀 具轨 迹。 至此 ，塑料 模具 的 CAD 即 告完成 。 参考文 献 1 林 兰芬 等 塑料 注塑 的 CADCAECAM （1 ）机 械科学 与技 术，1995(5) 2 甘 忠等 塑料 注塑 的 CADCAECAM （2 ）机 械科学 与技 术，1996(1)
