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模具 成技术 内容提要：通过分析计 算 机辅助注射模设计和制造的各个环节中共享的技术和信息 。 本义揭示了注射模 集成技术的根本内涵 引言 模具 成技术是 一 项重要的模具先进制造技术，是一项用高技术改造模具传统技术的重要关键技术。从六五计划开始 ,我 国 有许多模具企业采用 特别是近年， 术的应用越来越普遍和深入，人大缩短了模具设计周期 ,提 高 了制模质量和复杂模 具 的制造能力 。 然而，由于许多企业对模 具 资带有盲目性，不能很好地发挥作用 ,造 成了很大的浪费。本文就塑料模具 成技术及其应用发表 一 些观点，供大家参考。 成技术 塑料模 具 的制造 ， 包括塑料产品的造型设计、模 具 的结构设计及分析、模具的数控加 工 (铣削、 电 加工、线切割等）、抛光和 配 试模以及快速成形制造等各个环节所涉及的 元技术有 :造型和结构设计 ( 产品外形的快速反求 ( 结构分析 与 优化设计 ( 辅助制造 ( 加工过程虚拟仿真(产品及模具的快速成形 (辅助工艺过程 (产品数据管理技术 (等。 塑 料模 成技术 ，就是把塑料模具制造过程所涉及的各项单元技术集成起来 ,统 一 数据库和文件传输格式，实现信息集成和数据资源共享 ,从而大大缩短模具的设计制造周期 ,提高制模质量。 计与外形的快速反求 进行塑料模具设计制造的第一步是塑件产品的设计。传统产品设计方法是设计者对产品的 三 维构思用二维平面图纸表达出来，图纸上标明 :工艺及施 工 方法 ,这种方法决定了所设计图形的简单性及不能直接控制制造质量 。 现代设计方法是设计者在电脑直接建立产品的三维模型 ,根据产品 三 维模型进行模具结构设计及优化设计 ,再根据模 具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划 。这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加 工 编程及 工 艺设计都以 3D 数 据 为基础 ,实现数据共享 ,不仅能快速提高设计效率 ,而且能保证质量，降低成本。电脑塑件产品模型的来源有三种 :利用 统软件进行产品模型设计、利用实物测量进行快速反求建模、利用其它 统的标准格式文件。 针对这三种产品模型的来源方式， 目 前已研究出各种技术来提高产品模型的设计效率和质量。下面进步分析各种技术的内涵和特点 （ 利用 统软件进行产品模型设计 ,其技术主要包括 维几何图形的绘制、二维参数化 图形的设计、三维实体造型设计、 三 维特征造型设计、三维参数化实体造型设计、三维曲面造型设计、空间自由造型设计、产品的外观渲染、产品的动态广告设计等等。这些软件有许多典型的代表。二维软件有 : ； 三维软件有 :、 ； 产品自由造型及广告设计的软件有 : 。二维几何图形的绘制是利用平面 件绘制零件图形，即用计算机代替 手工绘图； 而二维参数化，即计算机实现了图形的变 量设计 ,使修改更 加 方便； 三 维造型设计是数字化的产品的真实形状设计，它完全表达了产品，能够进 一 步为模具设计、分析和加工提供必要的数学模型：空间自曲造型设计是产品外形的艺术设计 ,使产品不仅是功能产品，也是艺术品 ;产品的外观渲染是产品的效果设计 ， 使产品更加美观、颜色更加能迎合人们的各种需求：产品的动态广告设计是将产品设计的结果直接制作宣传广告 ,进行市场推广。利用实物测量进行快速反求建模是 目 前研究的热点之一 ,它是产品仿型基础上进行产品修改设计的重要技术。其基本原理是通过三座标测量机、激光测量机或电子抄数仪对实物进行 扫描测觉，把测量所获得的数字 化的大量数据点送入高级 件的反求模块或专用的反求软件中 ,反求软件可直接读取点数 据 群 ,并可对点数 据 群进行编辑、过滤、整理、求精、排序、局部修改与重组 ,然后自动生成曲面 ,最终获得同实物精确一致的或经改造的电脑塑件产品模型。这 一 方式可极大提高新产品设计速率。 目 前较成熟的曲面反求建模软件有： 。 利用其它 统的标准格式文件来建模，这 一 方式较方便。由于市场的全球化和 络技术的发展 ， 模 具 企业的 术交 流和合作 有 许多通过 件方式进行。由于 统种类较多 ,因此文件的格式就必须遵循国际标准，如 。通过读取标准格式文件来 直 接建立或修改后建立产品模型，既可加快、加深用户与模具厂家的交流，也可缩短产品设计周期。 计与分析 模具的 计、分析，包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑料充填过程分析等几个方面。利用先进的特征造型软件如 、 很容易地确定分型面 ， 生成上下模腔和模芯，再进行流道、浇 道 以及冷却水管的布置表确定了这些设计数据以后，再利用模具分析软件，如 行塑料的成形过程分析 。 根 据件和它的丰富的材料、工艺数据库 ,通过输入成形 工 艺参数 ,可动态仿真分析塑料也注塑模腔内的注射过程流动情况 (含多浇口注射时的塑料汇流纹分析） 、 分析温度力变化情况、分析注塑件残余应力等 , 根据分析情况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。比如是否在浇注系统不合理，出现流道和浇 口 位置尺寸不当，无法 平 衡充满型腔：是否存在产品结构不合 理 或模具结构不合理 ,出现产 品充不满 (即短射现象 ） ：是否冷却不均匀 ,影响生产效率和产品质量 :是否 存在注塑 工 艺不对 ,出现产品的翘曲变形等。模 具通 过 计和分析，就可以将错误消除在设计阶段，提高一次试模成功率。在塑料模 具 设计和分析这一阶段应用 了 许多新的电脑辅助技术 ,如参数化技术、特征造型技术、数据库技术等。塑料模具中对许多标准件 ,如标准模架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都可以采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设 计 或建立标准件库， 这样既可以实现数 据 共享，又可以满足用广对设计的随时修改，使模具的设计分析快速 、 准确 、 高效。 参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信息，而且可以获得产品的精度，枓料及装配等信息 ,其所建立的产品模型是 一 种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型。因此 ,参数化特征造型技术是模 具 制造过程最重要的技术之一。 术的应用、加工仿真及制造 模具的计算机辅助制造 (术主要应用在数控铣削加工、线切割加工、电火花加工等方面 。 术尤其是在复杂模具的型腔、型芯及电极的铣削加工 中起着更加重要的作用。其主要的技术特点包括： （ 1)粗、精加工刀具轨迹的优化规划和 令的产生， （ 2)刀具 种类、特性和材料库的建立， （ 3)切削加工工艺参数的确定， （ 4)普通切削和髙速切削加工的特性控制， （ 5)过切检查与加工表面的精度控制， （ 6)加工过程的电脑实体仿真切削， （ 7)电脑控制数控机床的 术及群控技术的应用等等。在 术的应用中特别需要 产品模型数据。较多的专业电脑编程软件如 在多曲面的编程加工时对产品曲面模型有较高的要求 ,如相邻曲面的 U、 V 方向的 一 致性、曲面与曲面的高精度拟合、曲面斜率连续变化等。在高级 体化系统中（ 如 ),由于利用了参数化特征造型设计和同 一 数据库技术 ， 使得产品模型数据、 模具的型腔和型芯模型数据、刀典轨迹数据有着内在的联系 ， 产品模型的修改刀具轨迹亦自动修改 。 模具加工实体仿真技术越来越成熟 ,也越来越受到人们的重视。加工实体仿真是在电脑上模仿机床的加工过程 ,能直观反映加 工 的结果 ,能直接评估加 工 后零件的质量，能检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时，可在电脑上对加工后的实体模型进行任意的剖切， 直接测量其尺寸和精度。因此，它能把错误消除在加工工艺编程设计阶段 ， 减少加工后的修补和返工，大 大提高模具的制造效率和质量。 塑料产品及 其 模具用电脑 术设计完成后，可通过快速成形技术来制造。这是一种全新概念的制造技术 ,它摒弃了传统的机械加 工 方法。期成形原理是将 三 维 体模型离散成设定厚度的 一 系列片层数据，利用激光成形机或其它成形设备读取这些数据 ,用材料添加法技术 ,依次将每层堆积起来成形。这 一技术称为快速 自动 成形技术 ( 它也是 成技术的重要组成部分。 第 一 台快速成形设备于 1987 年在美国 3D 公司诞生 ,由于其特点是与制造 的产品的复杂程度无关 , 给制造业带来巨大的震动。此后十年，快速成形技术得到飞速发展，设备的种类也层出不穷，从材料固化方法可分为激光和非激光烧结法 ( 固体表层造型法 ( 层片制造法 (熔化沉积 法 (选区粘结法 (激光气相沉积法 (。各种方法特点是 :是最早应用的快速成形技术，初期市场占有较大的分额 ,但由于材料范闱窄 ,成本较高 ,成形件耐热、耐负荷和着色能力低，近年逐渐被其它方法所代替。 F D 于 速度 快 ,， 成本低，在塑料产品行业中得到较好的应用 ， 由 于零件的尺寸小 ， 精度 差 ,也受到 一 定的限制。 由于釆用纸或者是薄片塑料，成本低，且激光只照射每一层的轮廊边缘，因而成形速度快，但产品表面质量差。 是用激光进行烧结 ， 采用的材料较广，如塑料、蜡料、陶瓷、金属等均可成形，成形件耐热、耐负荷和者色能力较强 ,具有广泛的应用前景。其它方法也在某些特种加工中得到应用。根据上述成形法特点 ,快速成形技术的作用主要在于 :制造用于设计和试验的产品模型、制造用于小批量生产的模具和小批量特殊零件的加工。快速成形技术制造的产品模型在材质方面比传统加工方法制造的产品模型有所差别，但在外形及尺寸方面几乎完全一样，而且有 一 定的机械强度 ， 可作功能性试验，同时经过表面处理，看起来与 真 实产品 一 样，可作广告宣传品。快速成形技术制造的模具，目前主要是软材料的成形模 (蜡模、 环氧树脂模、硅橡胶模、低熔点合金铸造模等 )和陶瓷或金属基合成材料硬型腔模。制造硬模时可用快速成形零件作母模，先制作环氧树脂模或其它村料的软模，在软模中浇注陶瓷或石膏模，然后浇铸钢成钢模 ;或者在软模中浇注混合打化学粘结剂的钢粉，进行烧结成钢模。快速成形技术制造的钢模需进一步做抛光等后加工 ,制成小批量生产的注塑模。由于模具是 用钢粉浇注或烧结而成 ,材质与 普 通模 具 钢有一定的差距 ,因此，寿命较短 ， 只能做试制产品成小批量生产。另外 ， 快速成形技术也可以制作特殊的零件 密铸造法制作铜电极、研模法制作石墨电极等。快速成形技术制作模具和产品的成型设备，均是读取 不同的文件格式数据对制作的产品精度有较大的差距 。 因此，研究 统对快速成形设备的文件格式输出有相当重要的意义。 成技术的发展趋势 综上所述，模具 成技术就是应用于模具制造各个环节的计算机 辅助技术和实现各环节信息集成的技术 。 显然 ， 信息集成与数据统一管理是关键。产品的信息是贯穿于设计、分析、加工、检测、装配等各个阶段 ,实现各环节信息的流畅、解决数据格式的标准化及数据维护与共享是未来 成 技术发展的重点。 统的出现为解决这一问题带来了曙光。 统的实施是模具企业应用 成技术的重要课题。在模 具 的设计制造 方面 ， 含有丰富专家知识的智能化模具 统的研究、 高 速切削加 工 及其编程等是未来研究发展的趋势。 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 tis 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 tnd 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
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