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1、第九章,主编,第一节 概述,一、CADCAMCAE的基本概念 计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)是精确地建立零件的几何模型(包括三维实体模型及二维工程图)，使技术人员从繁重的重复绘图劳动中解脱出来，包括产品的概念设计、草图设计、结构分析与设计、装配设计、零件几何造型设计、真实感图形显示。另外，查找表格数据和零件目录、绘制模具图样和明细表等工作，可以全部交给计算机和绘图仪去完成。,第一节 概述,二、CAD/CAM/CAE在现代模具工业的作用 塑料模具生产的特点是品种多，批量小，换代快。塑料模具的设计、制造水平与塑料制品的质量、成本及生产周期息息相关。随着产品，尤
2、其是电子产品制造业的飞速发展，人们对塑料模具的要求越来越高，传统的人工设计、手工作坊制造的生产方式已无法适应工业发展的需要。CAD/CAM/CAE技术就是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。,第一节 概述,1.CADCAM提高了生产率 CADCAM使生产率得到了多方面的提高，这一点不仅体现在塑件设计、模具设计的应用中，更是可以提高模具制造的效率。CADCAM技术促进了在模具制造过程中采用数控技术。因而，大多数模具只需在加工中心上一次装夹即可完成加工。此外，在数据库中建立塑件的三维模型并因此自动产生刀具轨迹并自动进行校核，这就无需再有人工数据输入步骤和试验切削步骤，从而节省了时间。,第一节 概
3、述,2.CADCAM提高了质量 CADCAM系统从三维模型产生的模具图样，其质量始终高于手工绘制的图样。尺寸全部由数据库内的形状确定，从不出错。公差累积和其他相关公差由CADCAM系统计算，很少出现公差值方面的差错。复杂的几何图形和雕刻面以及倒圆半径均由数据库决定，因而避免了图样表达上的含糊和不确定。 3.CADCAM缩短了生产周期 CADCAM加快了塑件、模具的设计过程，缩短了模具的制造过程，实现了手工与普通机床无法做到的具有复杂曲面的精密塑料模具的设计及型腔零件的加工。,第一节 概述,4.CADCAMCAE降低了模具的试模时间 分析程序对于降低模具的试模时间，提高首次设计的模具质量大有好处
4、。在计算机上模拟塑料在模具型腔中填充、保压和冷却，相当于模拟试模和改模，从而既改善注射成型工艺性，又减少实际试模次数和装、修模时间。,第一节 概述,三、常用的CADCAMCAE简介 1.(Unigraphics) 该软件是美国Unigraphics Solutions of EDS公司的CADCAMCAE一体化软件，广泛应用在航空、汽车、机械、电子、化工等各个行业，可完成产品设计、分析、加工的全过程。UG的主要功能包括以下几点： (1)产品设计 可建立各种复杂程序产品的三维参数化实体装配模型，自动生成工作图样(半自动标注尺寸)。 (2)性能分析 利用有限元方法对模型进行受力、受热和模态分析。
5、(3)零件加工 半自动产生刀具路径，自动产生数控加工指令。 (4)机构运动分析 可分析产品的实际运动和干涉情况。 (5)产品宣传 可产生真实感和艺术照片。,第一节 概述,2.Pro/E(Pro/Engineer) 该软件是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation)开发的一个以特征为基础的参数化的CADCAMCAE软件产品。它具有与UG软件相似的功能，但ProE软件在参数化设计功能方面比UG软件强，且容易自学，而在零件加工功能方面ProE软件不及UG软件。 3.MasterCAM 该软件为美国CNC公司基于PC平台的CAM软件，主要用于零件加工。其主要
6、功能模块有三维设计、车床(1athe)、线切割(wire-EDM)、铣床(mill)、刀具加工轨迹模拟等。该软件在广东珠江三角洲小型企业及个体企业数控机床加工中应用广泛。,第一节 概述,4.Cimatron 该软件是以色列Cimatron公司的代表产品，是较早在微机平台上实现三维CADCAM全功能的系统，集绘图、设计、加工、分析于一体的系统。目前，运行于Windows NT系统的Cimatron Vl00版本已在中国推出，并且北京宇航计算机软件公司(BACS)对该系统进行了全面汉化，具有比较灵活的用户界面、优良的三维造型和工程绘图、全面数控加工、各种通用和专用数据接口以及集成化的产品数据管理(
7、PDM)。,第一节 概述,5.CAE-MOLD 该软件是目前国外较著名的CAE模具设计软件。由美国的C.Tech公司所发展的C-MOLD、C-PACK、C-COOL、C-WARP等四套软件以及澳洲的MOLD-FLOW公司所发展出的MOLD-FLOW、MOLD-PACK、MOLD-COOL、MOLD-WARP等四套软件。此两种套装软件已广泛被欧美、日、韩使用在其各相关塑料工业上，可感受到CAE应用于塑料射出成型已是一项成熟的技术。对于亟待提高产品质量、降低成本，以增加整体竞争力的产业而言，射出成型CAE已是一个不可缺少的利器。此两种套装软件目前在国内工业界及研究单位已有几家使用，但由于价格昂贵(
8、每套近百万元人民币)以及国内人才缺乏，对软件了解不够等因素，此类软件在国内并未普遍地为工业界所利用。,第一节 概述,6.I-DEAS 该软件是美国SDRC公司的代表产品。I-DEAS原为通用机械的CADCAM系统，近几年来，SDRC公司开发出注射成型流动和冷却分析软件，并与I-DEAS系统集成，推出适用于注射模的I-DEAS系统。其中，该公司开发的三维冷却分析软件POLY-COOL2具有世界先进水平。,第二节 塑件CAD,一、CAD的概念,图9-1 CAD概念示意图,第二节 塑件CAD,二、塑件设计过程 塑件设计的一般进程如图92所示。,图9-2 塑件设计的一般进程,第二节 塑件CAD,1.设
9、计准备 当接受了具体的设计任务后，首先应了解拟开发产品的用途、技术要求和经济条件，然后根据市场调研、用户咨询和文献检索得来的第一手数据和资料，进行认真的分析，判断各自要求是否正确、合理。在此基础上，结合技术和经济两方面因素，确定设计的基本原则和主要依据。,第二节 塑件CAD,2.方案设计 (1)编制要求细目表 1)承受外力方面的要求。2)工作环境方面的要求。 3)表观质量方面的要求。4)加工方面的要求。 5)塑件使用信息反馈方面的要求。 要求细目表有明确的时间目标，并为实现这些目标提出解决的办法。 (2)功能设计 塑件的总功能可分为物质功能、环境功能和使用功能。 1)物质功能设计。2)环境功能
10、设计。3)使用功能设计。 根据功能分析从而可初步确定设计方案，如材料选择、几何形状与结构、成型方法。,第二节 塑件CAD,3.总体设计 设计方案经技术、经济对比后，可筛选出最佳的构思，从而转入结构设计。 (1)功能结构设计 确定塑件的整体结构、各部分的几何形状、材料品质、尺寸要求及强度、刚度等。 (2)工艺结构设计 对塑件的成型方法、成型工艺以及成型以后的组装、表面处理与装饰等后续工序进行认真考虑，从塑件的结构设计上采取相应的措施。 (3)造型结构设计 对塑件的外观形状、图案和色彩及其相互结合上加以充分的考虑。 优化上述各项结构设计方案并有机组合，形成最终确定的总体设计。,第二节 塑件CAD,
11、4.详细设计 总体设计后即进入尺寸设计阶段。 (1)尺寸确定 对塑件各部分结构要素进行工作应力和材料性能数据的分析对比，然后根据强度、刚度校核确定塑件各部分的尺寸。 (2)尺寸公差 根据塑件尺寸的大小和精度等级，由适当的计算公式或相应的公差标准确定其尺寸公差。 (3)表面质量 在塑件及其模具成型零件图的相应表面上应标明表面不平整方向，并对塑件表面的不平整尺寸和表面缺陷加以规定。 (4)绘制立体图 塑件的三维立体图可以采用轴测图及透视图。 (5)制作模型 由三维立体图制作彩色实物模型，如有不合理可进一步修改。,第二节 塑件CAD,(6)绘制施工图 该阶段不作统一要求(因用图样传递信息的方法将逐步
12、淘汰)，按机械制图标准绘制(或显示)正式的塑件图，并编制零件明细表和设计说明书。 经审批后的塑件设计图转入模具CADCAMCAE阶段，并试生产塑件。,第二节 塑件CAD,图9-3 塑件CAD设计步骤,第二节 塑件CAD,三、塑件设计目录编制 1)适应设计进程模式中各阶段的需求。 2)能快速获取所需信息、数据及图案。 3)在规定的范围内具有相对的完整性。 4)有尽可能广泛的、良好的适用性。 5)应便于修改和扩充。 6)应易于识别目录间的相互关系。,图9- 4 设计进程各阶段所需诸目录,第二节 塑件CAD,表9-1 塑件设计的主要目录类型,1)按设计阶段来分编。 2)对应于设计过程的每一阶段，应从
13、功能或对象、作业的复合性来进行分编。 3)对应于设计过程中的某一特定功能或特定任务的求解来进行分编。 总之，只有按功能系统或任务系统来考虑，才能保证目录系统的严密性。,第二节 塑件CAD,四、塑件设计的各种要素 针对塑件CAD步骤与设计进程各阶段，根据具体任务的目标，正确地选择合适的塑件CAD应用软件系统，有针对性地进行二次开发，有效地开展塑件CAD应用工作，则必须明确以下设计要素： (1)塑件形状构思与几何造型 这是由人机交互系统与计算机图形系统来完成的。 (2)设计目录的编制,图9-5 设计各环节与CAD软件,第二节 塑件CAD,(3)设计分析计算及优化 在CAD系统中，无论是交互式工程绘
14、图、实体造型，还是有限元网格的自动生成，分析计算与优化工作等，均由相应的软件完成。 (4)设计评价 评价工作用于对技术经济要求进行比较和评估，并最终确定技术经济指标，当然也应包含不同CAD系统间的数据交换及其标准化。,第三节 注射模CAD,一、概述 采用几何造型技术进行产品初步设计，运用有限元分析方法预测产品在工作状态下的强度和刚度，进行成本估算，满足要求后再进行模具和注射成型工艺的优化设计。图9-6所示为采用计算机辅助技术的产品开发流程图。,图9- 6 计算机辅助技术的产品开发流程图,第三节 注射模CAD,二、注射模结构CAD的内容与特点 注射模的结构设计是模具设计的核心内容，系统中的其他C
15、AD或CAE软件都直接或间接地为模具结构设计的决策服务。注射模结构CAD的起点是塑件的形状描述，终点是获得满意的整个模具结构。 1.注射模CAD的内容 (1)塑件几何造型 采用几何造型系统如线框造型、表面造型、实体造型和特征造型，在计算机中生成塑件的几何模型。 (2)型腔表面形状生成 由于塑件的成型收缩、模具的磨损以及加工精度的影响，塑件的内外表面尺寸并非是模具的型腔面、型芯面，两者之间需要经过比较繁琐的转换方能获得型芯和型腔表面。,第三节 注射模CAD,(3)型腔方案及布局 采用计算机软件来引导模具设计者布置型腔的数目和位置，构思浇注系统、冷却系统及推出结构，为选择标准模架和设计动模、定模部
16、装图作准备。 (4)标准模架选择 通常用作标准模架选择的软件应具有两个功能：一是能引导模具设计者输入本厂的模架，以建立自己的标准模架库；二是能方便地从已建好的专用标准模架库中选出在本次设计中所需的模架类型及全部模具标准件的图形及数据。 (5)部装图及总装图生成 根据所选用标准模架及已完成的型腔布置，设计软件以交互方式引导模具设计者生成模具部装图和总装图。,第三节 注射模CAD,(6)模具零件图的生成 设计软件能引导用户根据部装图、总装图以及相应的图形库、数据库来完成模具零件的设计、绘图和标注尺寸。 (7)计算和校核 模具设计软件可将理论计算和行之有效的设计经验相结合，为模具设计师提供对模具零件全面的计算和校核，以验证模具结构等有关参数的正确性。 2.注射模CAD的特点 (1)应具备描述物体几何形状的能力 注射模的工作部分(型腔和型芯)是根据塑件形状设计的，因此首先必须提供塑件的几何形状，这就要求注射模CAD系统必须具备描述物体几何形状的能力，即几何构型的功能，
