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1、塑料模具CAD/CAE/CAM 一体化技术,吉林大学辊锻工艺研究所 付文智 电话：85094340,单位介绍,原机械部二类研究所，吉林大学直属科研机构。,吉林大学辊锻工艺研究所：,1. 多点成形设备及工艺研究； 2. 多点卷板成形设备及工艺研究； 3.柔性拉形机及工艺研究； 4.连杆裂解设备及工艺研究； 5.凸轮轴装配设备及工艺研究。,单位介绍,由40名教职工，其中教授8人(博导5人)，副教授11人，讲师 6人，高级工程师2人,工程师5人，其他专业技术人员6人及 60余名研究生组成。,主要从事材料加工工程技术的研发，重点研究领域 是塑性加工模具及设备CAD/CAE/CAM技术研究。,本课程的考
2、核办法,参考书籍说明,课程内容,一、CAD/CAE/CAM技术简介（CAD/CAE/CAM基本概念、 CAD/CAE/CAM系统集成、CAD/CAE/CAM发展趋势） 二、CAD技术基础（几何造型技术、数据信息交换、CAD系统的智能化技术与优化技术） 三、CAXA实体设计（基础知识、二维工程图设计、钣金设计） 四、CAXA实体设计（曲面设计、装配设计） 五、CAE工艺基础知识（塑料制品的常见缺陷、成型工艺关系曲线、Moldflow基础知识） 六、Moldflow基本应用（模型导入、网格处理、工艺参数设置） 七、Moldflow高级应用（结果分析、气辅、双色等工艺分析） 八、MasterCAM简
3、介（基本功能、二维铣削加工、三维曲面加工） 九、其他主流的CAD/CAE/CAM系统与技术简介（Unigraphics、Pro/E、Solidworks、逆向工程、快速成型）,1.2 注塑模具CAD/CAM/CAE的基本概念,计算机辅助设计（CAD Computer Aided Design） 在狭义的工程设计范围内，CAD可定义为: 利用计算机创建、修改一个工程设计，并由计算机完成各种文件、图形的工程设计活动。 计算机辅助工程（CAE Computer Aided Engineering） 计算机辅助制造（CAM Computer Aided Manufacture） CAD/CAE/CAM
4、技术 ： a模拟注射成型过程 b优化注射成型工艺参数 c提高模具设计与制造质量、降低生产成本 d缩短模具设计、制造周期,基本概念,随着计算机技术的飞速发展，应用领域的不断扩大和日益复杂，在产品的设计、分析和加工上产生了很大的变革。在机械、电子、土木、建筑等领域都大量引进了CADCAECAM应用技术，使得各领域中的企业的综合实力有了非常大的提高。 CAD是Computer Aided Design的简称，也称作计算机辅助设计。是用计算机进行产品及零件的体积、面积、重量、强度的计算和装配图、零件图等各种图面的绘制。,基本概念,CAE是computer Aided Enginnering的简称，也称
5、作计算机辅助工程。是用计算机对产品开发过程的形状、制图、分析、实验等一系列综合的工程作业。有的还涉及与制造工程有关的工艺编排、工夹具设计等。 CAM是Computer Aided Manufactureing的简称，也称作计算机辅助制造。目前尚无统一的定义，一般而言，是指计算机在产品制造方面有关应用的总称。CAM有广义和狭义之分，广义CAM一般是指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的活动。包括工艺准备(计算机辅助工艺设计、计算机辅助工装设计与制造、NC自动编程、工时定额和材料定额编制),基本概念,生产作业计划、物料作业计划的运行控制(加工、装配、检测、输送、存贮等)、生产控制、质
6、量控制等。狭义CAM通常仅指数控程序的编制。可包括刀具路径的规划、刀具文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等。 CADCAECAM技术从根本上改变了过去手工绘图、凭图组织整个生产的技术管理方式，将它变为在图形工作站上交互设计，用数据文件发展产品定义在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺设计、工艺装备、数控加工、质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。,塑料制品成型,塑料制品成型方法主要有：注射成型、压制成型、挤压成型、吹塑中空成型、泡沫塑料成型等。,注射成型是将粒状或粉状塑料经注射成型的料斗加热的料筒内，塑料受热熔融，在注射机的螺杆或活塞的压力推动下，经喷嘴
7、进入模具型腔，塑料充满型腔，在模具内硬化定型，脱模后得到具有一定形状的塑件。 压制成型（又名压塑成型）是各种塑料成型方法中最早被采用的加工方法。压塑时，将经过计量的塑料，加在模具型腔中，然后闭合模具，把模具放在加热板之间加热加压，使材料发生软化并呈流动状态，直至充满到模具型腔的微细部位为止，待到塑料完全硬化定型，经脱模得到塑件。压制成型主要用于热固性塑料的成型,塑料制品成型,挤压成型是将塑料放在加热筒中加热、混炼，使其塑化，再通过螺杆使材料通过具有特定断面形状的口模挤出，然后在较低温度下定型，以得到所需断面形状的连续型材。挤压成型能加工几乎所有的热塑性塑料和部分热固性塑料。 吹塑中空成型：将挤
8、出或注射出来的尚未塑化的管状坯料趁热放到模具或成型腔内，立即在管状坯料的中心通以压缩空气，使管坯膨胀而紧贴于模具型腔壁上，冷却硬化后得到中空制件。此法主要用于聚乙烯、聚丙烯等材料制作瓶子容器之类的塑料制品。 泡沫塑料成型是把可发性树脂颗粒直接充入模具，经过蒸汽加热膨胀，使颗粒自身彼此相熔合而成为一个泡沫状的整体，随后停止供汽，通以冷水，模具均匀地冷却，塑料定型硬化后开模取出。,塑料模具设计主要工作,1.确定模具类型，是压制模还是注射模，目前大多采用注射模。 2.选择成型设备，如对注射模来说，应选择注射机的容量、锁模力、注射力、模具安装尺寸，顶出装置及尺寸、喷嘴直径和喷嘴面半径、主流道衬套定位圈
9、尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模具行程等。 3.布置型腔、选择分型面、设计浇注系统（主流道、分流道和内浇口的形式、位置、大小）和排气系统。 4.设计成型零件（确定型腔/型芯的结构形式、计算型腔/型芯的尺寸、计算型腔壁厚的刚度和强度等）和结构零件(导向零件、支承板、拉料杆、固定板等)，选择模具材料。 5.设计模具冷却系统，确定冷却水孔的位置和尺寸。 6.设计顶出机构和抽芯机构。 上述内容确定后即可进行总装配图的设计和绘制。,塑料模具制造工作：,塑料模具制造工作： 1.塑料模具模架/毛坯制备:包括下料、粗铣、热处理等。 2.机加工各零件：包括镗孔、钻孔、铣削、电火花、线切割等。其中NC加工主要是铣
10、削和线切割。 3.研磨抛光：机械抛光或手工抛光，需要时还要做照相腐蚀。 4.模具装配：修磨、配制、调整等。,一、塑料模具的特点及现状,三、注射成形 注塑成形制品占塑料制品总重量的40以上,是塑料制品的主要加工方法之一。 大量生产的最经济的方法之一。 1复杂的物理过程： 充填非牛顿的高温塑料熔体在压力驱动下通过流道、浇口向较低温度的模具型腔充填； 冷却的同时，剪切产生热量同时伴随有熔体固化、体积收缩、分子取向及可能的结晶过程。 需要有高分子物理学、流变学、传热学、注射成型工 艺等多方面的知识,2注射成型的三个主要工序：,（1）塑化将塑料加热到在一定压力下能够流动的温度； （2）填充塑料在模具中填
11、充； （3）固化停止加热使塑料固化。,3注射成型过程的主要参数和工艺条件：,a、注射压力； b、模具温度； c、成型周期； d、注射塑料的温度； e、塑料在模具中的流动速率； f、塑料在模具中的熔化粘度 及弹性剪切应力； g、熔融和流动控制及过程控制等。,塑料注射成型循环过程,塑料的成形方法采用模具成形 模具成形特点： 效率高，质量稳定，节约材料、能源，成本低等， 是一种少切削、无切削、多工序组合的生产方式。 塑料模具塑料成形加工的重要装备。 一、塑料产品的生产过程 塑模设计阶段：塑料模具、工艺过程设计、数控编程； 塑模制造阶段：加工、检测、装配、调试修改等阶段。 特点：品种极多，批量极小，换
12、代极快。,模具特点,塑料模具： 指利用其本身特定腔体去成型具有一定形状和尺寸的三维形状塑料制品的工具。,特点： 1）模具-是一种工具； 2）模具与塑件-“一模一样” ； 3）订货合同-单件生产； 4）模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。,模具特点,注射模应用,月饼饼模,塑件塑料模具,注射机结构及过程,模具工业是我国国民经济的基础产业，是技术密集的高技术行业。 模具是制造过程中的重要工艺装备。 模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。,美国工业界认为：模具是美国工业的基石,日本工业界认为：模具是促进社会繁荣的动力,国外将模具比喻为“
13、金钥匙”、 “进入富裕社会的原动力”。,模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。,国家的重要标志,汽车模具系列 Moulding Die For Automotive,保险杠注射模,轮毂压铸模,轮胎橡胶模,密封圈挤出模,大型覆盖件模,反光镜玻璃模,绝缘陶瓷模,汽车应用,Wear-resistant transmission parts Rocker arm/bearing,Aluminum frame structure,Magnesium casting parts,Aluminum casting parts,Adhesive bonding of Structure,Eac
14、h automobile requires 1700 sets of stamping die, 500 sets of plastic injection mold and 1000 sets of casting mold. Expense of mold & die is about NT$35 billion.,Demand of Die/Mold for Auto Parts,汽车应用,笔记本中应用,CPU, IC Thermal module (Counter pressure, press forging),Plastic casing (Injection mold),30um
15、 fine line (Micro welding, hydro static extrusion),Battery can (Deep drawing),Casing, frame (Aluminum, magnesium, die casting, sheet hydroforming),Heat pipe with 0.5mm thickness,HDD Parts、 CD Yoke （Press forging）,IO terminal (stainless steeltitanium) (precision stamping),Thickness precision0.015mm,D
16、emand of Die/Mold for Notebook Components,Every Notebook requires about 50 sets of mold & die for mechanical and casting parts.(Excluding purchased parts, such as flat panel, hard disc, thermal module),国内外塑料模具技术比较表,模具水平对比,1.塑料成型技术的发展,塑料成型方法的革新,塑料成型理论的进展,塑料模具精密、大型、 复杂、长寿命,2. 模具专业人才的培养,模具发展趋势,3.模具加工技术发展趋势,A.开发优质模具材料和先进的表面处理技术,B.普及应用CAD/CAE/CAM技术,温度分析,流道优化设计分析,气辅气体穿透分析,模具发展趋势,C.开发模具的抛光技术、设备与材料,D.模具的高
