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1、 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 1 页 共 26 页 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 1 相对于普通的机械零部件，谈谈模具设计与制造的特点。 答：相对普通的机械零部件，模具设计的特点在于其具有特殊的要求： 零件的复杂性包括形体复杂性和结构复杂性。模具主要用于形体复杂零件的加工。 用模具生产的产品一般为最终产品。因此模具的几何设计必须能够完成零件的所有细节结构的描述（包括产品的浮雕等表面些节结构的造型设计） 。 模具型腔结构：需要考虑拔模斜度以及必要的圆弧过渡。 专业化成都很高。CAD 必须有良好的数据接口。
2、 模具制造的特点： 每副磨具都进行专业设计、专门制造、单件生产（接单生产） ； 由于模具精度要求高，其成型腔常具三位主体型面； 模具型腔表面质量要求高（模具表面精度要比塑料制件要求高 12 个等级） 。采用手工研磨，抛加工； 模板上精密型孔或圆孔系。 答： 1）属于单件、多品种生产，模具是高寿命专用工艺装备，每副模具只能生产某一特定形状、尺寸和精度的制件。 2）客观要求模具生产周期短，当前由于新产品更新换代的加快和市场的竞争，客观上要求模具生产周期越来越短。 3）模具生产的成套性，当某个制件需要多副模具来加工时，各副模具之间往往相互牵连和影响。只有最终制件合格，这一系列模具才算合格，因此，在生
3、产和计划安排上必须充分考虑这一特点。 4）试模和试修，由于模具生产的上述特点和模具设计的经验性，模具在装配后必须通过试冲或试压，最后确定是否合格。同时有些部位需要试修才能最后确定。因此，在生产进度安排上必须留有一定的试模周期。 5）模具加工向机械化、精密化和自动化发展。目前，产品零件对模具精度的要求越来越高，高精度、高寿命、高效率的模具越来越多。而加工精度主要取决于加工机床精度、加工工艺条件、测量手段和方法。 2 传统模具设计与制造工艺流程。 答：传统模具设计的总原则：在满足制件使用要求情况下，力求使模具的结构简单，劳动量小，材耗少成本低，操作安全。所以在模具设计时应保持良好的工艺性。模具设计
4、内容包括：分析产品制作图、安排产品生产工艺方案、确定坯料、选用设备、模具设计。以上内容是模具设计的核心。 答：主要包括： （1）产品投产前的生产技术准备工作，包括产品的试验研究和设计、工业设计和专用工艺装备的设计及制造、各种生产资料和生产组织等方面的准备工作； （2）毛坯制造，如毛坯的锻造和冲压等； （3）零件的加工过程，如机械加工、特种加工、焊接、热处理和表面处理等； （4）产品的装配过程，包括零、部件装配、总装配； （5）试模，模具的调试和鉴定； （6）各种生产服务活动，包括原材料、半成品、工具的供应、运输、保管以及产品的油漆和包装等。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任
5、课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 2 页 共 26 页 3 传统模具项目流程。 一、接受任务书 成型塑料制件任务书通常由制件设计者提出，其内容如下： （1） 经过审签的正规制件图纸并注明采用塑料的牌号、透明度等； （2） 塑料制件说明书或技术要求； （3） 生产产量； （4） 塑料制件样品； （5） 模具设计任务书通常由塑料制件工艺员据成型塑料制件任务书提出； （6） 模具设计人员以成型塑料制件任务书模具设计任务书为依据来设计模具。 二、收集、分析、消化原始资料 （1） 收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。 （2） 消化塑料制件图
6、，了解制件的用途，分析塑料件的工艺性尺寸、精度等技术要求。 （3） 消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、 （4） 模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。 （5） 根据塑件形状尺寸，估计塑件体积和重量。 三、确定成型方法：1、直压；2、铸压；3、注射法等。 四、选择成型设备 根据成型设备的种类来进行模具设计，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格特点。要初步估计模具外形尺寸判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 五、具体结构方案 （1）确定模具类型 （2）确定模具类型的主要结构 六、整理资料进行归档 模具经试验后，若暂不使用，则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等，涂
7、上黄油或其他防锈油或防锈剂，放到保管场所保管。 把从设计模具开始到模具加工成功、检验合格为止，在此期间所产生的技术资料， 例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档，这样做似乎很麻烦，但是对以后修理模具、设计新的模具都是很有用处的。 经过全面审核后投产加工，作为一个设计人员，必须了解模具的加工制造过程， 所以，完成图纸设计，只能说是个开端。对于初学模具设计的人员，应力求做到参加模具加工的全过程，直到组装、试模、投产才算最后完成任务。 4 模具设计与制造中常用 CAD 软件有哪些？各有何优势和特
8、点。 答： 目前市场上图形处理软件很多， 运行在工作站上的 UG、 Pro/E、 CATIA， 运行在微机上的 AutoCAD、SolidEdge、MDT 等。 采用 AutoCAD 软件用三维图形来表达它可能会出现表达不完整或产生二义性问题；SolidEdge 虽然具有完善的三维造型能力，但却具有用户基础薄弱、开发工具少、价格高等缺点。而 MDT 以其良好的开放性、功能齐全和易学易用等特点占据着微机平台上三维设计领域的大部分市场。 Pro/E 是美国 PTC 公司的一个三维 CAD/CAM 软件系统。该软件由于使用方便、参数化、特征造型、统一数据库、系统全相关、尺寸驱动，功能强大，在我国家电
9、、模具等行业有着广泛的应用，是国内应用最广泛的三维 CAD/CAM 软件。 UG（Unigraphics）是美国 Unigraphics Solution 公司开发的集 CAD/CAM/CAE 为一体的三维机械设计 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 3 页 共 26 页 平台。 该系统提供了一个基于过程的产品设计环境。 使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成。从而优化了企业产品的设计与制造。它具有强大的实体建模技术和高效能的曲面构建能力。能够完成复杂的造型设计。除此之外。它还有装配功能、创建工程图功能和模具加工功能等。
10、答： （1）AutoCAD。AutoCAD 是当今最流行的的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。AutoCAD 提供有 AutoLISP，ADS，ARX，VBA 等二次开发的工具。 （2）Unigraphics（UG） 。优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起。UG 是由多种功能模块集成的软件，它不但具有强大的三维设计与图形编辑功能，而且还提供了先进的制造技术。它主要由以下几大主模块组成 1）CAD（计算机辅助设计）主模块。2）CAM（计算机辅助制造）主模块。3
11、）CAE（计算机辅助工程）模块。4）钣金件主模块。 （3）Pro/Engineer。Pro/E 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。具有基于特征的（Feature-based） 、关联的（Associative） 、参数化（Parametric） 、构造曲面（Surface） 、在装配图中构建实体的特点。Pro/E 系统用户界面简洁，概念清晰。符合工程人员的设计思想与习惯整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型 Pro/E 建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。 （4）SOLIDWORKS。SolidWorks
12、 软件是面向产品级的机械设计工具，它全面采用非全约束的特征建模技术，为设计师提供了极强的设计灵活性其设计过程的全相关性，使得设计师可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变。SolidWorks 完整的机械设计软件包括了设计师必备的设计工具，零件设计、装配设计、工程制图。 （5）I-DEAS。它是高度集成化的 CAD/CAE/CAM 软件系统它帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成产品设计、仿真分析、侧试直至数控加工的产品研发全过程。I-DEAS 是全世界制造业用户广泛应用的大型 CAD/CAE/CAM 软件。I-DEAS 在 CAD/CAE 一体化技术方面一直雄居世界榜首
13、，软件内含结构分析、热力分析、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。 （6）CATIA。CATIA 软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。CATIA 的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次Bezier 曲线曲面功能，次数能达到 15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。加工功能较强，支持五轴加工中心编程，该软件性能优越，价格昂贵。是一套 CAD/CAE/CAM/PDM 应用系统。 5 三维造型软件的常用造型方法有哪些？ 答：线框造型、面框造型、曲面造型、特征造型、实体造型等。 答： 1.线框造型：线框造型可以
14、生成、修改、处理二维和三维线框几何体。 2曲面造型 曲面造型分两种方法，一是由曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。 （1）由曲线构造曲面 1）旋转曲面；2）线性拉伸面；3）直纹面；4）扫描面；5）网格曲面；6）拟合曲面；7）平面轮廓面；8）二次曲面。 （2）由曲面派生曲面 1）等半径倒圆曲面；2）变半径倒圆曲面；3）等厚度偏移曲面；4）变厚度偏移曲面；5）混合曲面（桥接曲面） ；6）延伸曲面；7）修剪曲面；8）拓扑连接曲面。 3实体造型 （1）基本体素：1）拉伸体；2）旋转体；3）扫描体；4）等厚体；5）缝合体；6）倒圆体；7）倒角体； 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师
15、：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 4 页 共 26 页 （2）工艺特征形体：包括凸台、凹腔、孔、键槽、螺纹、筋等。 （3）拓扑操作对体素进行并、交、差布尔运算及用曲面片体修剪体素而生成新的实体。 6 谈谈塑料模具 CAD/CAE/CAM 的现状与发展趋势。 答： （1）CAD 技术的现状 90 年代以后 CAD 技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，这阶段的 CAD 技术都具有良好的开放性，图形接口、功能日趋标准化。微机加视窗操作系统与工作站加 Unix 操作系统在因特网的环境下构成 CAD 系统的主流工作平台，同时网络技术的发展使 CAD/CAE/CAM 集成化体系摆脱空
16、间的约束，能够更好地适应现代企业的生产布局及生产管理的要求。在 CAD 系统中，正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等高新技术得到综合应用，大大提高了 CAD 自动化设计的程度，智能 CAD 应运而生。智能 CAD 把工程数据库及管理系统、知识库及专家系统、拟人化用户介面管理系统集于一体。 CAD 体系结构大体可分为基础层、 支撑层和应用层三个层次。 基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。随着网络的广泛使用，异地协同虚拟 CAD 环境将是 CAD 支撑层的主要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求，有各自的 CAD 专用软件来支援相应的 CAD 工作。 （2）CAE 技术的
17、现状 近十多年是 CAE 软件的商品化发展阶段，其理论和算法日趋成熟，已成为航空、航天、机械、土木结构等领域工程和产品结构分析中必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续过程各类问题的一种重要手段。其功能、性能、前后处理能力、单元库、解法库、材料库，特别是用户介面和数据管理技术等方面都有了巨大的发展。前后处理是 CAE 软件实现与 CAD、CAM 等软件无缝集成的关键性软件成份；它们通过增设与相关软件（如 Pro/E、CADDS、UG、Solidedge 以及 Solidworks、MDT 等软件）的接口数据模块，实现有效的集成；通过增加面向行业的数据处理和优化算法模块，实现特定行业的有效应用。
18、CAE 软件对工程和产品的分析、模拟能力，主要决定於单元库和材料库的丰富和完善程度，知名 CAE 软件的单元库一般都有百余种单元，并拥有一个比较完善的材料库，使其对工程和产品的物理、力学行为，具有较强的分析模拟能力。静力和拟静力的线性与非线性分析 包括对各种单一和复杂组合结构的弹性、弹塑性、塑性、蠕变、膨胀、几何大变形、大应变、疲劳、断裂、损伤，以及多体弹塑性接触在内的变形与应力应变分析。 （3）CAM 技术的发展历程及现状 目前，CAM 技术已经成为 CAX（CAD、CAE、CAM 等）体系的重要组成部分，可以直接在 CAD 系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体曲面）上进行加工
19、编程，生成正确的加工轨迹。典型的 CAM 系统有 UG、Pro/E、Cimatron、MasterCAM 等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM 系统仅以 CAD 模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。 CAD 技术的发展趋势主要体现在以下几方面：1）标准化；2）开放性；3）集成化；4）智能化；5）虚拟现实（VR）与 CAD 集成。 CAE 技术的发展趋势将体现在以下几方面：1）真三维图形处理与虚拟现实；2）面向对象的工程数据库及其管理系统
20、；3）GUI多媒体的用户介面。 CAM 技术的发展趋势将体现在以下几方面：1）面向对象、面向工艺特征的结构体系；2）基於知识的智能化系统；3）提供更方便的工艺管理手段。 答： 在过去的 20 年中，我国模具工业得到长足的进步，模具 CAD/CAE/CAM 技术的成功应用为我国模具 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 5 页 共 26 页 工业的发展起了重要的推动作用，模具 CAD/CAE/CAM 技术成为 CAD/CAE/CAM 技术发展中最具活力、创造效益最高的应用领域。在我国的模具行业中，从模具图的生成到模具加工的自动编程，并
21、能运用 CAE技术对成型过程进行计算机模拟等，实现了 CAD/CAE/CAM 的集成，促进与推动了我国模具行业的发展。此外，我国自主开发的 CAD/CAE/CAM 系统，有北航海尔软件有限公司的 CAXA 系统；华中理工大学的注塑模 HSC 系统，上海交大模具研究所冷冲模 CAD 系统等。这些微机上应用的软件，能适应我国国内模具行业的具体情况，为进一步普及模具 CAD/CAE/CAM 技术创造良好的条件。 CAD/CAE/CAM 技术的发展趋势有： 集成化 设计、制造和工程管理有密切的关系。在 CAD/CAE/CAM 的基础上，人们正在致力于建立集成生产系统（CIMS） ，即使设计与制造过程成
22、为一个完整的信息流通过程。CIMS 是一种基于 CIM 哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。在开发磨具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需求。 网络化 微型计算机 CAD/CAE/CAM 系统发展的一条主要途径是实现网络化。即包括硬件与软件的集成，使独立的计算机按照网络协议，包括各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等进行通信，实现资源共享。 智能化 应用人工智能技术实现产品生产周期各个环节的智能化，实现生产过程各
23、个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。近年来，人工智能在CAD/CAE/CAM 中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家系统，专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。它将许多事实和有关专业范围内的经验、准则结合在一起。应用这些事实和启发准则，根据设计的目标不断缩小搜索范围，使问题得到解决。 最优化 产品设计和工艺过程设计的最优化始终是人们追求的目标，但模具的可靠性仍然存在问题，难保一次性成功。譬如发展塑料制品成型过程的计算机模拟技术是解决模具可靠性的重要途径，利用有限元和边界元等方法分析塑件成型过程及模拟材料的流动，从而可以检验设计的模具是否可以制
24、造出合乎质量要求的产品。 并行工程技术 这种方法的思路就是并行的、集成的设计产品及其开发过程。它要求产品开发人员在设计的阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括质量、成本、进度、用户要求等。以便最大限度地提高产品开发效率及一次成功率。 多学科多功能综合产品设计技术 虚拟现实与多媒体技术 反求技术 快速成型技术 微机新型化 7 数控技术在模具制造领域的优势有哪些？ 答： 、提高生产效率；、不需要熟练的机床操作人员；、提高加工精度并保持加工质理的一致；、可以减少工装卡具；、容易进行加工过程管理；、减少检查工作量；、降低次品率；、便于设计变更，加工柔性强；、容易实现操作过程自动化，一人多机操作；、
25、操作容易，极大减轻体力劳动强度。 答：数控技术在模具制造领域的优势有： 加工精度高 数控机床是精密机械和自动化技术的综合，所以机床的传动系统与机床的结构设计都考虑到要有很高的刚度和热稳定性。 数控机床的定位精度可达 0.005mm， 重复定位精度为 0.002mm， 另外，由于数控机床是受数字信息指令控制，并且自动进行加工，所以减少了操作人员因技术的高低而产生的人为误差，提高了同批零件加工尺寸的一致性，是加工质量稳定，产品合格率提高。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 6 页 共 26 页 加工生产率高 在数控机床上加工，对工夹
26、具要求低，只需通用夹具做少量的工作，所以免去了制作专用夹具的大量时间， 免去了在毛坯上划线等工作。 从而使加工准备时间大大缩短。 更换被加工零件时，对机床不需要复杂的调整，由于数控机床有较高的重复精度，可以省去在加工过成中对零件的多次测量和检验时间。 减轻劳动强度，改善劳动条件 数控机床的加工，是输入事先编好的零件加工程序后自动完成。除了装卸零件，操作键盘，观察机床运行之外，机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，劳动强度和紧张程度大大改善。另外，现在的数控机床都有防护罩，因此操作工作环境整洁，劳动条件相应改善。 有利于生产管理 用数控机床加工能准确计算零件加工工时，并有效地简化检验工作、工夹
27、具和半成品的管理工作。数控机床是数字信息的标准代码输入，有利于与计算机连接，构成计算机管理系统。柔性制造系统就是计算机参与管理， 使数控机床充分发挥自动化的优势， 同时也使生产管理达到最佳水平。 8 注塑模具 CAD 系统的总体结构。 答：、数据输入/出部分（包括对数据的询问和数据完整性检查） ；、数据库；、程序库（又称方法库） ；、应用程序；、人机对话和绘图部分等。 答：注塑模具 CAD 系统的总体结构是对姚开发的系统的总体规划，包括系统的软硬件需求、功能分析和模块划分等。它是指导开发进一步设计工作的纲领，也是多系统总体构架的描述。 （1）模具 CAD 系统的软硬件组成：模具 CAD 是利用
28、计算机辅助来完成手工设计中的各个环节，包括设计构思、资料查询、建立模型、计算分析、自动绘制零件图和装配图等，通常由硬件系统和软件系统组成，其硬件系统包括计算机、外部存储器、输入设备、输出设备等。计算机可以是大型机、工作站、服务器及高性能微机等；外部存储器分磁盘式和磁带式；输入设备有鼠标、键盘、数字化仪、扫描仪等；输出设备包括图形显示器、绘图仪、打印机等。 （2）模具 CAD 的软件系统包括系统软件、支撑软件和应用软件三大类型。 系统软件：包括计算机操作系统软件、高级语言编译软件、运行管理软件等。 支撑软件：支撑软件是建立在系统软件的基础上，开展模具 CAD 所需的基本的应用软件。它的作用是建立
29、起开发模具 CAD 所需的应用软件平台，缩短应用软件开发周期，减少应用软件开发的工作量，使应用软件更加贴近国际工业标准和提高应用软件水平。它包括图形处理软件、数据库管理软件等。 应用软件：是面向用户的软件。它们是在选定的系统软件和支撑软件的基础上开发的，一般由企业或研究单位根据实际生产条件进行二次开发。开发这类软件的宗旨是提高设计效率，缩短模具生产周期，提高质量，使硬件更加符合工厂生产实际和便于技术人员使用。这些软件通常设计成交互方式，以便发挥人机的各自特长。程序流程应符合设计人员的习惯，使人机间具有友好界面，用户只需熟悉一些操作命令和输入参数。无需涉及程序内部细节。 9 注塑模具 CAD 系
30、统常用开发工具有哪些？ 答： 利用等三代高级语言进行开发，如 C+、FORTRAN、VB 以及其他高级语言 利用一定基础平台及提供的开发语言进行开发，如各种 CAD 系统所带的接口语言 利用第三代高级语言和所选定基础平台及提供的开发语言进行开发 构造面向开发 CAD 软件需要的 CASE 环境 答： （1）AutoCAD MDT 及二次开发； （2）Visual C+； （3）MFC VBA； （4）ObjectARX ODBC； （5）Access Foxpro SQL； 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 7 页 共 26 页
31、 （6）Pro/Engineer 及二次开发。 10 基于 AutoCAD 的塑料注射模 CAD 二次开发流程。 答： （1）选择 AutoCAD 开发平台，可选用 AutoCAD2000； （2）选择二次开发工具，比如 ObjectARX 是强有力的 AutoCAD 二次开发工具； （3）开发注射模 CAD 系统。 在软件编程过程中，主要的内容是建立数据库，设计用户界面，编辑绘图程序等几个方面，具体如下：数据库的建立，包括标准模架数据库和标准零件数据库；ODBC数据库连接；ObjectARX应用程序的开发，包括用户界面的设计和图形绘制程序的编辑。 答：建立数据库、设计用户界面、编辑绘图程序。
32、 11 什么叫参数化设计？它是如何实现的？ 答： （1）参数化设计是指参数化模型的尺寸用对应关系表示，而不需用确定的数值，变化一具体参数值将自动改变所有与它相关的尺寸，也就是采用参数化模型，通过调整参数来修改和控制几何形状，自动实现所需物品的精确图形。参数化设计设计也叫尺寸驱动，是 CAD 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使 CAD 系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是 CAD 技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。 （2）目前参数化技术大致可分为如下三种方法：基于几何约束的数学方法；基于几何原理的人工智能方法；基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方
33、法和代数方法。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制；人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好；特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。 答：参数化设计就是通过改变其参数值而得到所需的不同尺寸的图形。 可以通过以下方法实现： （1）建立图形的参数化模型在模型中确定图形的控制参数图形的几何拓扑关系； （2）将参数化模型转为计算机程
34、序根据手册等选择合适的控制参数的值便可以输出所需图形。 12 注塑模零件及标准模架参数化设计与绘图有何实际意义？ 答： （1）参数化设计与传统方法相比，最大的不同在于存储了设计的整个过程，能设计出一系列而不是单一的模具。在注塑模具设计过程中，利用参数化技术可以极大的提高结构较为固定、仅尺寸发生变化或只有局部结构变化的一族零件的设计效率，减少设计人员繁重的重复性工作，提高设计速度，并减少信息的存储量。 （2）建立注塑模零件及标准模架的参数化绘图应用程序，可以使模具设计人员把更多的时间放在模具设计方案而不是绘图上，大大减轻设计人员的劳动强度。 答：在注塑模具设计过程中，为了使模具设计人员把更多的时
35、间和精力放在模具设计方案而不是绘图上，可以通过建立注塑模零件和标准模架的参数化绘图应用程序，减轻设计人员的劳动强度。 在 AutoCAD 中，图块被当成一个整体来对待，从而简化操作。应用程序中的零件图以图块的形式建立，可以插入到用户指定的位置。不仅可以大大减少重复的绘图工作，提高绘图质量和速度，而且还可以节省图形文件所占的磁盘空间。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 8 页 共 26 页 在模具的设计和制造中采用标准模架，利用注塑模具 CAD 系统来设计注塑模具，在合适的标准模具上添加型腔、浇道及其它部分，最终设计成一套完整的注
36、塑模具，可以减少制造者的工作量，也降低了模具设计计算量以及模具制造时的风险，并使零部件的供应得以简化。 13 设计 CAD 塑料材料选择系统有何现实意义？ 答：在成型塑料制品之前，首先要考虑的是选择一种合适的材料，从种类、牌号繁多的塑料材料中选择的这种材料制成的制品能够满足使用和性能的要求，并针对选取的塑料决定加工方法、制品设计、模具设计、工艺控制、后处理等一系列生产过程。 由于塑料品种繁多、形态多样，就某一实用性能而言，各种塑料的差距甚大，即使是同一种塑料，由于使用环境和条件不同，也会显示出不同的性能，由此说明，影响塑料性能的因素很多，在应用塑料时具有很强的选择性。 在人工选材时，往往由于技
37、术人员大多不时材料方面的专家，困于对塑料品种、性能等方面认识的限制，而不能选择出合适的塑料。 随着计算机技术的应用，人们开始建立塑料品种、性能数据库，进行计算机辅助选材。 答：应用系统可以进行塑料材料的智能化选择，可以方便地查询材料地任一项性能数据。在成型塑料制品之前，首先要考虑地使选择一种合适的材料。由于塑料品种繁多、形态多样，就某一使用性能而言，各种塑料的差距甚大。影响塑料性能的因素很多。在应用塑料时具有很强的选择性。在人工选材时，往往由于技术人员大多不是材料方面的专家，由于对塑料品种、性能等方面认识的限制，而不能选择出最合适的塑料。计算机辅助选材可以帮助技术人员做好选择。 14 如何实现
38、塑料注射模具三维 CAD 设计系统？ 答： 要实现塑料注射模具三维CAD设计系统的一条重要手段就是对三维CAD设计系统进行二次开发。也是通过这种方法开发出适合本单位产品的应用程序。 （1）Pro/ENGINEER 的二次开发。该二次开发常用的方法有两种： A基于 Pro/TOOLKIT 的二次开发 B基于 Automation Gateway 的二次开发 （2）基于 Pro/ENGINEER 开发平台的塑料模具标准件库的建立 答：3D 实体建模已经成为 CAD 设计的主流。模具设计过程通常是新产品开发的关键。通常认为模具设计一直是一门很让人迷惑的技术，需要数年的经验才能够比较精通这门技术，因为
39、开始学习这门技术的困难，越来越少的人可以从该领域的专家们身上学到经验和知识。 要改变这种形式，办法之一就是使用计算机辅助设计系统。要实现塑料注射模具三维 CAD 设计系统的一条重要手段就是对三维 CAD 设计系统进行二次开发。也是通过这种方法开发出适合本单位产品的应用程序。Pro/ENGINEER 二次开发方法有两种： （1）基于 Pro/TOOLKIT 的二次开发； （2）基于 Automation Gateway 的二次开发。 另一种手段是基于 Pro/ENGINEER 开发平台的塑料模具标准件库的建立。还有一种方法是基于 Pro/E的注塑模 CAD 系统的研究开发。 15 什么叫计算机辅
40、助工程（CAE）技术？ 答：计算机辅助工程技术是一个集多种科学与工程技术于一体的综合性、知识密集型的技术。它是包括数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真等在内的一个综合性软件系统。其核心技术是：工程问题的模型化和数值计算方法。从广义上说，计算机辅助工程包括很多，从字面上讲，它可以包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 9 页 共 26 页 析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和
41、性能的可用性和可靠性。 答：CAE（Computer Aided Engineering）技术，即计算机辅助工程技术。它是一个集多种科学与工程技术于一体的综合性、知识密集型的技术。 它是包含数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真等在内的一个综合性软件系统。其核心技术是：工程问题的模型化和数值计算方法。 16 在模具设计中，CAE 技术能起到什么作用？ 答： 塑料模 CAE 技术的运用是塑料成型加工及模具设计发展过程中的一个重要里程碑。 1可使设计人员避免设计中的盲目性； 2使工程技术人员在模具加工前完成试模工作； 3也可使生产操作人员预测工艺参数对制品外观和性能的影响。 总之，设计
42、人员和生产人员可利用塑料模 CAE 技术有目的地修正设计方案和工艺条件克服因经验少工作疏漏而造成的不良后果多快好省地进行新产品新工艺的研究以适应日益激烈的竞争环境。 答： （1）可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了传统的在注塑机上反复试模、修模的束缚，为设计人员修改设计提供科学的依据。 （2）直接好处是省时省力，减少试模、修模次数和模具报废率，缩短模具设计制造周期，降低成本，提高产品质量。 17 叙述 CAE 分析流程。CAE 前、后置处理要做哪些工作？ 答：注射成型 CAE 技术是利用聚合物加工流变学传热学计算力学和计算机图形
43、学等基本理论对注塑成型流动、保压、冷却等过程进行数值模拟。在实际生产之前就可以形象直观地在计算机屏幕上模拟出实际成型过程预测可能出现的缺陷为科学生产提供技术支持。 其分析流程如下： （1）准备 3D 模型及网格文件（FEM Model）来建立分析模型，可接受 Pro/E、UG、MDT 等多种三维造型软件以.STL 格式输出的实体造型； （2）浇口位置的确定及流动分析，可分别对几种不同浇口位置进行分析，以作比较； （3）输入工艺参数作为求解基本方程的边界条件，这些参数包括：选用注塑机及参数：注射压力、模力；选择塑件材料及相关参数设置：如塑料熔融温度、模具温度；浇口位置的最大充填压力及注塑时间的设
44、置等； （4）分析计算，分析结果以文本输出或真实感三维图形方式输出； （5）检查分析结果视情况决定是否修正分析过程。 答： 1注射成型计算机辅助分析流程： （1）建立或输入模型 （2）划分有限元网格 （3）选择材料 （4）设置注塑工艺条件 （5）设计浇注系统、冷却系统，指定浇口位置 （6）进行分析 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 10 页 共 26 页 （7）修改并重新分析 2CAE 前、后置处理： CAE 的前处理模块为用户提供实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。 CAE 的后处理模块可将计算结果以彩色等值
45、线显示、梯度显示、矢量显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 18 国内外常用 CAE 软件介绍。 答：注射模 CAE 技术从 80 年代开始已经从实验室阶段进入实用化阶段，目前国际市场上已有许多注射模 CAE 商品化软件出售，其中主要流行的注射模 CAE 分析软件有如下几种：Moldflow、HSCAE 以及Z-mold。 （一） 、Moldflow Moldflow 公司是一家卓越的注射成型分析软件公司，在专门从事气体辅助注射成型分析的美国C-Mold 公司并入 Moldflow 公司后，它已成为世界注射成型分析软件的巨头，其产品支持世界主流的 CAD软件，如
46、CATIA、UG 等。主要包括下面的软件包： 1快速试模分析 MPA（Plastics Advisers） 主要为非塑性分析用户提供了快速的便捷注射成型仿真求解，以达到早期零件和模具的设计优化，消除潜在的制造问题。许多 CAD 软件如 UG 等直接封装 Moldflow 的此部分产品。 2高级成型分析 MPI（Plastics Insight） 可进行广泛的成型设计分析和优化，能够仿真塑性流动、成型冷却、零件翘曲、硬度和收缩等，另外，MPI 还可以仿真热固性塑料的注射成型加工。 3品质控制专家 MPX（Plastics Xpert） 它把注射成型仿真用于车间工作台，可以直接与车间注射机的控制器
47、连接，为加工工程师和车间管理者提供了控制成型过程的方法，快速分辩出问题的来源，提供实时的加工优化和反馈。 Moldflow 是一个专门用来在注射充模过程中进行计算机辅助工程分析（CAE）的优秀软件，目前在国内应用较广。 该软件主要功能有：塑料注射过程的流动分析、翘曲分析、冷却分析、收缩量分析、加气注射成形过程优化以及塑料制品在工作载荷作用下的应力和变形分析等等。 最终分析结果以文本输出或以三维图形方式输出可以通过这些输出数据了解充填情况。 （二）HSCAE 由华中科技大学模具技术国家重点实验室自行开发的国内第一套注射模 CAE 系统。该软件具有自主知识产权，目前该系统最新版本为 HSCAE20
48、00。 该软件与美国的 Moldflow 和以前的软件 C-mold 一样采用“2+1”维分析算法，即塑料熔体流动方向的二维有限元计算和厚度方向的一维有限差分计算的耦合。 该软件包由三个相对独立的软件构成：1注射成型流动保压分析系统；2注射成型冷却分析系统；3气体辅助注射成型分析系统。 该软件在 Win95/NT 环境下开发，采用面向对象的程序设计方法开发，全中文的图形界面，具有先进的三维自由曲面造型系统、有限元网格划分自动控制和优化等功能。其统一的中文用户界面很适合中国国情的塑料物性数据库以及具有很高的性价比，非常适合中国用户使用。 主要功能如下： 1可以进行流动分析保压分析冷却分析； 2显
49、示成型中产生的缺陷位置和解决方法； 3指出熔体充模过程中气穴可能产生的位置； 4显示多浇口情况下熔体的熔接纹形状和地点； 5预测保压阶段流道和型腔内熔体沿厚度方向上凝固层的变化以及所需锁模力的大小； 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 11 页 共 26 页 6它不仅能分析单型腔，而且能分析多型腔时熔体的流动与保压过程，因此该软件还可用来进行多型腔模具的流道平衡分析与流道系统设计。 （三）Z-mold Z-mold 注射成型分析软件是郑州大学橡塑模具国家工程研究中心开发的注射成型分析集成软件该软件。具有自主产权，包括 7 个模块，
50、可以进行流动分析、保压分析、冷却分析等。 该系统在 Visual C+开发环境下用 C 语言编程， 可在 586 以上的计算机以及中文 Win95 操作系统环境下运行，软硬件环境要求低，适合中国用户使用。 专用 CAE 软件：Moldflow、Polyflow 等 通用 CAE 软件：Ansys、MSC 等 目前主要流行的注射模分析软件有：1Moldflow 2HSCAE 3Z-mold Moldflow Moldflow 公司是一家卓越的注射成型分析软件公司（澳大利亚、美国） 。Moldflow 是一个专门用来在注射充模过程中进行计算机辅助工程分析 （CAE）的优秀软件，目前在国内应用较广。
51、它支持世界主流的 CAD 软件如 CATIA、UG 等，主要包括下面的软件包： 1快速试模分析 MPA （Plastics Advisers） 2高级成型分析 MPI （Plastics Insight） 3品质控制专家 MPX （Plastics Xpert） 该软件主要功能有：塑料注射过程的流动分析、翘曲分析、冷却分析、收缩量分析、加气注射、成形过程优化以及塑料制品工作载荷作用下的应力和变形分析等等。最终分析结果以文本输出或以三维图形方式输出，可以通过这些输出数据了解充填情况。 HSCAE 由华中科技大学模具技术国家重点实验室自行开发的国内第一套注射模 CAE 系统。该软件具有自主知识产权
52、。功能有： （1）可以进行流动分析、保压分析、冷却分析； （2）显示成型中产生的缺陷位置和解决方法； （3）指出熔体充模过程中气穴可能产生的位置； （4）显示多浇口情况下熔体的熔接纹形状和地点； （5）预测保压阶段流道和型腔内熔体沿厚度方向上凝固层的变化以及所需锁模力的大小； （6）它不仅能分析单型腔，而且能分析多型腔时熔体的流动与保压过程，因此该软件还可用来进行多型腔模具的流道平衡分析与流道系统设计。 该软件包由三个相对独立的软件构成： 1注射成型流动保压分析系统； 2注射成型冷却分析系统； 3气体辅助注射成型分析系统； 该软件在 Win95/NT 环境下开发，采用面向对象的程序设计方法开发
53、，全中文的图形界面，具有先进的三维自由曲面造型系统、有限元网格划分自动控制和优化等功能。 其统一的中文用户界面很适合中国国情的塑料物性数据库以及具有很高的性价比，非常适合中国用户使用。 3Z-mold Z-mold 注射成型分析软件是郑州大学橡塑模具国家工程研究中心开发的注射成型分析集成软件。该软件具有自主产权，包括 7 个模块，可以进行流动分析、保压分析、冷却分析等。该系统在Visual C+开发环境下用 C 语编程，可在 586 以上的计算机以及中文 Win98 操作系统环境下运行，软硬件环境要求低，适合中国用户使用。 19 塑料模 CAE 技术主要研究哪些内容？ 答： 模具 CAD/CA
54、E/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 12 页 共 26 页 塑料模 CAE 技术主要是：利用高分子材料学、流变学、传热学、计算力学和计算机图形学等基本理论，建立塑料成型过程的数学和物理模型，构造有效的数值计算方法，实现成型过程的动态仿真分析。 其目的为使对塑料成型过程的认识从宏观进入微观，从定性进入定量，从静态进入动态，为优化模具设计和控制产品成型过程，以获得理想的最终产品提供科学依据和设计分析手段。 答：主要研究： 按成型工艺过程的特点： （1）流动模拟； （2）保压模拟； （3）冷却模拟； （4）残余应力与翘曲分析等。 从发展趋势来说： （1）
55、数学模型、数值算法逐步完善 （2）用户界面更加友好、使用更为方便 （3）优化理论及算法使 CAE 技术主动地优化设计 （4）CAE 技术的集成化与网络化发展 20 什么叫热流道技术？有何技术特点？ 答：引言注射模热流道是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态。由于在流道附近或中心设有加热棒和加热圈，从注射机喷嘴出口到浇口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料保持熔融，停机后一般不需要打开流道取出凝料，再开机时只需加热流道到所需温度即可。热流道技术的应用和推广是推动热塑性塑料注射成型向节能、低耗、高效方向发展的强劲动力。 热流道系统的基本特点： （1）节约原料、降低制品成本是热流道模
56、具最显著的特点。 （2）提高产品质量。 （3）操作简化，周期缩短。 （4）适用树脂范围广，成型条件设定方便。 （5）多种浇口方式，进料平衡。 答：注射模热流道是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态。在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。 技术特点： 节约原料、降低制品成本是热流道模具最显著的特点。 操作简化、缩短成型周期也是热流道模具的一个重要特点。 好处：1、节约原材料，降低成。2、缩短成型周期，提高机器效率；3、改善制品表面质量和力学性能。4、不必用三板式模具即可以使用点浇口。5、可经济地以侧浇口成型单个制品。6、提高自动化程度。
57、7、可用针阀式浇口控制浇口封冻。8、多模腔模具的注塑件质量一致。9、提高注塑制品表面美观度。 缺点：1、模具结构复杂，造价高，维护费用高。2、开机需要一段时间工艺才会稳定，造成开价废品较多。3、出现熔体泄露、加热元件故障时，对产品质量和生产进度影响较大。 21 什么叫气体辅助注射成型？有何特点？ 答：气体辅助注射成型过程是先往模具型腔中注入经准确计量的塑料熔体，再通过气孔、浇口、流道或直接注入压缩气体，气体在型腔中塑料熔体的包围下沿阻力最小的方向扩散前进，对塑料熔体进行穿透和排空，作为动力推动塑料熔体充满模具型腔，并对塑料进行保压，待塑料冷却后开模顶出，这一过程与传统注射成型相比多了一个气体注
58、射阶段，且由气体而非塑料熔体的注射压力完成保压过程，成型后制品中由气体形成的中空部分称为气道。压缩气体一般选用氮气，其价廉、易得且不与塑料熔体发生反应。 特点：所需注射压力小。制品翘曲变形小。可消除缩痕，提高表面质量。可以用于成型壁厚差异较大的制品。可以在不增加制品重量的情况下，通过气体加强筋增加制品的截面惯性矩，从而增加制品的刚度和强度。对一般制品可通过气体的穿透减轻重量，缩短成型周期。 答：气体辅助注塑成型（Gas-Assisted Injection Molding，简称 GAIM）是二十世纪九十年代开始兴起的一项新兴的塑料加工技术，其原理是利用高压惰性气体在塑件内部产生中空截面，利用气
59、体保压代替塑 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 13 页 共 26 页 料注塑保压，消除制品缩痕，完成注塑成型过程。 气辅注塑成型技术优点： 解决制件表面缩痕问题，能够大大提高制件的表面质量；局部加气道增厚可增加制件的强度和尺寸稳定性，并降低制品内应力，减少翘曲变形；节约原材料，最大可达 40%50%；简化制品和模具设计，降低模具加工难度；降低模腔压力，减小锁模力，延长模具寿命；冷却加快，生产周期缩短。气体辅助注塑成型技术与普通注塑成型工艺相比， 有着无可比拟的优势， 被誉为注塑成型工艺的一次革命，在家电、汽车、家具、日常用品等
60、几乎所有塑料制件领域得到广泛应用。 气辅注塑成型技术缺点： 和传统的注塑成型相比，气辅注塑成型的工艺参数倍增，制品对工艺参数的敏感性提高。因此，成型过程中，各项工艺参数的精确控制稍有误差，制件的质量和生产过程的稳定性就会受影响。气辅注塑零件气道结构设计和模具设计不尽合理，或气辅设备的操作不当，都会造成气路不畅、气针堵塞等问题，严重者导致生产不稳定或生产率下降。气辅注塑成型需要专用的气辅设备和模具，使用净化的氮气。有时，还必须改装注塑机喷嘴或模内安放压力和温度传感器，以便提高控制精度。因此，前期投入成本较高。对操作人员和工艺师的素质要求较高。传统的注塑成型的经验不能解决气辅制品的工艺缺陷，工艺师
61、必需利用 CAE 软件，在设计前进行模拟分析，以便确定合理的设计方案和各项工艺参数，使得一次开模成功，或减少反复试模、修模带来的费用。 22 什么叫水辅助注射成型？有何特点？ 答：水辅助注射成型过程是利用增压器或空气压缩机产生高压水，经过活塞式的喷嘴将高压水注射到已经部分预充填熔体的型腔内，利用水的压力将熔体往前推而充满型腔：以水不会蒸发的这种方式进行注射，水的前沿像一个位移柱塞那样作用在制品的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，它像一个高粘度的型芯，进一步推动聚合物熔体前进：待熔体冷却完成后，利用压缩空气将水从制品中压出，然后将制品顶出，形成中空的成型制品。利用在高速
62、的熔体流动过程水不会蒸发的这种特性，配合完善的工艺控制手段将水的优点完全展现出来，并且确保水的循环利用。 水辅助注射成型的特点： 水辅助注射成型带来的一大优点就是直接冷却制品的内部。而气体辅助注射成型伴随着较大的残留壁厚和熔体发泡的危险，为了避免发泡，气体的保压时间或者气体的压力释放时间被迫延长，这也增加了冷却时间。而水的导热性是气体的 40 倍，比热容是气体的 4 倍。 （2）水和气体的最大不同在于气体是可以压缩的，而水却不可以，这样水辅助注射成型就可以承受较高的注射压力。 （3）水辅助注射成型技术不但能生产出均匀的薄壁制品，从而节省了材料，拓展了注射成型的应用范围，而且水辅助注射成型能够在
63、零件的内部产生平滑的内表面，这是气体注射成型技术很难达到的。 （4）由于水辅助注射成型利用水当介质，取得较容易也较氮气便宜，且可循环使用，因此可以降低生产成本。 所以水辅助注射成型可以在更短的成型周期下，减少制品壁厚及减少残留的壁厚，对于大件且较薄的制品可使用较均匀而且较低的压力即可成型。 适于成型诸如管状的零件、 汽车油管和其他流体系统、把手、行李架、汽车上的仪表盘、缓冲器、门把手、离合器以及驾驶杆支持架，其他的产品包括婴儿的学步器、厨房器具的把手、办公家具、户外活动设备、托架等器具。 答：与气辅注射成型相类似，水辅注射成型技术也是用于中空制件的注射成型。其基本成型过程是：首先把聚合物熔体注
64、入模具型腔，然后将流体（水）导入熔体中，流体（水）沿着阻力最小的方向流向制件的低压和高压区域。当流体（水）在制件中流动时，它通过置换物料而掏空厚壁截面，形成中空制件，而被置换出来的物料填充制件的其余部分，当填充过程完成之后，由流体（水）继续提供保压压力，解决制件冷却过程中的体积收缩问题。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 14 页 共 26 页 与气辅注射成型相比，水辅注射成型主要具有下列几个特点： （1）利用水辅注射成型塑料制件时，与气辅注射成型最大的差别在于气体是可压缩的，而水不可压缩。当水被注入熔体之后， 在水的流动前沿形
65、成一层均匀的高粘性隔膜， 由于其具有高粘性和不可压缩性，使得这层高粘性隔膜就像活塞一样可以推动聚合物熔体向前流动。因此采用水辅注射成型技术能够生产厚的壁厚均匀的制件以及薄壁、带加强筋等类型的制品。 （2）气体在聚合物熔体内流动时容易分叉，会产生一些不可预料的结果，如指状效应等，这使得气辅注射成型过程往往很难控制，制件质量不稳定，壁厚均匀性差。而水辅注射成型则可克服这一缺点，得到壁厚均匀、尺寸稳定性好的制件，而且具有可重复性，从而简化制品的设计。 （3）与气辅注射成型相比，水辅注射成型的另一个优点是水很难渗入或溶解于聚合物熔体中而气体则很容易。由于气体的渗入或溶解使得用气辅注射成型的制件内表面比
66、较粗糙，如果注射压力过大或注射时间过长，往往会使得制件内表面布满气泡，像“发泡”成型那样；而用水辅注射成型则不然，可以制得内表面光滑的制件。因此水辅注射成型往往用来生产大、长型中空制件。 （4）由于水对制件内表面的直接冷却作用，加之水的热导率是气体的 40 倍，比热容为气体的 4 倍，通常情况下水辅注射成型技术成型的制件仅仅是气辅注射成型周期的 1/31/2， 也有说仅仅是气辅注射成型周期的 1/4。例如，生产一个直径为 76。2mm 的车门把手，用气辅注射成型法需要 50s，而用水辅注射成型只需要 28s。 （5）在水辅注射成型过程中，对模具并不需要用太大的夹紧力，利用该技术即使在低压成型设
67、备上也可用来生产大型制件。与成型实体零件相比，水辅注射成型可以消除制品熔接痕，降低生产周期。 （6）水辅注射成型是以水为介质，来源较气辅注射成型的氮气易得，而且可循环利用，从而大大降低生产成本。 水辅注射成型优点：可以生产壁厚均匀的中空制件，且尺寸稳定性好冷却速度快，成型周期短，生产效率高由于水不溶于聚合物熔体， 可以得到内表面光滑的制件流动行为容易控制， 制件壁厚均匀，且具有可重复性成型压力要求低，水可循环利用，生产成本低 水辅注射成型缺点：不适于多型腔注射成型，一般情况下型腔数目不应超过 46 个；不适于高温注射成型，需要采用加压水，另外可能产生气泡等；模具密封性要好；注射水道要比气辅注射
68、成型所开的气道大；模具材料的耐腐蚀性能要好。 23 塑料注塑模具 CAE 技术发展概况。 答：CAE（Computer Aided Engineering）技术即计算机辅助工程技术。它是一个集多种科学与工程技术于一体的综合性知识密集型的技术。 CAE 技术始于 1943 年，随着有限元理论的逐步成熟及计算机硬件的迅速发展，CAE 技术经历了三个阶段 1、60 年代探索发展阶段 有限元理论尚处于发展阶段， CAE 技术主要解决航空航天技术中的结构强度刚度及模态实验和分析问题，同时针对当时计算机内存小硬盘空间小计算速度慢的特点进行计算方法的改进。在这种技术及商业需求的推动下成立在这种技术及商业需求
69、的推动下成立了世界三大主要 CAE 公司： MSC 公司（开发 MSC/Nastran 软件） ANSYS 公司（开发 ANSYS 软件） SDRC 公司（开发 Supertab 软件后并入 IDEAS） 2、7080 年代蓬勃发展阶段 7080 年代 CAE 软件的开发重点在计算的精度速度以及内存的利用和软硬件的匹配等，是 CAE 技术蓬勃发展的阶段。有限元分析技术在结构分析和场分析领域获得了很大的成功。力学模型拓展到温度场、电磁场、声波等各类物理场并考虑了材料非线性、几何非线性、接触行为引起的边界条件的非线性等逐步实现多物理场的耦合分析 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任
70、课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 15 页 共 26 页 这个阶段出现了许多著名的软件： NASTRAN I-DEAS ADINA SAP 系列 DYN-3D ABAQUS ASKA MARC 等 使用者多数为专家且集中在航空航天军事等几个领域，使用者在应用软件的同时还进行二次开发。 3、90 年代成熟壮大阶段 进入 90 年代 CAE 技术与 CAD/CAM、CAPP 等技术相辅相成共同发展良好的接口及前后置处理功能为 CAE 技术的推广应用打下了坚实的基础。 CAE/CAD 软件开发者为避免重复劳动提高效率实现了 CAD/CAE 之间几何模型的共享使 CAE 技术涉及的领域越
71、来越宽学科包括力学电磁学化学等等使用者从分析专家转向了设计工程师。 随着 CAE 技术各功能的完善改造和扩充，目前国际上先进的 CAE 软件可对工程和产品进行性能分析预测及运行行为模拟。 答：CAEComputer Aided Engineering 技术即计算机辅助工程技术 它是一个集多种科学与工程技术于一体的综合性知识密集型的技术。 它是包含数值计算技术数据库计算机图形学工程分析与仿真等在内的一个综合性软件系统其核心技术是工程问题的模型化和数值计算方法。 CAE 技术始于 1943 年随着有限元理论的逐步成熟及计算机硬件的迅速发展 CAE 技术经历了三个阶段。 60年代探索发展阶段 60
72、年代有限元理论尚处于发展阶段，CAE 技术主要解决航空航天技术中的结构强度刚度及模态实验和分析问题。 同时针对当时计算机内存小硬盘空间小，计算速度慢的特点进行计算方法的改进。 在这种技术及商业需求的推动下成立了世界三大主要 CAE 公司： MSC 公司（开发 MSC/Nastran 软件） ANSYS 公司（开发 ANSYS 软件） SDRC 公司（开发 Supertab 软件后并入 IDEAS） 在发展方向上 MSC 和 ANSYS 比较专注于非线性分析 SDRC 更偏向于线性分析。 7080 年代蓬勃发展阶段 7080 年代 CAE 软件的开发重点在计算的精度速度以及内存的利用和软硬件的匹
73、配等， 是 CAE 技术蓬勃发展的阶段。 有限元分析技术在结构分析和场分析领域获得了很大的成功力学模型拓展到温度场电磁场声波等各类物理场并考虑了材料非线性几何非线性接触行为引起的边界条件的非线性等逐步实现多物理场的耦合分析。 这个阶段出现了许多著名的软件 NASTRAN I-DEAS ADINA SAP 系列 DYN-3D ABAQUS ASKA MARC 等 使用者多数为专家且集中在航空航天军事等几个领域，使用者在应用软件的同时还进行二次开发。 90年代成熟壮大阶段 进入 90 年代 CAE 技术与 CAD/CAM/CAPP 等技术相辅相成共同发展良好的接口及前后置处理功能为CAE 技术的推
74、广应用打下了坚实的基础。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 16 页 共 26 页 CAE/CAD 软件开发者为避免重复劳动提高效率实现了 CAD/CAE 之间几何模型的共享使 CAE 技术涉及的领域越来越宽学科包括力学电磁学化学等等使用者从分析专家转向了设计工程师随着 CAE 技术各功能的完善改造和扩充目前国际上先进的 CAE 软件可对工程和产品进行如下的性能分析预测及运行行为模拟。 （1）静力和拟静力的线性与非线性分析包括对各种单一和复杂组合结构的弹性弹塑性塑性蠕变膨胀几何大变形大应变疲劳断裂损伤以及多体弹塑性接触在内的变形
75、与应力应变分析。 （2）线性与非线性动力分析包括交变载荷爆炸冲击载荷随机地震载荷以及各种运动载荷下的动力过程分析振动模态分析谐波响应分析随机振动分析屈曲与稳定性分析等。 （3）稳态与瞬态热分析包括传导对流和辐射状态下的热分析相变分析以及热/结构耦合分析。 （4）静态和交变态的电磁场和电流分析包括电磁场分析电流分析压电行为分析以及电磁/结构耦合分析。 （5）流体计算包括常规的管内和外场层流湍流热/流耦合以及流/固耦合分析。 （6）声场与波的传播计算包括静态和动态声场及噪声计算固体流体和空气中波的传播分析等。 总之， 现行的 CAE 技术已经比较成熟 CAE 软件的可用性可靠性和计算效率问题已基本
76、得到解决 CAE是CAD技术的深化与发展CAD/CAM等技术实现了数字化CAE技术则是信息化的核心是现代工程和制造业创新的关键手段 CAE 技术在实现创新的同时提高设计质量降低研究开发成本缩短研究开发周期。 如今的 CAE 软件已处于商品化时代与 CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP 等软件一起逐步形成一个包括研究开发营销培训服务等在内的应用软件产业 CAE 软件是信息产业的一个重要组成部分对工程和制造业的技术创新有重大影响对国民经济的发展有积极的作用。 24 CAE 数学模型的建立方法有哪些？ 答：数值计算方法；有限元法；有限差分法；边界元法；控制体积法。 答： （一）描述流体运动的基本
77、定律； （二）数学表达式； （三）初始条件与边界条件。 25 CAE 数值求解方法有哪些？ 答：数值计算方法、有限元法、有限差分法、边界元法、控制体积法。 26 快速成形的基本原理是什么?它与传统加工方法有何根本区别?它有哪些突出的优势? 答：快速成型原理： 依据计算机上构成的产品三维设计模型，先将 CAD 系统内的三维模型沿高度方向切分成一系列平面几何信息， 即对其进行分层切片， 得到各层截面的轮廓， 按照这些轮廓激光束选择性地切割一层层的纸 （或固化一层层的液态树脂，烧结一层层的粉末材料）或喷射头选择性地喷射一层层的粘接剂或热熔材料等形成各个截面轮廓并逐层叠加成三维产品。 传统加工采用的是
78、“去除”加工法（即部分去除大于工件毛坯上的材料，而得到工件） ，而快速成型采用全新的增长加工法（即用一层层的截面材料叠加成大工件） ，将复杂的三维加工分解成二维加工的组合。 快速成型的优点： （1）可以自动直接快速准确地将设计构思转换成具有一定功能的模型或直接制造产品，从而对产品可以进行快速直接的评估、修改和功能检验，大大缩短了产品的研制周期。 （2）用于企业的新产品研发过程中， 可以大大缩短研制周期， 确保上市时间， 从而提高了企业对市场的快速反应能力 （3）可以降低开模风险和新产品的研发成本。 答： 快速成形的基本原理是依据计算机上构成的产品三维设计模型，可先将 CAD 系统内的三维模型沿
79、高度方向切分成一系列平面几何信息，即对其进行分层切片，得到各截面的二维轮廓，按照这些轮廓，激光束选择性切割一层层的纸（或固化一层一层的液态树脂，烧结一层层的粉末材料） ，或喷射头选择性地喷 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 17 页 共 26 页 射一层层的粘接剂或热熔材料等，形成各个截面轮廓，并逐层叠加成三维产品。 快速成型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法（即：部分去除大于工件的毛坯上的材料，而得到工件） ，采用全新的“增长”加工法（即：用一层一层的截面材料逐步叠加成大工件）将复杂的三维加工分解成简单的二维加工组合。 因此，
80、它不必采用传统的加工机床和模具，只需传统加工方法 2035的成本，就能直接制造产品样品或模具。 快速成形技术的优点： （1）通过快速成型技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变成为具有一定功能的模型或直接制造产品，从而可以对产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期。 （2）将快速成型技术用于企业的新产品研发过程，可以大大缩短新产品的研制周期，确保新产品的上市时间，提高企业对市场的快速反应能力。 （3）可以降低开模风险和新产品研发成本；及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改，避免更改后续工序所造成的大量损失，提高新产品投产的一次成功率。 27 快速成形的全过程包
81、含哪几个步骤? 答：包括前处理（三维模型的构造、三维模型的近似处理、三维模型的切片处理） ，分层叠加成型（截面轮廓的制造和截面轮廓的叠合） ，后处理（表面处理等） 。 28 叙述液态光敏聚合物选择性固化成形法（SLA）的原理，试分析这种成形方法的优缺点。 答：光固化成型法（SLA）也常被称为立体光刻或立体印刷成型，是最早发展起来的快速成型技术。它以光敏树脂为原料， 通过计算机控制紫外激光， 按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，
82、如此重复， 直至得到三维实体模型。光固化成型的优点是： （1）成型速度快，自动化程度高。 （2）尺寸精度高。 （3）表面质量好，可以达到磨削加工的表面效果。其主要缺点是： （1）需要支撑结构。 （2）成型过程发生物理和化学变化，容易翘曲变形。 （3）原材料有污染。 （4）需要固化处理，且不便进行机加工。 （5）成型件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力较差。 29 叙述丝状材料选择性熔覆成形法（FDM）的原理，试分析这种成形方法的优缺点。 答：熔融沉积法（FDM）又被称为熔丝沉积法或丝状材料选择性熔覆。它是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台
83、上，快速冷却后形成一层截面。然后重复以上过程，继续熔喷沉积，直至形成整个实体造型。 熔融沉积法的主要优点是： （1）成型材料种类多，成型件强度高。 （2）精度高，表面质量好，易于装配。 （3）无公害，可在办公室环境下进行。 其主要缺点是： （1）成型时间较长。 （2）需要支撑。 （3）沿成型轴垂直方向的强度比较弱。 30 快速成形在设计方面的主要应用是什么?试举例加以说明。 答：快速成形在设计方面的主要应用是用于新产品的快速开发。例如，研究二维设计转化为三维实体的可行性、产品形态和其内部结构的协调性和产品造型与人机的适应性和操作性，作为产品的投标模型和市场模型进行展示与宣传等。快速成形技术不受
84、复杂形状的限制，可以在几小时或几天内将设计人员的图纸或 CAD 模型转变成看得见、摸得着的实体模型，这样就可以根据原型进行设计评定和功能验证，以达到缩短设计反馈周期、提高产品开发成功率、降低开发成本的目的。这对形状复杂而贵重零件（如模具、大型设备的关键零件）有特别重大意义，因为通过原型检验可将各种风险（如设计的不合理性、可加工性、可装配性等等）减到最低限度。并可加深对产品的理解，合理确定生产方式、工艺流程及费用。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 18 页 共 26 页 31 快速成形在模具制造方面有哪些主要的应用?试举例加以说
85、明。 答：快速成型技术在模具制造方面的主要应用在于： 通过各种制造法的运用，为母模的制造特别是复杂和精度要求高的模具制作提供了一条快速、经济、可行的技术途径。结合传统的非机械加工型腔复制技术，取长补短，是产品的更新换代和新产品的开发以及中、小批量生产的有效手段。 对计算机编程质量的检验，对于重要复杂的模具零件，在编程后、数控加工前，用 RP 技术做一原型，再对原型进行尺寸检验，可以避免程序出错。 举例说明如下： 直接制造法：如 SLS 法，直接用树脂、粉末塑料（如 ABS）等制成凸凹模，可以做成薄板的简易冲模、汽车覆盖件成型模等，用硅橡胶、金属粉、环氧树脂粉，低熔点合金等方法将 RP 原型准确
86、复制成模具，这些简易模具的寿命是 50100 件，用于产品试制阶段。 如用 FDM 法直接制成金属模。将不锈钢粉末用 FDM 法制成的金属型后，经过烧结、渗铜等工艺制成了具有复杂冷却液道的注塑模。 陶瓷型精密铸造法。在单件生产或者小批量生产钢模时，可采用此法。 工艺：RP 原型作母模-浸挂陶瓷砂浆-在烤炉中固化模壳-烧去母模（SL 法和 LOM 法的材料在 1000度以下可烧毁）-预热模壳-烧铸钢型腔-抛光-加入浇注、冷却系统-注塑模。 模型铸造法 用 RP 原型来制作砂型，再铸钢得到模具的工作部分，此法可以制造各种模具，且模具寿命不会有大的降低，适合制造大的坚固的实心模型。 石蜡精密铸造法-
87、用 RP 原型制蜡模，再用蜡模制钢模；适合用于批量生产金属模具。 金属喷涂法 将雾状金属喷涂到 RP 原型上，产生约 2 厚的金属硬壳，支撑后，将壳与原型分离，得到精密的模具。ABS 材料模型的准确和稳定，可以用来制造塑料喷金属模具。 利用 RP 原型制作电火花加工用的电极 分别有石墨电极成形法和电铸铜电极法。其优点在于随模具型腔复杂程度的提高，批量的增大，其优越性就越大。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 第 1 章 绪论（19 题） 32 什么叫 CAD 技术？由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答： CAD 技术是由计算机帮助工程设计人员进行设计，可以服务于机械、电子、
88、宇航、建筑、纺织、化工等产品的总体设计、造型设计、结构设计等环节。 一个完整的 CAD 系统由科学计算、图形系统和工程数据三部分组成。 科学计算包括结构参数设计计算、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等；图形系统则包括几何造型、自动绘画、动态仿真等；工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存储和管理。 33 三维造型方法有哪些？各有何特点？ 答：方法有三种： 线框造型。其特点是用几何体的棱线表示几何体的外形，模型中没有表面、体积等信息。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 19 页 共 26 页 表
89、面造型。其特点是利用几何形状的外表面构造模型，是几何形状有了一定的轮廓，但缺乏几何形状体积的概念。 实体造型。其特点是在封闭的几何表面构成一定的体积，形成了几何形状的体的概念。 特征造型。 （刘老师注：补充特点） 34 CAD 技术的发展方向有哪些？ 答： （1） CAD 技术标准化； （2） CAD 技术智能化； （3） CAD 技术集成化； （4） CAD 技术网络化。 （刘老师注：答案太简单，要补充） 35 模具 CAD 的主要作用是什么？ 答：根据产品模型进行模具设计；采用标准件库实现数据共享，使模具设计快速、准确、高效。 （刘老师注：答案太简单，要补充） 36 什么叫 CAE 技术？
90、其作用是什么？ 答： （1）CAE 技术是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度，刚度，屈曲稳定性，动力响应，热传导，三维多体接触，弹塑性等力学性能的分析计算以及结果性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。 （2）其作用是： 对工件的可加工性能作出早期的判断， 预先发现成型中可能产生的质量缺陷， 并模拟各种工艺方案，以减少模具调试次数和时间，缩短模具开发时间。 对模具进行强度刚度校核，择优选取模具材料，预测模具的破坏方式和模具的寿命，提高模具的可靠性，降低模具成本。 通过仿真进行优化设计，以获得最佳的工艺方案和工艺差数，增强工艺的稳定性，降低材料消耗，提高生产效率和产品质量。 查找工件质量
91、缺陷或问题产生的原因，以寻找合理的解决方案。 37 什么叫 CAE 的前、后置处理？ 答：采用 CAD 技术来建立 CAE 的几何模型和物理模型，完成数据的输入，称为 CAE 的前置处理。CAE 的结果用 CAD 技术生成形象的图形输出，称为 CAE 的后置处理。 （刘老师注：答案太简单，要补充） 38 模具 CAE 的定义及主要内容是什么？ 答：模具 CAE 就是 CAE 技术在模具设计过程中的应用。 以注塑模具 CAE 为例，其主要内容为利用 MoldFlow 等模具 CAE 软件通过对塑料产品的成型过程进行分析来检查注塑模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。 （刘老师注：
92、答案太简单，要补充） 39 模具 CAE 的作用是什么？ 答： （1）对工件的可加工性能做出早期的判断，预先发现成型中可能产生的质量却陷，并模拟各种工艺方案，以减少模具调试次数和时间，缩短模具开发时间； （2）对模具进行强度刚度的校核，择优选取模具材料，预测模具的破坏方式和模具的寿命，提高模具的可靠性，降低模具的成本； 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 20 页 共 26 页 （3）通过仿真进行优化设计，以获得最佳的工艺方案和工艺参数，增强工艺的稳定性、降低材料消耗、提高生产效率和产品的质量； （4）查找工件质量缺陷或问题的产生
93、的原因，以寻求合理的解决方案。 40 什么叫 CAM 技术？ 答：CAM 技术是用计算机辅助完成产品制造过程的统称，有狭义 CAM 和广义 CAM。 狭义 CAM 主要指产品的数控加工，它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是加工时刀具的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。 广义 CAM 主要指利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等，还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存储、输送）的监视、控制和管理。 41 CAM 技术主要包括哪些内容？ 答： CAM 技术主要包括： （1） 刀具种类、 特性和材料库的建立； （2） 切削加工工艺参数的确定； （3
94、）粗精加工刀具轨迹的优化规划和 NC 指令的产生； （4）过切检查与加工表面的精度控制； （5）加工过程的切削仿真等。 42 什么叫模具 CAM 技术？ 答： CAM 技术是用计算机辅助技术完成产品制造过程的统称， 有狭义 CAM 和广义 CAM。 狭义 CAM主要是指产品的数控加工，它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是加工时刀具的运动轨迹和数控程序。广义 CAM 主要指利用计算机进行零件的工艺规划，数控程序编制、加工过程仿真等，还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装备、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。 （刘老师注：本题上述回答不对，正确答案请各位参见课本 p4 中
95、间内容） 43 什么叫 CAD/CAE/CAM 集成技术？ 答：CAD/CAE/CAM 集成技术是一种包括了二维绘图、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NCP）及仿真模拟等功能的技术。 （刘老师注：答案太简单，要补充） 44 国内外模具 CAD/CAE/CAM 系统的主要研究内容有哪些？ 答：1）设计制造一体化系统集成框架的开发研究；2）新一代三维几何设计系统的开发研究；3）35轴的数控编程系统的开发研究；4）开发针对制造工艺的计算机辅助模拟系统；5）产品有限元分析前后置处理技术的研究；6）数据库技术与数据交换技术和接口的开发研究；7）模具装配加工及有限元分析工程
96、模拟。 45 模具 CAD/CAE/CAM 技术的作用是什么？ 答：模具 CAD/CAE/CAM 技术的作用是： （1）可以提高模具设计和制造水平，从而提高模具质量； （2）可以节省时间，提高效率； （3）可以较大幅度降低成本； （4）可以大大提高模具的可靠性和模具设计制造的一次性成功率。 （刘老师注：详见课本 p5 中间内容） 模具 CAD/CAE/CAM 技术的作用包括两大块： 一在金属成型模具中的应用 1、利用几何造型技术完成复杂模具的几何设计。2、完成工艺分析计算，辅助成型工艺的是设计。3、建立标准模具零件和结构的图形库，提高模具结构和模具零件的设计效率。4、辅助完成绘图工作，输出模具
97、零件图和装配图。5、利用计算机完成有限元分析和优化设计等数值计算工作。6、辅助完成模具加工工艺设计和 NC 编程。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 21 页 共 26 页 二在注塑模具中的应用。 1、塑料制品的几何造型。2、模腔表面形状的生成。3、模具结构方案设计。4、标准模架的选择。5、部装图和总装图的生成。6、模具零件图的生成。7、注射工艺条件及注射模材料的优选。8、注射流动及保压过程模拟。9、冷却过程分析。10、力学分析。11、数控加工。 46 谈谈模具 CAD/CAE/CAM 技术在注塑模具中的应用。 答： 一、应用
98、CAE 对模具进行有限元结构力学分析、流动分析模拟和冷却分析模拟； 二、完成注射模 CAD 设计，包括塑件建模、模具总体方案和零部件设计、模具模拟装配、零件图和装配图绘制。 （刘老师注：答案太简单，要补充） 47 注塑模具 CAD/CAE/CAM 的主要工作内容有哪些？ 答： （1）塑料制品的几何造型； （2）模腔表面形状的生成； （3）模具结构方案设计； （4）标准模架的选择； （5） 部装图和总装图的生成； （6） 模具零件图的生成； （7） 注射工艺条件及注射模材料的优选；（8）注射流动及保压过程模拟； （9）冷却过程分析； （10）力学分析； （11）数控加工。 48 CAD/CAE/
99、CAM 技术在模具工业中的应用效果是什么？ 答： （1）缩短模具生产周期； （2）提高模具设计水平； （3）提高模具制造质量； （4）提高标准化程度； （5）提高人的创造性。 49 模具 CAD/CAE/CAM 系统由哪些部分组成？详述之。 答：模具 CAD/CAE/CAM 系统由硬件系统和软件系统两部分组成。 硬件系统包括计算机，磁盘、磁带、光盘等外部存储器，键盘、鼠标（图形板） 、激光扫描机等输入设备和图形显示器、绘图设备等输出设备。 软件系统由系统软件、支撑软件和应用软件组成。 系统软件包括负责全面管理计算机资源的操作系统和用户接口管理软件； 各种高级语言的编译系统；汇编系统；监督系统；
100、诊断系统；各种专用工具软件等。 支撑软件包括图形处理软件、几何造型软件、有限元分析软件、优化设计软件、动态模拟仿真软件、数控加工编程软件、检测与质量控制软件、数据库管理软件等。 应用软件直接面向用户，一般由工厂、企业或研究单位根据实际生产条件进行二次开发。 50 模具 CAD/CAE/CAM 常用软件有哪些？请举例加以说明。 答： 1小型 CAD/CAM 软件： （1）SolidWorks； （2）SurfCAM； （3）Mastercam。 2 大型 CAD/CAE/CAM 集成软件： （1） Pro/Engineer； （2） I-DEAS； （3） CATIA； （4） UniGrapg
101、ics-II。 3有限元分析专用软件： （1）ANSYS； （2）DYNAFORM； （3）DEFORM； （4）MoldFlow。 第 3 章 注塑模具 CAD 技术（5 题） 51 注塑模具设计传统的步骤包括哪些？ 答： （1）塑件分析； （2）注塑机选用； （3）模具设计的有关计算； （4）模具结构设计； （5）模具总体尺寸的确定，选购模架； （6）注塑机参数的校核； （7）模具结构装配图和零件工作图的绘制； （8）全面审核，投产制造。 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 22 页 共 26 页 52 注塑模具 CAD 系统
102、的主要组成是什么？分别有哪些功能？ 答：注塑模具 CAD 系统主要由硬件和软件两部份组成。一般具有以下三种功能： （1）塑件建模与工艺分析：对已有塑件或需要设计的塑件建立模型和分析工艺性； （2）模具结构设计：依据塑件模型进行模具总体结构设计； （3）塑件成型过程模拟：应用 CAE 分析软件进行流动分析，指导设计。 53 浇注系统 CAD 的主要任务是什么？ 答： （1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置； （2）尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间； （3）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，即喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩； （4）避免高压融体对型
103、芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移； （5）浇注系统凝料脱出方便可靠，易于塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤； （6）熔和缝位置须合理安排，必要时配置冷料井获溢料槽； （7）尽量减少浇注系统的用料量； （刘老师注：本题上述回答不对，正确答案请各位参见课本 p36 中间内容） 54 注塑模具 CAD 流程是什么？详细叙述其流程及各步的内容。 答： 一、流程： 1、塑料制品建模； 2、模具结构设计和工艺分析。 二、流程及各步的内容： 1、注塑模 CAD/CAE 工作的第一步是建立塑料制品的几何模型。CAD/CAE 系统可以在计算机中建立制品的三维几何模型。 2、在计算机中建立起制品的三维模型后，可
104、以采用工艺性分析软件对该模型进行注射成型工艺性考核。 3 当制品的注射成型工艺性通过检验后，下一步工作就是确定该制品的浇口型式、数量和位置。 4、模具尺寸首先取决于在一副模具内安排多少型腔。基于型腔数目、排列方式和浇注系统布置，注塑模 CAD 软件能用来选择最合适的标准模架。 5、标准模架选出来后，接着式如何将制品转换为型腔几何模型和型芯几何模型，并把它们与模架几何模型合并以构成模具的装配图，制品与型腔、型芯、型芯形状之间的转换是借助于塑料材料收缩率补偿计算完成的。 6、将型腔和型芯的几何形状并入到模架相对应的模板中后，便可利用模具 CAD 系统提供的图形编辑功能划分出型腔组合模块（又称定模部
105、分）和信息组合模块（又称动模部分） 。 7、划分模块的工作结束后，可进行浇注系统的结构设计。 8、整个模具结构设计完成后，设计人员还可以采用模具开合过程的运动模拟，检查模具零件之间是否产生干涉，并在屏幕上显示产生干涉的部位。 55 MoldWizard 软件的主要功能有哪些？其进行注塑模具设计的流程如何？ 答： （1）MoldWizard 软件的主要功能包括完成型腔、型芯的建立，模架的选用，浇口、流道、冷却系统、电极、滑块、顶出装置和嵌件的设计。 （2）注塑模具设计的流程： 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 创建合适的实体模型 观察评估： 出模斜度 分型情况 是否接设计计划：
106、分型面 模腔布局 镶件 顶出 浇口 冷却 电极 初始化： 项目名称 路径 单位确定： 拔模方向 收缩率 成型镶件 MoldWizard 设计顾问是否接修补开放面 定义分型面 模架和标准件 加入： 顶出装置 滑块、顶块 镶件设计最后阶段： 浇口 流道 冷却道 电极 建腔 BOM 装配图 否 否是是 第5章 注塑模具 CAE 技术（13 题） 56 模具 CAE 技术的基本方法是什么？ 答：将模具设计或者成型加工作为第一步，然后用户利用预先确定的方法对这一特定的设计进行模拟或描述，接着计算机运算，对输入条件和用户的模型进行评估。 （刘老师注：答案太简单，要补充） 57 注塑模具 CAE 技术的主要
107、内容有哪些？ 答：1、浇注系统的平衡，浇口的数量、位置和大小；2、熔接痕的位置预测；3、型腔内部的温度变化；4、注塑过程中的注射压力和熔接料体在填充过程中的压力损失；5、熔融料体的温度变化；6、剪切应力、剪切速率。 58 注塑模具 CAE 技术的原则有哪些？ 答：注塑模 CAE 技术的原则： （1）各流道的压差要比较小，压力损失要基本一致； （2）整个浇注系统要基本平衡，即保证熔融料体要同时到达，同时填充型腔； （3）型腔要基本填充完毕； （4）填充时间要尽可能短，总体注射压力要小，压力损失也要小； （5）填充结束时熔融料体的温度梯度不大； （6）熔接痕和气穴位置合理，不影响产品质量 。 59
108、 产生短射的主要原因及解决方案有哪些？ 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 23 页 共 26 页 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 24 页 共 26 页 答： 1、注塑设备选择不合理，解决方案：在选择注塑机时，注塑总量应保证在最大注塑量的 85%以下。 2、聚合物流动性能较差，解决方案：增加适量助剂，合理设置浇道位置，改进浇注系统。 3、浇注系统实际不合理，解决方案：平衡布置浇口、流道。 4、料温、模温太低，解决方案：适当提高料筒前部区段的温度，或加快注塑速度，将模具加热到满足工艺要求的温度。 5、注塑喷嘴温度
109、低，解决方案：在流道上开冷料穴，在开模时保证喷嘴与模具分开。 6、注塑压力、保压不足，解决方案：减慢射料杆前进速度，适当延长注射时间，适当提高料温。 7、 制品结构设计不合理， 解决方案： 设计塑件时注意塑件的厚度与熔体充模时的极限流动长度有关。 8、排气不良，解决方案：对于型腔模具，应在欠注的部位设置排气孔或槽；对于易挥发的或是含水量较大的聚合物，应该在注射前面清除易挥发成分或进行干燥处理。 60 CAE 分析的前处理包括哪些内容？ 答：CAE 的分析前处理包括的内容有： （1）有限元分析前处理：A：结构的离散化；B：位移模式的选择；C：单元的力学特性分析；D：等效节点的计算；E：建立整体结
110、构的平衡方程；F：求解未知的节点位移和单元应力； （2）剖分有限元网格； （3）网格的自动生成； 61 模具 CAE 的定义是什么？ 答：模具 CAE 的基本方法，就是将一项模具设计或者成型加工作为第一步，然后用户利用预先确定的方法对这一特定的设计进行模拟或者描述，接着计算机运算，对输入条件和用户的模型进行评估。计算机输出计算结果，用户对结果做出评价，确定修正措施，是结果更满意。 （刘老师注：本题上述回答不对，正确答案请各位参见课本 p150 上面内容） 62 注塑模拟的主要研究内容包括哪些？其主要任务是什么？ 答： （1）注塑模拟的主要研究内容包括：浇注系统的平衡，浇口的数量、位置和大小；熔
111、接痕的位置预测；型腔内部的温度变化；注塑过程中的注射压力和熔融料体在填充过程中的压力损失；熔融料体的温度变化；剪切应力、剪切速率。 （2）其主要任务是通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一次试模成功率， 降低企业生产成本。 （刘老师注： 答案不完整， 要补充， 详见课本 p150 起至 155） 63 保压分析的意义与作用是什么？ 答：在熔体充满之后，流动前缘冲击的末端，强制补充的物料进入以减少冷却而产生的收缩。当模腔被充满时，压力迅速上升，并在短期内达到峰值压力，这一过程是靠保压实现的。 保压阶段处于充模阶段和冷却阶段之间。在这个阶段因熔体冷却收缩，流
112、道中熔体在外部压力下仍可缓慢注入模腔。保压可以提高制品密度，保压不足将导致制品表面出现疵瘢；保压过度又会使残余应力增加和出模困难。 64 注塑模具的冷却分析包括哪些主要内容？ 答： （1）一维（稳定热传导）冷却系统的分析； （2）二维非稳定冷却的有限元法分析； （3）二维非稳态冷却系统边界元法分析； （4）三维非稳态冷却分析。 （刘老师注：答案不完整，要补充，详见课本p156） 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 25 页 共 26 页 65 翘曲变形分析的目的与任务是什么？ 答：翘曲变形分析的任务是分析产生翘曲变形的主要原因及找
113、出相应的改进措施。 翘曲变形分析的目的是改善翘曲变形，如冷却不均匀的改善、收缩不均匀的改善、分子取向不均匀的改善，从而有效的提高产品的质量和生产效率。 66 Moldflow 软件的主要功能有哪些？请详述之。 答：Moldflow 软件包括两部分： 产品优化顾问（MPA） ：运用 MPA 软件模拟分析产品，可以优化产品设计方案，确认产品表面质量。 注塑成型模拟分析（MPI） ：对塑料产品和模具进行深入分析的软件包，它可以对整个注塑过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩，以及气体辅助成型分析等，使模具设计师在设计阶段就找出产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。
114、 MPX。 （刘老师注：内容请补充） 67 MPI 软件的主要模块有哪些？各模块有何功能？ 答：MPI 软件的主要模块及其功能： （1）模型输入与修复，以生成既能得到准确结果，又能减少分析时间的网格。 （2）塑料材料与注塑机数据库，该数据库对用户完全开放，方便查找。 （3）流动分析，分析塑料在模具中的流动，并且优化模腔的布局、材料的选择、填充和保压的工艺参数。 （4）冷却分析，分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管道的布局和工作条件。 （5）翘曲分析，分析整个塑件的翘曲变形，同时指出产生翘曲的主要原因及相应的改进措施。 （6）纤维填充取向分析，使纤维分布合理，从而有效地提高该类塑件的性能。
115、（7）优化注塑工艺参数，从而免除在试模是对注塑机参数的反复调试。 （8）结构应力分析，优化塑件的强度和刚度。 （9）确定合理的塑料收缩率，保证模腔的尺寸在允许的公差范围内，从而减少塑件废品率，提高产品质量。 （10）气体辅助成型分析，模拟气体辅助注射成型过程，对整个成型过程进行优化。 （11）特殊注塑成型过程分析，MPI 可模拟共注射、反应注射、微芯片封装等特殊的注射成型过程，并对其进行优化。 68 详述 Moldflow 软件的作用。 答：Moldflow 系列软件是由专门从事注射成型 CAE 软件开发和市场经营的跨国公司 Moldflow 公司开发的，功能包括流动分析、冷却分析、翘曲分析、
116、收缩分析、结构应力分析、气体辅助注射成型分析、注射工艺参数优化等。 Moldflow 系列软件的作用有： （1）优化塑料制品； （2）优化模具结构； （3）优化注塑工艺参数。 第 7 章 模具 CAM 技术（8 题） 69 模具 CAM 的定义及研究内容是什么？ 答：模具数控加工（CAM）是指利用数控技术在数控车床上完成模具零件的加工，根据零件 CAD模型及工艺要求等条件编制数控加工程序，输入数控那个系统，然后控制数控机床上的道具与工件的相对运动来完成零件的加工。 研究内容有：数控车加工，数控铣加工，数控钻加工，数控磨加工；在特种成型中择优数控电火花 模具 CAD/CAE/CAM课程中文复习参
117、考资料 任课教师：华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌 第 26 页 共 26 页 加工，数控线切割加工等。 （刘老师注：本题上述回答不对，正确答案请各位参见课本 p245 上面内容） 70 模具制造的基本要求是什么？ 答：模具制造的基本要求是： （1）制造精度高； （2）使用寿命长； （3）制造周期短； （4）制造成本低。 71 模具数控加工的特点是什么？ 答：同传统的机械加工方法相比，模具数控加工有如下的特点： （1）加工精度高、加工质量稳定；（2）加工生产效率高； （3）对零件加工适应性强； （4）有利于生产管理。 72 数控加工中，机床坐标系是如何定义的？ 答：为了确定机床的运动方向、移
118、动距离，在机床上建立一个右手直角笛卡儿坐标系，这个坐标系。机床坐标系的命名规则如下：机床坐标系的坐标轴 X、Y、Z 使用右手定律判定方向，右手的大拇指、食指和中指互相垂直时，则大拇指的方向为 X 坐标轴的正方向，食指的方向为 Y 坐标轴的正方向，中指的方向为 Z 坐标轴的正方向；中心旋转的运动方向分别为 A、B、C。A、B、C 的正方向按右手螺旋定律确定，当右手握紧螺丝，拇指指向 X、Y、Z 轴正向，则其余四指方向分别是 A、B、C 轴的正向。 73 数控加工中，多轴加工方式有哪些？有何适应场合？ 答：1两轴加工，适宜于铣削平面图形。2两轴半加工，适宜于分层加工。3三轴加工，适合于进行各种非平
119、面图形。4多轴加工，适宜于加工三维复杂曲面。多轴加工方式有四轴和五轴加工方式。适应场合：加工三维复杂曲面时，除了需要机床坐标系的 X、Y、Z 三轴联动外，还需要主轴或者工作台同时旋转。 74 数控编程的主要内容有哪些？ 答：数控编程过程包括工艺处理、刀位计算及生成数控程序三部分。 （1）编程前，程序编织着需了解所用数控机床的规格及性能、NC 系统所具备的功能及编程指令格式。 （2）编程时，先确定加工方法、加工路线和加工工艺参数，再进行数值计算获得刀位数据，然后将工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能的要求按计算机的指令代码及程序格式，编制处工件的数控加工程序。 （3）编程后
120、，将零件加工程序送入控制系统，控制数控机床自动的进行加工。 75 手工编程是指什么？有何特点？ 答： 手工编程是指从分析零件 CAD 模型、 制定工艺规程、 计算刀具运动轨迹、 编写零件加工程序单、制备控制介质直至程序校核的整个过程都是由人工完成的。 手工编程的特点：对于形状不太复杂的零件，计算较简单，加工程序不多，采用手工编程较易实现。对于形状复杂的零件，计算相当繁琐，程序量非常大，手工编程难以胜任，甚至无法编出程序来。 76 何谓自动编程？有何特点？ 答：自动编程是指由计算机进行工艺处理、数值计算、编写零件加工程序、自动的输出零件加工程序单，由通信接口将程序直接传送到数控系统，控制机床进行加工。 自动编程的特点：数控语言自动编程系统由 APT、FAPT、EXAPT、HZAPT 等多种形式，主要由输入翻译、到位数据计算及后处理三部分组成。零件加工源程序输入计算机后，经过输入翻译和数学处理计算出刀具运动中心轨迹，得到刀位数据文件，再经过后处理便可以得到数控程序。
