模具设计毕业论文 - 图文

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目录

摘要 ??????????????????????????????????-2- 第一章 绪论 国内外发展现状 ????????????????????-3-

1.1模具工业概况????????????????????????????-3- 1.2 我国模具工业发展和技术现状????????????????????-5- 1.3 我国模具工业存在问题和主要差距??????????????????-8- 1.4 展望我国模具工业发展的发展方向??????????????????-10- 1.5 注塑模具CAD发展概况及趋势????????????????????-11-

第二章 模具CAD/CAM/CAE系统????????????????????-14-

2.2塑料注射模CAD/CAE/CAM的发展概况?????????????????-15- 2.1塑料注射成型模具CAD????????????????????????-15- 2.4塑料注射成型模具CAD的特点????????????????????-16- 2.3塑料注射成型模具CAD的主要内容??????????????????-16- 2.5注塑机相关参数的校核???????????????????????-17-

第三章 PRO/E模具设计???????????????????????-20-

3.1模具分类及其工作方式???????????????????????-20- 3.2 模具主体结构???????????????????????????-21- 3.3 模具设计的一般流程????????????????????????-21-

第四章 Pro/E构建漱口杯三维实体过程????????????????-27- 第五章 基于Pro/E构建漱口杯模具设计???????????????-33-

5.1模具结构分析与设计????????????????????????-33- 5.2模具创建步骤 ???????????????????????????-36- 5.3 Pro/E绘图总结??????????????????????????37-

第六章 结束语????????????????????????????-38- 参考文献????????????????????????????????-39-

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摘 要

模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门有举足轻重的地位。工业产品零件粗加工的75%、精加工的50%及塑料零件的90%将由模具完成。我国模具行业近年来均增长速度为21%。今后一段时期，对模具的需求主要集中在四个行业：汽车行业、家用电器行业、电子及通讯行业和建材行业。模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值要比模具自身的价值高几十倍。如汽车行业，目前我国汽车产量超过400万辆，基本车型达到170种，新车型和改装车型将达430种，汽车换型是约有80%的模具需要更换，一个型号的汽车所需模具达数千副，价值上亿元；家用电器行业中彩电、电冰箱、洗衣机、空调器、微波炉、录像机、摄影机、VCD、DVD等需用模具量大。单台彩电需用模具约140副。价值700万元。目前，全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具行业日益受到国家和人们的关注和重视，国务院颁布的《关于当前产业政策的决定》也把模具行业列为机械制造工业改造序列的第一位。1999年8月20日党中央和国务院发布的《关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定》中，明确提出了高新技术产业领域。《决定》指出：要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通信、计算机及软件、数字化电子产品等方面，在生物技术及新医药、新技术、新能源、航空航天、海洋等有一定基础的高新技术产业领域，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。在发布《决定》之前，1999年7月，国家计委和科学技术部发布了《当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南(目录)》，《指南》中列入了电子专用模具、塑料成形新技术与新设备、快速原型制造工艺及成套设备、激光加工技术及成套设备、汽车关键零部件等。例如，采用快速原型制造技术和设备，用分层实体堆积等方法，可以将复杂的CAD模型转化为实物，使模具和产品的设计、评价与制造周期大大缩短，企业就能快速抢占市场，取得竞争优势。 关键词；【注塑机】 【模具加工】 【ｐro/e建构】 【漱口杯】

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第一章 绪论 国内外发展现状

1.1模具工业概况

本课题主要的方向在于借助计算机的辅助设计软件Pro/E来实现注塑件与注塑模的设计，在讨论注塑模设计之前，先让我们了解国内外塑料模具工业的状况，塑料模具工业的发展方向。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。[1]

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。[2]

塑料模具一种用于压塑、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具，它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模，由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别

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是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/5～1/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 2006年，中国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。根据海关统计资料，2006年中国共进口塑料模具约10亿美元，约合83亿元人民币。由此可以得出，除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。[3]

1.2 我国模具工业发展和技术现状

模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。据不完全统计，近10年全国（未含港、澳、台统计数字，下同）模具生产及进出口发展情况如表1、表2：

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中国模具工业概况

由表可见，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。

成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的50~80%相比，差距较大。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG II、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚

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Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。

限制我国模具工业发展的因素还有模具钢材等附属因素，目前国内模具钢按其材质及用户使用情况来看，可以分为低、中、高档三个方面。低档市场，主要是一些日用五金、日用塑料生产企业所用的模具。对模具钢没有特别的要求，只求价格低廉。不需要国有大钢厂的产品，更不需要进口产品，通常选择乡办或民营企业的产品。中档市场，以国内中型模具制造企业为主。对模具钢的要求较严，确保材质稳定、价格适中，基本采用国产模具钢。但注重产地，一般以上钢五厂、抚顺特钢、大治特钢、长城钢厂等国企产品为主。其价格为进口模具钢的1/3左右。高档市场，主体是外资(包括港资、台资企业)及出口为主的模具制造厂家。对模具钢质量要求较高，通常采用国际招标的方式组织货源或由母国提供。所以绝大部分为进口产品，少量使用中国的高品质材料。其模具钢进口价格比国产的高2倍左右。

从模具钢市场分布格局来看，高档市场这一占主导地位的模具钢市场，迄今为止国内产品的占有率很少，而这一市场将是国内模具业发展的趋势，潜在市场很大。

据市场调研，国产模具钢与国外相比，确实存在一定的差距。比如国产的通用性模具钢H13、D2、LD、P20、PMS、SKD61等品种内在质量均能达到美国模具钢通用标准ASTMA681，属国际一般水平，基本上能满足国内外一般模具用户的使用。但对高标准模具钢用户提出的高要求，如冲击韧性、碳化物低偏等残余元素控制、高质量长寿命要求等，目前还无法满足。如冷作模具钢要求在低温条件下具备耐磨损、抗塑性交形、抗崩角、抗整件开裂、可机加工性和可磨削性等各种性能。而塑胶模具用钢要求具有高光洁度表面、耐腐蚀、耐磨损、高热传导性、机加工性、抛光性、蚀刻性能等。据国内外塑料模具技术比较显示，国外的淬火钢模具寿命在160－300万次，国内只有50－100万次，非淬火钢模具寿命国内也只有国外的一半。钢材质量是造成这一状况的其中一个原因。如一些特钢厂采用普通废钢加生铁电炉的冶炼方式，缺乏优质铁水，导致生产成本高，在残余元素控制

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上与国外有一定的差距。[4]

另外，国产模具钢新品种少。近年来，国外一些著名模具钢生产企业研制开发了许多模具钢新品，如Q90M热作模具钢、高强韧性模具钢、DH13、DH53、火焰淬火模具钢、粉末冶金冷作模具钢等，这些高性能模具钢成了当前国际模具市场的典型品牌产品。现在国外一些特殊钢生产企业紧跟国际模具制造业发展的趋势，以节能、节材、缩短工模具制造周期为出发点，确立模具钢向品种、规格多样化、精料化和制品化方向发展的战略，开发模具钢的深度加工和经淬火回火处理。采用这种模块、模板，可使模具制造企业的生产效率大幅度提高，模具制造周期进一步缩短，从而降低制造成本。由此，赢得了市场的青睐。相比之下，国产的高性能模具钢新品较少，这大大影响了我国模具工业的健康成长。

年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距[5]。技术比较见表1

表1: 国内外塑料模具技术比较表

项目 注塑模型腔精度 型腔表面粗糙度 非淬火钢模具寿命 淬火钢模具寿命 热流道模具使用率 标准化程度 中型塑料模生产周

国内 0. 005~0. 01mm Ra0.01~0. 05 um 10-60万次 160~300万次 80%以上 70~80% 一个月左右

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国外 0.02~0.05mm Ra0.20 um 10~30万次 50~100万次 总体不足10% 小于30% 2~4个月

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期

目前，全世界模具的年产值约为650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平己取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。

中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。

近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。[6]

1.3 我国模具工业存在问题和主要差距

虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：

① 总量供不应求

国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右。

② 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理

我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例

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不足30%，而国外在50%以上。2004年，模具进出口之比为3.7：1，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。

③ 模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平

产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。 ④ 开发能力较差，经济效益欠佳

我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。

造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因：

国家对模具工业的政策支持力度还不够

虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有185家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。

人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少

模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快。

工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低

近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。

专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差

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由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占40﹪左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。

模具材料及模具相关技术落后

模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。[7]

1.4 展望我国模具工业发展的发展方向

在信息社会和经济全球化发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着专业化、信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。

针对我国模具工业的现状，通过进一步搞好模具行业的结构调整和创新，抓住我国模具价格较低的竞争优势，大力提高模具的开发效率，增加大型、精密、复杂和长寿命等技术含量高的中高档模具的比例，今后我国模具技术的研究重点和主要发展方向应该是：

（1）高速、高精、复杂和长寿命模具加工技术的研究和应用。例如超精冲压模具制造技术的研究和应用、精密塑料和压铸模具制造技术等；

（2）优质模具材料的研制和正确选用，以及先进表面加工和处理技术的发展和应用； （3）模具专业化、标准化的发展及进一步推广应用； （4）快速成型与快速制模（RP/RT）技术的发展与应用；

（5）CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD/CAE/CAM技术的进一步集成化、一体化、智能化，从而提高模具设计的现代化、信息化和标准化。

1.5 注塑模具CAD发展概况及趋势

计算机辅助设计((Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异

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的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。

三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的软件系统有:

·澳大利亚Moldflow PTY公司的Moldflow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件SHOD，有限元网格生成软件FMESH，流动分析软件FLOW，冷却分析软件COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件FRES以及翘曲分析模拟软件。

·美国CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件OPTIMOLD III，二维注射流动分析软件SIMUFLOW，三维有限元流动分析软件SLMUFLOW 3D，冷却分析软件SIMUCOOL，标准模架(美国DME标准)选择软件OPTIMOLD等部分。

·美国和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT专家系统，该系统包括材料选择TMC-MS、注射工艺条件和模具费用优化TMC-MCO、注射流动分析TMC-FA、型腔尺寸设计TMC-CSE和模具传热分析TMC-MTA等功能模块。

·德国IKV研究所的CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的流动分析。

我国在注射模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。

多年来，我国对注射模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间，这方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项目

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的成果对促进我国注射模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模CAD技术的发展和应用水平得到很快提高。

我国在注射模CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有:

·华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC-1。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用取得较好效果，现已实现商品化。

·浙江大学基于工作站的UG II系统开发出精密注射模CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。

·上海交通大学从1983年开始，对注射模CAD进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引入注射模CAD系统中，并于1988年开发出集成化注射模智能CAD系统。现在在工作站UG II平台上进一步开发智能CAD/CAE/CAM系统。

·北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平与实用价值。

·合肥工业大学在注射模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模CAD系统PMCAD和微机注塑模CAD三维系统IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以AutoCAD 813.0和MDT作为环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模CAD三维参数化系统IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平。[8]

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第二章 模具CAD/CAM/CAE系统

模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

与任何新生事物一样，模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快、应用范围更广，为了使广大模具工作者能进一步加深对该技术的认识，更好发挥模具CAD/CAE/CAM的作用，针对模具中应用最广泛、最具有代表意义的级进模、汽车覆盖件模和塑料注射模CAD/CAE/CAM的发展状况和趋势作概括性的介绍和分析。

随着现代工业的发展，当今产品开发的一个主要方面就是开发新的产品外形与结构，特别是由各种自由曲线、曲面组成的流线型外形。传统的模具制造已无法满足要求。计算机辅助设计((Computer-Aided Design, CAD) 、计算机辅助工程(Computer-Aided Engineering CAE)、计算机辅助制造（computer－Aided Manufacturing, CAM）,是当代计算机应用的一个重要领域，使用全新的基于特征的参数化造型方法概念写成的各种CAD/CAM/CAE软件，其造型效率明显超过其它传统的造型方法。

模具工业是国民经济的基础工业,被称为“工业之母”。模具是一种高附加值和技术密集型产品,其生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。随着工业的发展,特别是CAD/CAM/CAE技术的飞速发展,极大地推动了模具的发展。目 前,CAD/CAM/CAE技术以计算机及周边设备和系统软件为基础,它包括二维绘图设计、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)、仿真模拟及产品数据管理(PDM)等内容。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力有机地结合起来。[9]

目前，国内外模具方面最有代表性CAD/CAM/CAE软件有： （1）美国EDS公司的三维CAD/CAM软件UG （2）美国PTC公司的三维CAD/CAM软件PRO/E （3）英国DELCAM公司的三维CAD/CAM软件DUCT （4）以色列CIMATRON公司的三维CAD/CAM软件CIMATRON （5）美国AC-TECH公司的注射模分析软件C-MOLD （6）澳大利亚MOLDFLOW公司注射模分析软件MF （7）华中

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理工大学模具技术国家重点实验室的注射模CAD/CAM/CAE集成系统HSC2.0 （8）北京航空航天大学华正软件工程研究所的CAD/CAM软件CAXA。 这些软件代表了当前国内外的最高水平，具有新一代模具CAD/CAM/CAE软件的智能化、集成化、模具可制造性评价等特点。

2.1塑料注射成型模具CAD

塑料注射成型模具设计步骤是这样的，首先根据塑件的要求和塑料的工艺性能，认真分析塑件的工艺性，正确确定成型方法及成型工艺，选择合适的塑料成型注射机。然后，进行塑料注射成型模具设计。

计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD/CAM技术越来越广泛地在企业中得到应用。如下简单介绍CAD/CAM技术在塑料注射成型模具中的应用。

热塑性塑料注射成型是一个相当复杂的物理过程，随着计算机的广泛普及，CAD/CAE/CAM技术正在应用于注射成型领域，为模拟注射成型过程，优化注射成型工艺参数，提高模具设计与制造质量，降低生产成本，缩短模具设计制造周期提供了有效手段。而传统的经验设计方法往往很难做到这点。采用计算机辅助技术进行产品开发时，设计师先根据拥护要求进行产品构思，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。波音飞机公司在777新型客机的设计中，全面应用CAD技术，到1991年约有半数零件（6万多件）的50%细节采用三维实体设计，在设计中排除了50%的差错，省去了部分洋机制造。

2.2塑料注射模CAD/CAE/CAM的发展概况

塑料注射模CAD/CAM是伴随着通用机械CAD/CAM技术发展而不断深化的。从上世纪60年代基于线框模型的CAD 系统开始, 到70 年代以曲面造型为核心的CAD/ CAM系统, 80 年代实体造型技术的成功应用, 90 年代基于特征的参数化实体/曲面造型技术的完善, 为塑料注射模采用CAD/CAE/ CAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外市场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/CAE/ CAM系统。

现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块, 如美国PTC 公司的Pro/ E、UGS 公司的UG- II、SDRC 公司的I - DEAS系统。这3 个CAD/ CAM系统

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目前在塑料模具工业中的应用最为广泛。此外还有美国CV 公司的CADDS 系统、法国MATRA 公司的EUCLID 系统、法国DASSAULT公司的CATIA 系统、英国DELCAM公司的DUCT系统、日本造船信息系统株式会社的Space - E 系统和日本UNISYS 株式会社的CADCEUS系统等都各具特色,拥有各自的用户群。塑料注射模CAE 技术的发展也十分迅速, 从上世纪60 年代的一维流动和冷却分析到70 年代的二维流动和冷却分析再到90 年代的准三维流动和冷却分析, 其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓著。塑料注射成型CAE 商品化软件中应用最广泛的当数美国Moldflow公司的模拟软件MF ,该软件主要包括流动模拟(MF/ FLOW) 、冷却分析(MF/COOL) 、翘曲分析(MF/ WARP) 、气辅分析(MF/ GAS)和应力分析(MF/ STRESS) 等。该公司于1998 年推出准三维的双面流软件( Part Adviser) , 2002 年推出真三维的实体流软件模块, 目前该公司在世界上拥有较大的用户群。[10]

近10 余年来, 我国对塑料注射成型CAE 技术也开展了系统而深入的研究。华中科技大学、上海交通大学、郑州大学和南昌大学等都相继取得了可喜的成果。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在最近推出的商品化塑料注射成型集成化仿真系统HSCAE6. 10 , 从1989 年推出的HSCAE1. 0 版到如今的6. 10 版, 经历了从二维分析到三维分析, 从

实用化到商品化, 从局部试点到大面积推广应用的进程,已成为塑料制品设计、模具结构优化和工程师培训的有力工具, HSCAE 仿真系统目前已在国内80多家工厂和学校推广应用。[11]

2.3塑料注射成型模具CAD的主要内容

（1）塑件造型设计 （2）型腔、型芯表面形状的设计 （3）型腔方案及布局 （4）选择标准模架 （5）模具装配图的设计 （6）模具零件图的设计 （7）模具零件计算和校核

2.4塑料注射成型模具CAD的特点

（1）必须建立模具标准化 （2）描述物体几何形状 （3）设计数据的处理 （4）适应性要广泛

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2.5注塑机相关参数的校核

(一)最大注塑量的校核

塑件的质量必须与所选注射成型机的最大注射量相适应。不然会影响塑件的产量和质量.若注射量过大，注射机利用率降低，浪费电能,而且可能导致塑料分解。而最大注塑量小于塑件的质量，就会造成塑件的形状不完整或内部组织疏松，塑件强度下降等缺陷。为了保证正常的注塑成型，注射机的最大注射量应稍大于塑件的质量或体积（包括流道凝料和飞边）。通常注射机的实际注射量最好在注射机最大注射量的80%以内。

校核公式如下：KV0 ≥V=∑Vi+V浇（i=1～n）（斜体） 式中 V0——塑料注射成型机最大注射容积，cm3；

V——塑件的体积（包括塑料制品、浇道凝料和飞边），cm3； Vi——一个塑件的体积，cm3； n——型腔数；

K——塑料注射成型机最大的利用系数，取K=0.8。因塑料的体积与压缩比有关，故所需塑料体积为V料=KV

式中K——压缩比， V料=塑料的体积，cm3。 （二）注射压力校核

注射压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。注射机最大注射压力应稍大于塑件成型所需要的注射压力。即

P0≥P 式中 P0——注射机的最大注射压力，MPa； P——塑件成型所需的注射压力，MPa。 （三）锁模力的校核及型腔数的确定 1.锁模力的校核

锁模力又称合模力，是指注射机的合模机构对模具所施加的最大加紧力。当熔

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体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，为此注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。即

F0≥F=P模A分×100 式中 F0——注射机的公称锁模力，N；

P模——模内平均压力（型腔内的熔体平均压力）， A分——塑件，流道，浇口在分型面上的投影面积之和，cm2 F——注射压力在型腔内所产生的作用力，N。

在注射成型过程中，型腔内熔体压力的大小及其分布与很多因素有关，如塑料流动性、注射机类型、喷嘴形式、模具流道阻力、注射压力、保压压力与保压时间、熔体温度、模具温度、注射速度、塑件壁厚与形状、流程长度、浇口形状和大小，等等。因此几种压力损耗系数的变化很大，很难确定，在实际设计中，可用模内平均压力来校核。 2．模具型腔数的确定

模具的型腔数可根据塑件的产量、精度高低、模具制造成本以及所选用的注射机的最大注射量和锁模力的大小等因素来确定。小批量的生产，采用单型腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。但塑件尺寸较大时，型腔数将受所选用的注射机允许的最大成型面积和注射量的限制。由于多型腔模的各个型腔的成型条件以及熔体到达各型腔的流程难以取得一致，所以件精度较高时，一般采用单型腔模具。

如果采用多型腔注射模，则应该根据所选用注射机的主要参数来确定型腔数n。 （1）按注射机的最大注射量确定型腔数，可按下式计算： n=Km0－m浇/mi

式中 n——一个塑件的质（重）量；

m浇——模具浇注系统中凝料质（重）量。 （2）按注射机的锁模力的大小确定型腔数

在塑件质（重）量相同的条件下，薄壁板形的塑件以锁模力确定型腔数为宜，即按下

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式计算：

n=F0－p’A浇×100/p’Ai×100 式中 p’——单位投影面积所需的锁模力，MPa

A浇——浇注系统及飞边在分型面上的投影面积，cm2

Ai——一个塑件在分型面上的投影面积，cm2。

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第三章 PRO/E模具设计

三维造型技术是CAD技术发展的重要标志，也是核心之一。二维CAD技术只是将传统的设计方法转移到计算机上进行，主要是计算机绘图技术，这相对于传统的人工绘图无疑是一大进步，当前我国的CAD技术从总体上讲还是停留在这一水平上。随着CAM技术的发展，CAD/CAM一体化的要求不断提高，三维设计逐渐受到人们的青睐。三维设计就是直接构建产品的三维模型。三维造型技术的发展为三维设计提供了坚实的基础。另外，由于许多注塑模具和汽车覆盖件模具型面是由许多复杂的曲面组成的，由传统的二维图很难表示出，因此模具型面的三维造型技术在模具的设计与制造中起着关键的作用。它也是数控加工技术的基础，只有先建立起模具型面的三维模型，才能进行数控加工编程、模拟检查等后续工作。

Pro/E软件自1988年问世以来，十余年间迅速成为全世界最普及的 3D CAD/CAM 软件，现今 Pro/E 几乎成为 3D CAD/CAM 系统的标准软件。Pro/ E软件在机械、模具、电子、通讯、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等各行业都得到广泛的应用。它整合零件设计、零件装配、模具开发、钣金设计、机械设计、动态仿真、应力分析等功能于一体，为专业人员提供了一个强大的学习、工作平台。 3.1 模具分类及其工作方式

在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益被人们所重视。可以毫不夸张地说，一个国家模具工业的技术水平高低直接代表着这个国家工业设计制造的技术水平。这是因为通过模具可以制造形状复杂的零部件，而且具有生产效率高、节约原材料、成本低廉、保证质量等优点。模具的分类方法很多，按照成型方式可分为成型模具和冲裁模具。成型模具一种“高效率”成型工具，成型方式之一是成型材料直接在模具的外力作用下产生永久的形变，而不是弹性形变，形变后的外形由模具的型腔决定，也就是说“硬”压出合乎需要的外形，要做到这一点当然需要事先设计与计算。各种冷冲压模具，包括拉伸模、弯曲模、成型模、冷挤压模，都是这种工作方式。另一种成型方式是成型材料处于熔解状态，有流动性，被注射机注入或者直接浇灌到模具型腔中，在外加压力的作用下或者无外力的作用，填充模具的型腔，冷却后固化，成为具有合乎需要外形的部件。

典型的是合金压铸模具，其主要的工作方式是：将已经被加热为液体状态的金属合金，填入压铸机的加料室，然后在压铸机的活塞压力作用下，进入模具型腔，冷却固化便可得

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到铸件。其他各种塑料模具和铸造模具也都大同小异。冲裁模具不同于此，冲裁模主要用来去除多余的材料，从而加工出将要被下一道工序所利用的毛坯或者直接生成零件。例如钟表的指针，冲裁模并不直接加工出一个一个指针，而是在1个长长的带状毛坯上利用定位装置定位，准确地去除不需要的部分，这样的结果就是在毛坯上仅剩的是连在一起的一个个指针零件，然后利用人工或者机械裁剪出单个指针按照模具所完成的工序，模具可以分为单工序模具和组合工序模具。其中的组合工序模具也可分为复合模和级进工序模。模具所制造的各种部件涵盖了日常生活用品、家电、医疗器械、机械、车辆配件、管材和各种线材等。可以通过模具成型的材料有塑性材料和非塑性材料。塑性材料包括各种成型薄钢板、塑料工业中的各种塑料；非塑性材料则包括铸铁和玻璃等。模具设计制造的水平直接决定模具制品的质量和生产效率的高低。 3.2 模具的主体构件

由于模具的种类和用途不同，因此组成模具的主要零部件也不同。大体上模具的主要构件包括凸模、凹模、浇道系统（包括浇口、直浇道、横浇道、主浇道）、砂芯、销、镶块等，这些零部件组成了模具的主体结构。模具的其他辅助零件包括固定侧模板、移动侧模板、板、导柱、导套、定位销、回位销、顶出器、弹簧和气囊等，其中很多部件都是标准件，由专门的生产厂家制造，可以直接采购用于模具。模具的主体是模具设计的最主要内容，其他的部件均是参照模具的主体来进行选择购买或者自行设计制造。 3.3 模具设计的一般流程

在野火版Pro/ENGINEER 中，模具设计拥有专用的工具，主要是 Pro/MOLDESIGN 和 Pro/CASTING，其中 Pro/MOLDESIGN 主要用来设计塑料注射模具，Pro/CASTING 主要用于设计浇注压铸模具。这2个模块主要用来设计型腔（成型模具）。Pro/MOLDESIGN 和 Pro/CASTING，利用它们所提供的强大功能，可以有效地创建、修改模具元件。如果设计原型模型发生了变化，所有相应的模型元件都会自动更新。下面介绍利用野火版 Pro/ENGINEER 设计模具的一般流程。 1 原始的设计模型

模具设计时首先必须有一个设计模型，也就是模具将要制造的产品原型，在 Pro /ENGINEER 零件设计模式中设计。此外，在建模的过程中应考虑到会以它为基础建立参照模型，各个基准定位元素的相对位置应该仔细的考虑，以便于后来的装配。零件设计是模

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具设计的基础，任何模具设计过程的第 1 步都是要进行产品原型的零件建模。设计模型决定了此后模具型腔形状，以及成型过程是否要利用砂芯、销和镶块等模具元件、浇注系统及冷却水线系统的布置。 2 建立模具模型

建立模具模型，将设计模型装配至模具模型中，使之成为模具设计的参照模型。模具模型就是用户的模具设计文件，文件后缀名为.mfg。模具模型中可以包容1个或多个参照模型和工件。参照模型可以想象成设计模型在模具模型的代表，如果在零件设计模块中编辑更改了设计模型，那么包含在模具模型的参照模型也将发生相应的变化。然而在模具模型中对参照模型进行了编辑，修改了其特征，则可以使设计模型发生变化，也可使它不受影响，这取决于在建立参照模型时的有关选择。参照模型以设计模型为基础，而且参照模型和设计模型可能不完全相同。设计零件并不总是包含成型或铸造要求的所有必要的设计元素。比如说，在设计模型中可能并不具备收缩，且不具备拔模角。这时可以在参照模型上应用收缩，设计拔模角。有时设计模型包含需要在成型后或铸造时才进行加工的特征。在这种情况下，这些特征应在参照模型上更改。 3 建立工件

工件可以理解为模具的毛坯，在未利用分型面将其分开之前，工件完全包含着参照模型。利用分型面分割工件之后，可以得到体积块。体积块并不是真正的实体，只是1个有体积无质量的特征。模具的上、下模（或称动、定模），以及砂芯都将从分割的体积块得来。在野火版 Pro/ENGINEER 中，模具体积块的建立方法有以下 2 种：

（1）通过分型面分割工件或者已经存在的体积块，来产生 1个或2个新的体积块； （2）直接创建新的体积块。这在建立滑块等组件时使用较多。工件模型还包容着浇注系统和冷却水线。工件的建立可以通过装配入模具模型一个预先设计好的工件，也可以利用 Pro/MOLDESIGN 提供的工具自动在模具模型中创建，也可人工草绘，并以草绘为基础来创建。

4 设置制件的收缩率

设计制件的收缩率非常重要，在塑料模具设计中，收缩率是表示塑料收缩性大小的一个数字指标。塑料收缩性是指塑料经成型后所获得的制品从热模具（塑料注入是熔解状态，

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所以模具是热的）中取出后，因冷却及其他原因而引起尺寸减小或者体积收缩的现象。收缩性是每种塑料的固有特性之一，它主要因塑料的种类以及模具条件的不同而不同。收缩性对塑料制品的壁厚处影响较大。比如说，一般人们均希望塑料制品有一个均匀的壁厚，然而往往有几处截面的厚度要大于其他截面，该处就往往要比其他截面收缩得大。因此，在开始处理之前，应考虑材料的收缩并相应地增加参照模型的尺寸。一般可将收缩应用到模具模式下的参照模型中，当然依据收缩应用的不同方法也可以直接更改设计模型。此外，也可以直接在零件模式下对设计模型应用收缩。 5 设计拔模斜度

当制件成型冷凝后，往往会发生收缩，因而很可能紧紧地包套在模具型腔或者砂芯上，很难分开。为了便于将制件从模具中取出，设计零件原型时应在平行于脱模方向的制件表面上设置一定的角度，这就是脱模斜度或者称为拔模斜度。如果不设置脱模斜度，或者设置不当，往往会造成脱模阻力加大，划伤制件的表

面，脱模时使制件发生变形从而影响制件的质量。脱模斜度与制件的几何结构、收缩率和成型材料的性质有关。如果脱模时制件留在砂芯上，则制件内表面的脱模斜度应大于外表面的脱模斜度；如果制件留在型腔中，则制件内表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。制件脱模方向的长度越长，脱模斜度应越小，反之则越大。为了保留制件有修理的余量，当制件为轴时，主要保证轴的大端尺寸，脱模斜度向尺寸小的方向取；当制件为孔时，保证孔小端尺寸，脱模斜度向孔的尺寸大的方向取。设置制件的拔模斜度一般有3种方法：

①可以在设计模型上设置拔模角，从而改变参照模型； ②只在参照模型上设置拔模角，设计模型不受影响； ③更改体积块的表面，使最后的铸模模型具备拔模角。 6 建立水线系统

Pro/MOLDESIGN 和 Pro/CASTING 提供了可以方便地生成各种截面水线的工具。对于塑料模具，模具的温度直接影响制件的质量和生产效率。各种塑料的性能和成型工艺是不同的，所以对模具温度的要求也是不同的。对于要求模具温度较低的材料，由于熔融材料被不断地注入模具，导致模具温度升高，单靠模具本身的散热无法将模具保持在较低的温度，所以必须添加冷却系统。模具使用水冷是最普遍的，即在模具型腔周围和型芯内开设冷却

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水通道，使水在其中往复循环流动，从而带走热量，维持所需的温度。冷却水通道被称为水线。冷却水线的设计原则如下：

（1）冷却水线的数量多，尺寸大，间距小，对 制 件 的 冷 却 效 果 好 ， 一般水线的直径在8-12mm之间；

（2）水线与型腔表面各处最好有相同的距离，排列应与型腔吻合； （3）制件的壁厚处最好要加强冷却；

（4）在热量积聚大、温度较高的部位应加强冷却。如浇口附近的温度较高，在浇口的附近要加强冷却，一般可使冷却水先流经浇口附近，再流向其他部分；

（5）冷却水线应远离熔接痕部分，以免熔接不良，造成制件强度降低；

（6）降低出口与入口的水温差，要求流程尽量短。在野火版 Pro/ENGINEER 中，浇注系统和冷却水线系统都是模具模型的组件特征。 7 设计浇注系统

浇注系统的主要作用是将成型材料顺利、平稳、准确地输送、充满模具型腔深处，并在填充过程中将压力充分传递到模具型腔的各个部位，以便获得外形轮廓清晰，内部组织质量优良的制件。对于塑料模具，其浇注系统一般由以下 4 部分组成。

（1）主流道：特指由注射机喷嘴与模具接触部位起到分浇道为止的一段流道，是熔融塑料最先经过的部位。

（2）分流道：特指主流道末端与浇口之间的整个通道。分流道是熔融塑料由主流道进入型腔的过渡段，可以使塑料的流向得到平稳的转换。对于多腔模具而言，分流道还起到向各个型腔分配成型材料的作用。

（3）浇口：分流道与型腔入口的狭窄的一小段通道。是最短小的部分。其作用在于：使由分流道输送而来的熔融塑料在进入型腔时产生加速度，以便其可以迅速地充满型腔。在成型后浇口的塑料将首先凝固，从而将型腔封闭，防止塑料产生倒流，以避免型腔中压力下降过快，导致在制件上出现缩孔和凹陷。由于浇口处比较狭窄，所以成型冷凝后便于使浇注系统与制品分离。

（4）冷料井：通常设置在主流道与分流道转弯处的末端，主要作用是驻留熔融成型材

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料前锋的冷料（最先接触温度低的模具，使之温度降低），防止其进入型腔造成制件熔炼不牢，影响制件质量，或者发生冷料阻塞浇口而造成成型不满的情况。此外冷料井也会起到拉勾凝料的作用。

设计浇注系统的主要原则如下：

（1）排气良好，能顺利引导熔融成型材料到达型腔的各个部位，尤其是型腔的各个深度，不产生涡流、紊流。

（2）在满足成型和排气良好的前提下，尽量选择最短的流程，以减少压力损失，缩短填充的时间。

（3）为防止型芯和嵌件变形，尽量避免熔融成型材料直接正面冲击小直径型芯和金属嵌件，若是小浇口时，必须设计冲击性浇口。

（4）为了整修方便，浇口位置和形式应结合制件的形状，做到整修后无损制件的外观与使用。

（5）浇注系统的体积应取最小值，以减少浇注系统所占用的成型材料量，起到减少回收料的作用。 8 定义分型面

分型面是指将模具的各个部分分开以便取出制品的界面，即各个模具元件：上模、下模、滑块等的接触面。分型面位置的不同使其与成型制件型腔的相对位置也不同，一般有3种基本的形式。

（1）制件型腔完全在动模中。 （2）制件型腔完全在定模中。

（3）制件型腔一部分在定模中，一部分在动模中，分型面的位置选择、形状设计是否合理，不仅直接关系模具的复杂程度，也关系着模具制件的质量、模具的工作状态和操作的方便程度。因此分型面的设计是模具设计中最重要的一步。分型面位置选择具体采用上述 3 种基本形式的哪一种，要根据设计模型的几何形状，浇注系统的合理安排，是否有利于顶出，是否有利于排气，以及制件的外观质量要求和外公差等因素综合加以考虑。安排分型面位置的基本原则是将分型面设计在制件断面轮廓最大的部位。定义分型面的时

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候，往往要伴随着填充孔的操作。分型面是一个曲面特 征，因此主要应用Pro/ENGINEER 提供的曲面工具来设计。也可以在零件模块中利用设计模型进行设计，两处的曲面工具是完全相同的。

9 拆模—分割产生模具型腔

拆模是指利用分型面分割工件或体积块而产生新的模具体积块。前面在介绍工件时已经提到, 体积块并不是真正的实体，只是1个有体积无质量的特征，是设计模具过程中从工件到最后的上模、下模等模具实体元件的1个中间环节。生成模具体积块之后，即可以体积块为基础抽取模具元件，此时模具体积块将会变成真正的实体。生成体积块的方法并不止分割1种，用户也可以在适当的时候直接利用野火版 Pro/ENGINEER 提供的工具来创建体积块。

10 模具检查与分析

模具检查的主要内容有检查拔模角度，检查水线间隙，检查模具元件的投影面积和厚度。可以检测是否符合用户所设定的标准。模具分析主要应用于塑性顾问。该外挂工具能模拟浇铸塑料零件的铸模填充动作，对在模具工作时产生的各种问题进行预测。为塑料零件和模具设计人员提供了能够实时方便地得到可靠、易理解的加工反馈和建议。 11 铸模

铸模操作是进行浇注过程，即在模具组件的型腔和浇注系统中填充材料，生成该模具的原始成型件。 12 开模

开模是建立模具未闭合的爆炸视图，有利于观察模具各个元件及其开闭的过程，然后保存模具的设计文件。在开模的过程中可以检测是否发生干涉，也可以检测拔模角

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第四章 Pro/E构建漱口杯三维实体过程

4.1 Pro/E绘图步骤

首先将要绘制的零件图展示如图4-1：进行绘图前要对零件结构进行认真分析。

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图4-1 漱口杯

操作步骤：

1. 启动Pro/E程序后，建立一个新文件，文件类型为零件，子类型设为实体，不要勾选【使用缺省模板】选项，然后单击确定。

2. 选取【新文件选项】中的“mmns_part_solid”选项，然后单击确定按钮，进入草绘环境界面，如图4-2。

3. 单击窗口右侧工具栏中的【旋转工具】的【草绘加厚】

按钮打开【旋转工具】操控板，先单击其中

，再单击【位置】进入草绘工具栏。

图4-2

4. 单击

，点击【草绘】按钮进入草绘界面。

5. 点击【直线】【曲线】绘制草绘图。 6. 单击草绘工作栏的【继续当前部分】按钮

确定当前绘制结果。

7. 修改操控板中【草绘加厚】按钮右边的厚度值文本框的在、数值为“2”，回车确认，然后单击操控板中的【预览】

会自动显示生成的立体效果，如图4-3。

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，确认无误后，单击【建造特征】，系统

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图4-3 图4-4

8. 单击窗口右侧快捷工具栏中的【倒圆角】文本框李键入数值“0.5” ，回车确认。

，打开【倒圆角】控制板，在操控板中的

图4-4

9. 单击菜单命令【插入】-【扫描】-【伸出项】-【草绘轨迹】-【新设置】-【平面】

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图4-5

10. 单击窗口左侧模型树中的，【

】-【正向】-【缺省】，进入二维草图绘制界面。

按钮，绘制如图4-6所示曲线。

11. 单击草绘工具栏中的【创建样条曲线】

图4-6

12. 单击草绘工具栏中的【继续当前部分】4-7所示的菜单管理器。

，确定当前绘制结果，系统自动打开如图

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图4-7 图4-8

13. 单击菜单管理器中的【合并终点】选项，然后单击完成选项，系统自动进入二维草图绘制界面。

14. 单击草绘工具栏中【创建圆】创建一个椭圆如图4-8。 15. 单击【继续当前部分】

。

16. 单击伸出项中预览后确定(如图4-9).

图4-9

17. 单击窗口右侧快捷工具栏中的【倒圆角】文本框李键入数值“1” ，回车确认。

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，打开【倒圆角】控制板，在操控板中的

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图4-9

18. 重复倒圆角操作，在控制板中的文本框里键入数值“0.5”，将其作为圆角的半径，回车确认。

19. 单击窗口上部工具栏中的【保存活动对象】保存当前文档。

图4-10

通过上述步骤，漱口杯实体绘制初步结束，如果要进行任何部分的修改可以在左边的模型树中选择要修改的内容，右击进入编辑就可以进行修改。

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第五章 基于Pro/E构建漱口杯模具设计

5.1模具结构分析

本文设计的漱口杯零件图如图5-1：

图5-1

5.1.1浇注系统分析

浇注系统的主要作用是将成型材料顺利、平稳、准确地输送、充满模具型腔深处，并在填充过程中将压力充分传递到模具型腔的各个部位，以便获得外形轮廓清晰，内部组织质量优良的制件。

从零件图纸的技术要求考虑，将“浇道”和“浇口”的位置设计在参照模型的底部（如图5-2）。这样去除废料时即使留下浇口痕，也不会影响塑料制件外表饿光洁度。

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图5-2

5.1.2 成型零件分型面分析

分型面的选择重要，它对塑件的质量、模具操作和模具制造等均有较大的影响。基于零件的结构特征，分型面的设置有点儿复杂，首先要使用“拉伸”命令创建出一个垂直于轴线的平面的分型面；然后再利用“复制”命令复制参考模型的内表面，并创建一个分型面，将这两个分型面合并，并生成一个作为分割工件模型的主分型面（如图5-3）；接着在使用“拉伸”命令创建出如图5-4所示的分型面，这个分型面将被用来分割模具体积块。

图5-3分型面合并后的效果 图5-4创建的平面分型面

接下来利用“分割”命令，选取通过合并创建的分型面，将其作为住分型面，分割出如图5-5所示的模具体块1和如图5-6所示的模具体积块2，然后选取平面分型面。

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图5-5 创建的模具体块1 图5-6创建的模具体块2

5.1.3.铸模 分析

铸模操作是进行浇注过程，即在模具组件的型腔和浇注系统中填充材料，生成该模具的原始成型件。分割模具体积快2，分割出如图5-7所示的模具体积快3，然后通过“抽取”命令，系统会自动完成模具元件的创建。 5.1.4.开模分析

分型面开模是建立模具未闭合的爆炸视图，有利于观察模具各个元件及其开闭的过程，然后保存模具的设计文件。在开模的过程中可以检测是否发生干涉，也可以检测拔模角。利用“冲模”命令和设置定模、动模的移动距离模拟注射成型和开模过程（如图5-8所示）。

图5-7创建的模具体块3

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图5-8模拟注塑成型和开模后的效果

5.2模具创建步骤

第一步， 建立参考模型

（1） 单击新建命令，在弹出的对话框中选择【制造】项，在【子类型】中选择【模具型腔】，取消使用默认模板，单击确定，在新文件选项中选择inlbs_mfg_mold，设置公制模型模板。

（2） 在模具菜单管理器及下级菜单中顺序选择【模具模型】-【装配】-【参考模型】，在打开的对话框中选择杯体零件，调入参考模型。

（3） 模型的装配：在【元件放置】中设置类型 为【对齐】。选择零件的基准面TOP和模型的MAIN_PART_PLN对齐，再选择零件的FRONT面和模型的MOLD_FRONT面，再选择零件的RIGHT面和模型的MOLD_RIGHT面。

（4）在【创建参照模型】对话框中，单击确定，完成参照模型的装配。 第二步， 建立模具工件模型

单击模型树上方的【设置】，在弹出的【树过滤器】选项中勾选【特征】对话框，确定后模型树去会自动更新。

在模具菜单管理器及下级菜单中顺序选择【模具模型】-【创建】，弹出【模具类型菜单】，选择【工件】，弹出【创建工件菜单】。选择【创建工件】-【手动】。在菜单管理器中顺序选择【实体】-【加材料】。再顺序选择【拉深】-【实体】-【完成】。在弹出的拉

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深特征操控板中选择MOLD_RIGHT面为参考平面进行草绘。

第三步，确定收缩率

选择【模具】-【收缩】，在对话框中选择【按尺寸】，输入比率为0.05。单击“对钩”按钮确定。最终完成如（图5-8）所示的模拟开模图。

设计制件的收缩率非常重要，在塑料模具设计中，收缩率是表示塑料收缩性大小的一个数字指标。塑料收缩性是指塑料经成型后所获得的制品从热模具（塑料注入是熔解状态，所以模具是热的）中取出后，因冷却及其他原因而引起尺寸减小或者体积收缩的现象。收缩性是每种塑料的固有特性之一，它主要因塑料的种类以及模具条件的不同而不同。收缩性对塑料制品的壁厚处影响较大。比如说，一般人们均希望塑料制品有一个均匀的壁厚，然而往往有几处截面的厚度要大于其他截面，该处就往往要比其他截面收缩得大。因此，在开始处理之前，应考虑材料的收缩并相应地增加参照模型的尺寸

5.3 Pro/E绘图总结

通过对着“漱口杯”的绘制，可以了解部分Pro/E的功能，可以初步了解该软件的一些功能，为将来在实际生产中应用打下了一定的基础。但是由于在毕业设计期间刚学Pro/E软件，所以必然会有一些错误。相信在将来不断的应用中会有所提高。

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第六章 结束语

本研究采用Pro/E三维建模软件软件进行特征分解，该软件基于特征以及参数化的特点使其具有强大的功能，能够解决这种特殊问题。为获得高质量的产品，采用数值模拟与经验设计相结合的方法对漱口杯成型规律进行了探讨和研究，使整个模具的设计制造周期缩短，优化了模具的结构和工艺参数，大大减少了试模的次数，提高工作效率。利用CAE软件，方便的观测到零件的凝固、充模等过程，寻找出塑件可能出现的成型缺陷，从而在模具的工艺参数、塑件的尺寸形状性能特点之间获得最佳的匹配。

模具CAD/CAE/CAM是模具设计、制造的发展方向，可提高模具产品的设计质量、缩短模具的设计、制造周期,是提高塑料制品的质量及性能的重要途径之一。 Pro/ E 是美国PTC公司的大型三维CAD/CAE/CAM一体化软件。此软件能将其产品设计至生产的过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计，实现模具CAD/CAE/CAM系统的集成，在CAD、CAE、CAM 各单元之间实现数据的自动传递与转换，使CAM、CAE 阶段完全吸收CAD 阶段的三维图形，减少中间建模的时间和误差。它所具有的独特的数据结构提供了从产品的设计到制造过程的全相关性，任何一处的修改会引起其他有关地方的自动修改,大大地减少了设计人员的工作量，是模具设计的主要发展方向。

致谢

本毕业设计论文是在潇亚慧老师的悉心指导下完成的。潇老师严谨的治学态度和谆谆教诲使我受益匪浅。一年来，程老师在学习上给予了我极大的鼓励和支持，在生活上给予了我热情的帮助，对我们来说程老师是良师益友。

潇老师在我们的毕业设计中倾注了许多的心血，尽管他非常繁忙，但是他对我们的设计却非常的尽心尽力，耐心回答学生提出的每一个问题，并且还给学生提供与毕业设计有关的资料。程老师对学生是非常认真负责的，对此能够得到程老师的教导我深感万分荣幸。

潇老师对我设计中的错误和不足的地方进行了耐心的指正。他一丝不苟工作精神，对我影响很大，他对我的方方面面的教诲，对我今后无论是在工作中还是在生活中都会起到很大的作用。所以，我在此毕业设计完成之际，谨向我导师表示衷心的感谢并致以最诚挚的敬意。

同时，整个锻压教研室的诸位老师在学生毕业设计中安排和指导我们做完毕业设计，最后还要对每个学生进行答辩，使我们得以顺利毕业，在此谨对全体老师致以谢意。

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