網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)與信息收集論文

1、cad / cae / cam技術(shù)在現(xiàn)代塑料模設(shè)計制造中的應(yīng)用班級：材料111姓名：萬騫學(xué)號：201106088單位：青島理工大學(xué)摘要：介紹了 cad / cae / cam技術(shù)在現(xiàn)代塑料模設(shè)計與制造中的應(yīng)用，采用cad / cae / cam技術(shù)可提高模具產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、縮短模具設(shè)計與制造周期、降低產(chǎn) 品成本。還簡耍介紹了并行工程、逆向工程、知識工程在塑料模中的應(yīng)用，展望 了現(xiàn)代塑料模設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：塑料模；并行工程；逆向工程；知識工程： 1引言：塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速，早在十多年前塑料的年產(chǎn)量按體積計算己 經(jīng)超過鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和，塑料制品在汽車、機電、儀表、航

2、天航空 等國家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用。相應(yīng) 地，塑料模具在整個模具行業(yè)占有很重要的地位。根據(jù)國內(nèi)外模具市場的發(fā)展?fàn)?況，有關(guān)專家預(yù)測，未來我國的模具業(yè)經(jīng)過行業(yè)調(diào)整后，塑料模具的比例將不斷 增大。近年來，塑料模具的設(shè)計與制造技術(shù)得到很快發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的 飛速發(fā)展及其在塑料模設(shè)計與制造中的應(yīng)用，徹底改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造 方式，使塑料模技術(shù)得到了飛躍性的發(fā)展。在現(xiàn)代塑料模具設(shè)計與制造中，cad 是利用計算機對模具進行幾何設(shè)計、實體建模、繪圖等；cae是利用計算機進行 數(shù)值模擬分析計算進而評估和分析模型，從而對模具模型進行優(yōu)化；cam指設(shè)計 的模具模型在

3、經(jīng)過cae評估分析及優(yōu)化后，最終進行加工刀具軌跡生成與仿真， 產(chǎn)生數(shù)控加工代碼，從而控制數(shù)控機床進行加工?，F(xiàn)代塑料模具設(shè)計的思路是設(shè) 計者在電腦上直接建立產(chǎn)品的三維模型，并根據(jù)模型進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析及 優(yōu)化，再根據(jù)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計三維模型進行nc編程，從而加工出模具。這種方法使 產(chǎn)品模型設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)分析、工藝設(shè)計及加工編程都以3d數(shù)據(jù) 為基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不僅能大幅度提高設(shè)計效率，且能保證質(zhì)量，降低成本。 下面主要介紹cad / cae / cam技術(shù)在現(xiàn)代塑料模中的應(yīng)用及發(fā)展，并簡耍介紹并 行工程、逆向工程和知識工程在塑料模中的應(yīng)用。2 cad e / c在塑料模設(shè)計制造中

4、的應(yīng)用2. 1 cad技術(shù)與塑料模設(shè)計塑料模設(shè)計制造的第一步是塑料產(chǎn)品設(shè)計，設(shè)計者先在電腦上直接建立產(chǎn)品 的三維模型，再根據(jù)產(chǎn)品的三維模型進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計。三維cad造 型軟件如pro / e. ug、catia等為設(shè)計師提供了方便的設(shè)計平臺，它們強大的曲 面造型和編輯修改功能以及逼真的顯示效果使設(shè)計者可以自如地表現(xiàn)自己的設(shè) 計意圖，真正做到所想即所得，而口制品的質(zhì)量、體積等各種物理參數(shù)一并計算 保存，為后續(xù)的模具設(shè)計和分析打下良好的基礎(chǔ)。同時，這些軟件還有專門的設(shè) 計模塊，提供模具分型面工具，使得復(fù)雜的成型零件都能自動生成，而且標(biāo)準(zhǔn)模 架庫、典型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零件庫品種齊全，調(diào)用簡單，

5、添加方便，這些功能大大縮 短了模具設(shè)計時間。下面以三維軟件pro/e為例，簡要介紹三維cad造型軟件在 塑料模設(shè)計中的應(yīng)用。pro/e是一參數(shù)化的、基于特征的實體模型設(shè)計軟件， 其強大和獨特的功能主要表現(xiàn)在參數(shù)方法和基丁特征的功能，其獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 提供了從產(chǎn)品設(shè)計到制造過程的全相關(guān)i生，任何一處的修改都會引起其他有關(guān) 地方的自動修改。pro / e具有零件模塊、裝配模塊、制造模塊、模具設(shè)計模塊等 80個專用模塊，其中promoldesign模塊的岀現(xiàn)使呱徹底完成了塑料模的設(shè)計自 動化，大大提高了模具設(shè)計的效率。pro / moldesign是pro / e系統(tǒng)中的一個選擇性模塊，提供了方便實

6、用的三維 環(huán)境下模具設(shè)計與分析工具。利用這些工具，可以由制品的三維實體模型建立起 模具裝配模型，設(shè)計分型面、澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，牛成模具模型零件的三維實 體模型，從而方便、正確地完成模具核心部分的設(shè)計工作。利用pm/e系統(tǒng)的布 局及裝配模塊，還可以進行模具的頂出系統(tǒng)和三維總裝配設(shè)計，并最終利用工程 模塊生成二維工程圖。pro'moldesign模塊述提供了一些模具設(shè)計過程中非常實 用的分析檢測功能，其中包括脫模檢測、厚度檢測、分型面檢測、投影面積計算、 充模仿真、開模仿真等。在模具設(shè)計過程中適當(dāng)?shù)乩眠@些分析檢測功能，可以 使模具設(shè)計更合理、準(zhǔn)確，口能避免設(shè)計中不必要的重復(fù)勞動。2.

7、2 cae技術(shù)與塑料模設(shè)計傳統(tǒng)的模具設(shè)計主要依靠設(shè)計人員的直覺和經(jīng)驗，模具設(shè)計加工完后往往需 要經(jīng)過反復(fù)調(diào)試與修正才能正式投入生產(chǎn)。試模發(fā)現(xiàn)問題后，不僅要重新調(diào)整工 藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具結(jié)構(gòu)，這種生產(chǎn)方式嚴(yán)重制約了新產(chǎn)品的開 發(fā)效率。在現(xiàn)代模具設(shè)計技術(shù)中，cae技術(shù)徹底克服了這一問題。例如moldflow. polyflow等cae軟件可以在模具制造前對模具設(shè)計的效果進行分析和預(yù)測。在注 射模設(shè)計過程中利用模擬流動分析軟件ployflow提前對模具的設(shè)計效果進行分 析和預(yù)測，其內(nèi)容包括確定最佳澆口位置、填充、保壓、冷卻、翹曲、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、 最佳成型工藝等hlo通過分析，在設(shè)計階段就預(yù)

8、測產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷，指導(dǎo)模 具設(shè)計師對已設(shè)計的模型進行修改和優(yōu)化。從而提高一次試模的成功率，降低生 產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。在擠出模設(shè)計過程屮可利用polyflcw指導(dǎo)模具的 優(yōu)化設(shè)計。例如，利用polyflow分析不同工藝條件下的擠出成型效果，以此來確 定擠岀的最優(yōu)條件；可根據(jù)擠出制品的形狀，利用polyflow進行口模設(shè)計等。此 軟件的應(yīng)用領(lǐng)域包括從板材、管材、異型材的擠出模擬，到雙層復(fù)合擠出和雙螺 桿擠出模擬等許多方面。2. 3 cad / cae技術(shù)與塑料模結(jié)構(gòu)分析隨著實際生產(chǎn)的需要和模具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，模具設(shè)計已經(jīng)不僅僅停留在對 外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，現(xiàn)代塑料模具技術(shù)已經(jīng)擴展到對

9、模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域。對 己經(jīng)設(shè)計出的模具運用cae軟件（尤其是有限元軟件）進行強度、剛度、抗沖擊試 驗?zāi)M、跌落試驗?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析，檢驗?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計是否 合理，分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和位置，然后在cad軟件屮進行相應(yīng)修改，再在 cae軟件中進行各種性能檢測，最終確定出符合性能、經(jīng)濟性等方面要求的、最 優(yōu)化的模具產(chǎn)品。利用cae分析軟件對塑料模結(jié)構(gòu)分析的主要應(yīng)用在以下幾方面：強度和剛 度分析。運用c軟件如ansys、defoma等對模具施加約束和載荷等外部條件來模擬 模具的真實應(yīng)用情況，分析模具的強度和剛度是否達(dá)到規(guī)定要求?？箾_擊試驗 模擬。分析隨時間變化的載荷，如交變載荷、隨

10、機載荷和其他瞬態(tài)力等對結(jié)構(gòu)的 影響，從而對模具結(jié)構(gòu)提供完整的評估與解決方案。跌落試驗?zāi)M。分析模具 結(jié)構(gòu)由于碰撞或跌落產(chǎn)牛的力、變形、應(yīng)力、位移等對模具結(jié)構(gòu)的影響。散熱 能力分析。模擬模具中的溫度分布，對各種材質(zhì)模具的散熱能力進行初步分析。疲勞和蠕變分析。對于那些可能在集中載荷、循環(huán)載荷和常值位移作用下的模 具或處于低溫或者高溫工作條件的模具產(chǎn)品進行初步的疲勞分析和蠕變分析。通過對cad / cae技術(shù)在塑料模設(shè)計中應(yīng)用的分析，可以得到現(xiàn)代塑料模設(shè)計 的大致流程：用三維軟件對產(chǎn)品進行實體造型，其中如有需要可以利用cae軟 件(如ansys)對塑件產(chǎn)品的使用環(huán)境和情況進行強度、剛度等方面的分析和

11、校正, 使之滿足使用要求或節(jié)約原材料(cad / cae)；根據(jù)選用塑料的相關(guān)數(shù)據(jù)進行模 擬流動分析(cae)；根據(jù)模擬流動分析結(jié)果，利用三維軟件在塑件實體模型的 基礎(chǔ)上進行模具設(shè)計(cad)；利用cae軟件，如ansys,對模具結(jié)構(gòu)進行強度剛 度等方面的分析(cae)；根據(jù)cae的優(yōu)化結(jié)果，利用cad修改產(chǎn)品或模具幾何實 體模型，直至獲得最優(yōu)化的模具結(jié)構(gòu)；最后生成二維工程圖。2. 4 im技術(shù)與塑料模制造模具結(jié)構(gòu)通過cad / cae階段的優(yōu)化設(shè)計和分析，將模具設(shè)計的錯誤消除在設(shè) 計階段，然后再利用cam技術(shù)，自動牛成加工模具型腔的"c代碼，實現(xiàn)數(shù)字化制 造8-iolo例如，在利用

12、pro / e進行注射模設(shè)計時，將設(shè)計的注射模模型經(jīng)過cae 評估分析及優(yōu)化后，最終在cam中進行刀具軌跡生成與仿真，產(chǎn)生數(shù)控加工代碼, 從而控制數(shù)控機床進行加工。這種方法使產(chǎn)品造型設(shè)計、模具設(shè)計、加工編程及 工藝設(shè)計都以3d數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不僅能快速提高設(shè)計效率，而且能 保證質(zhì)量，降低成木。另外，也可以采用專業(yè)的cam軟件mastelcam來現(xiàn)注射摸的 g mo利用pro/e設(shè)計的注射模模型經(jīng)過cae評估分析及優(yōu)化后，便可在pm / e中 提取相關(guān)加工信息，通過iges或dxf傳入mastcacam軟件屮進行模擬加工。 mastelcam是數(shù)控加工自動編程常用的軟件，它提供刀具選擇

13、、加工路徑規(guī)劃、 切削用量設(shè)定等功能，設(shè)置有關(guān)參數(shù)，編輯好后處理文件，就可以自動生成加工 程序并傳輸至數(shù)控機床，最終完成零件的加工。現(xiàn)代模具制造的必然趨勢是機械 加工盡可能地取代手工加工。目前數(shù)控車床、多軸聯(lián)動數(shù)控機床、模具雕刻機等 現(xiàn)代設(shè)備已在工廠屮廣泛使用，這些設(shè)備大部分所用的程序都是應(yīng)用cad / cae / cam系統(tǒng)產(chǎn)生的。操作人員按照規(guī)定的程序裝夾工件、配備刀具和操作機床， 就能自動地完成加工任務(wù)，將合格的模具零件制造出來。cam技術(shù)使得數(shù)控加工 技術(shù)快速發(fā)展，也促進模具技術(shù)迅速發(fā)展。與傳統(tǒng)加工方法相比，cam具有準(zhǔn)確、 快速、簡便的優(yōu)勢，給人們帶來極犬的方便，省去了代碼編輯、調(diào)試

14、等繁瑣的工 作。采用模具cad / cae / cam技術(shù)具有提高模具產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，縮短模具設(shè)計、 制造周期，提高塑料制品質(zhì)量，降低成本等優(yōu)點，是塑料模設(shè)計和制造技術(shù)發(fā)展 的必然方向。3并行工程在現(xiàn)代塑料模設(shè)計制造中的應(yīng)用隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，各企業(yè)間的競爭日益激烈，而其競爭逐漸趨向 于產(chǎn)品設(shè)計制造周期、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、客戶服務(wù)等方向，即(time, quality, cost, service)之間的競爭。并行工程(concurrent, engineering, ce)正是基于 此而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。它是以計算機技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過集成企業(yè)的 一切資源，并行化進行產(chǎn)品開發(fā)制造

15、，是一種以動態(tài)優(yōu)化方式處理問題的系統(tǒng)工 程方法。并行工程的具體做法是：在產(chǎn)品開發(fā)初期，組織多種職能協(xié)同工作的項 目組，使有關(guān)人員從一開始就獲得對新產(chǎn)品需求的要求和信息，積極研究涉及本 部門的工作業(yè)務(wù)，并將所需要求提供給設(shè)計人員，使許多問題在開發(fā)早期就得到 解決，從而保證了設(shè)計質(zhì)量，避免了大量的返工浪費。模具產(chǎn)品的設(shè)計不同于普通產(chǎn)品，它的主要特點是：設(shè)計過程復(fù)雜，信息含量大, 設(shè)計因素眾多，專業(yè)分工細(xì)致。計算、分析過程繁瑣，制造資源要求高。另外， 現(xiàn)代模具設(shè)計制造技術(shù)依賴于快速發(fā)展的計算機技術(shù)，cad、cae、cam和pe1v1 的高度集成，使模具設(shè)計制造向數(shù)字化與智能化方向發(fā)展。利用計算機技術(shù)

16、實施 實體建模、優(yōu)化、仿真、虛擬制造、原型制造等，不但提高了設(shè)計效率，同時也 保證了更高的設(shè)計質(zhì)量。相應(yīng)地，由此決定的模具設(shè)計與制造是一個復(fù)雜的過程, 需要多部門的人員共同參與和協(xié)同工作，因此進行模具產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計研究有著 廣泛的實用價值。模具設(shè)計制造過程中應(yīng)用并行工程技術(shù)，在產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計初期就由相關(guān)應(yīng) 用部門介入，使設(shè)計、工藝、制造、裝配、銷售、維護等多部門人員直接參與.并 由多部門人員共同組成產(chǎn)品開發(fā)小組，這樣不僅可以降低成本，還可以人人縮短 產(chǎn)品開發(fā)周期，改善產(chǎn)品質(zhì)量?；诓⑿泄こ痰哪＞咴O(shè)計流程如圖1所示。模具 整體設(shè)計和制造過程的各個環(huán)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)、相互依賴的，這就耍求在總體設(shè)計 時

17、，充分考慮模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件加工工藝等諸多因素，因此有必要建立模具 設(shè)計并行工作小組(由設(shè)計、工藝、加工等人員組成)，研究、討論、制定小組的 工作目標(biāo)。應(yīng)用在模具設(shè)計和制造屮的并行工程強調(diào)以產(chǎn)品為屮心，以市場為導(dǎo)向的快 速開發(fā)機制，在團體式的協(xié)作工作中，及時溝通產(chǎn)品生產(chǎn)廠、模具設(shè)計者和模具 制造廠之間的信息，強調(diào)設(shè)計過程中的實時性和并行性，通過組建動態(tài)聯(lián)盟和合 理的協(xié)同工作環(huán)境，在計算機高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，實現(xiàn)人力、物力資源 的集成和信息的共享，從而把模具設(shè)計和制造帶入一個全新的、快速發(fā)展的階段。 4逆向工程在現(xiàn)代塑料模設(shè)計制造中的應(yīng)用在塑料模具市場競爭h益激烈、新產(chǎn)品層岀不窮、技術(shù)含

18、量不斷提高、產(chǎn)品 市場壽命和制造周期不斷縮短的今天，要求模具企業(yè)既要具有快速開發(fā)產(chǎn)品的能 力，又要具備創(chuàng)新設(shè)計的能力?；诖?，近年來一些企業(yè)逐步開始采用逆向工程 技術(shù)來模仿、借鑒以及消化吸收國內(nèi)外其他同類產(chǎn)品的先進設(shè)計，開發(fā)自己的產(chǎn) 品。逆向工程(reverse engineering, re)是指在無圖紙或者圖紙不完整以及無 cad模型的情況下，根據(jù)現(xiàn)有實物或概念模型，利用各種數(shù)字化技術(shù)及cad技術(shù)， 重新構(gòu)造原型cad模型的過程。相對于傳統(tǒng)的正向工程的設(shè)計思路，逆向工程有 以下特點：可以較快捷地對實物進行克隆、再設(shè)計或者設(shè)計出與實物相匹配的 產(chǎn)品；基于已有實物進行產(chǎn)品開發(fā)，可以提高研發(fā)成功

19、率；不需要從零開始 進行cad建模，可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，特別是對于大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和精 密的產(chǎn)品設(shè)計而言，效率會提高更多。逆向工程技術(shù)主耍包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處 理、造型以及快速制造等，大致分為兩步。第一步就是運用各種手段，釆集實物 模型的有關(guān)數(shù)據(jù)。其測量方法主要有2種：一是傳統(tǒng)的接觸式測量法，如三坐標(biāo) 儀測量法；二是非接觸式測量法，如投影光柵法、激光三角形法。第二步就是模 型重建，常用造型軟件大致可以分為兩大類：一是專用的逆向軟件，如美國 imageware公司的surfacer等。二是提供逆向處理模塊的正向cad / cae / cam 軟件，女ip公司的pro / scan-tool

20、s模塊，ey13公司的ug / point aoud功能模塊 等逆向工程是一項開拓性、實用性和綜合性很強的技術(shù)，該技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用 到新產(chǎn)品的開發(fā)、i口零件的還原以及產(chǎn)品的檢測中，它不僅消化和吸收實物原型, 并且能修改再設(shè)計以制造出新的產(chǎn)品。逆向工程由于其開發(fā)產(chǎn)品的快速性，己經(jīng) 被廣泛應(yīng)用在模具行業(yè)。逆向工程可以極大地縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品 的設(shè)計和制造質(zhì)量，增強企業(yè)對市場的快速響應(yīng)能力。5知識工程在現(xiàn)代塑料模設(shè)計中的應(yīng)用模具在現(xiàn)代產(chǎn)品制造中起著越來越重要的作用，而模具設(shè)計是一項對經(jīng)驗知 識要求較高的工作，一個好的模具設(shè)計人員需通過長期的實踐和學(xué)習(xí)來積累相關(guān) 的設(shè)計經(jīng)驗、技巧、方法乃至

21、失敗的教訓(xùn)。為了幫助模具設(shè)計人員快速、高效地 完成模具設(shè)計工作，減少人為的設(shè)計失誤，國內(nèi)外的研究人員把知識工程引入到 模具設(shè)計中，通過建立基于知識的儕能模型，用計算機模擬人類專家的智能活動, 輔助模具設(shè)計人員進行分析、判斷和決策，以實現(xiàn)設(shè)計過程的智能化、數(shù)字化, 達(dá)到縮短企業(yè)對市場需求的響應(yīng)時間，增強企業(yè)市場競爭能力的目的在工程設(shè) 計領(lǐng)域，知識工程將人工智能(包括知識庫、知識規(guī)則、邏輯推理等)與cax系統(tǒng) (g、cae、m)有機地結(jié)合起來，使其應(yīng)用對象從幾何造型、分析、制造擴展到 設(shè)計領(lǐng)域，形成了工程設(shè)計與cax系統(tǒng)的無縫連接。注射模設(shè)計是一項復(fù)雜的知 識密集型工作，將知識工程的相關(guān)技術(shù)與注射模設(shè)計結(jié)合起來，構(gòu)成智能化的設(shè) 計和決策體系，從整體上提高注射模的水平是模具行業(yè)計算機應(yīng)用發(fā)展的重耍方 向之一。近年來，研究注射模設(shè)計單元技術(shù)與知識工程相結(jié)合的成果越來越多， 包括型腔與分型面設(shè)計091,智能化頂出機構(gòu)設(shè)計等?；趯嵗评淼哪＞咴O(shè)計 技術(shù)是知識工程在模具設(shè)計中一個重要應(yīng)用。戚占龍介紹了-種基于實例推理技 術(shù)的模具設(shè)計方法，通過狀態(tài)空間法表示了設(shè)計實例，闡述了基于相似度理論的 最近鄰居算法檢索策略，能夠?qū)嵗龓熘械膶?/p>