基于ProE的電話機底座注塑模具設計【說明書+PROE+仿真】

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因此模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程，能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。 本次設計就是通過利用Pro/ENGEER軟件進行電話的模具設計，通過電腦軟件縮短模具設計與制造周期的靈活運用。 1 模具設計的概述 本章在于對傳統(tǒng)的模具產(chǎn)品設計過程進行分析，研究其特點并指出所具有的局限性，進一步研究了模具虛擬設計產(chǎn)生的背景、模具虛擬設計的定義作用，從而體現(xiàn)出模具虛擬設計技術在現(xiàn)今信息技術飛速發(fā)展的形式下的積極作用。 1.1 模具定義及作用 1.1.1 模具的概念 模具是壓力加工或其他成型工藝中,使材料（金屬或非金屬）變形成產(chǎn)品（成品或半成品）的成形工藝裝備。 1.1.2 模具的作用 模具在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用主要表現(xiàn)在以下3個方面： 1）在塑料、陶瓷、粉末冶金、鍛造和壓鑄等行業(yè)應用得非常廣泛。 2）模具采用壓力加工產(chǎn)品，因此廣泛應用于要求無切削的領域。 3）模具制造業(yè)同時也反映了一個國家的制造技術水平。 1.2 模具設計過程 1.2.1 收集、分析、消化原始資料[2] 收集整理有關制件設計、成型工藝、成型設備、機械加工及特殊加工的資料，以備設計模具時使用。 1）消化塑料制件圖，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術要求。 2）消化工藝資料，分析工藝任務書所提出的成型方法、設備型號、材料規(guī)格、模具結(jié)構(gòu)類型等要求是否恰當，能否落實。 3）確定成型方法：采用直壓法、鑄壓法還是注射法。 4）選擇成型設備：要初步估計模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機上安裝和使用。 5）具體結(jié)構(gòu)方案： a）確定模具類型： 如壓制模（敞開式、半閉合式、閉合式）、鑄壓模、注射模等。 b）確定模具類型的主要結(jié)構(gòu)。 選擇理想的模具結(jié)構(gòu)在于確定必需的成型設備，理想的型腔數(shù)，在絕對可靠的條件下能使模具本身的工作滿足該塑料制件的工藝技術和生產(chǎn)經(jīng)濟的要求。對塑料制件的工藝技術要求是要保證塑料制件的幾何形狀，表面光潔度和尺寸精度。生產(chǎn)經(jīng)濟要求是要使塑料制件的成本低，生產(chǎn)效率高，模具能連續(xù)地工作，使用壽命長，節(jié)省勞動力。 1.2.2 影響模具結(jié)構(gòu)及模具個別系統(tǒng)的因素 影響模具結(jié)構(gòu)及模具個別系統(tǒng)的因素很多，很復雜： 1）型腔布置。根據(jù)塑件的幾何結(jié)構(gòu)特點、尺寸精度要求、批量大小、模具制造難易、模具成本等確定型腔數(shù)量及其排列方式。 對于注射模來說，塑料制件精度為3級和3a級，重量為5克，采用硬化澆注系統(tǒng)，型腔數(shù)取4～6個；塑料制件為一般精度（4～5級），成型材料為局部結(jié)晶材料，型腔數(shù)可取16～20個；塑料制件重量為12～16克，型腔數(shù)取8～12個；而重量為50～100克的塑料制件，型腔數(shù)取4～8個。對于無定型的塑料制件建議型腔數(shù)為24～48個，16～32個和6～10個。當再繼續(xù)增加塑料制件重量時，就很少采用多腔模具。7～9級精度的塑料制件，最多型腔數(shù)較之指出的4～5級精度的塑料增多至50%。 2）確定分型面。分型面的位置要有利于模具加工，排氣、脫模及成型操作，塑料制件的表面質(zhì)量等。 3）確定澆注系統(tǒng)（主澆道、分澆道及澆口的形狀、位置、大?。┖团艢庀到y(tǒng)（排氣的方法、排氣槽位置、大?。?。 4）選擇頂出方式（頂桿、頂管、推板、組合式頂出），決定側(cè)凹處理方法、抽芯方式。 5）決定冷卻、加熱方式及加熱冷卻溝槽的形狀、位置、加熱元件的安裝部位。 6）根據(jù)模具材料、強度計算或者經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定模具零件厚度及外形尺寸，外形結(jié)構(gòu)及所有連接、定位、導向件位置。 7）確定主要成型零件，結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式。 8）考慮模具各部分的強度，計算成型零件工作尺寸。 以上這些問題如果解決了，模具的結(jié)構(gòu)形式自然就解決了。這時，就應該著手繪制模具結(jié)構(gòu)草圖，為正式繪圖作好準備。 1.2.3 繪制模具圖 要求按照國家制圖標準繪制，但是也要求結(jié)合國家未規(guī)定的工廠習慣畫法。 在畫模具總裝圖之前，應繪制工序圖，并要符合制件圖和工藝資料的要求。由下道工序保證的尺寸，應在圖上標寫注明“工藝尺寸”字樣。如果成型后除了修理毛刺之外，再不進行其他機械加工，那么工序圖就與制件圖完全相同。 在工序圖下面最好標出制件編號、名稱、材料、材料收縮率、繪圖比例等。通常就把工序圖畫在模具總裝圖上。 繪制總裝圖盡量采用1：1的比例，先由型腔開始繪制，主視圖與其它視圖同時畫出。 1.2.4 模具總裝圖應包括以下內(nèi)容： 1）模具成型部分結(jié)構(gòu)。 　　2）澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。 　　3）分型面及分模取件方式。 　　4）外形結(jié)構(gòu)及所有連接件，定位、導向件的位置。 　　5）標注型腔高度尺寸（不強求，根據(jù)需要）及模具總體尺寸。 　　6）輔助工具（取件卸模工具，校正工具等）。 　　7）按順序?qū)⑷苛慵蛱柧幊觯⑶姨顚懨骷毐怼? 　　8）標注技術要求和使用說明。 1.2.5 模具總裝圖的技術要求內(nèi)容： 　　1）對于模具某些系統(tǒng)的性能要求。例如對頂出系統(tǒng)、滑塊抽芯結(jié)構(gòu)的裝配要求。 　　2）對模具裝配工藝的要求。例如模具裝配后分型面的貼合面的貼合間隙應不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由裝配決定的尺寸和對該尺寸的要求。 　　3）模具使用，裝拆方法。 　　4）防氧化處理、模具編號、刻字、標記、油封、保管等要求。 　　5）有關試模及檢驗方面的要求。 1.2.6 繪制全部零件圖 　　由模具總裝圖拆畫零件圖的順序應為：先內(nèi)后外，先復雜后簡單，先成型零件，后結(jié)構(gòu)零件。 　　1）圖形要求：一定要按比例畫，允許放大或縮小。視圖選擇合理，投影正確，布置得當。為了使加工專利號易看懂、便于裝配，圖形盡可能與總裝圖一致，圖形要清晰。 　　2）標注尺寸要求統(tǒng)一、集中、有序、完整。標注尺寸的順序為：先標主要零件尺寸和出模斜度，再標注配合尺寸，然后標注全部尺寸。在非主要零件圖上先標注配合尺寸，后標注全部尺寸。 3）表面粗糙度。把應用最多的一種粗糙度標于圖紙右上角，如標注“其余3.2”。其它粗糙度符號在零件各表面分別標出。 　4）其它內(nèi)容，例如零件名稱、模具圖號、材料牌號、熱處理和硬度要求，表面處理、圖形比例、自由尺寸的加工精度、技術說明等都要正確填寫。 1.2.7 校對、審圖、描圖、送曬 1）自我校對的內(nèi)容是： 　　A）模具及其零件與塑件圖紙的關系： 模具及模具零件的材質(zhì)、硬度、尺寸精度，結(jié)構(gòu)等是否符合塑件圖紙的要求。 B）塑料制件方面： 塑料料流的流動、縮孔、熔接痕、裂口，脫模斜度等是否影響塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面質(zhì)量等方面的要求。圖案設計有無不足，加工是否簡單，成型材料的收縮率選用是否正確。 　　C）成型設備方面： 　　注射量、注射壓力、鎖模力夠不夠，模具的安裝、塑料制件的南芯、脫模有無問題，注射機的噴嘴與澆口套是否正確地接觸。 　　D）模具結(jié)構(gòu)方面： 　　a）分型面位置及精加工精度是否滿足需要，會不會發(fā)生溢料，開模后是否能保證塑料制件留在有頂出裝置的模具一邊。 　　b）脫模方式是否正確，推桿、推桿的大小、位置、數(shù)量是否合適，推板會不會被型芯卡住，會不會造成擦傷成型零件。 　　c）模具溫度調(diào)節(jié)方面。加熱器的功率、數(shù)量；冷卻介質(zhì)的流動線路位置、大小、數(shù)量是否合適。 　　d）處理塑料制件制側(cè)凹的方法，脫側(cè)凹的機構(gòu)是否恰當，例如斜導柱抽芯機構(gòu)中的滑塊與推桿是否相互干擾。 　　e）澆注、排氣系統(tǒng)的位置，大小是否恰當。 　 2）設計圖紙。 a）裝配圖上各模具零件安置部位是否恰當，表示得是否清楚，有無遺漏 　 b）零件圖上的零件編號、名稱，制作數(shù)量、零件內(nèi)制還是外購的，是標準件還是非標準件，零件配合處理精度、成型塑料制件高精度尺寸處的修正加工及余量，模具零件的材料、熱處理、表面處理、表面精加工程度是否標記、敘述清楚。 c）零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。尺寸數(shù)字應正確無誤，不要使生產(chǎn)者換算。 d）檢查全部零件圖及總裝圖的視圖位置，投影是否正確，畫法是否符合制圖國標，有無遺漏尺寸。 3）校核加工性能（所有零件的幾何結(jié)構(gòu)、視圖畫法、尺寸標等是否有利于加工）?！　? 4）復算輔助工具的主要工作尺寸。 5）專業(yè)校對原則上按設計者自我校對項目進行；但是要側(cè)重于結(jié)構(gòu)原理、工藝性能及操作安全方面。 描圖時要先消化圖形，按國標要求描繪，填寫全部尺寸及技術要求。描后自校并且簽字。 6）把描好的底圖交設計者校對簽字，習慣做法是由工具制造單位有關技術人員審查，會簽、檢查制造工藝性，然后才可送曬。 7）編寫制造工藝卡片。 由工具制造單位技術人員編寫制造工藝卡片，并且為加工制造做好準備。在模具零件的制造過程中要加強檢驗，把檢驗的重點放在尺寸精度上。模具組裝完成后，由檢驗員根據(jù)模具檢驗表進行檢驗，主要的是檢驗模具零件的性能情況是否良好，只有這樣才能保證模具的制造質(zhì)量。 1.2.8 試模及修模 雖然是在選定成型材料、成型設備時，在預想的工藝條件下進行模具設計，但是人們的認識往往是不完善的，因此必須在模具加工完成以后，進行試模試驗，看成型的制件質(zhì)量如何。發(fā)現(xiàn)錯誤以后，進行排除錯誤性的修模。 塑件出現(xiàn)不良現(xiàn)象的種類居多，原因也很復雜，有模具方面的原因，也有工藝條件方面的原因，二者往往交織在一起。在修模前，應當根據(jù)塑件出現(xiàn)的不良現(xiàn)象的實際情況，進行細致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出補救方法。因為成型條件容易改變，所以一般的做法是先變更成型條件，當變更成型條件不能解決問題時，才考慮修理模具。 修理模具更應慎重，沒有十分把握不可輕舉妄動。其原因是一旦變更了模具條件，就不能再作大的改造和恢復原狀。 1.2.9 整理資料進行歸檔 模具經(jīng)試驗后，若暫不使用，則應該完全擦除脫模渣滓、灰塵、油污等，涂上黃油或其他防銹油或防銹劑，關到保管場所保管。 把設計模具開始到模具加工成功，檢驗合格為止，在此期間所產(chǎn)生的技術資料，例如任務書、制件圖、技術說明書、模具總裝圖、模具零件圖、底圖、模具設計說明書、檢驗記錄表、試模修模記錄等，按規(guī)定加以系統(tǒng)整理、裝訂、編號進行歸檔。這樣做似乎很麻煩，但是對以后修理模具，設計新的模具都是很有用處的。 1.2.10 傳統(tǒng)模具設計過程特點 以上為傳統(tǒng)的模具產(chǎn)品設計過程其特點是： 1）傳統(tǒng)模具設計的每一個環(huán)節(jié)都是依靠收購方式完成。從本質(zhì)上說，多數(shù)都是憑設計者直接或間接的經(jīng)驗知識，通過類比分析或經(jīng)驗公式來確定設計方案。對于特別重要的設計或者計算工作量太大的設計，有時也可對擬訂的幾個方案進行計算對比與選擇。最后繪出，編寫技術文件。 2）應用傳統(tǒng)的模具設計方法，設計者的大部分時間和精力都消耗在裝配圖和個別系統(tǒng)（型腔，分型面，澆注系統(tǒng)，頂出方式，模具零件厚度及外形尺寸，主要成型零件）上，繪圖工作大約占設計的70%左右，因而對設計的總體問題難于進行深入的研究，對于一些困難而費時的分析技術，常常只得用圖形或類比定值等粗糙的方法，因此具有極大的局限性。主要表現(xiàn)在： A）方案的擬訂在很大程度上取決于設計者的個人經(jīng)驗，即使同時擬訂了少數(shù)幾個方案，也難以獲得最優(yōu)方案。 B）在分析計算工作中，由于受人工計算條件的限制，只能采用靜態(tài)或近似方法而難以按動態(tài)的或精確的方法計算，計算結(jié)果不夠精確，影響設計質(zhì)量。 C）設計工作周期長，效率低。 1.3 模具虛擬設計產(chǎn)生的背景 在經(jīng)濟全球化，貿(mào)易自由化和社會信息化的新形勢下，世界市場由過去傳統(tǒng)的相對穩(wěn)定逐步演變成動態(tài)多變的特征，由過去的局部競爭演變?nèi)蚍秶鷥?nèi)的競爭；同行業(yè)之間，跨行業(yè)之間的相互滲透。相互競爭日益激烈，因此，制造業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略發(fā)生了很大變化，TQCS成為現(xiàn)在制造企業(yè)適應市場需求，提高競爭力的關鍵因素。即最快的上市速度（T-Time to Market），最好的質(zhì)量（Q-uality），最低的成本（C-Cost），最幼的服務（S-Service）來滿足不同顧客的需求。 模具產(chǎn)品制造是典型的單件小批量、離散型生產(chǎn)。傳統(tǒng)模具產(chǎn)品開發(fā)從設計、試制到產(chǎn)品上市周期太長，設計過程中難以與用戶進行交流，難以及時聽取用戶的意見，難以考慮可制造性和可裝配性，很難全面考慮安全、維護等方面的要求，不能綜合考慮生產(chǎn)、時間以及費用等相互制約條件的限制，更談不上考慮整個模具產(chǎn)品壽命周期的諸多問題。應用CAD技術必須在模具產(chǎn)品圖紙全部出來之后，才能與用戶進行交流。此外，圖紙上的模具產(chǎn)品因缺乏直觀性，有時模具產(chǎn)品制造之后才能發(fā)現(xiàn)諸多問題，造成模具產(chǎn)品不能符合用戶的要求，既影響交貨期（Today Hot）又增加成本，有時甚至影響客戶關系及市場占有率。 與此同時，信息技術取得了迅速發(fā)展，特別是計算機技術，計算機網(wǎng)絡技術，信息處理技術等取得了人們意想不到的進步。進入九十年代以來，技術更新的速度明顯加快，新興知識轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力推動力量的時間間隔越來越短。如何利用新技術所提供的機遇，抓住用戶需求，以最短的時間開發(fā)出用戶能夠接受的產(chǎn)品，已成為市場競爭的焦點。 因此，模具產(chǎn)品設計面臨嚴峻考驗，模具企業(yè)必須利用最新的技術，在最短的時間內(nèi)開發(fā)出高質(zhì)量、低成本、高附加值的產(chǎn)品，以最快的速度響應和投放市場。這就需要改變傳統(tǒng)模具產(chǎn)品設計方式，采用現(xiàn)代產(chǎn)品設計技術，模具現(xiàn)代產(chǎn)品設計技術是基于知識的設計，它要綜合利用現(xiàn)代管理、控制、系統(tǒng)工程、仿真、信息建模、人工智能、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡通訊等技術，將模具產(chǎn)品設計過程中的信息流有機集成，并模擬出模具產(chǎn)品未來的性能，以及模具制造全過程對模具產(chǎn)品設計的影響，從而做出正確的決策與設計方案。 現(xiàn)代模具的制造與當前經(jīng)濟發(fā)展的形勢及以上要求相適應。多年來的實踐證明，信息技術應用于模具制造業(yè)，進行對傳統(tǒng)模具制造的改造，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必由之路。 模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術/DL圖的設計和模具結(jié)構(gòu)圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術開發(fā)的領域。 1.4 模具虛擬設計定義 虛擬現(xiàn)實技術集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、網(wǎng)絡、多傳感器、并行處理等技術的最新研究成果。實時的三維空間表現(xiàn)力、人機交互的操作環(huán)境能給人帶來身臨其境的感受。隨著際互聯(lián)網(wǎng)技術的普及，虛擬現(xiàn)實技術必將成為現(xiàn)代產(chǎn)品設計技術的主流和標準。模具虛擬產(chǎn)品設計技術是虛擬現(xiàn)實技術在模具產(chǎn)品制造中的應用或?qū)崿F(xiàn)。它是模具現(xiàn)實設計環(huán)境和制造環(huán)境的計算機內(nèi)部映射，是模具虛擬設計的重要內(nèi)容。模具虛擬設計是以仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術等為支撐，對模具設計、加工、裝配、維護經(jīng)過統(tǒng)一建模形成虛擬的環(huán)境、虛擬的過程、虛擬的產(chǎn)品[3]。 1.5 模具虛擬的作用 目前，模具虛擬設計已經(jīng)在國外有所應用，它對未來模具制造業(yè)和企業(yè)的發(fā)展都將會產(chǎn)生深遠影響。 1.5.1 模具虛擬設計對未來模具制造業(yè)的重大作用主要表現(xiàn)為： 1）運用軟件對模具進行虛擬設計，對模具設計的主要階段進行全面仿真，使之達到“快，好，省”的目的，為先進模具制造技術的進一步發(fā)展提高了更廣大的空間，同時也推動了相關技術的不斷發(fā)展和進步。 2）可加深人們對模具設計的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實踐生產(chǎn)，有利于對模具設計的普及，推動生產(chǎn)力的巨大躍升。 1.5.2 模具虛擬設計對未來企業(yè)的影響 1）提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，減少設計缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品制造質(zhì)量； 2）提高工藝規(guī)劃和加工過程的合理性，優(yōu)化制造質(zhì)量； 3）通過提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和縮短開發(fā)周期以及提高企業(yè)柔性，以適應用戶的特殊要求和快速響應市場的變化，形成企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢； 4）虛擬技術的應用，模具設計軟件的開發(fā)可以加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度； 2 基于Pro/ENGINEER的模具設計 實現(xiàn)模具設計、制造信息化與智能化，是21世紀中國模具制造業(yè)光榮而艱巨的任務。應用信息技術將先進的設計理論、方法與制造技術加以系統(tǒng)的集成創(chuàng)新，是全面推動中國由模具制造大國向模具制造強國的重要措施。 本章將在前一章研究模具設計的基礎上，進一步研究模具設計的定義以及模具設計的關鍵技術。還研究了Pro/ENGINEER的有關內(nèi)容以及在其環(huán)境下的模具設計裝配。 2.1 現(xiàn)代CAD/ CAM軟件介紹 CAD/CAM（計算機輔助設計及制造）技術產(chǎn)生于本世紀50年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計算機軟硬件技術和計算機圖形學技術的發(fā)展而迅速成長起來。1989年美國國家工程科學院將 。CAD/CAM技術評為當代（1964～1989）十項最杰出的工程技術成就之一[4]。三十幾年來CAD技術和系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，CAD/CAM的應用迅速普及。在工業(yè)發(fā)達國家，CAD/CAM技術的應用已迅速從軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴展，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術領域的應用向日用家電、輕工產(chǎn)品的設計和制造中普及。而且這一技術正在從發(fā)達國家“流向”發(fā)展中國家。 CAD是一個包括范圍很廣的概念，概括來說，CAD的設計對象有兩大類，一類是機械、電氣、電子、輕工和紡織產(chǎn)品；另一類是工程設計產(chǎn)品，即工程建筑，國外簡稱AEC（Architecture、Engineering和Construction）。而如今，CAD技術的應用范圍已經(jīng)延伸到藝術、電影、動畫、廣告和娛樂等領域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟及社會效益，有著廣泛的應用前景。 　　CAD在機械制造行業(yè)的應用最早，也最為廣泛。采用CAD技術進行產(chǎn)品設計不但可以使設計人員“甩掉圖板”，更新傳統(tǒng)的設計思想，實現(xiàn)設計自動化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設計和生產(chǎn)技術管理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率。如今世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAM技術進行產(chǎn)品設計，而且投入大量的人力物力及資金進行CAD/CAM軟件的開發(fā)，以保持自己技術上的領先地位和國際市場上的優(yōu)勢。 　　計算機輔助建筑設計（Computer Aided Architecture Design，簡稱CAAD）是CAD在建筑方面的應用，它為建筑設計帶來了一場真正的革命。隨著CAAD軟件從最初的二維通用繪圖軟件發(fā)展到如今的三維建筑模型軟件，CAAD技術已開始被廣為采用，這不但可以提高設計質(zhì)量，縮短工程周期，還可以節(jié)約2%至5%的建設投資，而近幾年來我國每年的基本建設投資都有幾千億元之多，如果全國大小近萬個工程設計單位都采用CAD技術，則可以大大提高基本建設的投資效益。 　　CAD技術還被用于輕紡及服裝行業(yè)中。以前我國紡織品及服裝的花樣設計、圖案的協(xié)調(diào)、色彩的變化、圖案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前國際市場上對紡織品及服裝的要求是批量小、花色多、質(zhì)量高、交貨要迅速，這使得我國紡織產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不強。采用CAD技術以后，大大加快了我國紡織及服裝企業(yè)走向國際市場的步伐。 　　如今，CAD技術已進入到人們的日常生活中，在電影、動畫、廣告和娛樂等領域大顯身手。電影拍攝中利用CAD技術已有十余年的歷史，美國好來塢電影公司主要利用CAD技術構(gòu)造布景，可以利用虛擬現(xiàn)實的手法設計出人工不可能做到的布景。這不僅能節(jié)省大量的人力、物力，降低電影的拍攝成本，而且還可以給觀眾造成一種新奇、古怪和難以想像的環(huán)境，獲得極大的票房收入。比如美國的《星球大戰(zhàn)》、《外星人》、《侏羅紀公園》等科幻片以及完全用三維計算機動畫制作的影片《玩具總動員》，都取得了極大的成功。轟動全球的大片《泰坦尼克》應用了大量的三維動畫制作，用計算機真實地模擬了泰克尼克航行、沉船的全過程。此外，動畫和廣告制作中也充分利用了計算機造型技術，實質(zhì)上也是一種虛擬現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實技術還被用于各種模擬器及景物的實時漫游、娛樂游戲中。 　　近十年來，在CIMS工程和CAD應用工程的推動下，我國計算機輔助設計技術應用越來越普遍，越來越多的設計單位和企業(yè)采用這一技術來提高設計效率、產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動條件。目前，我國從國外引進的CAD軟件有好幾十種，國內(nèi)的一些科研機構(gòu)、高校和軟件公司也都立足于國內(nèi)，開發(fā)出了自己的CAD軟件，并投放市場，我國的CAD技術應用呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。 2.2 Pro/ENGINEER簡介 Pro/ENGINEER是美國PTC公司出品的CAD/CAM軟件，它以參數(shù)化設計的觀念聞名于世，為傳統(tǒng)機械設計與制造帶來了巨大的便利。Pro/ENGINEER提供的參數(shù)化設計具有3D實體造型、單一資料庫以及以特征為設計單位等特點，因此通過使用它設計者可以隨時計算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、重量和慣性矩等數(shù)據(jù)，并且不論在3D或2D圖形上作尺寸修改，其相關的2D或3D實體模型及裝配、制造等也自動修改。由于Pro/ENGINEER在設計中導入了制造的概念，設計人員可隨時對特征作合理、不違反幾何的順序調(diào)整、插入、刪除和重新定義等修正操作。 Pro/ENGINEER經(jīng)過多年的推廣，已是當今電子及機械兩大行業(yè)的設計主力，舉凡日常的消費性電子產(chǎn)品（如手機，數(shù)字相機，MP3播放器等），計算機零件，計算機外設備，電器產(chǎn)品，汽機車零件，汽車內(nèi)裝，工具機等，無一不是利用Pro/E所設計。換言之，Pro/E設計出來的產(chǎn)品，幾乎占據(jù)了人類的生活，對人類的文明與進化有莫大的影響力，儼然成為推動高科技產(chǎn)業(yè)的原動力。 由于Pro/E已深入各行各業(yè)的設計，因此Pro/E成為機械，模具，工業(yè)設計的有力保證。另一方面，Pro/E不但是從事產(chǎn)業(yè)造型，機構(gòu)，零件及模具設計的利器，同時次軟件亦具備工程分析，NC加工，量測，工程數(shù)據(jù)管理等功能，因此學會次軟件，即可受用一輩子，可從事各層級的工作。 2.3 模具設計主要應用模塊 2.3.1 Pro／DETAIL Pro/ENGINEER提供了一個很寬的生成工程圖的能力，包括：自動尺寸標注、參數(shù)特征生成，全尺寸修飾，自動生成投影面，輔助面，截面和局部視圖，Pro/DETAIL擴展了Pro/ENGINEER這些基本功能，允許直接從Pro/ENGINEER的實體造型產(chǎn)品按ANSI/ISO/JIS/DIN標準的工程圖。 2.3.2 Pro／FEATURE Pro/Feature擴展了在Pro/ENGINEER內(nèi)的有效特征，包括用戶定義的習慣特征，如各種彎面造型（Profited Domes）、零件抽空（Shells）、三維式掃描造型功能（3D Sweep）、多截面造型功能（Blending）、薄片設計（Thin—Wa）等等。通過將Pro/ENGINEER任意數(shù)量特征組臺在一起形成用戶定義的特征，就可以又快又容易地生成。Pro/FEATURE包括從零件上一個位置到另一個位置復制特征或組合特征能力，以及鏡像復制生成帶有復雜雕刻輪廓的實體模型。 2.3.3 Pro／SURFACE Pro/SURFACE是一個選項模塊，它擴展了Pro/ENGINEER的生成、輸入和編輯復雜曲面和曲線的功能。Pro/SURFACE提供了一系列必要的工具，使得工程師們在整個工業(yè)范圍內(nèi)很容易地生成用于飛機和汽車的氣動曲線和曲面，船殼設計以及通常所碰到的復雜設計問題。 2.3.4 Pro/ENGINEER EMX 模具制造者依賴于2D的CAD方法來設計模架。因此，Pro/ENGINEER模架設計專家提供了一個理想的解決方案。此軟件基于過程并且易于學習，它使模具制造者能在熟悉的 2D環(huán)境中工作，同時利用3D的所有強大功能和優(yōu)點，從而顯著地縮短了提前期。其特點是： 1）快速選型及修改下列內(nèi)容： a）模架及配件。 b）選取頂針規(guī)格，自動切出相應的孔位及沉孔。 c）按預先定義的曲線輕易設計運水孔，安裝水喉水堵。 d）系統(tǒng)預設BOM及零件圖。 2）3D環(huán)境： a）完整的滑塊結(jié)構(gòu)，包含螺絲，銷釘及自動切槽。 b）完整的開模機構(gòu)，包含螺絲，銷釘及自動切槽。 c）完整的斜頂結(jié)構(gòu)，包含螺絲，銷釘及自動切槽。 d）模擬開模過程。 e）平面圖中的孔表功能。 3）自動化配置： a）預設所有標準件的名稱。 b）預設各類零件的參數(shù)及參數(shù)值。 c）螺栓，銷釘自動安裝。 d）各類零件自動產(chǎn)生并歸于相應圖層。 e）各類簡化表達。 f）預設所有的螺栓，銷釘及頂針的孔位間隙。 本次設計主要利用Pro/E的實體建模，特征建模進行電話面板的3維模型設計，在利 用Pro/E環(huán)境下自帶的制造模具型腔功能進行電話面板模具設計及模架設計。 3 基于Pro/E的電話面板模具設計過程 本章對模架設計個部分進行標準化選擇，并深入研究如了Pro/E環(huán)境下設模具設計，的全過程，并進行開模演示。 3.1 電話面板結(jié)構(gòu)設計 繪制電話三維模型，利用Pro/E繪制電話面板結(jié)構(gòu)如圖3-1[5]。 圖3-1 電話面板 Fig.3-1 Tel-version 3.2 模具設計 3.2.1 創(chuàng)建毛坯工件 1）創(chuàng)建新文件制作—模具型腔phone001。 2）裝配電話面板參考模型如圖3-2（兩模型間距離40mm）。 3）設計收縮率[6]： 收縮是指制模時在固化及冷卻后出現(xiàn)的縮小現(xiàn)象。將收縮值應用到參照模型中，就可按照與模具成型過程的收縮量成比例的值來增加參照模型的尺寸。 圖3-2 裝配參照模型 Fig.3-2 Assembly reference model 在開始模具成型過程之前，應對收縮進行設置。有兩種應用收縮的方法，即按尺寸和按比例。 按尺寸收縮： 在“模具”模式中應用“按尺寸收縮”時，Pro/ENGINEER 會將收縮特征放置在設計模型中?？梢赃x取要用來計算收縮的公式，也可選取希望應用收縮的尺寸。 指定按尺寸收縮時，切記以下原則： A）收縮值不是累積的。 B）按尺寸收縮，不收縮外部參照或輸入幾何。 C）當收縮應用到多腔模具中的指定參照模型時，所有基于同一設計模型的參照模型都會應用同樣的收縮。在族模具中，收縮將只應用到指定模型的參照模型中；收縮不影響基于不同設計模型的參照模型。 D）“按尺寸收縮”只影響那些在收縮特征之前創(chuàng)建或重排序的特征。 更新設計模型：當“按尺寸”應用收縮時，將向設計模型中添加一個特征。設計要使用不收縮的設計模型，可將收縮特征隱含，而不影響模具中的參照零件幾何，要從模具模型中完成此操作，可將設計模型更新為收縮或不收縮。 按比例收縮： 在Pro/ MOLDESIGN中應用“按比例收縮”時，它將創(chuàng)建一個新的名為“收縮”的組件特征，因為它在Pro/MOLDESIGN 中創(chuàng)建了一個特征，所以它不影響設計模型幾何。如果在一個模具模型中有多個參照模型，系統(tǒng)將提示用戶選取要收縮的模型。要創(chuàng)建收縮，應選取一個坐標系特征并指定X ，Y及Z方向的收縮值。然后，參照模型幾何將相對于選定坐標系按比例縮放。在模具中用來定位參照模型的所有組件偏距值也將被收縮。 按比例收縮主要用于各項異性的收縮，也用于包含輸入幾何的模型的收縮，因為此幾何將用“按比例收縮”特征收縮。 本次設計選用尺寸收縮，收縮率為0.005，公式1+s。 圖3-3 毛坯工件 Fig.3-3 Semifinished materials work piece 4）創(chuàng)建毛坯工件 厚度為90MM，長450MM，寬315，如圖3-3。 3.2.2 創(chuàng)建分型面 模具閉合時凹模和凸模相配合的接觸表面，叫分型面，也可叫做合模面。分型面可以是平面、曲面或階梯面。 選定模具分型面時，應考慮到以下原則[7]： A）分型面應選擇在不影響塑件外觀的部位，如四角或邊緣，而且由于分型面所產(chǎn)生的飛邊，應容易修整清楚。特別上一熱固型塑料壓塑模，要防止由于分型面而造成過厚的飛邊。 B）分型面應盡量簡單，避免采用復雜形狀，以減少配合不良時的溢料現(xiàn)象和二次加工的困難。 C）分型面的選擇應有利于塑件脫模。 D）分型面不應影響塑件的尺寸精度。精度要求高的塑件部分若被分型面所分割，就會由于合模不準確，造成尺寸上的誤差。 E）分型面盡可能和料流的末端重合，以利于排氣。 F）分型面應使模具分割成便于加工的部件，以減少機械加工的困難。 1）選取曲面： 選擇電話面板上表面所有曲面定義為分型面曲面。 2）設置填充環(huán)： A）選取要掏孔的曲面。如圖3-4（a）。 B）修改分型面，創(chuàng)建平整平面，分別合并面組如圖3-4（b）完成分型面創(chuàng)建如圖3-4（c）。 3.2.3 分割模具體積塊 分割體積塊，選擇分型面為分割平面，分割成上下兩快 分別為A板（圖3-5a）B板（圖3-5b）。并抽取元件，選擇模具元件—抽取，選擇A板，B板抽取。 （a） （b） （c） 圖3-4 分型面設計 Fig3-4. Foundation minute profile （a） （b） 圖3-5 A板 B板 Fig.3-5 A board and b board 3.2.4 鑄道，分流道，澆口設計 利用創(chuàng)建一個新的模具型腔組件特征設計鑄道，小頸d=6mm，錐度為2°，B板內(nèi)深8mm。接著繪制分流道直徑為4mm和澆口直徑為3mm，如圖3-6。 3.2.5 鑄模、開模 A）選擇鑄?！獎?chuàng)建—輸入名稱molding，如圖3-7。 B）開模如圖3-8。 圖3-6 鑄道 分流道 澆口 Fig.3-6 Runner pipe minute flow channel runner 圖3-7 鑄模 Fig.3-7 Mold 圖3-8開模 Fig.3-8 Operates the mold 3.3 模架設計 3.3.1 模架的選擇 本次設計是塑料模具設計，根據(jù)設計電話面板的大小，根據(jù)模具標準化要求選擇A1-315450-24-Z1GB/T12556-1990模架[8]，查出以下各個部分尺寸表3-1。 表3-1 315*L數(shù)據(jù)庫 Tab.3-1 315*L （1） Database 單位：mm 編號 模塊 墊塊 L　　　Lt　　　LT　　　Lm　　ＬM A B C 22 25　　　　　　　　450 375 395 295 430 23 32 80 24 50 40 25 50 100 1）選擇模架基本類型： 選取A1型模架。A1型模架定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，設置推桿推出機構(gòu)，適用于單型面注射成形模具如圖3-9。 確定各板厚度尺寸：（單位：MM） A：50 B：40 C：80 H=50+A+B+C=220 E：25 F：20 2）選擇正裝Z型導柱： 導柱的功能為與導套配合使用，使模具在工作時的開模和閉合時，起導向作用，使定模和動模相對處于正確位置，同時承受由于在塑料注射時，注射機運動誤差所引起的側(cè)壓力，以保證塑件精度。 帶頭導柱是常用結(jié)構(gòu)，分兩段。近頭段為在模板中的安裝段，標準采用H7／k6配合；另一段為滑動部分，其與導套的配合為H7／f7。 有肩導柱，適用于批量大的中、大型精密模具，導柱大端與導套的外經(jīng)尺寸相同，固定導柱與導套的兩孔可同時加工，同心度好，其與模板孔的配合為H7/f7。 本次設計選用帶頭導柱。 3）拉料桿直徑d=12-63MM（GB/T4169.1-1984）。 3.3.2 繪制模架[9] 按照以下順序設計模架，尺寸按上一小節(jié)選?。? 1）澆口套設計 創(chuàng)建噴射銷釘空尺寸為：沉孔直徑100mm，沉孔深度6mm，與T板交集直徑為40mm。 接著繪制澆口套,如圖3-10a.。 2）定位圈設計,如圖3-10b并與澆口套組合如圖3-10c。 3）導套、導柱、頂桿設計，圖3-11;拉料桿、復位桿設計圖3-12；各處螺釘圖3-13 根據(jù)模架各處的尺寸，模具個參數(shù)分別選定尺寸。最終模架如圖3-14。 圖3-9 315*L（1）結(jié)構(gòu) Fig.3-9 315*L （1）Structure （a） （b） （c） 圖3-10澆口套及其定位圈 Fig.3-10 Runner set of and binding ring （a） （b） （c） 圖3-11 導套（a） 導桿（b） 頂桿（c） Fig3-11 Guide sleeve （a） guide rod （b） roof bar （c） （a） （b） 圖3-12 拉料桿（a） 復位桿（b） Fig.3-12 Rafah material rod （a） reduction rod （b） （a） （b） （c） （d） 圖3-13 澆口套固定螺釘（a） T板，A板定位螺釘（b） 動模固定螺釘（c） E 、F板定位螺釘（d） Fig.3-13 runner sets fixed screw （a） T 、A plate positioning screw （b） dynamic simulation fixation screws （c） E, F plate positioning screw （d） 圖3-14模架 Fig.3-14 Pould frame 3.4 開模演示[10] 圖3-12 開模演示 Fig.3-12 Opens the mold demonstration 1）裝備鑄模零件，缺省放置。 2）開模，選擇模具布局—模具進料孔—定向移動，編輯各部分移動距離，取出鑄具零件。開模后結(jié)果如圖3-12，前兩圖表明模架運動的軌跡，最后一圖為取出零件后的結(jié)構(gòu)圖。 4 技術經(jīng)濟分析 4.1 技術分析 模具對于一般產(chǎn)品來說屬于工具范疇，精度高、結(jié)構(gòu)復雜、并經(jīng)常有較高的材質(zhì)要求，使得模具設計制造相當困難。另外，由于以它為工具的成形過程往往是封閉式的，并涉及材料的微觀處理，使得產(chǎn)品成形過程很不直觀，加上相應的一些基礎理論尚不成熟，更使模具設計制造帶有很強的經(jīng)驗性和盲目性。因此，模具設計制造一般需要反復修改試制才能滿足需求，無形中延長了生產(chǎn)周期，增加了成本，降低了市場適應能力和競爭能力。 針對這些因素，人們除了從理論上進一步探討其內(nèi)在機理外，試圖在現(xiàn)有的理論基礎上能夠通過一定手段直觀地再現(xiàn)產(chǎn)品的成形過程，起初以實驗為主，通過物理模擬，利用各種實驗設備，建立了經(jīng)驗性的模型。 模具虛擬設計技術就在很大程度上解決了以上問題，它是虛擬制造技術在模具行業(yè)的應用。 4.2 經(jīng)濟分析 進入20世紀90年代, 世界制造業(yè)競爭不斷加劇,使得當前制造業(yè)面臨著極大的挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)主要來源于市場和技術兩個方面。面對這種挑戰(zhàn), 新的制造技術的不斷發(fā)展和相互滲透,使得整個制造業(yè)出現(xiàn)了第二次生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。虛擬制造技術（VMT）是一種先進的新一代制造技術,它可以實現(xiàn)從產(chǎn)品的設計、分析、加工到管理的靈活經(jīng)濟地組織方式，而模具虛擬設計技術變是虛擬制造技術在模具中的發(fā)展和應用。 它是在一個虛擬的環(huán)境下進行模具設計，仿真，大大縮短了設計時間，提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，減少設計缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品制造質(zhì)量，提高工藝規(guī)劃和加工過程的合理性，優(yōu)化制造質(zhì)量；通過提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和縮短開發(fā)周期以及提高企業(yè)柔性，以適應用戶的特殊要求和快速響應市場的變化，形成企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢。 5 結(jié)論 根據(jù)整個模具設計過程和結(jié)果等到以下結(jié)論： 應用模具虛擬設計進行對傳統(tǒng)模具制造的改造是現(xiàn)代模具制造業(yè)發(fā)展的必由之路。它能有效的克服傳統(tǒng)模具的3個局限性。 1）在方案的擬訂上，Pro/E給設計師一個立體的三維空間可以仿真出真實的模具模型，可使設計師在三維的仿真模式下進行設計，很大程度上避免了設計師個人經(jīng)驗帶來了誤差，可以獲得最優(yōu)化的方案。 2）在分析計算上，傳統(tǒng)模具設計受人工計算的條件的限制，只弄采用靜態(tài)或近似方法而難以按動態(tài)的或精確的方法計算，模具虛擬設計可以通過提供一個虛擬的三維環(huán)境直觀的表現(xiàn)出分析計算結(jié)果，大大的提高了計算的精確性和設計的質(zhì)量。 3）模具虛擬設計有效的縮短了設計工作周期，提高了工作效率。 致謝 感謝蒲志新老師的關心、指導和教誨！ 本畢業(yè)設計的研究和論文的撰寫工作自始至終都是在導師的精心指導下完成的。蒲志新老師淵博的學時、敏銳的思維、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，使學生受益非淺，并終身難忘；在追求真理、獻身科學、嚴于律己、寬以待人的崇高品質(zhì)對學生是永遠的鞭策。 最后，向?qū)ξ覍W習和研究工作給予關心和幫助的老師和同學致以深深的謝意！向所有參加論文評審和答辯的各位老師表示感謝！ 參考文獻 [1] 廖 魯.縮短模具加工周期.國際模具網(wǎng)資訊2006-7-6 12:03:20 [2] 佚 名.中國塑料模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向. 中國金屬加工網(wǎng)2006-03-08 09:44:19 [3] 佚 名.模具現(xiàn)代虛擬產(chǎn)品設計與制造的研究.中國機械網(wǎng)：機械百科2006-03-05 16:08:01 [4] 熊歆斌. 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