引言 

　　塑料模CAD/CAE/CAM技術(shù)的重要性正逐漸被模具界所認(rèn)識(shí)躬摆，其中塑料注射模應(yīng)用軟件的發(fā)展十分引人注目，在工業(yè)界形成了一花獨(dú)放的局面岔霞。注射模軟件的發(fā)展可劃分為三個(gè)階段阻洋，第１階段為開發(fā)獨(dú)立運(yùn)行的注射過程模擬軟件绕鸯，第２階段為二維模具設(shè)計(jì)軟件與模擬軟件的集成，第３階段為三維模具設(shè)計(jì)與制造軟件及模擬軟件的集成败芙。本文重點(diǎn)論述各個(gè)發(fā)展階段的工作內(nèi)容鹃壤、特點(diǎn)、存在的問題及發(fā)展趨向壁顶。  

　　澳大利亞Moldflow公司在1978年推出的基于有限差分方法的一維商品化流動(dòng)分析軟件MF1.0珠洗，以及美國AC_Tech公司在1986年推出的基于有限元方法的二維商品化流動(dòng)分析軟件C_Flow1.0是這一階段注射模軟件發(fā)展的兩個(gè)里程碑。在隨后的１０年里若专，ＭＦ和C_Flow軟件不斷地得以改進(jìn)和完善许蓖，現(xiàn)已形成包括流動(dòng)模擬、保壓分析调衰、冷卻分析膊爪、內(nèi)應(yīng)力分析、分子定向和翹曲變形預(yù)測(cè)等系列分析軟件嚎莉，在國內(nèi)外模具界享有盛譽(yù)蚁飒。華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室目前推出的注射過程模擬軟件HS_CAE97具有自主版權(quán)。HS_CAE97系統(tǒng)在Windeow95/NT環(huán)境下運(yùn)行萝喘，在OpeGL／GUI軟件的支持下淮逻，采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法和曲面造型方法。該系統(tǒng)在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上阁簸，制訂了一個(gè)能在多個(gè)軟爬早、硬件平臺(tái)上運(yùn)行的通用用戶管理系統(tǒng)ＵＩＭＳ，能將應(yīng)用軟件和系統(tǒng)開發(fā)資源完全屏蔽伏嬉，保證了良好的可移植性和可維護(hù)性碟姓。HS_CAE97的主要功能與特點(diǎn)為:（１）先進(jìn)的三維曲面造型系統(tǒng)。（２）三角形網(wǎng)格的自動(dòng)劃分和優(yōu)化怕翘。（３）統(tǒng)一的窗口界面風(fēng)格易传。（４）注射流動(dòng)、保壓和冷卻過程分析軟件的集成辞镇。（５）計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)相吻合臭赃。圖１HS_CAE97系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)這一階段開發(fā)的軟件由于數(shù)學(xué)模型和算法的局限性，無論是國外的ＭＦ和C_Flow忙甩，還是國內(nèi)的HS_CAE97都存在著以下缺點(diǎn)和問題： 

　【〔铡（１）盡管所有軟件都采用了三維可視化技術(shù)，但這些軟件所基于的數(shù)學(xué)模型在實(shí)質(zhì)上都是二維模型揉罗。由于數(shù)學(xué)模型過于簡(jiǎn)化元炭，導(dǎo)致分析結(jié)果不精確，在許多情況下所獲得的分析結(jié)果只能定性，不能定量软吐，翹曲分析軟件便成為無源之水瘩将。  

　　（２）由于算法的局限性凹耙，流動(dòng)姿现、保壓及冷卻軟件均需采用中性面來分析。所謂中性面是假想的位于模具型腔和型芯中間的層面使兔，用戶直接由塑料制品來構(gòu)造中性面已深感困難建钥，若依據(jù)型腔和型芯圖形來生成中性面則更是難上加難虐沥。長(zhǎng)期以來熊经，中性面的生成一直是運(yùn)行注射過程分析軟件的攔路虎。  

　∮铡（３）運(yùn)行流動(dòng)和冷卻分析軟件時(shí)镐依，必須事先知道模具澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的布置方案和注射工藝條件，在缺少這些初始數(shù)據(jù)的情況下天试，分析軟件的使用價(jià)值和效率便大打折扣槐壳，單純依靠嘗試法即使是反復(fù)運(yùn)行這些分析軟件也不一定能獲得合適的技術(shù)方案和工藝條件。 

　∠裁俊（４）這些獨(dú)立開發(fā)的分析軟件的曲面造型和編輯功能具有相當(dāng)?shù)木窒扌钥蚊睿湓煨偷姆奖愠潭群蛻?yīng)用的覆蓋面遠(yuǎn)不能和著名的商品化CAD/CAM系統(tǒng)（如Pro_E找鹅、CADDS5翎钳、UGⅡ）相比。 

　⌒印（５）由商品化CAD/CAM軟件生成的塑料制品幾何模型或型腔與型芯的幾何模型一般都不能自動(dòng)生成中性面鸣丝，二次輸入不可避免，為此常要耗費(fèi)用戶大量的精力和時(shí)間融沟。  

　”裱病３二維模具設(shè)計(jì)軟件與分析軟件的集成 

　　近１０年來，計(jì)算機(jī)繪圖和自動(dòng)編程技術(shù)在模具界的普及程度越來越高浮烫，在CAD/CAM技術(shù)日新月異的９０年代，人們已不滿足僅將計(jì)算機(jī)作為繪圖和編程的工具枚鸭，而迫切希望在同一軟件環(huán)境下腮鹦，既要有繪圖功能，又要有設(shè)計(jì)饵较、計(jì)算、分析和加工的功能循诉，模具CAD/CAM/CAE的集成系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在成功開發(fā)注射過程分析模擬軟件的基礎(chǔ)上茄猫，采用在塑料模具界應(yīng)用最為廣泛的商品化二維軟件AutoCAD狈蚤，實(shí)現(xiàn)了二維模具設(shè)計(jì)軟件與模擬軟件的集成划纽。HSCAD 2.0的全部程序均是在AutoCAD提供的ＡＤＳ開發(fā)平臺(tái)上采用Ｃ語言編寫的，為用戶提供了統(tǒng)一的人機(jī)界面勇劣，除了AutoCAD本身的功能外靖避， HSCAD 2.0包括了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)計(jì)算校核子系統(tǒng)比默、塑料注射流動(dòng)幻捏、保壓與冷卻模擬子系統(tǒng)、數(shù)控線切割編程子系統(tǒng)帅唬、建庫工具和設(shè)計(jì)進(jìn)程管理等模塊故弟，所以程序均能在AutoCAD的環(huán)境下集成運(yùn)行。 

　　HSCAD 2.0主要功能表現(xiàn)在以下５個(gè)方面： 

　≡肓（１） 方便實(shí)用的圖形輸入方式又蝌。系統(tǒng)提供了一種基于圖形尺寸的輸入法，借助尺寸疊加场致，可實(shí)現(xiàn)制品至型腔圖或型芯圖的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 

　∽屏汀（２）靈活多樣的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程卦唇。在HSCAD 2.0中參數(shù)化方法貫穿于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的始終。 

　∝せ搿（３）構(gòu)思新穎的建庫工具欢公。用戶能方便地建立和修改符合本廠特點(diǎn)的材料庫、模架庫和圖庫卓据，新穎性的兩大標(biāo)志是模架結(jié)構(gòu)的參數(shù)化和模架零件的關(guān)聯(lián)性共胎。 

　　（４）理論與實(shí)踐相結(jié)合的計(jì)算校核功能捅位。HSCAD 2.0在采用有關(guān)理論計(jì)算公式的同時(shí)轧葛，又充分考慮到實(shí)踐中被證明為行之有效的經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)踐原則，開發(fā)出別具一格的模具剛度校核艇搀、模具成本計(jì)算尿扯、推出系統(tǒng)計(jì)算求晶、注射機(jī)校核、型腔數(shù)目計(jì)算衷笋、冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)計(jì)算等軟件芳杏，供用戶在設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)調(diào)用。 

　”僮凇（５）與模具結(jié)構(gòu)CAD集成的塑料注射成型過程模擬爵赵。 

　　第二階段的HSCAE 2.0軟件在以下方面獨(dú)樹一幟: 

　　（１）運(yùn)行HSCAE 2.0能獲得澆注系統(tǒng)泊脐、冷卻系統(tǒng)空幻、模具結(jié)構(gòu)方案、注射工藝條件等初始數(shù)據(jù)容客，為成功地實(shí)施注射過程模擬創(chuàng)造了良好的條件秕铛。 

　　（２）根據(jù)HSCAE 2.0生成的型腔圖和型芯圖慷抛，可方便地產(chǎn)生運(yùn)行模擬軟件所需的三角形網(wǎng)格勃撼，避免了幾何模型的二次輸入。 

　《眯（３）擴(kuò)大了軟件功能鳞集，由單純的過程模擬發(fā)展到模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、線切割加工和注射過程模擬的集成叁利。 

　　但是祷濒，第二階段開發(fā)的HSCAE 2.0軟件仍有以下不足: 

　　（１）采用型腔面和型芯面來進(jìn)行網(wǎng)格劃分完各，雖然避免了構(gòu)造中性面的難題勘春，但是影響了分析精度，采用這種簡(jiǎn)化方法來確立模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)是合適的右婚，但不能用來進(jìn)行翹曲分析刹埋。 

　　（２）流動(dòng)過程模擬數(shù)學(xué)模型依然是二維模型耍才。 

　≌饩础（３）由于AutoCAD曲面造型的能力較弱，限制了HSCAE 2.0的應(yīng)用范圍蕉朵。 

　〈尥俊（４）三維建模、二維設(shè)計(jì)的模式無法適應(yīng)新一代注射模擬軟件發(fā)展的需要始衅。  

　±渎臁４ 三維模具設(shè)計(jì)和制造軟件與模擬軟件的集成 

　　所謂新一代注射模軟件，是利用計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（CIM）建立的注射模集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）汛闸，這種高度集成的系統(tǒng)應(yīng)能支持模具設(shè)計(jì)與制造的全過程蝙茶，因此三維幾何建模和三維模具設(shè)計(jì)與制造的應(yīng)用至關(guān)重要艺骂。在９０年代，西方先進(jìn)工業(yè)國已將商品化CAD/CAM系統(tǒng)與注射過程模擬軟件進(jìn)行了初步集成尸闸，并取得了顯著成效彻亲。但是孕锄，無論是CADDS5吮廉、UGⅡ，還是Pro_E畸肆，在開發(fā)之初都是作為通用機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工具來構(gòu)思的宦芦，并不針對(duì)塑料模具，因此在使用這些通用ＣＡＤ軟件設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)會(huì)感到效率低下闺酬、操作繁瑣哟口、功能短缺。為此瑟捡，近年來發(fā)展的趨勢(shì)是開發(fā)新一代的注射模CAD/CAM專用系統(tǒng)棠雌，或者是在CAD/CAM通用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對(duì)性的二次開發(fā)。例如Technocal公司開發(fā)的專用系統(tǒng)CAMold軟件占航，能使注射模設(shè)計(jì)的許多常規(guī)工作自動(dòng)化旬城， CAMold軟件建立了注射模各部件之間的關(guān)系模型，能自動(dòng)裝配和修改注射模的結(jié)構(gòu)和尺寸篙介。再如ParametricTech公司在Pro_E軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)了用于注射模設(shè)計(jì)的專用軟件Pro/Moldesign卒赖，初步實(shí)現(xiàn)了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注射流動(dòng)過程模擬和注射模開合動(dòng)作仿真的集成村肯。鑒于我國的國情和我校在機(jī)械ＣＡＤ方面的雄厚實(shí)力睡清，在注射模軟件開發(fā)的第三階段，選擇了在我校自主開發(fā)的三維參數(shù)化特征造型CAD/CAM系統(tǒng)InteSolid 1.0上研制新一代注射模集成化制造系統(tǒng)喊解。  

　　新系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)如下： 

　∨俾亍（１）三維實(shí)體造型能力。在二維草圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上夹姥，可交互生成三維實(shí)體并能方便地提取實(shí)體的表面信息杉武，以便網(wǎng)格的自動(dòng)剖分。 

　〉枭（２）三維參數(shù)化功能艺智。三維實(shí)體與二維視圖互相關(guān)聯(lián)，在設(shè)計(jì)過程中可隨意更改三維實(shí)體或任一視圖的尺寸圾亏，該尺寸的更改會(huì)導(dǎo)致三維實(shí)體和所有視圖的自動(dòng)變化十拣。 

　　（３）可視化功能志鹃∝参剩可隨時(shí)對(duì)三維圖形進(jìn)行著色和渲染泽西，并能進(jìn)行消隱處理和零部件的干涉檢查。 

　＄智鳌（４）采用特征造型的方法捧杉。可隨時(shí)定義實(shí)體的特征桶辉，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化的集成系統(tǒng)創(chuàng)造良好的條件募型。 

　　 （５）三維真實(shí)感流動(dòng)模擬。無需用戶定義中性面杠尘，直接在三維實(shí)體模型上進(jìn)行流動(dòng)過程仿真哀揽。 

　　（６）三維參數(shù)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真酗裕。新的設(shè)計(jì)方法將從根本上改變二維視圖的手工設(shè)計(jì)傳統(tǒng)睬肮，使模具設(shè)計(jì)過程更直觀、方便弥禀，已裝配的模具零件隨時(shí)可進(jìn)行開合匣诉、抽芯、頂推動(dòng)作的動(dòng)態(tài)仿真骏芍。 

　≡伞（７）３～５軸銑削加工指令生成及銑削過程仿真。

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