CAD即計算機輔助設(shè)計的英文簡稱(Computer Aided Design)。計算機的應(yīng)用商贾，使得設(shè)計人員在設(shè)計過程中奖瞳，能充分發(fā)揮計算機的強大算術(shù)邏輯運算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理剪勿、數(shù)值計算贸诚、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計和繪圖等項任務(wù)厕吉；而設(shè)計人員集中精力進行有效的創(chuàng)造性思維酱固，從而更好地完成從設(shè)計方案的提出、評介头朱、分析模擬與修改到具體設(shè)計實現(xiàn)的設(shè)計全過程.對于機械行業(yè)來講运悲，通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件项钮，對機械行業(yè)針對性差班眯，不過幸運的是，AutoCAD是個開放性軟件烁巫，可以對它進行二次開發(fā)署隘，如采用Autolisp，ADS亚隙，ARX甚至采用VB語言等磁餐，現(xiàn)今的高華CAD、天目CAD就是在該軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的機械專業(yè)CAD掰砌。由于二次開發(fā)的深入瞪殖，加強了參數(shù)化設(shè)計、智能化設(shè)計等学岔，這樣充分發(fā)揮了計算機的強大的搜索功能和運算功能咪朴。

　　世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出井以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經(jīng)發(fā)展得比較完善师赂，實現(xiàn)了對注塑過程的模擬蘑瓢、設(shè)計原理的應(yīng)用和精確計算，并逐步優(yōu)化模擬過程镶悟，使設(shè)計工程師在產(chǎn)品設(shè)計階段可以在計算機上“制造”塑料產(chǎn)品梦铭，并能靈活地適應(yīng)市場需求的變化。應(yīng)用MOLDFLOW公司的技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成功地設(shè)計出了上萬副模具多析。繼MOLDFLOW之后美國康奈爾大學(xué)仙商、德國的亞森(Aachen)技術(shù)大學(xué)、美國的C. V.公司初祠、MCAP公司钞钙、日本的CAD-M公司等也相繼開發(fā)了塑料模具CAD/CAM系統(tǒng)。第一套塑料模具CAD/CAM經(jīng)過數(shù)年努力研制而成声离，于1982年推出芒炼，它就是后來稱為GRAFTEK的系統(tǒng)瘫怜。塑料模具CAD/CAM的應(yīng)用帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。據(jù)報導(dǎo)本刽，美國Protety pe & Plastic Mold公司采用了Computool公司的CAD/CAM系統(tǒng)后鲸湃，一年內(nèi)生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準備時間子寓，制造周期平均縮短了30 %暗挑，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%—30%斜友。

　　國內(nèi)部分科研單位炸裆、大專院校也在塑料行業(yè)開展了CAD技術(shù)的研制和開發(fā)工作。華中理工大學(xué)國家重點實驗室葉顯高鲜屏、李德群烹看、肖景容等研制成功了“實用化注塑模CAD/CAE/CAM微機系統(tǒng)HSC1. 1”；北京化工學(xué)院進行了注塑充模過程計算機仿真洛史；其他部分企業(yè)科研單位也做了一些探討工作郭宪，并且收到了一定的經(jīng)濟效益≌硐辏總的來講我國塑料模具CAD僅僅處于開發(fā)使用初期息扶，很多自己研發(fā)的軟件并不是很成熟。

　　注塑模具CAD研究的內(nèi)容

　　在模具設(shè)計中隆惊，模架及某些零件闯智，如導(dǎo)柱害媚、導(dǎo)套蹬寸、推桿、支撐塊财军、澆口套广柴、定位圈等分別已形成廠標、行標或國標欧移。對于這些標準的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架才嘀、零件庫，以被設(shè)計時調(diào)用时簸。對于澆注系統(tǒng)跋炕、溫控系統(tǒng)、模架結(jié)構(gòu)強度計算等內(nèi)容律适，已有一些較成熟的計算方法或經(jīng)驗計算方法辐烂，可設(shè)置這些計算公式的模塊，以便設(shè)計人員進行快速計算捂贿。另外對于一些設(shè)計中常用的數(shù)據(jù)庫資料也可以設(shè)置在CAD系統(tǒng)中以便設(shè)計人員快速查詢纠修，根據(jù)各個工廠的不同要求和情況胳嘲，還可以在系統(tǒng)中設(shè)置本單位所特有的內(nèi)容。這樣建立的CAD系統(tǒng)可大幅度減輕設(shè)計人員的工作強度扣草、提高設(shè)計速度并可實現(xiàn)模具設(shè)計的規(guī)范化及標準化了牛。對于某些在原成型制品的基礎(chǔ)上作局部修改而需重新設(shè)計的模具來說，其效果就更加明顯辰妙∮セ觯總體來說，注塑模CAD的內(nèi)容有以下幾點密浑。

　　1福荸、注塑制品的幾何造型

　　采用幾何造型系統(tǒng)，如線框造型膀概、面造型和實體造型疤草，在計算機中生成注塑制品的幾何模型，這是注塑模結(jié)構(gòu)的CAD的第一步度限。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件孩板，且又有復(fù)雜的表面，因此浙梗，常用表面造型的方法來產(chǎn)生制品的幾何模型蛆删。

　　2、模腔面形狀的生成

　　在注塑模具中务冠，行腔用來生成制品的外表面捅悦，型芯用來生成制品的內(nèi)表面，由于塑料的成型收縮率丈揖，模具磨損及加工精度的影響目露，制品的內(nèi)外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸旁咙，兩者之間需要比較復(fù)雜的換算惯波。目前流行的商品化注塑模CAD軟件并未能很好的解決這種換算，因此椿疗，制品的形狀和型腔的形狀要分別輸入漏峰，工作量較大且比較繁瑣，如何由制品形狀方便届榄、快捷的生成型腔和型芯表面形狀仍是當(dāng)前的研究課題浅乔。

　　3、模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計

　　采用計算機軟件來輔助計算最佳型腔的數(shù)目铝条，引導(dǎo)模具設(shè)計者布置型腔靖苇，構(gòu)思澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機構(gòu)攻晒，為選擇標準模架和設(shè)計動模部裝圖和定模部裝圖作準備顾复。

　　4班挖、標準模架選擇

　　采用計算機軟件來設(shè)計模具的前提是盡可能多地實現(xiàn)模具標準化，包括模架標準化芯砸、模具零件標準化萧芙、結(jié)構(gòu)標準化及工藝參數(shù)標準化等。一般而言假丧，用作標準模架選擇的設(shè)計軟件應(yīng)具用兩個功能双揪，一是能引導(dǎo)模具設(shè)計者輸入本企業(yè)的標準模架，以建立專用的標準模架庫幢耍；二是能方便地從已建好的專用標準模架庫中链愉，選出本次設(shè)計中所需的模架類型及全部模具標準件的圖形和數(shù)據(jù)。

　　5忿和、部裝圖及總裝圖的生成

　　根據(jù)已選定的標準模架及已完成型腔布置拦吓，模具設(shè)計軟件以交互方式引導(dǎo)模具設(shè)計者生成部裝圖和總裝圖。模具設(shè)計者在完成總裝圖時渤惦，能利用光標在屏幕上拖動模具零件以搭積木的方式裝配模具總圖子敷。

　　6、模具零件圖的生成

　　模具設(shè)計軟件能引導(dǎo)用戶根據(jù)模具部裝圖舵邦、總裝圖以及相應(yīng)圖形庫完成模具零件的設(shè)計任团、繪圖和標注尺寸。

　　7村参、常規(guī)計算和校核

　　模具設(shè)計軟件可將理論計算和行之有效的設(shè)計經(jīng)驗相結(jié)合穷抹，為模具設(shè)計師提供對模具零件全面的計算和校核，以驗證模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)參數(shù)的正確性梳附。

　　注塑模CAD中的數(shù)據(jù)處理

　　注塑模結(jié)構(gòu)CAD的重點在于注塑制品的造型获印、模具設(shè)計、繪圖和數(shù)控加工的模擬吼鱼，注塑模CAD的過程就是數(shù)據(jù)處理的過程蓬豁。通常绰咽，由于注塑模結(jié)構(gòu)CAD涉及面廣菇肃，程序規(guī)模很大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜取募，一個高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結(jié)構(gòu)和算法琐谤，同時也涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理方法。在應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中玩敏，經(jīng)常需要利用一些標準數(shù)據(jù)和其他程序的設(shè)計及結(jié)果斗忌，系統(tǒng)各部分是通過交換數(shù)據(jù)相互聯(lián)系的。因此旺聚，數(shù)據(jù)的處理在注塑模結(jié)構(gòu)CAD中又十分重要的作用织阳。

　　注塑模CAD系統(tǒng)中眶蕉，數(shù)據(jù)類型十分廣泛，除了數(shù)字型唧躲、字符型數(shù)據(jù)之外造挽，圖形/模型及其文本數(shù)據(jù)項也是注塑模CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。而圖形/模型數(shù)據(jù)又是由基本圖形元素乱孩、圖形符號憨净、模型部分及各級圖形/模型數(shù)據(jù)組成。

　　注塑模CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可分為組合數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)菲组，可將組合數(shù)據(jù)逐層分解至基本數(shù)據(jù)為止啰昧。根據(jù)這種分解模式，可以對總體庭匆、部件肮顾、詳細數(shù)據(jù)這三類數(shù)據(jù)分別進行處理。

　　1渗骆、總體數(shù)據(jù)

　　它是一種模型數(shù)據(jù)赖巴，可以表達為如下格式。

　　文件名：總裝圖纲析。

　　組成：各部件數(shù)據(jù)名+定位關(guān)系數(shù)據(jù)猩刁。

　　組織：依次記錄各部件名，定位數(shù)據(jù)农浓。

　　2新蟆、部件數(shù)據(jù)

　　它可定義為一種圖形/模型數(shù)據(jù)，以標準模架為例說明其表達格式右蕊。

　　文件名：部件名琼稻。

　　組成：基準件名+各組成零件名+定位關(guān)系+尺寸關(guān)系+零件圖形關(guān)聯(lián)性。

　　組織：依次記錄個零件名饶囚、定位關(guān)系帕翻、主特征尺寸。

　　3萝风、零件數(shù)據(jù)

　　它可定義為一種圖形文本數(shù)據(jù)嘀掸，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)類型可表達為如下格式规惰。

　　文件名：零件名睬塌。

　　組成：圖形信息+尺寸信息+文本信息。

　　組織：依次按圖形記錄圖形節(jié)點信息歇万、尺寸標注及文本信息揩晴。

　　注塑模具CAD的設(shè)計

　　1、塑料模具CAD的技術(shù)路線

　√盎恰（1）產(chǎn)品設(shè)計

　　產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料對注塑過程及模具設(shè)計有著直接的影響擂奇，因而模具CAD從產(chǎn)品設(shè)計的CAD開始著手嘶逝。如圖1所示，通過樣品的計算機輔助測量或產(chǎn)品概念設(shè)計拱削，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型榛狮。設(shè)計人員由實體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設(shè)計變量為產(chǎn)品厚度及產(chǎn)品所用材料阱剂。輸入產(chǎn)品在使用環(huán)境中的載荷及邊界條件嫡靠，經(jīng)有限元分析及后置處理可得應(yīng)力及變形結(jié)果。最后乘害，按照用戶設(shè)定指標完成產(chǎn)品性能評估杂飘。

　　（2）模具設(shè)計

　　1）概念設(shè)計階段

　　對產(chǎn)品進行工藝性分析汹即，確定生產(chǎn)批量和生產(chǎn)規(guī)模触咧。設(shè)計參數(shù)包括：①型腔數(shù)；②材料類別及牌號唤邻；③注塑機型號坡牛；④工藝參數(shù)(充填時間、保壓時間泵三、冷卻時間耕捞、注射速率或注射壓力等)；⑤澆口位置烫幕、尺寸及數(shù)目俺抽；⑥分型面等。

　　上述參數(shù)作為輸入?yún)?shù)設(shè)定后较曼，經(jīng)過注塑過程模擬磷斧，依分析結(jié)果作調(diào)整，待完成方案評估后捷犹，即可作為優(yōu)化后的模具設(shè)計參數(shù)弛饭，以文件形式輸出。 

　　2）初步設(shè)計階段

　　最有利于產(chǎn)品性能的澆口位置和流道設(shè)計完成后萍歉，產(chǎn)品與注塑機噴嘴之間的幾何關(guān)系也就確定了侣颂。輸入所要求的型腔尺寸和冷卻管道布置等資料，即可選定模架尺寸翠桦，調(diào)用模架數(shù)據(jù)庫中的模架模型,自動生成一個模架横蜒。

　　根據(jù)輸出的設(shè)計參數(shù)，可以調(diào)用標準零件數(shù)據(jù)庫中的零件模型争萎，自動生成標準零件。對于非標準零件迄岸，可利用商用軟件的參數(shù)設(shè)計功能谍售，方便地生成所需的零件眨额。所有零件生成后，即可進行模具的裝配模型建立学掉，通常采用自下而上的布局笋再。一般CAD軟件均提供變量約束、尺寸定位及取向定位等功能姐阎。全面自動的干涉量檢查為用戶提供了檢查間隙和干涉的功能缤贯，并給出干涉總量以及間隙估計的文本記錄。

　　更進一步浦匾，利用系統(tǒng)動態(tài)分析對模具的活動零件(如頂桿)進行真實的動態(tài)模擬瑰柄，決定這些零件相對其他模具零件所需的活動范圍，檢查機械動作是否滿足要求的運動軌跡涝填，是否與其他零件相干擾蚣碰。

　　3）詳細設(shè)計階段

　　模具的裝配模型通過后，即可從中提取信息誓沸，詳細設(shè)計零件梅桩，包括自動尺寸標準和引入材料清單。

　　由于整個設(shè)計流程基于一個完整的數(shù)據(jù)庫拜隧，任何一次修改都被記錄宿百，并且在更新原有設(shè)計時，圖形及尺寸會自動變更洪添，因此最后的零件數(shù)據(jù)庫模型提供了模具設(shè)計的全部圖形與非圖形信息犀呼。剩下的工作就是編制材料清單和作出加工模具零件所需的NC刀具軌跡。至此薇组，塑料模具的CAD即告完成外臂。

　　2、舉例

　　為詳細說明上述過程律胀，在此舉一個例子加以說明宋光，這是一個在AutoCAD環(huán)境下開發(fā)的一個注塑模CAD系統(tǒng)。

　　由于AutoCAD僅是一通用繪圖軟件炭菌，其本身在機械制圖方面的局限及其與我國國家標準的不一致使得由系統(tǒng)自動生成可用于生產(chǎn)的工程圖紙十分困難罪佳，還需要模具設(shè)計人員完成大量的編輯、修改位满、標注等工作锉择。同時，又由于AutoCAD缺乏參數(shù)化設(shè)計功能而對注塑模標準零件與結(jié)構(gòu)的自動設(shè)計與繪圖無能為力些脐，設(shè)計師的工作量仍然很大沟脓。因此，開發(fā)注塑模具CAD系統(tǒng)應(yīng)該首先在基本的圖形支撐環(huán)境AutoCAD上建立一個更高層次的通用機械CAD繪圖與設(shè)計平臺，在此基礎(chǔ)上再構(gòu)建注塑模具CAD系統(tǒng)稠臣。

　　在保留通用機械CAD中的繪圖環(huán)境控制功能康蚯、工程圖生成功能、工程標注功能等功能模塊的基礎(chǔ)上爵倚，根據(jù)注塑模具的設(shè)計特點和要求侦纳，并考慮到如何提高模具設(shè)計效率，一般注塑模具CAD系統(tǒng)應(yīng)具有塑料性能參數(shù)也您、標準模架與標準件的圖形與系列化數(shù)據(jù)的管理與查詢勤焕，模架類型的確定，模板尺寸的計算與強度愕炸、剛度校核疮丛，模具各個零部件的設(shè)計與圖形繪制、裝配圖繪制等功能漱办。

　　該系統(tǒng)在二維工程圖設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上这刷，增加了具有針對注塑模具設(shè)計需求的參數(shù)數(shù)據(jù)庫、標準件及標準模架圖庫和計算程序庫娩井。參數(shù)數(shù)據(jù)庫提供注塑模具設(shè)計常用的參數(shù)暇屋，以便設(shè)計時可隨機查詢。包括常用樹脂的流變參數(shù)洞辣、溫控參數(shù)咐刨、排氣槽參數(shù)、注塑機的參數(shù)和模具鋼材的力學(xué)性能參數(shù)扬霜。標準件及標準模架圖庫中可調(diào)基于國家標準的注塑模具的標準零件及標準模架定鸟。計算程序庫提供注塑模具設(shè)計常用的計算功能。其中包括型腔尺寸及壁厚計算著瓶、分流道直徑計算联予、斜導(dǎo)柱長度計算、澆口平衡計算材原、澆口尺寸計算等偏团。

　　注塑模具CAD二維系統(tǒng)的工作流程。第一個框表示輸入模塊的功能猎递，即選擇塑料库忽，從數(shù)據(jù)庫中讀取其性能參數(shù)，仿照手工繪圖的作法乡试，按塑件的實際尺寸在屏幕上分別繪制塑件的三視圖并存盤拌九。第二框表示模架設(shè)計模塊的功能，即根據(jù)塑件的大小與形狀特征和模板剛度吻蟹、強度的要求恐丧，計算出模板的長瀑乡、寬、高尺寸战钾，從標準模架庫中選擇適當(dāng)?shù)哪＜茴愋筒@取某個所需系列尺寸踪钞。第三個框表示成型零部件設(shè)計模塊的功能在贸，即根據(jù)型腔辖嫁、型芯的形狀、尺寸與塑件之間的映射關(guān)系绑莺，自動生成成型零部件的視圖暖眼。第四框表示注射機選擇與校核模塊的功能，即根據(jù)塑件及所設(shè)計的模架在注射機規(guī)范參數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇合適的注射機纺裁，或?qū)τ脩暨x用的注射機進行必要的校核诫肠。接下來的三個框分別表示澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)欺缘、脫模機構(gòu)設(shè)計模塊的功能栋豫，即分別用來完成流道與澆口、冷卻水道谚殊、推件桿等的設(shè)計丧鸯。

　　結(jié)束語

　　塑料模具CAD技術(shù)是一種全新的設(shè)計技術(shù)，有助于提高產(chǎn)品及模具設(shè)計的質(zhì)量和實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能嫩絮。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑過程模擬的分析結(jié)果丛肢，判讀數(shù)據(jù)并作出合適的變更設(shè)計決擇，熟悉CAD技術(shù)并有效地應(yīng)用于模具設(shè)計也有賴于設(shè)計人員的素質(zhì)和經(jīng)驗剿干。塑料模具CAD的難點在于建立豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫蜂怎，以及模具零件的標準化。

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