浅谈集成模具CAD／CAE／CAM系统的应用.pdf

嚣 一 一l !竺 ! I 网 一 i i 1 墟射 Cl e蕾 2 2 塑料制件的三维实体模型的创建 一 搬来说，塑件的三维实体模型是由产品设 计部门根据客户的要求和原始数据创建的，但在 进行磨具设计时要对原模型进行一定的处理，首 先要分析和确定塑料件的成型方法、成型设备、 模具结构等等，还有确定分型面、收缩率 、型 腔数目及分布等。 ( 1 )对于分型面难以确定的塑件，可以采用 由C A D软件 自动确定分型面和按注塑工艺人 工确 定分型面相结合的办法来逐步确定复杂曲面的分型 面。 ( 2 )塑件的收缩率最好以塑件的 3 D 模型为基 础，然后调用 c D c A M软件的 S C A L E( 比例缩放) 功能进行缩放，尤其当 x 、Y 、z放向的收缩率不 同时，更应该如此，这样既可以节省大量的尺寸换 算时间加快建模速度，还可以防止因尺寸换算而造 成的错误。 ( 3 )确定分型面后，根据出模方向， 利用C A D 软件可以很容易地创建拔模型斜度特征， 对于复杂曲面的造型特征，在产品 3 D 模型时就要 考虑到拔模斜度特征的创建。( 4 ) 给出相应的面与 面之间的过渡圆角特征，特别是塑件的外观表面更 要小心处理。 ( 5 )考虑塑件成型中型腔数目及合 理分布， 各型腔处均拷贝一个相同的3 D 塑件模型。 经过上述处理后，就将产品的3 D模式转换 成了模具设计所需要的3 D 模型。 2 3模具结构的设计 A 根据所得到的模具 3 D模型，结合模具结 构和成型工艺，确定模具的模架类型 ( 粗水口或 细水口)及模架的大小，再确定相应的各模板尺 寸，将他们组装起来得到初步的模具装配模型， 然后在此模型上进行后续相关零件的设计和相 关特征的创建 B 根据确定的分型面，利用 C A D 软件依次提取、延生而得到各型芯和型腔的特征 ( P R O E 的 P A R T I N G S U R F 、M O I D V O L u M E 、M O L D C O M P等模块就具有上述功能)，然后结合模块尺 寸，进一步完善各动模型芯、镶块及动、定模型 腔的设计。C 设计浇注系统，在相关零件上设计 浇道、分浇道及 口的形状、位置和大小，并创建 相因的特征， 如有必要还要进行排气系统的方式、 大小和位置的设计 。D 确定塑件的顶出方式，设 计推杆、推管、推板或它们的组合，在相关模板 和零件上创建相应的特征。 E 设计回程杆、 导套、 导柱、斜导柱、锁紧装 置或其它抽芯置相关的 特征。F 设计模具的冷却系统，创建其相关的特 征。G 设计其它的标准零件，象螺钉等等。 进行上述设计后，就得到了模具设计的 3 D 装配模型。为了提高设计质量和加快设计过程， 这里要特别注意以下几点：1 在设计过程中应重 视各零件间的相互关系，如动模与定模、动模与 动模座板、定模与定模座板、各型芯镶块及相应 的固定板间的关系等等，应尽量在装配模型中并 行地对它进行设计。2 创建标准件、通用件库， 象螺钉、推杆、回程杆垫块、模架座板等，在设 计中可 以直接调用这些零件的 3 D 模型库，然后 修正参数满足当前模具设计的需求。 2 4 装配干涉的检查 利用 C A D软件的干涉检查功能检查模具设计 是否存在干涉现象，并根据反馈信息修改模具设 计，直到没有干涉现象为止。 3 模具设计的c A E分型 3 1 C A E的定义 注塑模具的C A E 分析就是利用计算机软件虚 拟塑件的注射成型过程并加以分析，以此来模拟 模过程从而得到最佳的模具结构呵呵工艺参数， 并保证塑件的几何尺寸和最终性能。 3 2 C A E在注射成型模具设计中作用 目前国内企业在进行塑料模具设计和注塑 工艺处理主要依靠设计者的经验，模具加工出来 后试模，然后根据试模进行修模，但既使是非常 有经验的设计人员也不可能把各种因素事先非常 精确的考虑进去，这样有可能要经过试模 一修 改 一再试模 一 一再修改的多次反复，才能最 终满足客户的要求，因此造成模具设计的周期延 长，模具费用和成本增加，产品的质量也不高。 而利用 C A E 技术可以使工程技术人员通过在计算 机上对塑料熔料在型腔 内的流动、保压及冷却进 行全面的虚拟分析，根据分析结果来改进模具 C A D设计，从而确定理想的浇口位置和尺寸，改 进浇道系统和冷却系统，调整成型工艺参数，最 终获得最佳的模具结构和最佳工艺参数，尽量减 少试模和修模的次数，缩短模具设计周期，降低 生产成本，提高塑件质量。 3 3 推荐使用的 C A E软件 目前，澳 大 利 亚 M o ld f lo w公 司 开 发 的 M o ld f lo w C A E 注塑成型分析软件是世界公认的注 塑 C A E工业标准，它对热塑性塑料熔体在进入模 具型腔后的流动流动过程的虚拟分析非常成功， 它能精确的模拟注塑流动的全过程，从而实现短 周期、低成本、高质量的目标。 4 模具零件的 C A M过程 4 i C AM( C o m p u t e r a id e d m a n u f a c t u r e ) 的概念及作用 模具经过 C A D设计和 C A E分析修正后得到所 有模具结构零件的3 D模型，然后经过 C A P P工艺 编排产生工艺流程，最终进行 C AM 过程，即在计 算机上利用 C AM 软件进行加工刀轨文件的产生与 仿真，生成数控加工代码，从而控制数控机床加 工。我们可 以看 出C AM 系统功能的强弱直接决定 了整个 C A D过程的成败，C A D的效果最终也是通 过C AM 体现出来的，因此要重视 C AM 系统的应用。 目前较成熟和流行的 C AM 软件有：U G I I 、I - D E A S 、 Ac a d em i c 学术 M A S T E R C AM 和 P R O E 等。模具零件的 C AM 流程如 图 3 所示。 图3模具零件的 C A M流程 4 2模具零件的C AM 流程简介 我们可以直接调用经C A D设计和 C A E分析修 正后的模型作为 C AM 加工所用的 3 D 模型，利用 C AM 软件，结合工艺要求，选择加工刀具，依次 按下列步骤生成零件不同加工面的刀轨文件 。 a粗加工 粗加工通常采用大的硬质合金刀， 转速较低，进刀量大，加工精度低，它主要是快速 去除材料并生成留有加工余量的零件，一般采用等 高逐层切削加工的办法。h 半精加工 对于有曲面 形状的工件， 通常需要进行半精加工。 为了提高功效， 般采用合金刀具，刀具直径相对粗加工要小，但比 精加工要大号，通常采用等高加工方法。由于不是 精加工，加工精度可以较低，剩余加工余量在保证 精加工能够去除半精加工刀痕前提下应尽量减少。 C 精加工 精加工刀具主要根据工件加工面形状来 决定，通常采用比半加工刀具直径要小的球刀。当 加工面为平面时应尽量采用平底刀，以提高功效和 避免过切。对于局部圆角部分可采用较小直径刀具 D n m-次。一般而言，精加工刀具直径较小，转 速较高，进刀量少，加工精度的高低根据工件要求 而定。d清根 精加工后， 工件形状和尺寸基本到位， 但由于精加工多采用球刀 较大的圆角，必须对圆角部分进行清根处理。e 表 面处理 有时为了在塑件表面得到桔文面或较高的 表面粗糙度时， 有必要用紫铜电极进行电火花加工， 电极一般分为粗及和精及，电极的加工方法与上述 过程非常相似，这里就不再重复了。有时可能还有 进行抛光处理或进行喷丸处理等等。f 刀轨文件 的校验。刀轨文件生成以后，可以利用V E R I U S F 等 C A E软件进行加工仿真，虚拟整个加工过程，检查 有无干涉、过切、欠切现象，并根据虚拟反馈的信 息修改刀轨文件。g 后置处理。经仿真验证过的 刀轨文件，结合机床的参数，生成与数控机床相匹 配的数控加工代码。 L N C代码反读。将 N C 代码读 入计算机 c A M软件中，在显示器上显示相应的刀位 轨迹，看是否符合模具零件的要求，从而检验数控 加工程序的正确性。i 数控机床加工。N C 代码经 反读检验正确后，将装有C A M 软件的计算机通过通 讯口R S 2 3 2 C与数控机床相连，通过通讯协议将 C A M 系统中产生的N C 代码直接传至数控机床，控制机 床加工。 5 模具 c A D C A E C A M 相互间的关系 从上面分析可 以看出，模具 C A D是模具 C A E 和 C A M的基础 ， C A E 分析和 C AM 加工所需要的几 何模型均由C A D 设计来提供。C A E 是为了更好发 挥 C A D 和 C AM 的功能，通过虚拟分析和加工仿真， r 目 n - 一一L ： 一 学术 使 C A D和 C A M的设计更加完善，更加优化合理。 C AM 是 C AD 设计和 c A分析效果的最终体现形式， 它最终决定了整个 C AD 设计的成败。因此我们在 模具审计和制造时要充分发挥和利用集成的c A D c A E C A M系统。 6 结语 通过应用集成的模具 C A D c A E c A M系统，可 以大大的提高模具设计和制造的水平，它可以提 高企业的设计效率，优化设计方案，降低人为误 差和系统误差，使工程技术人员和钳工的工作量 及劳动强度成本减少，大大缩短模具设计和加工 的时间，加快了模具制造速度，提高模具制造的 精度，从而缩短产品开发周期，降低生产成本， 提高产品质量， 最终达到增强企业竞争力的 目的。 但愿国内的所有企业能及早意识到这一点，并积 极推广模具 c AD c c AM 系统的应用。 【 参考文献】： 1 张钟 实施并行工程缩短模具制造周期 J 模具工业 1 9 9 9 ( 0 2 ) 2 黄晓 燕 模 具设计 和制造 中的 并行 工程 J 成都 电子机械 高等 专科学校 学报 2 0 0 4 ( 0 2 ) 3 黄世国并行工程在模具设计制造中的 应用 J 四川兵工学报 2 0 0 2 ( 0 3 ) 4 模具行业信息 J 模具制造 2 0 0 2 ( 0 4 ) 5 于华 ，肖波 ， 赵洪 ，高国安 模具敏捷 制造的探索 J 中国机械工程 1 9 9 8 ( 1 1 ) AS M E规范压力容器建造技术研究 杭州川空通用设备有限公司一 徐云飞 吴福成 摘要 ： 文本主要阐述的内容是 A S ME 规范容器 的取证及制造技术的研究 ， 希望能够为 A S M E 压力容器制造质量保证体系的建立、实施和运转提供份有价值的参考信息。 A s 肛 主要从事发展机械工程及其有关领域的 科学技术，鼓励基础研究，促进学术交流，发展 与其他工程学、协会的合作，开展标准化活动， 制定机械规范和标准。从最初的螺纹标准开始到 现在的已经发展到超过 6 0 0多个标准。A S M E规范 在北美洲、澳洲、欧洲、印度及东南亚等国家和 地区都得到了广泛的认可。 对于 A s 幢 规范容器的建造过程来说，他涉及 从合同签订到产品交付的全过程，是包含合同、 设计、采购、材料验收、保管与发放、 制造工艺、 焊接、无损检测、检验与试验、计量、设备管理 等各环节全方位的质量管理体系，属于质量体系 和产品双重认证模式。本文主要从按 A S M E规范实 施容器建造过程与 固定式压力容器安全监察规 程、G B 1 5 0 压力容器J B 4 7 3 4 铝制焊接容器 等按国内质量保证体系建造容器的差异入手，对 其规范技术做一个简单的研究，起到抛砖引玉的 作用。 一 、A s 姬 规范的封闭性和系统陛 相比国内压力容器方面法规、制造标准和材 料标准等数量众多，且各标准间的协调同步存在 很大的困难；如G B 1 5 0 压力容器、J B 4 7 3 4 铝 制焊接容器等与法规更新不同步，标准问的协 调也同样存在类似问题。 A S M E目前最新版本为 2 0 1 3 版，每两年发布 一 个新版本。以第 V I I I 卷第 1 分册压力容器为例： 在 L 卜 3中列举了本册所引用的参考标准，并注明 了具体适用版本的年份，需要注意的是各卷的引 用标准适用年份并不完全一致。第 V I I I 卷第 1 分 册相当于G B 1 5 0压力容器， 但比G B 1 5 0 范围更宽， 适用于所有与建造方法和所有材料有关的各种不 同的压力容器。在此分册内一般要求是适用于所 有建造方法和所有材料建造的压力容器，而有关 压力容器制造方法有关的要求又往往需要根据具 体产品使用材质的要求与其他分卷有关所用材料 的专门要求联合使用。当然 u D 【 篇管壳式换热器 的规则无法按上述方法进行归类，但是还是收录 在了第 V I I I 卷第 1 分册，U H X 篇的规则覆盖了管 仃O M a c h i n e C h i n a 中国机械 壳式换热器对设计、制造和检验的基本要求。 二、A S M E规范的相对开放性 A s 规范之所 以在全世界范围内广泛被采 用、被认可也与其不断的更新和吸收其他体系和 标准的新技术、新工艺和新材料分不开的。在 A S M E 规范容器建造过程中由于如果材料供货和交 期矛盾，无法按计划提供符合 A s S A - 2 4 0 3 0 4 的不锈钢钢板， 则可以采购A s 1 M A 2 4 0 3 0 4 的材料， 可通过以下方法进行解决，在材料验收时材料工 程师开具不一致 品报告 ( N c R ) ，逐条核对并记录 A S T M A 2 4 0 3 0 4 材料的力学性能、化学成分、热处 理状态、形状尺寸公差 以及标准和图样对材料验 收的要求情况，如果上述每一条都没问题，则在 不一致品报告 ( N c R )内说明，按不一致品报告处 理流程进行处理并经过 A I 确认，上述材料经过一 系列验证措施，在授权检验师 A I 确认后，可以用 于 A S t S 规范容器的建造。 在新技术和新材料的应用上，A S M E同样持开 放 的态度。我国的 G B 7 1 3材料 已经收录在 2 0 1 3 版第 1 I 卷A篇，删除了己过期标准 G B 6 6 5 4 ；而 原来的规范案例 2 5 9 6 1 也写进了2 0 1 3 版的A S M E 规范的正文强制性附录 4 4 。 三、A S M E质量保证体系灵活性 相对于T S G Z 0 0 0 4 - 2 0 0 7 特种设备制造、 安装、 改造维修质量保证体系对特种设备企业的质量 保证体系的建立和质量体系的要求提 出详细的规 定，在 2 0 0 7年以后也极大的提高了国内特种设备 行业，尤其是中小企业的质量管理水平，但是由 于特种设备企业大小和企业形态差异较大，一些 企业在质量保证体系的保持、运行上无法到达法 规的要求。A s 脏 第 V I I I 卷第 1 分册在其强制性附 录 l O中有质量控制体系的具体要求，对体系要素 控制是比较宽松和灵活的，企业可以根据自身实 际情况对质量保证体系的各要素做出规定，以达 到满足规范要求。对于手册和程序文件之间的划 分没有国内规定的细致，A S t S 质量手册的编写需 要满足质量体系审核检查清单 ( Q u a l it y s y s t e m r e v ie w c h e c k l is t )中对各要素的最基本要求， 对体系人员并没有过多的强制性要求，授权检验 机构 ( A I A ) 和授权检验师 ( A I ) 对于 日常体系运行 和执行的检查力度比较大，更