（材料加工工程专业论文）双分型面注塑模cad及动态演示系统的研究.pdf

双分型面注塑模c a d 及动态演示系统的研究 摘要 i 随着计算机软、硬件技术的发展，注塑模c a d 也得到了前所未有的发展。我国 前注塑模c a d 应用已经从引进到开发、t h 低级到高级、由少数单位到全面普及的 发展过程中。熟练的掌摧和全面的了解注塑模c a d 已经是一名高级模具设计工程 师所必不可少的条件。) 本文首先介绍了注塑模c a d 发展的概况，以及注塑模c a d 技术在塑料成型中的 应用。其次简要介绍注塑模设计基础知识，并在此基础上，详细叙述了注塑模的 c a d 系统，以及在p r o e 平台上进行双分型面注塑模c a d 系统的开发。最后，本文 介绍了在3 d s m a x 4 0 平台上实现模具工作过程动态模拟的方法与技巧。 本论文特点有两点：其一，在p r o e 平台上开发注塑模c a d 系统的技术与实践。 在该系统中，包含参数计算功能、工程数据库、设计原则、设计实例等；其二， 在3 d s m a x 4 o 平台上研制的注塑模动态演示系统，在该系统中包括注塑模模型库 和注塑模动态演示库。 关键词 模尹注塑模动态演示嗽s 嗍x as t u d yo fa n i m a t i o na n dc a ds y s t e mo fd o u b l e p a r t p l a n ei n j e c t i o nm o l d a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p i n g o f c o m p u t e r s t e c c h n i q u e o fs o f t w a r e sa n d h a r d w a r e s ，i n j e c t i o np l a s t i cm o u l dc a d h a sa c h i e v e dd e v e l o p m e n t s i no u r c o u n t r y ，t h ea p p l i c a t i o no fi n j e c t i o np l a s t i cm o u l dc a d h a sb e e ni n t r o d u c e d a n dd e v e l o p e df r o ml o wg r a d e t o h i g hg r a d e i t h a sb e e n p o p u l a r i z e d t h o r o u g h l y n o w ，i ti sn e c e s s a r yf o ra m o l dd e s i g ne n g i n e e rt og r a s ps k i l l e d a n du n d e r s t a n dt h o r o u g h l yt h et e c h n i q u eo fi n j e c t i o np l a s t i cm o u l dc a d i nt h i sp a p e r ，t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ni np l a s t i c sd e f o r m i n g o f i n j e c t i o np l a s t i c m o u l dc a di si n t r o d u c e d s u m m a r i l y f i r s t l y s e c c c o n d ，t h eb a s ek n o w l e d g ea b o u ti n j e c t i o np l a s t i cm o u l dd e s i g n i sa l s od i s c u s s e d o nt h eb a s eo fi n t r o d u c t i o no fi n j e c t i o nm o l dd e s i g n ，t h e s y s t e mo fi n j e c t i o np l a s t i cm o u l dc a da n dd e v e l o p i n go fd o u b l e - p a r tp l a n e i n j e c t i o nu n d e rp r o ea r ec l a r i f l e di nd e t a i l i n t h ee n d ，t h em e t h o da n d s k i l lo fr e a l i z a t i o no fd i e sw o r kp r o c e d u r eb yd y n a m i cs i m u l a t i o no nt h e p l a t f o r mo f3 d m a x 4 0a r e i n t r o d u c e d t h e r ea r et w of e a t u r e si nt h ep a p e r ：o n ei st h et e c h n i q u ea n da p p l i e a t i o n o f i n j e c t i o np l a s t i c m o u l dc a d s y s t e m i n t h i s s y s t e m ，c a l c u l a t i o n f u n c t i o n ，e n g i n e e rd a t a b a s e ，t h ep r i n c i p l eo fd e s i g na n dt h ee x a m p l eo f d e s i g na r ei n c l u d e d ：t h eo t h e ri st ha n i m a t i o ns y s t e mo fi n j e c t i o np l a s t i c m o u i do nt h ep l a t f o r mo f3 d m a x 4 0 m o l dt a b l ea n da n i m a t i o nt a b l eo f i n j e c t i o n d i ea r ei n c l u d e d k e y w o r d s ：m 0 1 dc a d i n j e c t i o nm o l d a n i m a t i o n p r o e 3 d s m a x 致谢 值此论文完成之际，请允许我向三年来关心和爱护我的人致以诚 挚的谢意： 首先要感谢三年来给予我悉心指导和关心的导师董定福副教授。 导师严谨的治学态度和宽以待人的生活作风是学生终生学习和工作的 楷模。三年来，导师为学生创造了优良的学习和研究的环境，并在生 活中给予学生无微不至的关心，使我能够顺利完成各个阶段的学习和 研究任务，在此谨向敬爱的导师表示崇高的敬意。 特别向在课题研究，论文选题和评阅中给予我许多帮助的王雷刚 副教授致以深深的谢意，同时对材料学院所有关心我的老师，尤其是 刘全坤教授，曹诗倬教授，洪深泽教授表示衷心的感谢。 另外在学习期间我专业硕士研究生郑少梅、黄英娜、杨保年、杨 翼在各方面给予我诸多帮助，并由此结下深厚的友谊，在此一并表示 感谢，并希望我们之间的友谊长存。 插图清单 图2 1c a d 系统组成 图2 2c a d 的软件层次结构 图2 3 注塑模设计图 图2 - 4c a d c a e 注塑模具程序图 图3 一l模塑周期时序图 图3 2 整体式凹模一 图3 3 整体嵌入式凹模 图3 - 4 组合式凹模 图3 - 5 镶拼式凹模- 图3 - 6 整体式型芯一 图3 7 组合式型芯一 图3 8 整体式圆筒形型腔 图3 - 9 组合式圆筒形型腔 图3 10 整体式矩形型腔 图3 一1 1 组合式矩形型腔一 图3 1 2 基于p r 0 e 的注塑模c a d 系统的基本框图 图3 1 3 基于p r o ，e 的注塑模c a d 系统主界面 图3 1 4 参数计算 图3 1 5 设计原则一 图3 1 6 工程数据库 图3 1 7 设计实例“ 图3 1 8 信息容器 图3 1 9 塑件图 图3 2 0 凹模 图3 2 1 凸模 图3 2 2 装配模 图4 1在t i m ec o n f i g u r a t i o n 对话框中定义时间 图4 2注塑模动态演示系统基本框架 图4 3动画管理器组成 图4 - 4 动画管理器组成 图4 5 模型库信息 图4 - 6 m a x s c f i p t 图4 7 塑件 图4 8 定模装配一帧 图4 - 9 动模装配一帧 图4 一l o 开合模一帧一 图4 11 开合模一帧 屿娟。谓毖毖捣船船嬲肌盟撕撕盯船约拍约四弘弘铊她的们舳的船弘踮弱弱 _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ 一 一 一 一 一 一 _ _ _ 一一一一一 _ 第一章绪论 1 1 概述 塑料作为高分子化学和材料科学发展的重要成果，早已成为人类不可缺少 的重要生产资料。塑料制品制件在工业生产和日常生活上得到了愈来愈广泛的 应用。现在全球范围的以塑料代替金属的趋势更加速了塑料产品制造业的迅速 发展。塑料产品一般采用模塑成型方法生产，因而塑料模具作为一种重要的工 艺装备，在工业生产中显示愈来愈重要的作用。 注塑模在塑料模具中用量最大，涉及面最广，约占整个塑料成型模具的 6 0 9 6 ，注塑模c a d 是提高注塑成型效率和质量的最有效的途径。6 0 年代中期， 英国、美国、加拿大的学者就开始了有关塑料熔体在型腔内流动和冷却的基础 研究。塑料流变学、几何造型技术及计算机技术的发展有力的推动了注塑模c a d 研究的深入，由最初的c a d 技术向c a d c a m 一体化方向发展”“。8 0 年代中 期注塑模c a d 进入实用阶段，出现了许多商品化注塑模c a d 软件”1 ，常用的有： 美国u g 公司的u gi i ( u n i g r a p h i c si i ) 系统，它具有强大的曲面造型、 实体造型和c a m 功能，是一个通用的c a d c a m 系统。 美国p t c 公司的p r o e n g i n e e r ，它是一个通用的c a d c a m 系统，具有 很强的参数化特征造型功能。另外，它还包含一个专用的模具设计模块，使模 具设计更为方便和直观。 a u t o d e s k 公司的a u t o c a d ，这是用的较为广泛的二维图形软件，其三 维功能正逐渐得到增强。 我国注塑模c a d c a m 研究始于7 0 年代末，发展也很迅速。“八五”期间， 由北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等单位联合进行了国家重 点科技攻关课题“注塑模c a d c a e c a m 集成系统”的研究，并于1 9 9 6 年通过鉴 定，部分成果已投入使用，使我国的注塑模c a d c a e c a m 研究和应用水平有了 较大的提高。1 9 9 6 年上海交大模具所在通用机械c a d c a m 软件平台u g i i 上研究 和开发了大型全三维注塑模c a d c a m c a e 系统( i m o l d ) ”。“1 。目前出现的自 主版权的软件有，华中理工大学开发的注塑模c a d c a e c a m 系统h s c 2 0 版，郑 州工业大学研制的z - m o l d 分析软件等，这些软件正在一些模具企业中推广和应 用，有待在试用中逐步完善。总的来说，国内注塑模c a d 技术由于起步晚、基 础差，因此不论是从应用范围的广度和深度，还是从系统的开发能力和质量上 与工业发达国家相比都有较大差距。 塑料注射成型是现代塑料工业中的一种重要的加工技术。注射成型的关键 在于注射模的设计与制造以及注射成型工艺的制定。传统的方法主要依靠模具 设计师的经验和制模工人的技艺，不仅模具生产周期长、成本高，而且难以保 证产品质量。由于计算机辅助设计( c a d ) 、辅助工程( c a e ) 和辅助制造( c a m ) 技术得到了迅速的发展并在注射成型领域得到了广泛的应用，使注射摸的设计 与制造、注射成型工艺以科学分析为基础，突破经验束缚，为解决这一难题提 供了新的途径。 1 2c 加技术在塑料注塑成型中的应用 塑料工业发展非常迅速，塑料的年产量和品种增加很快，塑件制品的产量 越来越大，而且以塑料代替金属的趋势在全球范围内的加大更加速了塑料工业 的发展。塑料制品的进一步开发和应用是必不可少的。塑料的机械性能和加工 性能优良，且具有质量轻、耐腐蚀、电绝缘性能好的优点使塑料在家电、电子、 机械、汽车、仪器仪表、建筑装饰和日常生活领域得到了广泛的应用。产品对 模具的要求愈来愈高，传统的人工设计方式已无法适应产品及时更新换代和提 高质量的要求。 塑料产品从设计到投产是一个十分复杂的过程，它应包括产品概念设计、 模具总体方案设计、模具结构设计、模具零件制造加工与模具装配以及模塑生 产等多个环节。其间还要进行一些分析模拟与校核。传统的设计方法难以全面 考虑所有这些环节。现在计算机已应用于上述的各个环节。借助于计算机，利 用c a d 这一先进技术，可把这些环节有机地结合起来，收到手工方法不可能取 到的效果。 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ，即c a d ) 是当代计算机应用的 一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速发展，c a d 技术及其应 用一直处于日新月异的发展浪潮之中。作为c a d 技术应用的一个重要方面，塑 料模具计算机辅助设计一直是国内外关注的焦点“。 塑料制品的成型方法主要有：注塑成型、挤塑成型、压塑成型、吹塑成型 等。注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精度高的制品，适合高效率、大批量 的生产方式，已成为热塑性塑料和部分热固性塑料成型的主要方法。 塑料制品的生产主要是通过模具注塑而成，因此塑料模具的设计与制造成 为塑料制品生产产量和质量的关键。注塑模设计与制造是重中之重，传统的注 塑模设计主要依靠模具设计师的经验及制模工人的技艺，模具设计师及制模工 人的时间和精力大部分花在了绘图、调试、修改模具上。不能把精力和时间用 子设计的创造性工作上。增加了模具的生产周期及产品的开发周期，使生产成 本增加，且难以保证产品质量。 塑料模具c a d 的应用对这一难题提供了关键的技术与理论支持。同传统的 模具设计方式相比，模具c a d 技术无论在提高生产率、改善模具质量，还是在 降低成本、减轻劳动强度方面，都具有无可比拟的优越性。 第一、模具c a d 技术可以节省时间，提高生产效率。运用c a d 技术，模具 2 结构的人工绘图被计算机绘图所代替，数据库、图形库的建立及应用，使设计 速度得到提高，设计师可从繁冗的绘图和计算中解脱出来，将精力集中于方案 构思、结构优化等创造性工作上。 第二、c a d 技术从根本上改变了传统的手工设计、绘图、描图以及根据图样 组织生产的落后状态。c a d 技术应用的实际效果是：提高设计质量，缩短设计 制造周期，产生显著的社会经济效益，使企业的竞争能力和应变能力得到提高。 例如，据日本金属模具制造公司关于c a d 应用的实际效果的调查，资料收集- q 调研和设计工作量减少了一半，绘图工作量降低了近2 0 倍。美国对各行业应用 c a d 的效果进行调查的结果表明，大多数行业在应用c a d 后工作效率提高了3 5 倍。 第三、模具c a d 技术可以大幅度地降低成本。在提高生产率的同时，c a d 技术的优化设计往往还带来了原料的节省，生产准备时间缩短，产品更新换代 加快，产品在市场上的竞争能力增强。其结果使产品的成本可以大幅度降低。 模具c a d 技术的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和广泛 应用。目前，工业发达国家中有6 0 以上的模具生产厂家应用c a d 技术进行 模具设计。我国的塑料模c a d 技术的开发始于本世纪7 0 年代末，目前已有一 些注塑模的软件处在试用阶段，也引进了一些国外的c a d 技术，但推广应用 的程度还远远落后于工业发达国家。 1 3 注塑模c a d 发展趋势 注塑模c a d 技术的发展方向今后仍然是集成化、智能化、柔性、网络化与 并行设计、提高系统的实用性和使用方便性以及降低价格等等。 ( 一) c a d 与c a m 系统集成 设计、制造或施工及相应的生产与工程管理等方面存在紧密的联系。为了 提高工作效率，人们首先将c a d c a m 一体化。c a d c a m 的集成化主要是集成度 与信息流的集成。一般包含以下几层意义，第一是将c a d 与c a m 集成，使计算 机辅助设计与制造实现一体化；第二是将c a d 、c a m 、c a e 集成化；第三是将c a d 、 c a m 、c a p p 、g t 、f m s 、机器人等技术集成化没，通过网络通信，标准化与统一 的工程数据库将其连接起来，构成计算机集成制造系统( c x m s ) 。c i m s 系统基 于计算机技术和信息技术，将设计、制造和生产管理、经营决策等方面有机的 结合成一个整体，形成物流和信息流的综合，对产品设计、零件加工、整机装 配和检测检验的全过程实施计算机控制，从而达到迸一步提高效率、提高柔性、 提高质量和降低成本的目的“。 ( 二) 建立和应用c a d 网络环境 将多台微型机c a d 工作站联网或将多台微型机c a d 工作站和工程工作站联 网，构成分布式c a d 系统，已成为一种趋势这种网络系统结构灵活、功能强大、 价格低。每个工作站可单独使用，也可相互配合，实现资源和信息共享，也可 实现并行设计和协同工作。c a d 网络的建立以及设计管理和协同设计功能的实 现，无疑将大大促进企业经济效益。 ( 三) 人工智能与专家系统技术的应用“ 设计过程需要大量的设计知识和专家经验。一般的c a d 系统是一种人机系 统，即系统包含了使用系统的人。使用c a d 系统的设计者在系统行为中起着主 导和决策的作用。人工智能( a 1 ) 、专家系统( e s ) 和基于知识的系统 ( k n o w l e d g e - b a s e ds y s t e m ，k b s ) 技术的发展及其在设计领域的应用，为c a d 技术的发展开辟了新的途径。将人工智能技术和专家系统引入c a d 系统，使其 拥有机械领域专家的经验与知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，以及 智能化的视觉、听觉、语言能力，将使c a d 系统在产品设计中发挥更有意义的 “专家顾问”、t 自动化设计”的作用。 1 4 本课题的来源和本文的章节安排 本课题来自原机械部发展基金项目塑料成型模具和冷冲模专家系统，项 目号：9 6 j a 0 7 0 6 。具有较好的应用背景及实用价值，课题的内容涉及材料成型 模具的计算机辅助设计，成型过程中计算机辅助分析及模拟等，研究目标明确。 本文结构安排如下：第一章绪论本章主要介绍了c a d 技术在塑料注塑成 型中的应用、注塑模c a d 发展趋势以及注塑模在人们生活中重要应用；第二 章注塑模c a d 系统本章主要介绍现有注塑模c a d 系统的软硬件配置、系统 的构型以及c a d 系统的分类和发展c a d 系统的关键技术，在本章最后给出了 现有注塑模结构c a d ；第三章基于p r o ，e 的双分型面注塑模的c a d 系统本 章首先叙述了注塑模设计的基础知识，在此基础上提出了基于p r o e 的双分型 面注塑模的c a d 系统，并利用该p r o e 的c a d 系统给出了一实例：第四章注 塑模三维动态演示系统本文首先叙述了在3 d s m a x 平台上制作多媒体动画的 基础理论知识，同时给出了基于3 d s m a x 的注塑模三维动态演示系统，并利 用此系统制作注塑模多媒体动画用于本专业的教学；第五章结论与展望本章 对研究工作进行了总结，提出了几点结论，指出了存在的问题并展望本课题的 研究前景。 4 第二章注塑模c a d 系统 2 1c a d 系统的配置和构型 2 1 1c a d 系统的配置 c a d 系统是一个由硬件与系统软件、支撑软件、管理软件和应用软件几个 层次构成的有机整体。各个层次相对独立，又相互联系。 一硬件 以性能优良、功能强大的计算机作为主机，配备有图形显示器、绘图机、 数字化仪、图形扫描仪、存储设备和通讯设备组成。计算机硬件的性能( 如运 算速度、主存容量和辅存容量及速度) 和系统软件的功能从根本上决定了c a d 系统的优劣。c a d 系统的硬件由计算机、存储设备、输入输出设备组成。 计算机，一般由中央处理器( c p u ) 、主存( 存储器) 、输入输出设备组成。 它是控制及指挥整个系统并执行实际运算、逻辑分析的装置。其中，输入输出 设备担负与主机交换信息的任务，为计算机与外界之间的通讯联系提供方便。 匝圃 图2 1c a d 系统组成 近年来，微型计算机的c p u 处理速度、内存、硬盘的容量等方面出现了成 数量级的提高。现在一般的兼容机主频已提高到2 0 0 m h z 以上( i g 的c p u 芯片 已推向市场) ，内存可根据需要配置1 2 8 m b 或更高，硬盘容量达到3 0 g b ，其性 能达到甚至超过早些时候的工程工作站的水平。 二c a d 系统的软件 c a d 系统的软件是c a d 技术的关键，软件的水平决定了系统效率的高低以 及使用的方便程度，所以应该十分重视软件的开发，c a d 软件由系统软件、管 理软件、支撑软件、产品应用软件组成。它们的层次结构见图2 - 2 。 图2 - 2c a d 系统的软件层次结构 1 系统软件 系统软件由厂商提供，它应与硬件配合。计算机如果没有系统软件就不能 发挥作用。系统软件包含：( 1 ) 面向用户、为用户服务的系统，如各种计算机 ( b a s i c 、f o r t r a n 、c 等) 的编译、连接程序；各种编辑服务程序；数学库程 序等。( 2 ) 面向计算机维护的程序，如病毒检查和消除程序；( 3 ) 面向计算机管理 和操作的程序，如各种操作系统；分时系统与网络通信系统。微型计算机上操 作系统，除了传统的d o s 操作系统外，现在普遍采用了w i n 9 8 或w i n 2 0 0 0 操作 系统。 2 管理软件 管理软件负责c a d 系统中生成的各类数据的组织和管理，通常采用数据库 管理系统进行管理，它是c a d 软件系统的核心。 3 支撑软件 支撑软件亦称功能软件或通用软件，是以系统软件为基础，用于开发c a d 应用软件所必须的通用软件，同时它是各种专门用途的产品应用软件的基础。 支撑软件是c a d 系统的基础软件，主要包括：图形处理软件；分析模拟软件； 工程数据库等。 ( 1 ) 图形处理软件指软件市场上供应的各种商品化图形软，如：c o m p u t e r v e r s i o n ，i n t e r g r a p h，c a t i a ，s d r c i d e a s，u n i g r a p h i c s i i ， p r o e n g in e e r ，d u c t ，m e d u s a ，c a d a m 等。 ( 2 ) 分析模拟软件指各种用于工程分析模拟的商品化软件包，如有限元分 析机构分析模拟、模态分析、塑料流动分析模拟和冷却分析模拟等，都已有功 能很强的商品化软件包，统称为c a e 软件包。 ( 3 ) 工程数据库提供设计和制造所需的材料、标准件和有关设备的参数数 6 据和图形管理，已方便这些数据的维护和快速查找。现在很多c a d 系统借助一 般关系型数据库管理系统如f o x b a s e 、f o x p r o 等来实现工程数据库的管理。 ( 4 ) 产品应用软件产品应用软件是用户在系统软件和支撑软件的基础上，开 发出来的针对各专门领域的产品设计c a d 软件。 2 1 2c a d 系统构型 在各种塑料成型模具当中，注射模以其应用上的广泛性和设计制造上的复 杂性而倍受人们的关注。 一注塑模c a d 的工作流程 传统的模具设计的一般流程如图3 3 所示。从图中可以看出，模具的设计 是根据制件图而定。而制件的设计参数只能依靠有限的原始资料和一些经验统 计数据而定，其准确性无法保证。这些势必影响到模具图样的精度，以至影响 最终产品的质量。 图3 1 - 4 给出了模具c a d 系统设计的大致工作流程，该系统集工程、设计 和测试为一体。先由c a e 程序对制件进行全面的性能分析，提出制件的设计方 案和注塑工艺参数，然后，由c a d 系统根据c a e 软件提供的有关性能参数进行 模具图样设计。最终的注塑模零部件则根据设计初衷进行检测，检测信息再反 馈到c a e 系统进行综合比较分析，将分析结果再次输入到c a d 系统，对初始设 计进行修该，整个过程重复进行直到获得满意的设计结果。 图23 注塑模设计图 图2 4c a d c a e 注塑模具程序图 二典型的注射模c a d 系统构型 从目前的研究成果看，注射模c a d 系统的工作内容大致包括以下三个方面： l 、建立模具信息数据库数据库中包括有标准模架组合图、标准模具零件 及尺寸、设计标准、塑料原料性能数据、模具材料数据及注射机规格、型号等 各种数据。这些是模具c a d 系统必不可少的数据资源。 2 、c a d 程序包括注射模结构设计的各个环节，如注塑制品的图形输入、 型腔与型芯的尺寸设计、标准模架选择、顶出和抽芯机构设计、模具装配、模 具图样设计及尺寸标注。 3 、c a e 程序包括流动模拟、保压分析、应力与翘曲分析、冷却分析及模 具强度刚度分析等。 2 2c a d 系统的分类与发展c a d 系统的关键技术 一c a d 系统的分类 根据开发c a d 系统的公司提供的产品的情况，c a d 系统的配置有四种类型： l 、配套系统：带有c a d 支撑软件和应用软件的计算机系统。 2 、非配套系统：仅有c a d 支撑与应用软件及图形终端。 3 、软件系统：仅提供c a d 系统的支撑与应用软件。 蓠 4 、硬件系统：只提供计算机硬件与系统软件。 配套系统为c a d 早期产品的特点，而非配套系统是现行c a d 系统普遍采用 的形式。该形式的用户可以使用第三方的软件来扩展系统的功能。随着用户的 需求，系统可以升级。 根据c a d 系统的硬件配置与连接形式，c a d 系统又可分为两大类： l 、独立系统包括主机的c a d 系统，工程工作站系统和个人计算机的c a d 系统。这种c a d 系统自成体系，不与其它计算机系统相连。 2 、网络系统这些以小型计算机或超级微机为基础的c a d 系统和大型主机 相连，在小型机或超级微机上完成输入、输出和计算不大的设计计算，而计算 量很大的运算则在大型机上完成，并可以共享大型机上的软件资源。 根据软件情况，c a d 系统又可分为两大类： 1 、黑箱系统黑箱系统又称为交钥匙系统，该系统通常只能在规定的硬件 上运行，用户只能使用系统提供的一系列功能，但不作进一步的开发。这种系 统和其它系统的结合能力有限，只能通过一定数据格式同别的系统相连。 2 、可编程系统是一种可以移植到不同计算机上的开放式系统，用户可以 在此基础上作进一步的二次开发，是一种受到用户欢迎的系统。 二发展c a d 系统的关键技术 c a d 涉及到的知识范围很广，包括计算机图形处理技术、三维产品的几何 造型技术、数据交换技术、工程数据管理技术等。 1 、计算机图形处理 在c a d 的过程中，人与计算机之间的信息交流是十分重要的，而交流的主 要手段之一是计算机图形系统。计算机图形处理技术是借助于计算机，通过程 序和算法在图形显示和绘图设备上生成图形，并按给定的指令来改变其内容的 数据处理方式。当前计算机生成图形有两种方法，其一是交互式的图形处理方 法；其二是参数化方法。 2 、三维产品造型 机械产品和工程设计项目都是三维空间的形体。c a d 技术中的三维立体造 型就是在计算机内建立完整的三维几何模型，准确地记录一个三维形体是由哪 些封闭表面所包围，面与面之间又是如何连接的。 三维造型是产品造型的基础，它涉及的问题比较广泛。如形体的定义、布 尔运算、欧拉检验公式、建模的各种模型、隐藏面的消除、明暗的阴影效果、 数据结构与数据库处理等。通常的造型与建模方式有：线框建模、曲面造型、 实体造型及最新发展的特征造型。只有实体模型才能够满足c a d 的要求。采用 三维造型技术，可以自动计算物体的体积、重量、重心位置、转动惯量等几何 参数，对模型按造一定规律部分，可以自动产生有限元的单元结点数据；对于 装配、安装工作可以自动检查相邻部件间有无干涉； 9 3 、数据交换技术 为了使c a d 系统之间、不同模块之间的数据交换顺利进行，充分发挥用户 应用软件的效益、提高c a d 系统的生产效率，就必须建立各c a d 系统软件都应 遵守的数据交换规范。目前世界各国普遍使用的规范标准有；i g e s ， v d a f s s e t ，p d e s ，s t e p 等。 4 、工程数据库管理技术 就是利用数据库管理系统( d b m s ) 来管理各种信息，目前另一种数据库 o o e d b m s ( 面向对象的工程数据库管理系统) 正在兴起。 2 3 注射模结构c a d 注塑模结构设计是模具设计的核心内容，系统中的其它c a d 或c a e 软件都 直接或间接地为模具结构设计的决策服务。注塑模结构c a d 的起点是塑料制品 的形状描述，终点是获得满意的整个模具结构。主要有以下几个方面内容： 1 、根据塑料制品的形状、大小和生产批量确定分型面的位置和型腔布置方 案，并初选注塑机的规格。 2 、根据塑料制品的形状和尺寸，通过收缩率计算和放大原则，获得型腔、 型芯的形状和尺寸，并确定型腔和型芯的构造形式。如采用镶块结构。 3 、选择合适的标准模架系列。 4 、设计顶出和抽芯机构。 5 、初步设计流道和冷却系统。 6 、确定其它模具零件的尺寸和细节。 7 、结构和工艺方案的分析、校核和验证。 在塑料模结构c a d 的工作流程中，所有与数据查询、设计计算、图形显示 和绘制有关的全部工作由计算机完成，而与模具设计的指导思想、设计技巧、 经验有关的推理、判断和决策则以人机交互的方式由模具设计人员完成。模具 设计完毕后，由系统校核模具零件的强度和刚度，并通过c a e 软件进行充模流 动模拟和冷却过程分析，以及应力分析、翘曲分析等，若发现问题，则返回到 相应的设计程序中修改有关设计参数，直到获得满意的设计结果为止。 注塑模结构c a d 涉及内容很多，在设计方案确定、分型面选择、顶杆布 置、抽芯和推出机构设计等环节中，有相当多的工作是不能建立精确的数学模 型并用数值计算方法求解的，而是需要设计人员发挥自己的创造性，应用专业 知识和实践经验，分析推理、运筹决策、综合评价后才能取得合理的结果。因 此，交互式的注塑模结构c a d 需要将有经验或知识决策的设计问题流给用户， 设计过程中需要较多的人干预，因而设计质量在一定程度上也依赖于用户的经 验和水平。 1 0 2 4p r o e n g i n e e r 功能简介 p r o e n g i n e e r 是美国参数科技公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 出品的一种功能十分强大的、参数式设计软件。自1 9 9 8 年问世以来已成为全世 界最普及的3 dc a d c a m 系统。广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、 汽车、自行车、航太、家电、玩具等各行业。p r o e n g i n e e r 可谓是个全方位 的3 d 产品开发软件，包括了零件设计、产品组立、模具开发、n c 加工、板金 件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、 产品资料库管理等功能于一体。本文就是利用p r o e 强大的造型功能来进行注 塑模的结构设计。 p r o e n g i n e e r 的模组众多，学习极为不易，主要包括：参数式剖面设计、 基准特征建立、实体特征建立、曲面特征建立、零件组立、工程图制作。 作为参数式设计软件，p r o e 具有以下特性： a 3 d 实体模型( s o l i dm o d e l ) 3 d 实体模型除了可以将使用者的设计概念以最真实的模型在电脑上呈现 出来之外，也因系统预设参数，使用者可随时计算出产品之体积、面积、重量、 质心、惯性矩等，用以了解产品之真实性，并补足传统面架构、线架构之不足， 使用者在产品设计过程中，可随时掌握以上重点，设计物理参数，并减少人为 计算时间。 b 单一资料库( s i n g l ed a t a b a s e ) p r o e n g i n e e r 可随时由3 d 实体模型产生2 d 工程图，而且自动标示工程 图尺寸，不论在3 d 或2 d 图形上作尺寸修正时，其相关之2 d 或3 d 实体模型 均自动修改，同时，组立、制造等相关设计也会自动修改，如此可确保资料之 正确性，并避免反复修正之耗时。由于采取了单一资料库，提供了双向关联性 的功能，此种功能也正符合了现代产业中所谓的同步工程概念。 c 以特征作为设计之单位( f e a t u r e - b a s e dd e s i g n ) p r o e n g i n e e r 以最自然的思考方式从事设计工作，如钻孔、挖槽、倒圆 角等，均视为零件设计基本特征，除了充分掌握设计概念之外，还在设计过程 中导入实际的制造概念；也因为一特征作为设计的单元，因此可随时对特征做 合理、不违反几何的顺序调整( r e o r d e r ) 、插入( i n s e r t ) 、删除( d e l e t e ) 、重新定 义( r e d e f i n e ) 等修正工作。 d 参数式设计( p a r a m e t r i cd e s i g n ) 配合单一资料库，所有设计过程中所使用的尺寸( 参数) 皆存在资料库中， 设计者只需更改3 d 零件( p a r t ) 的尺寸，则2 d 工程图( d r a w i n g ) 、3 d 组立件 ( a s s e m b l y ) 、模具( m o l d ) 等立即依照尺寸的变更作几何形状的变化，由此 达到设计变更的一致性，避免发生人为改图的疏漏情形，且减少许多人为改图 的工作时间与人力消耗。也由于有参数式的设计，使用者可以运用强大的数学 运算方式，建立各尺寸间的关系式，使得模型可自动计算出应有的外形，减少 尺寸逐一修改的繁琐费时，并减少错误发生。 下面简要介绍p r o e n g i n e e r 的功能： 1 、式剖面设计 在进行p r o e n g i n e e r3 d 零件设计时，必须先在空间中将基本实体建构出 来，有了基本实体后，就可对基本实体做各项加工( 如h o l e ，c u t ) 或增加材 料( 如s h a f t ，p r o t r u s i o n ) ，以达到所要的实体外形。3 d 的实体外形可视为 2 d 剖面在第三维空间的变化，因此实体建构必须先画出实体模型的剖面后，再 利用e x t r u d e 、r e v o l v e 、s w e e p 、b l e n d 等方式建构3 d 实体模型。剖面设计在 p r o e n g i n e e r 的3 d 零件模型建构中是非常重要的，p r o e n g i n e e r 的“参数式 设计”特性也往往是由剖面设计中参数的指定来实现。构成3 d 剖面的三要素分 别是2 d 几何线形( g e o m e t r y ) 、尺寸( d i m e n s i o n ) 、及2 d 几何对齐( a 1 i g n m e n t ) 资料，使用者可于s k e t c h e r 的环境下，绘制2 d 几何线形( 此为大致形状，不 须真实尺寸) ，经由尺寸标注( d i m e n s i o n i n g ) ，再修改尺寸值( m o d i f y ) ，系统 会自动修正几何图形到真确尺寸值。另外p r o e n g i n e e r 对剖面上的某些几何图 素会自动的假设某些关联性，如对称、相等、相切等限制条件，如此可以减少 尺寸标注的困难，并达到完全限制的剖面外形。 2 d 剖面绘制流程 ( 1 ) s k e t c h ：画出剖面形状。 ( 2 ) d i m e n s j o n ：指定参数( 标注尺寸) 。 ( 3 ) r e g e n e r a t e ：重新计算及成形。 ( 4 ) m o d i f y ：更改尺寸数值。 ( 5 ) r e g e n e r a t e ：重新计算及生成。 ( 6 ) d o n e ：完成剖面绘制。 2 、基准特征的建立 基准( d a t u m ) 是建构模型的参考，在p r o e n g i n e e r 中，基准虽不是实体 ( s o l i d ) 或曲面( s u r f a c e ) 的特征，但亦为特征的一种，是虚拟的特征。其 主要用途是建立3 d 几何设计时的参考或基准资料，如作为剖面绘制的参考面、 3 dm o d e l 的定位参考面、组立零件参考面等。 基准可分为：基准面( d a t u mp l a n e ) 、基准轴( d a t u ma x i s ) 、基准曲线( d a t u m c u r v e ) 、基准点( d a t u mp o i n t ) 、基准坐标系( d a t u me o o r d i h a t es y s t e m ) 等。 通过p a r t f e a t u r e c r e a t e d a t u m 可进入基准绘制状态。 3 实体特征的建立 p r o e n g i n e e r 为一个特征为主的实体模型系统( f e a t u r e b a s e ds o l i d m o d e l e r ) ，对于资料的存取也是以特征作为最小单元，所有的参数建立均是以 完成一个特征为目的，因此每一个零件皆由一连串的特征所组成。每一个特征 1 2 改变零件的外形，并加入某些特征的设计咨讯至零件的实体模型。在设计过程 中，我们可随时更改特征的形状及其所含设计之资讯。 p r o e n g i n e e r 中常用的特征包含孔( h o l e ) 、圆轴( s h a f t ) 、倒圆角 ( r o u n d ) 、倒斜角( c h a m f e r ) 、切槽( s l o t ) 、切削( c u t ) 、凸起( p r o t r u s i o n ) 、 轴颈( n e c k ) 、凸圆( f 1 a n g e ) 、加强肋( r i b ) 、薄壳( s h e l l ) 、管件( p i p e ) 、 等。基准( d a t u m ，含基准面( d a t u mp l a n e ) 、基准轴( d a t u m a x i s ) 、基准曲线 ( d a t u mc u r v e ) 、基准点( d a t u mp o i n t ) 、基准坐标系( d a t u mc o o r d i n a t es y s t e m ) 亦为特征的一种，但基准主要是在建构实体几何时作为参