（材料加工工程专业论文）基于unigraphics软件的汽车内饰件塑料模具设计.pdf

哈尔演理t 大学t 学硕士学妒论文 基于u n i g r a p h i c s 软件的汽车内饰件塑料模具设计 摘要 当今，随着塑料工业的迅速发展，塑料制品在许多工业部门的应用范围 越来越广，这就使产品对注塑模具的要求越来越高，传统的注塑模具设计方 法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。 本文从国内注塑模c a d ，c a e 技术与国际先进技术水平的差距和急需解 决的问题着手，提出了注塑模集成c a d c a e 的思想，并结合实际注塑模具 设计的范例，实现了典型注塑件( 哈飞赛马轿车的中央饰罩) 注塑模 c a d c a e 的集成 ， 本文重点进行了中央饰罩的三维实体造型、注塑模c a b 分析及整套涅 塑模具的设计。首先，采用u g 软件进行注塑件的三维实体造型，针对轿车 内饰件的具体外形尺寸，应用基于特征的实体建模和自由形状建模等知识， 使用体素特征、扫描特征、成形特征、特征操作、实体冲压等具体的操作步 骤逐步生成汽车内饰件，并生成面网格文件。其次，利用仿真软件 m o l d f l o w 对该注塑件进行充填，流动、冷却、气穴、熔接痕、翘曲等数值 模拟。通过对注塑件充型模拟，能够直观的显现出液态塑料在型腔内充型及 流动的变化过程，进而比较熔接痕、气穴、翘曲等缺陷，来进行浇注系统的 优化设计。最后利用u g 软件的m o l d w i z a r d 模块进行整套注塑模具的设 计。 通过该课题的研究，可以直观的再现塑料模具设计的全过程，很好的体 现并验证了模具设计的思路，对塑料模具设计企业有一定的指导意义。 关键词塑料；建模；数值模拟；优化设计；注塑模具 竺尘篓兰三查耋二兰矍兰竺竺三 p l a s t i cm o l dd e s i g no fa u t o i n t e r i o rp a r t sb a s e do nu n i g r a l p h i c s s o f t a r e a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fp l a s t i ci n d u s t r y , t h ea p p l i c a t i o no fp l a s t i c p r o d u c t si nm a n yi u d u s t r i a ls e c t o r si su s e dm o r ea n dm o r cw i d e l yn o w a d a y s h o w e v e r , c o n v e n t i o n a ld e s i g nm e t h o do fp l a s t i cm o l di sn o ta d a p t e dt ot h e r e q u i r e m e n to fr e n e w a la n dh i g h e rq u a l i t yo fp r o d u c t s s ot h e s ep r o d u c t sr e q u i r e a h i g h e rq u a l i t yo fp l a s t i cm o l d a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m sn e e d e dt os o l v eu r g e n t l ya n dt e c h n o l o g yg a po f c a d c a eb e t w e e no u rn a t i o na n df o r e i g nc o u n t r i e si nt h er e g i o uo fp l a s t i cm o l d ， t h i s a r t i c l e p u tf o r w a r dt h ei n t e g r a t e d i d e ao fc a d i c a ea n dr e a l i z et h e i n t e g r a t e dd e s i g no fc e n t e ra d o r n i n gc o v e rw h i c hi s o n eo ft y p i c a li n j e c t i o n p r o d u c ti ns a i m a ro fh a r b i nh a f e im o t o rc o l t d t h i sw o r ki sf i n i s h e d c o m b i n e dw i t hp r a c t i c a ld e s i g ne x a m p l e so fi n i e c t i o nm o l d t h i sa r t i c l ef o c u so n3 ds o l i dm o d e l i n go fc e n t e ra d o r n i n gc o v e r , c a e a n a l y s i sa n dc o m p l e t ed e s i g no fi n j e c t i o nm o l d f i r s t ，3 ds o l i dm o d e l i n go fi n j e c t i o np r o d u c ts h o u l db ec o m p l e t e db yu g s o f t w a r e d i r e c t i n gt o w a r d st h ep a r t i c u l a rs h a p e s i z eo ft h ea d o r n m e n t ，t h e m o d e l i n ga n dg i r d i n gf i l ew a sb u i l tb ys t e p so fb o d ye l e m e n tf e a t u r e ，s c a n n i n g f e a t u r e ，f i g u r a t i o nf e a t u r e ，f e a t u r eo p e r a t i o n , s o l i dp r e s s i n ga n ds oo n ，w h i c hw a s r e a l i z e db yu s i n gk n o w l e d g eo fs o l i dm o d e l i n ga n df r e es h a p em o d e l i n g s e c o n d ，n u m e r i c a is i m u l a t i o no ff i l l i n g , f l o w , a i rp o c k e t ，f u s i o nt r a c e ，a n d w a r pw e r ep e r f o r m e dw i t hs i m u l a t i o ns o f t w a r em o l df l o w t h ef i l l i n gp r o c e s s a n df l o wt r a n s f o r m a t i o no fl i q u i dp l a s t i cw e r es h o w no b v i o u s l yb yn u m e r i c a l s i m u l a t i o no ff i l l i n g t h r o u g hw h i c hw ec o u l do p t i m i z et h ec a s t i n gs y s t e ma n d c o m p a r et h ed e f e c t sa n df l a w so ff u s i o nw a e e ，a i rp o c k e ta n dw a r p f i n a l l y , c o m p l e t ed e s i g no fi n j e c t i o nm o l dw a sp e r f o r m e db ym o l dw i z a r d n 哈尔潺珲t 欠掌t 学硕十学伊论文 m o d u l e o f u g t h ew h o l ep r o c e s so fp l a s t i cm o l dd e s i g nw a sr e a p p e a r e dt h r o u g ht h es t u d y o fm yt a s k t h et a s ka l s ob e h a v e da n dv a l i d a t e dt h et h o u g h to fm o l dd e s i g n p r i m l y t h i si ss i g n i f i c a n ti ng u i d i n gt h ep l a s t i cm o l dd e s i g ni ne n t e r p r i s e s k e y w o r d sp l a s t i c ；m o d e l i n g ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；o p t i m i z a t i o nd e s i g n ； i n j e c t i o nm o l d m 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于u n i g r a p h i c s 软件的 汽车内饰件塑料模具设计，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读 硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注 明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本人研究工作做出贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本 人承担。 作者签名： 乏嬲 日期：知眵缉另月弦日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 基于u n i g r a p h i c s 软件的汽车内饰件塑料模具设计系本人在哈尔滨 理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研 究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发 表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授 权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布 论文的全部或部分内容。 + 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密囤 ( 请在以上相应方框内打4 ) 作者签名： 导师签名： 日期：昼晒年每月矽日 同期：劢口年乃月弦日 癌叶 搬壶v 参磊 哈尔滨理t 大学丁学面十学伊论文 第1 章绪论 1 1 汽车用塑料在国内外的发展现状 随着现代科学技术的进步和生产的快速发展，机械工业对材料性能的要求 越来越高，单一的金属材料已不能满足生产发展的需要，因而各种非金属材料 应运而生，特别是工程埋料，其发展特别迅猛m 。 工程氇料的体积质量约为1 o 1 4 ，比水略重，比铝轻1 2 ，比钢轻3 4 ， 约为大多数有色金属体积质量的l 8 1 5 “1 。正是由于工程塑料的优良性能， 可代替金属作结构材料，在某些应用领域已成为其他材料无法替代的新型材 料，因而被广泛地应用于电子电器、汽车、机械设备等行业，在国民经济各领 域中的地位日益显著。 高级公路及其它相关产业的发展，加速了汽车工业的现代化步伐。汽车工 业是促进国民经济发展的综合性产业，其发展将带动冶金，石化、轻工、纺 织、电子电器、建筑材料、机械工业，甚至道路建设的发展，多年来汽车工业 一直是长盛不衰的行业之一嘲。随着汽车工业的发展，节能，高速、美观、环 保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要“1 。而由于塑料具备性能良 好、价格低廉、工艺简单等特性，被广泛应用于汽车制造业，在汽车现代化发 展中发挥越来越重要的作用。以坦代钢使汽车造型更加荚观，设计灵活性得以 提高，零部件加工、装配与维修成本减少，汽车能耗降低。汽车塑料化已成为 衡量汽车工业发展水平的重要标志”1 。 1 1 1 汽车用塑料在国外的发展现状 在国外，自7 0 年代以来，汽车上迫料的用量迅速增长，尤其是轿车上的 塑料用量已由8 0 年代占车重的5 上升至目i i 的1 1 左右。1 。 以塑料在汽车部件上的应用看来，汽车塑料已由通用埋料制内饰件扩展到 高性能、高强度材料制车身、外装件和功能结构件。最初由强度要求不高的通 用追料制内饰件为主，如手柄、方向盘等。到7 0 年代以安全和功能为目的， 用高性能氇料制大型结构件，如保险杠、散热器、车顶棚等。8 0 年代发展的藿 点则是车身外板和高强度功能件，如保险杠横梁、车身侧面板、车门板等。今 后发展的方向仍然是功能结构件，如车身外扳、发动机部件及其他构件。 表1 - 1 、表1 2 和表1 3 分别列出了德国、美国和日本汽车用喧料状况”1 。 表1 - 1 德国汽车用塑料状况k g 辆( ) 年份内饰件外饰件功能件合计 1 9 7 6 3 6 5 ( 2 2 12 1 6 ( 1 3 11 8 0 ( 1 n7 6 1 ( 4 6 1 1 9 8 5 4 8 6 ( 2 9 、6 9 3 ( 4 2 14 0 1 ( 2 4 11 5 8 0 ( 9 5 1 1 9 9 2 6 6 3 ( 4 0 11 1 0 8 ( 6 n 8 1 7 ( 4 9 ) 2 6 8 8 ( 1 5 6 1 2 0 0 0 9 0 0 ( 5 6 11 6 3 8 ( 9 8 11 2 2 6 ( 7 4 13 3 7 0 ( 2 2 7 、 表1 - 2 美国汽车用塑料状况( 按1 9 9 0 年使用鼍顺序) 千吨 t a b l e l 2t h ep l a s t i cs t a t u so f a m e r i c aa u t o m o b i l e 年份 1 9 7 91 9 8 51 9 9 0 平均增长率 p p 1 5 51 9 12 4 04 1 p u 泡沫 1 2 81 1 71 2 0- 0 6 不饱和聚酯5 66 51 1 76 9 a b s9 38 48 4- 0 9 p v c8 67 67 51 2 r 1 m p u2 33 25 99 1 p e3 0 3 4 5 65 7 队 2 5 4 35 26 9 p c81 43 01 2 5 p f 1 7 2 02 5 3 7 饱和聚酯 1 01 31 75 2 环氧树脂 1 31 31 30 p o m1 01 01 11 2 表1 - 3 日本汽车用塑料状况 塑料品种使用比例塑料品种 使_ f l 比例 p p7 0 5p p m a1 9 p u r1 1 5p o m 1 2 p v c 6 7 p ao 5 p e5 2 p e s 、a s a0 2 5 p c2 1 由此可以看来，国外氇料材料在汽车上应用的特点是蝗料用量大，且逐年 增加；品种多，从通用塑料到高性能崾料；使用范围广，从内饰件到功能结构 哈尔滨理t 大学t 学硕i 十学位论文 件”1 。 1 1 2 汽车用塑料在国内的发展现状 中国汽车工业经过4 0 余年的发展，已有很大起色。车用塑料的用量逐步 增长，汽车制造技术水平不断提高。但我国车用氇料用量仅为塑料总量的 0 4 ，与国外的差距十分明显，每年塑料用量平均只有1 4 2 8 k g ，占整车自 重的0 3 5 0 7 。近几年，车用塑料应用水平有了明显提高，特别是桑塔纳 轿车每辆的塑料用量已增加至7 4 5 k g ，占整车自重的6 9 ”“。我国车用塑料 量排列次序是p p 、p v c 、p u 、不饱和聚酯、a b s 、p f 、p e 和p a 。工程塑料 的用量甚少，能排上的仅仅是p a ，而且单车用量除少数车种达到8 1 2 k g 外，一 般车种单车p a 使用量都在l k g 左右。其它工程塑料都末能使用”。 1 2 塑料在汽车部件上的应用 1 内装件仪表板是主要的内装件，不仅要考虑其装饰性，更重要是要考 虑它的功能性、耐热性、耐候性和安全性。它在汽车内部件中是突出的组合 件，应能够承受日光照射引起的高温以及高速冲击。目前，美国大部分采用 a b s 和p c a b s 合金，日本则多采用p p 和p c y a b s 合金。据最新报道，德国 的拜耳公司生产的一种以丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸酯掺混物作装饰膜覆盖的塑 料板作汽车仪表板，不仅耐光、耐热老化而且易加工，与p u 相容性好，能完 全粘附在p u 泡沫塑料上“1 。 2 外装件保险杠既是外装件，又是功能件。它具有遇到碰撞时保护车体 的功能。形式大多为横梁加面板。其面板用材各国不同，美国采用r i m p u ( 反 应注塑p u ) ；欧洲则大部分采用e p d m ( - - - 元乙丙橡胶1 改性p p 体系；日本今年 来由r i m p u 向改性p p 体系；9 0 年代就有8 0 的保险杠采用改性p p 制成。 此外，西欧有1 4 的保险杠采用p c p b t 合金，其特点足抗冲击性高，加工性 能好，是很有发展i ； 途的材料。美国和日本还正在研制纤维增强p p o p a ( 聚丙 醚聚酰胺) 合金材料，它被认为是由于汽车保险杠最理想的合金材料。 3 功能结构件目前埋料i f 在进入发动机及发动机罩下用于制造这个区域 内的功能结构件。这些部件主要有发动机部件及其罩下燃油进气系统和电气系 统”l 。 哈尔浓理t 大学_ 学硕十学位论文 1 3 中国汽车用塑料的发展趋势 汽车工业在中国是支柱产业之一，1 9 9 6 年中国的汽车工业总产值占国民经 济总产值的1 。据权威部门预测，2 0 0 5 2 0 1 0 年可望达到5 。汽车工业要发 展，塑料的应用量亦将大幅度上升。下面简要介绍国内汽车用塑料件的发展动 向。 内装件：用于内装件最多的是p u 、p v c 、a b s 、p p 。从中国国情看，p p 产量很大，如果在p p 塑科工程化上多傲些技术开发工作，p p 完全可以替代a b s 在汽车内装件的仪表板、方向盘、内门板、杂物箱和手套箱、门把手等方面使 用“。 外装件：应采用高强度、高韧性的材料制成，比如工程塑料合金、复合材 料等。外装件主要是前后保险杠、侧面保险条、汽车9 fj - j 板、挡泥板、轮罩壳 等。保险杠是外装件的主要产品。目| j 由于中国的汽车市场刚起步不久，车种 少，档次比较低，所以保险杠全部是黑色的，用p p4 - e p d m 加工制成。随着经 济的发展，轿车肯定要上档次，保险杠用料也必将多元化，研究开发p c l , f f r 合金制保险杠的技术势在必行。车身外板可用s m c 或r i m p u 来制造，而挡泥 板、轮罩外壳应分别用p p 改性料或p p p b t 合金制造，后者虽价贵，但性能和 外观则远胜于i ； 者。 功能件：国外许多车种上已经使用塑料来制作发动机零部件及其周边零 件，主要是燃油箱、进气系统和电器系统等。国产的桑塔纳轿车中，部分结构 件也使用了各种工程塑料。根据预测，2 0 0 0 2 0 0 5 年汽车用p a 量在1 1 5 万t 左 右，何况p a l 2 管材不仅可用于汽车上，也可用于其它工业用油管，应用面是 非常宽广的“”。 现代工业对注塑件的要求不仅要求精度高，还需有极佳的内在质量。为适 应这种要求，必须开发利用注塑模具新技术。 1 4 我国塑模发展现状及与国外差距 1 4 1 我国塑料模具工业的发展现状 我国氇料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水 平有了较大提高。电视机，空调，洗衣机等家用电器所需的哩料模具纂本上可 哈尔演理t 大学t 学砀卜学位论文 立足于国内生产。在大型模具方面已能生产4 8 英寸大屏幕彩电塑壳注射模 具、6 5 k g 大容量洗衣机全套塑料模具以及重量达1 0 - 2 0 k $ 的汽车保险杠和整 体仪表扳等埋料模具。精密塑料模具方面，已能生产照相机氇料件模具、多型 腔小模数齿轮模具及塑封模具“。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星 i k 模具有限公司制造多腔v c d 和d v d 齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的 尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最 新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐歼线齿 形要求。还能生产厚度仅为0 0 8 m m 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑 料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度达0 0 2 m m 0 0 5 m m ，表面粗糙度 r a 0 2 f m ，模具质量、寿命明显提高，非淬火钢模寿命可达1 0 3 0 万次，淬火 钢模达5 0 1 0 0 0 万次，交货期较以i ；i 缩短，但和国外相比仍有较大差距“”。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱 模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟， 如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2 9 3 4 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 c m o l d 气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供 气辅成型设备及技术热流道模具开始推广，有的厂采用率达2 0 以上，一般 采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针 阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到1 0 ，与国外的5 0 8 0 相比，差距较大“”。 在制造技术方面，c a d c a m c a e 技术的应用水平上了一个新台阶，以生 产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的c a d c a m 系统，如美国 e d s 的u g i i 、美国p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y 公司的p r o e n g i n e e r 、美国c v 公司 的c a d s 5 、英国d e i t a c a m 公司的d o c t 5 、日本h z s 公司的c r a d e 、以色列 公司的c i m a t r o n 、美国a c - t e c h 公司的c m o l d 及澳大利亚m o l d f l o w 公司的 m p a 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资会，但在 我国模具行业中，实现了。删c a m 的集成，并能支持c a e 技术对成型过 程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推 动了我国模具c a d c a m 技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 c a d c a m 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的。啪 系统、华中理工大学开发的注幔模h s c 5 0 系统及c a e 软件等，这些软件具有 适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模 具c a d c a m 技术创造了良好条件“”“”。 哈尔滨理t 大学t 学谚i 十学付论文 1 4 2 我国模具与国外模具行业的差距 随着模具技术的发展，世界各国对模具工业的发展部十分重视，但由于基 础和体制的不同，其发展的速度及水平状态也有明显的差距。当今世界模具工 业的基本格局足以日、美及欧洲各工业化国家作为世界模具技术发展的领头 羊，占据了世界模具市场的半壁江山，他们拥有现代的设计方法和先进的模具 制造设备，特别是近几年这些国家把c 觥a e 系统作为模具工业发展的臂 翼，其发展的势头如日中天。 我国模具行业的这种发展速度同模具发达的工业化国家仍存在较大差距， 特别是模具进出口贸易结构极不合理。但是，随着计划经济向市场经济过渡， 我国模具工业的发展从总体上来说仍是比较快的，模具生产企业的结构也在发 生着巨大的变化。表1 4 、表1 5 分别列出了具体的差别情况。 表l - 4 国内外模具的差距比较表 t a b l e l - 4t h ed i f f e r e n c ec o n t r a s t i v et a b l eb e t w e e nd o m e s t i ca n df o r e i g n 国内国外 生 型腔加工 基本上采用数控加一i = ，高 通用机床为上，少每数控， 产 速铣削应用也较普遍高速铣削刚开始府用 加 c k 0 | c e i c 蚰 工 技术 已基本静及 应用面较小 二坐标测鼍已普及应用较少府用 言掣 塑料模 0 0 0 5 o 0 10 0 2 t 0 0 4 冷冲模0 o 口1 2 0 0 0 50 0 0 5 t 0 0 2 邑凄 压铸模 0 o l 0 0 30 0 4 o 0 5 生 汽车覆盖件模具半年左右一年左右 产 大型塑料模具3 4 个月8 1 0 个月 周 高精度多 2 4 个月 一 4 6 个月 期 t 付级进模 模具寿命同类同档次模具，国内约为国外的1 ，2 1 4 7 0 以上。标准件品种规3 0 以上标准件品种少、 标准化程度 格多、质昔高、交货快质量低、交货期长 专业厂生产的商品模具占 专业厂生产的商品模具占行 专业化水平 行业总产值的7 0 以上业总产值的3 0 以上 j 业先进国家l o 万2 0 经济效益 3 万5 万元人民币，年人 万笑元，年人 哈尔滨理t 大学t 学硕卜学伊论文 表1 4 国内外塑料模具技术比较表 项目国外国内 注塑模犁腔精度0 0 0 5 0 o l n u n0 0 2 0 0 5 m m 犁腔表面粗糙度r a 0 0 1 0 0 5 u m r a 0 加吡m 非淬火钢模具寿命 l o 6 0 万次 1 0 3 0 万次 淬火钢模具寿命 1 6 0 3 0 0 万次5 0 1 0 0 万次 热流道模具使用率8 0 以上 总体不足l o 标准化程度7 0 8 0 小于3 0 中犁塑料模生产周期一个月左右2 4 个月 在模具行业中的占有鼍 3 0 4 0 2 5 3 0 据有关方面预测，模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场 中，塑料模具发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随 着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的。因此，精 密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度同时，由于近 年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进 口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建 筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、p v c 塑料管材接头模具成为模具市 场新的经济增长点。高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求。因 此，子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展也将高于总平均水平；以塑代 木，以塑代金属使塑料摸具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行 业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的 塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电 脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是翅料模具市场的增长点“”。1 。 1 5 我国塑模工业主要发展方向 1 提高大型、精密、复杂、长寿命摸具的设计水平及比例。这是由于塑 料模成型的制品日渐丈型化，复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展 哈尔滨理t 大学t 学硕十学位论文 的一模多腔所致。 2 在塑料模设计制造中全面推广应用。蛐c a m c a e 技术。c a d c a m 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具c a d c a m 技术的硬件 与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好 的条件；基于网络的c a d c a m c a e 一体化系统结构初见端倪，其将解决传 统混合型c a d c a m 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题； c a d c a m 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3 d 设计与成型 过程的3 d 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用”。 3 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用 热流道技术的模具可提高制件生产率和质量，并能大幅度| i 宁省塑料制件的原材 料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的大变革。制订热流道元器 件国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。“。 气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车 和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更 多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控 制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一 方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重 要。 4 开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方 式。 5 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模 具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的 发展。为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。 为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模 生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标 准件的规格品种。 、 6 应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十 分必要。 7 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三 坐标扫描仪实现逆向工程足塑料模c a d c a m 的关键技术之一研究和应用多 样、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提”“”1 。 哈尔滨理t 大学t 学硕卜学位论文 1 6 课题研究目的和意义 当今世界发达国家都将汽车工业作为国民经济的支柱产业之一。为占有市 场，几乎每年都有款式新颖、质量优良、性能先进、装饰舒适的新车面市。当 前，由于汽车需求量的迅速增加，汽车工业面临突飞猛进的发展。随着 c a d ，c a m ，c a e 在汽车领域中的应用，汽车制造技术有了很大程度的提高，但 工艺设计水平还处在较低的水平上，成为汽车制造业的瓶颈。在全球一体化的 大背景下，以及我国加入世贸组织和世界汽车工业的发展，都对我国的汽车工 业提出更高的发展要求。利用现代科学技术发展所提供的信息技术、先进的制 造思想，来提高我国汽车工业的制造水平有着重要的意义“”1 。 汽车模具行业是一个高投入、竞争十分激烈的行业，没有大投入，就没有 大发展；没有高科技，就没有高质量。模具制造技术发展的重点在于突出计算 机的应用，而越来越多的人也正从生产现场转移到计算机前。很多知名汽车公 司的数控编程人员都已超过了现场操作工人人数，模具生产也就从依赖人的技 巧转向数控化的自动、半自动化生产方向发展。这种高精度和无人化的加工方 式将使得模具和产品的质量有了极大提高，生产周期也大大地缩短了。可以 说，正是计算机的深入应用才使得汽车模具制造技术达到了一个新的高度。通 过利用高科技手段生产模具，完全可以把人工劳动降到最低“。汽车制造商 对模具生产的最重要需求是高质量和短周期。在大规模汽车生产中，模具本身 的成本远远不如模具的使用成本更重要4 1 。 本文面向汽车内饰件建模过程和模具设计的计算机辅助过程，采用 u n i g r a p h i c s ( 简称u g ) 软件。u g 是当今世界上最先进和最紧密集成的、面向制 造行业的c a j d c a d c a e ，c a m 高端软件。作为一个集成的全面产品工程解决 方案，u g 软件家族使得用户能够数字化地创建和获取三维产品定义。u g 软 件被当今世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以 及工程仿真和数字化制造等各个领域”1 总之，u g 具有非常广阔的发展前 景，其研究将给企业或个人带来显而易见的价值。 1 7 研究的主要手段及主要内容 本课题主要借助于美国e d s 公司的u n i g r a p h i c s 软件进行典型制件的三维 实体设计、注塑模具设计及利用m o l d f l o w 软件模拟。 该课题主要是在u n i g r a p i c s 软件的基础上进行汽车埋料内饰件的注龌模具 哈尔泞理t 大学t 学硕+ 学位论文 设计及利用m o l d f l o w 软件进行型腔充填过程的计算机模拟。主要研究内容 为： i 完成设计零件的三维实体造型； 2 利用m o l d f l o w 软件模拟型腔的填充过程，在模拟基础上进行优化设 计； 3 完成型腔设计，主要包括定动模镶块、浇道及浇口系统、定位圈等； 4 完成模架和推出机构的设计，主要包括动定模底座、动定模套板、推 板、推板固定板、推杆、浇口导套以及支承板零件的设计。 5 组装型腔与模座，并生成最终模具的三维装配图。 哈尔演理t 大学t 学顸t 学 奇论文 第2 章中央饰罩的三维实体设计 2 1 u g 软件简介 u n i g r a p h i c s ( 简称u g ) 是一个交互式的c a d c a m c a e 系统软件1 。c a d 功能实现了目前制造行业中常规的工程技术、设计和绘图功能的自动化。 c a m 功能则为使用u n i g r a p h i c s 设计模型描绘部分的现代机器工具提供了n c 编程技术。利用它强大的混合式绘图结构，用户就可以方便的绘制出复杂的实 体以及造型特征”。 u gn x 足当前先进的面向制造业的o 舢，c a e 高端软件之一。它集设 计、分析和制造等功能于一体，为工程技术人员提供了丰富的三维图形资源 库，可以用于机械制造领域的计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助分析( c a e l 和计算机辅助制造( c a m ) 等方面。更为可贵的是u gn x 实现了上面三种功能的 有机集成，可以实现虚拟产品开发、精确装配、加工仿真、运动仿真等过程。 从而实现机械设计和制造集成化，大大缩短了产品的开发设计周期，节省了大 量的材料、资金和人力，给机械设计和加工带来了革命性的变革1 。 u g 软件为工程设计人员提供了非常强大的应用工具，这些工具可以对产 品进行设计( 包括零件设计和装配设计) 、工程分析( 有限元分析和运动结构分 析) 、绘制工程图、编制数控加工程序等。随着版本的不断更新和功能的不断 扩充，u g 更是扩展了软件的应用范围，面向专业化和智能化发展，例如各种 模具设计模块( 冷冲模、注塑模等) 、钣金加工模块、管路布局等1 。 u n i g r a p h i c s 软件起源于美国麦道飞机公司，六十年代起成为商业化软件， 被众多美国公司采用。u g 于1 9 9 1 年并入全球最大的信息技术服务公司e d s ( e l c c tr o ni c d a t as y s t e m ) 电子资讯系统有限公司。多年来，u g 软件汇集了美国 工业的心脏和灵魂一航空航天与汽车工业的专业经验，经过不断升级，发展成 为一流的集成化机械c a d c a m c a e 软件，并被美国通用汽车公司，麦道飞机 公司和日本富士通等多家世界著名公司选定为企业计算机辅助设计、分析和制 造的标准1 。 u n i g r a p h i c s 软件在航空航天、汽车、通用机械、工业器械以及其他高科技 领域得到了广泛的应用。在荚国航空业中，大量使用了u g 软件；在俄罗斯航 空业，u g 软件占有了9 0 以上的市场。自从1 9 9 0 年u g 软件进入中国市场以 哈尔滨坪t 大学_ 学够卜学位论文 来，以其先进的理论、强大的工程背景、完善的功能和专业的技术服务赢得了 广大的用户，在中国市场赢得了长足的发展。 2 2u g 软件的特点 该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图的模 块功能，还可以在设计过程进行有限元分析、动力学分析和仿真模拟，提高设 计的可靠性。同时他还可以通过对三维模型直接生成数控代码，用于产品的加 工。另外通过u g o p e ng r i p 、u g o p e na p i 等二次开发语言，实现用户开发的 c a d 系统。其具体特点如下： ， ( 1 ) 具有良好的用户界面，绝大多数功能可以通过鼠标完成；进行对象操 作时，具有自动推理功能；在进行每步操作时，都有相应的提示信息，便于用 户作出正确的选择。 ( 2 ) 引入了复合建模的概念，无需定义和参数化新曲线，无需草图，可直 接利用实体边。需要时可进行全参数设计将实体建模、曲面建模、线框建模、 半参数化和参数化建模的概念融为一体，体现了建模的灵活性。具有凸垫、键 槽、凸台、斜角、挖壳等几何特征，用户自定义特征，引用模式。具有业界最 好的倒圆技术，适应于切口、陡峭边缘及两非邻接面等几何构形，而且变半径 倒圆的最小半径值可退化至极限零。 ( 3 ) 用基于特征( 孔、凸台、槽沟等) 的建模与编辑方法作为实体造型的基 础，形象直观。 ( 4 ) 具有统一的数据库，真正实现了c a d 、c a m 、c a e 等模块之间的无 数据交换的自由切换。 ( 5 ) 出图功能强。可以十分方便的从三维实体建模直接生成二维工程图。 能根据i s o 标准和国家杯准标注尺寸、形位公差和汉字说明，并直接对实体实 现旋转剖、阶梯剖和轴侧图切挖，增强了绘制工程图的实用性。具有直观的二 维绘图，对制图员来讲，简单并富于逻辑性，剖视图自动相关于模型和剞切线 位置，正交视图的计算和定位可简便的由一次鼠杯操作完成，自动隐藏线消 除，自动尺寸排列( 不需要了解设计意图) ，自动工程图草图尺寸标注。 ( 6 ) 以p a r a s o l i d 为试题建模核心，实体造型功能处于领先地位。 提供了界面良好的二次开发工具g r i p ( g r a p h i c a li n t e r a c t i v ep o g r a m m i n g ) 和u f u n c ( u s c rf u n c t i o n ) ，并且通过高级语言接口，使u g 的图形功能与高级语 言的计算功能紧密地联系起来。 哈尔滨理t 大学t 学顾卜学位论史 ( 8 ) 协同化装配建模，可提供自顶向下、自底向上两种产品结构定义方式 并可在上下文中设计编辑，具有高级的装配导航工具，可图示装配树结构，可 方便快速的确定部件位置，对装配件的简化表达，可以隐藏或关掉特定组件。 利用产品空间区域划分以及过滤器功能，选择工作组件或显示组件。 2 3 基于特征的建模 不。 零件三维模型足由带时间标记的特征组成。 1 毛胚毛胚取自成型特征，用作毛胚的成形特征，如图2 - 1 所示。 体素特征：简单的解析形状块、柱、锥，球和管道。 扫描特征：截面线串拉伸、旋转、沿路径扫描。 翻曩叠，飘飘藏爨凝懋缀熬 曩 蹈纠耖国uo ，叁j 图2 - 1 用作毛胚的成形特征 f i g 2 - 1t h ef o r m i n gc h a r a c t e r i s t i co f t h eb l a n k 2 粗加工粗加工取自成形特征，用于仿真粗加工过程的特征如图2 2 所 向毛胚添加材料：凸台( 圆锥、锥台) ，凸垫( 矩形、通用) 。 从毛胚去处材料：孔、腔、键槽、沟槽。 用户自定义特征：可添加或去处材料。 国曩黧，圈滋戮黼j l ：o l l 霉l 臼lf 。l 园+ | | 图2 - 2 用于仿真粗加工过稃的特征 f i g 2 - 2t h ec h a r a c t e r i s t i cf o ru s i n gs i m u l a t i o no fr o u g hm a c h i n i n gp r o c e s s 3 精j 口3 - 特征操作用于仿精加工过程，如图2 3 所示 布尔操作：边缘倒圆、面倒圆、软倒圆、倒角。 面操作：拔模、补片体、简化体、偏置面、约束面。 哈尔滨理t 大学t 学硕十学位论文 体操作：挖空、螺纹、缝合、包裹体、分割体、提升体。 忍匿互，霸豳滋蕊黧滋签嬲群?曩 够兮。国jd 翰耄s ：l 岛夕 j 删口ppq 图2 - 3 用于仿寅精加一1 2 过程的特征 f i g 2 - 3 t h e c h a r a c t e r i s t i c f o r u s i n gs i m u l a t i o n o f f m e m a c h i n i n g p r o c e s s 2 4 中央饰罩的具体建模过程 1 生成样条曲线中央饰罩的表面既不是圆柱类，也不是一般的二次曲面 ( 线) 类，需要一种能表达非解析形状的曲线来定义曲线的形状，这些曲线称为 自由曲线。自由曲线是一种由逼近或插值方法得到的曲线，用户对曲线的形状 控制有非常大的灵活性。样条技术就是将一系列无规则的离散点连接成光滑曲 线，是构造曲面的重要曲线，它可以是二维平面样条，也可以是三维空问样 条。样条种类很多，u g 采用n u r b s 样条。本设计中通过对实体上的曲线 进行分段，量得其坐标点，通过由点生成样条的方法得到所需的曲线如图2 4 所示 图2 - 4 生成样条曲线 f i g 2 - 4g e n e r a t es p l i n ec u i v 截面线串点坐标：( 1 0 5 ，0 , 1 3 ) ，( 1 3 0 ，0 , 1 0 ) ，( 1 6 0 ，0 ，4 ) ，( 2 0 0 , 0 , 9 ) ； 引导线串点坐标：( 1 0 5 ，1 3 0 , 一1 8 ) ，( 1 0 5 ，4 5 ，1 0 ) ，( 1 0 5 ，0 ，1 3 ) ，( 1 0 5 ，6 0 ，1 6 ) ( 1 0 5 ，1 3 0 ，t 3 ) 。 哈尔浓理t 夫学t 学硕+ 学位论文 2 扫