模具动态仿真设计作业

模具动态仿真设计综述姓名学号专业任课老师年月日1模具模具是精密工具，形状复杂，承受坯料的胀力，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较高要求，模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。模具行业是一个融合多专业、多学科知识并为多种加工领域服务的工业行业，具有效率高、质量好、节约能源和原材料、成本低等一系列优点，模具已成为现代工业生产的重要手段和加工工艺，掌握模具技术已经至关重要。随着科学技术和社会经济的发展，产品的开发周期和产品的更新期逐渐缩短，模具的使用更加频繁并已渗入到各行各业，它在汽车、电器、通讯、电子及轻工等领域的应用尤为广泛。作为一种产业，模具工业的发展与繁荣是现代工业技术发展的一个重要标志，多数工业产品的发展和技术水平的提高，在一定程度上取决于模具工业的发展水平，这一点在许多发达国家的工业史上已经得到了十分明确的体现。11我国模具行业发展近10年来，我国模具行业一直以每年15的增长速度快速发展。十五期间，我国模具行业年增长速度达到20。2005年模具销售额达610亿元，同比增长25，排在世界第三位；模具出口大幅增长，表明模具水平和竞争力提高。据海关统计，2005年模具出口74亿美元，同比增长50以上；模具产品结构更趋高档，复杂、精密、长寿命的模具份额提高到30。目前，国内约有模具生产厂商3万余家，从业人员有80多万人，全年模具产值达534亿元人民币。涌现出一批模具行业领头羊，如在汽车覆盖件领域的一汽模具，轮胎领域的巨轮模具，塑料模具领域的海尔，模块标准件领域的圣都等；不少地方出台了扶持当地模具行业发展的政策，如重庆、成都、苏州、大连等地都在建立模具工业园区，改善发展环境，完善模具生产的配套体系。中国经济的高速发展对模具行业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大了的动力。中国模具行业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区。南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。广东是中国现在最主要的模具市场，而且还是中国最大的模具出口与进口省。2004年，广东省模具业稳居全国模具行业的头把交椅，产值达185亿元，模具制造业产值和销售额约占全国的40以上。目前在全国排序前10名的企业中，广东占有5家，世界最大的模架供应商和亚洲最大的模具制造厂都在广东。深圳模具业发展迅猛，已具规模优势，年产值超过100亿元，占广东省模具业的近60，占全国模具业的近25，已成为国内模具制造中心。上海现有模具企业1500余家，从业人员7万多人，年产值近100亿元，年平均增长率超过20。到2010年总产值将达到200亿元左右。浙江省模具行业主要集中在宁波市和台州市，宁波市的宁海、余姚、慈溪及鄞州主要生产塑料模具，北仑以压铸模为主，象山和舟山以铸造和冲压模具为主。台州市主要模具生产企业集中在黄岩和路桥，塑料模具占大多数。江苏苏州目前有各类模具厂1000多家，模具加工点1000多个，模具年销售额约50亿60亿元，模具业成为该市新兴工业之一。目前安徽省已有一批国内知名度较高的模具产品，如洗衣机和空调器大型腔注塑模、电冰箱吸塑发泡模、电机定转子叠片高速级进冲模等，有的市场占有率高达30以上。我国模具市场空间巨大。2006年国内汽车保持15的增速，销量将达640万辆，汽车零部件的市场比整车还大，为汽车零部件提供装备的模具行业高速发展显而易见。一个型号的汽车所需模具几千副。其中铸造模具数百套。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件、经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了肯定。2005年信息产业实现销售收入34万亿元，同比增长27，手机、彩电、计算机等IT产品增速明显，IT模具仍将供不应求。另外，小家电、农用机械、食品机械、新型建材需求量大，因此相关模具行业也将快速发展。12我国模具发展中存在的问题虽然中国模具工业在过去L0多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。如精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CADCAECAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。目前我国模具设计制造水平在总体上要比德、美等国家落后许多，也比韩国、新加坡等国落后。（1）产品质量不高当前我国模具生产厂中多数是“大而全”、“小而全”，国外模具企业大多是“小而专”、“小而精”。国内模具总量中属大型、精密、复杂、高寿命模具的比例只有30左右，国外在50以上。国内模具生产厂家，工艺条件参差不齐，差距很大。现代模具工业早已走出以前手工制模的时代，进入了数字化时代，实现了无图化生产，通过电脑输入数据加工制作模具。我国不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成，严重影响了精度和质量。受售价限制，国产模具多采用2CR13和3CR13材料，再作精密热处理，而国外则采用专用模具材料DINI、2316，其综合机械性能耐磨、耐腐蚀及抛光亮度均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。（2）标准化水平不高目前，我国已有50多项模具标准共300多个标准号及汽车冲模零部件方面的L4种通用装置和244个品种，共363个标准。这些标准的制订和宣传贯彻，提高了中国模具标准化程度和水平。由于中国模具标准化工作起步较晚，模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后，因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在，从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。近年来虽然由于外资企业的介入，比例已有较大提高，但总的来说还很低。据初步估计，目前这一比例大致为4045。而国际上一般在70以上，其中中小模具在80以上。由于中国模具企业的性质和所在的地区不同，模具标准件使用覆盖率存在很大差异。三资企业要比其它企业高，南方的企业要比北方的高。（3）缺乏相关人才当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国，但我国模具行业人才紧缺成为一个迫在眉睫的问题。据劳动部门调查显示，目前企业对模具人才的需求越来越大，在北京、广东、浙江等地，模具设计人员、模具开发人员、模具维修人员等已成为人才市场最紧缺的人才之一。模具行业是一个需长期积累经验的行业，现在的年轻人能坚持下来而有所成就的很少。由于最初的学习非常枯燥，因此许多初学者常半途而废。此外，我国传统教育方式对模具人才的培养存在不足。一些高校尽管在近几年内设立了模具专业，但由于受软硬件设施限制，培养出的学员实际技能不够。而社会上各种各样的模具培训班，由于缺乏规范的职业标准，因此学员质量良莠不齐。13促进我国模具工业积极发展的建议我国“十二五”精冲模具的发展目标是面向国内精冲零件市场的需求，从连续精冲模设计制造人手，提升精冲模具行业规模，持续扩大制造能力，在提高复杂精冲模具自主开发能力、数字化精冲模具研究水平、精冲模具材料开发与合理应用以及精冲模具表面处理技术等方面取得明显进步，努力提高企业的精冲模技术水平，缩小与国际先进水平的差距，国内精冲零件获得较广泛的应用。（1）促进产品结构调整我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小；而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具、轿车覆盖件模具等高档模具仍有很大发展空问。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。中国模具企业今后的发展方向，应该注重产品结构的调整和定位，进一步提升模具的制造技术水平，占领结构复杂、精密度高、技术含量高的高档模具市场。（2）加大设备和高技术手段的投入目前国内市场中低档模具供过于求，但高档模具却供不应求。因此，要鼓励企业增加设备，特别是骨干企业要配齐从模具粗加工、热处理到各种精加工、光整加工、质量控制与检测等整套设备，一般企业要配备数控加工设备，实现模具制造的全自动加工。积极鼓励企业与大专院校进行技术合作，广泛采用计算机辅助技术、人工智能技术等进行设计决策、模拟分析和优化设计，增强企业技术创新能力。（3）积极开拓国外市场澳大利亚近年来经济发展较快，而且今后几年还有继续增长的势头。但作为基础工业的模具制造业，尤其是冲压模具的制造能力赶不上经济发展的需要，为此急需从国外进口冲压模具制造技术和能力，而中国模具业在这方面恰好有较大的优势，市场前景看好。中国冲压模具企业的技术装备水平高于澳大利亚。中国有完整的冲模设计制造技术人员和编程人员，有熟练的数控机床操作工人，钳工装配和模具调试人员，劳动工资水平低于澳洲。此外，还要推进模具企业的专业化分工，大力开展模具设计技术、制造工艺技术及其基础理论等研究和开发工作，自主创新，努力提高达到国际先进水平多工位与多功能冲模的比例主要类型的级进模技术水平基本达到国际先进水平和种类，为在下一个五年计划中我国多工位与多功能冲模的整体技术水平追上世界先进水平打好基础。14未来模具的发展方向141模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化方向发展（1）模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国DELCAM公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括PRO/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等。（2）模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如PRO/ENGINEER、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，CIMATRAN公司的MOLDEXPERT，DELCAM公司的PSMOLD及日立造船的SPACEE/MOLD均是3D专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚MOLDFLOW公司的三维真实感流动模拟软件MOLDFLOWADVISERS已经受到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D45F及郑州工业大学的ZMOLD软件。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如CIMATRON公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。（3）模具软件应用的网络化趋势随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其21世纪制造企业战略中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。142模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展（1）模具检测设备的日益精密、高效精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23M，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250MM3250MM三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物建立数学模型输出工程图纸模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。这方面的设备还包括英国雷尼绍公司第二代高速扫描仪CYCLONSERIES2可实现激光测头和接触式测头优势互补，激光扫描精度为005MM，接触式测头扫描精度达002MM。另外德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪，日本罗兰公司的PIX30、PIX4台式扫描仪和英国泰勒霍普森公司的TALYSCAN150多传感三维扫描仪分别具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。（2）数控电火花加工机床日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLSWEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有PE3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制FC等技术。（3）高速铣削机床HSM铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高为普通铣削加工的510倍及可加工硬材料60HRC等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。瑞士克朗公司UCP710型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达8M，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为42000R/MIN。意大利RAMBAUDI公司的高速铣床，其加工范围达2500MM5000MM1800MM，转速达20500R/MIN，切削进给速度达20M/MIN。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达001MM。143快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术快速原型制造技术RPM。它包括激光立体光刻技术SLA；叠层轮廓制造技术LOM；激光粉末选区烧结成形技术SLS；熔融沉积成形技术FDM和三维印刷成形技术3DP等。表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。冷挤压及超塑成形制模技术。无模多点成形技术。KEVRON钢带冲裁落料制模技术。模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。其他方面技术，如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。144模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。2CAE技术21概述CAE指工程设计中的计算机辅助工程CAECOMPUTERAIDEDENGINEERING，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。而CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁等。CAECOMPUTERAIDEDENGINEERING是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了50多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中如航空、航天、机械、土木结构等领域必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统CAD/CAE/CAPP/CAM的重要环节。CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量应力、位移、压力和温度等问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。根据经验，CAE各阶段所用的时间为4045用于模型的建立和数据输入，5055用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5左右。针对这种情况，采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置整机乃至生产线、工厂的运动和运行状态。计算机辅助工程（COMPUTERAIDEDENGINEERING，CAE）技术的提出就是要把工程（生产）的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。因此，CAE系统是一个包括了相关人员、技术、经营管理及信息流和物流的有机集成且优化运行的复杂的系统。随着计算机技术及应用的迅速发展，特别是大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，使计算机图形学（COMPUTERGRAPHICS，CG）、计算机辅助设计（COMPUTERAIDEDDESIGN，CAD）与计算机辅助制造（COMPUTERAIDEDMANUFACTURING，CAM）等新技术得以十分迅猛的发展。CAD、CAM已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑、汽车等各个领域中得到了广泛的应用，成为最具有生产潜力的工具，展示了光明的前景，取得了巨大的经济效益。计算机技术的迅速发展还推动了现代企业管理的发展，企业管理借助于管理信息系统的支持与帮助，利用信息控制国民经济部门或企业的活动，做出科学的决策或调度，从而提高管理水平与效益。企业生产经营活动的各个环节，从工程的立项、签约、设计、施工（生产），一直到交工（交货），是一个连续的过程，有机的整体。22CAE软件的结构与功能CAE软件的基本结构其中包含以下模块前处理模块给实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷与材料参数直接输入有公式参数化导入，节点载荷自动生成，有限元模型信息自动生成等。有限元分析模块有限单元库，材料库及相关算法，约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、动力、振动、线性与非线性解法库。大型通用题的物理、力学和数学特征，分解成若干个子问题，由不同的有限元分析子系统完成。一般有如下子系统线性静力分析子系统、动力分析子系统、振动模态分析子系统、热分析子系统等。后处理模块有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，针对工程或产品设计要求的数据检验与工程规范校核，设计优化与模型修改等。用户界面模块、数据管理系统与数据库、专家系统、知识库。CAE软件对工程和产品的分析、模拟能力，主要决定于单元库和材料库的丰富和完善程度，单元库所包含的单元类型越多，材料库所包括的材料特性种类越全，其CAE软件对工程或产品的分析、仿真能力越强。一个CAE软件的计算效率和计算结果的精度，主要决定于解法库。先进高效的求解算法与常规的求解算法，在计算效率上可能有几倍、几十倍，甚至几百倍的差异。前后处理是近十多年发展最快的CAE软件成分，它们是CAE软件满足用户需求，使通用软件专业化、属地化，并实现CAD、CAM、CAPP、PDM等软件无缝集成的关键性软件成分。它们是通过增设CAD软件，例如PRO/ENGINEER，UG，SOLIDEDGE，CATIA，MDT等软件的接口数据模块，实现了CAD/CAE的有效集成。CAE通常指有限元分析和机构的运动学及动力学分析。有限元分析可完成力学分析线性、非线性、静态、动态场分析热场、电场、磁场等频率响应和结构优化等。机构分析能完成机构内零部件的位移、速度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。23CAE技术的发展过程（1）在20世纪6070年代处于探索阶段，有限元技术主要针对结构分析问题进行发展，以解决航空航天技术发展过程中遇到的结构强度、刚度以及模拟实验和分析。（2）20世纪7080年代是CAE技术蓬勃发展时期，出现了大量的机械软件，软件的开发主要集中在计算精度、硬件及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用以及磁盘空间利用上，而且有限元分析技术在结构和场分析领域获得了很大的成功。（3）20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大，软件的发展向各CAD软件的专用接口和增强软件的前后置处理能力方向发展。目前，CAE软件系统的一个特点是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成零件或装配部件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算或进行结构动力学、运动学等方面的计算，如果分析计算的结果不符合设计要求则重新修改造型和计算，直到满足要求为止，极大地提高了设计水平和效率。24CAE技术在模具制造中的应用模具设计已经不仅仅停留在对外观和结构的设计上，它已经扩展到对模具结构分析的领域。对已经设计出的模具，运用CAE软件（尤其是有限元软件）对其进行强度、刚度、抗冲击试验模拟、跌落试验模拟、散热能力、疲劳和蠕变等分析。通过分析检验前面的模具结构设计是否合理，分析出结构不合理的原因和位置，然后在CAD软件中进行相应的修改，接着再在CAE软件中进行各种性能检测，最终确定满足要求的模具结构。基于有限元分析软件的应用，关键是网格的划分、模拟计算方法和成形接触处理等。此外，提供给软件进行CAE分析的数据也尤为重要，生产条件、设备性能、产品要求、材料特性等都将给模具的CAE分析的准确性带来影响。（1）强度和刚度分析强度和刚度是模具设计中最重要的一项性能要求。运用CAE技术，通过对模具施加约束和载荷等外部条件来模拟模具的真实应用情况，分析模具的强度和刚度是否达到规定要求。模具CAE技术经过短暂的时间已经用在注塑模、压铸模、锻模、挤压模、冲压模等模具的优化，并在实际中指导生产。在工程实际中，一般应用ANSYS、ALGOR、DEFORM等进行分析计算。（2）抗冲击试验模拟CAE技术能够用于分析随时间变化的载荷如交变载荷、爆炸与冲击载荷、随机载荷和其它瞬态力等对结构的影响。如CAE技术对瞬态分析、模态分析、谐波响应分析、响应谱分析和随机振动进行分析，为分析产品在特殊与恶劣的环境和工作条件下的物理响应、可靠性与耐用性等提供了完整的评估与解决方案。（3）跌落试验模拟CAE技术也可以用于分析结构由于碰撞或跌落产生的力、变形、应力、位移、振动响应、产品的结构强度、联接设计，刚度性质、抗冲击性能、防爆性能及整个系统工作稳定性和完整性做出定量评估。（4）散热能力分析现在的CAE技术可以模拟模具中的温度分布，通过模拟大功率电子元件产生的能量以及通过传导、对流和辐射散发出的热量来确定模具的热分布，然后再对各种材质模具的散热能力进行初步分析。（5）疲劳和蠕变分析在模具设计中，对于那些可能在集中载荷、循环载荷和常值位移作用下的模具，或处于低温或者高温条件工作的模具产品，进行初步的疲劳分析和蠕变分析是非常必要的，这种分析不需要考虑外部的每一个条件，但是这种分析的结果具有很大的参考价值，如果出现不合理的情况，就可以重新进行设计，避免后面不必要的设计和分析。例如ANSYS专用的疲劳分析软件模块FESAFE就可以实现各种材料模式下进行高低温环境和长期载荷作用下的变形和失效问题的研究。模具成形是一个非常复杂的过程，有非常多的影响因素，因此对于复杂结构的模具就需要进行成形仿真，检验前面所设计的模具在成形时的强度和刚度是否达到要求，只有满足了成形要求，初步设计工作才最终完成。（1）冷冲压成形冷冲压模具主要用于金属和非金属材料的冷态成形。通过仿真，CAE技术可以检测成形过程中模具材料的强度水平是否达到要求，热处理是否发挥了模具的强韧性等。（2）热作成形热作模具用于高温条件下的金属或非金属成形，模具是在高温下承受交变应力和冲击力，工作成形温度往往较高，对于金属模具还要经受高温氧化及烧损，在强烈的水冷条件下经受冷热变化引起的热冲击作用。热作模具作为热加工的成形工具，被广泛的应用于各类压铸模、挤压模、注塑模、热压模和锻模中。25CAD/CAE技术在模具设计中的发展方向模具CAD/CAE技术在传统的应用基础上还要不断的适应新的环境和新的挑战，寻求新的发展。（1）逐步提高CAD/CAE系统的智能化程度。人工智能是计算机的几大功能之一，将人工智能引入CAD/CAE系统，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，从而达到设计自动化的目的。目前提高智能化程度的路径有两条一是继续研究专家系统技术的应用；二是开展KBE（基于知识工程）技术的研究，主要是开发基于KBE的专用工具，如UGII中的KF（KNOWLEDGEFUSIO（2）研究模具的运动仿真技术，即冲模的冲压过程与注射模的运动仿真。因为冲模与注射模的结构复杂，在冲压与注射过程中，一些模具零件的运动难免产生干涉现象，特别是级进模还可能存在条料运动与模具运动的干涉，而在设计中这些现象难以发现，故只有采用仿真技术在计算机上显示其运动状态，即时改正错误的设计，以避免生产中出现问题。（3）协同创新设计将成为模具设计的主要方向，制造业垂直整合的模式使得世界范围内的产品销售、产品设计、产品生产和模具制造分工更明确。模具企业间通过INTERNET网络进行异地协同设计和制造。根据企业自身的信息化程度和企业间合作的层次不同，采用的技术手段和方案有很大不同。（4）模具CAD技术应用的ASP模式，将成为发展方向。由于当今模具行业已经成为高新技术最密集的行业，任何企业都不可能拥有全部最新出现的技术，因此将出现CAD技术应用的ASP模式，即产生各种专门技术的应用服务单位，为模具行业的各个企业提供技术服务，应用服务包括逆向设计、快速原型制造、数控加工外包、模具设计、模具成型过程分析等诸多方面。（5）基于网络的模具CAD/CAE集成化系统将深入发展。现代CAD/CAE系统已经实现了从单机到局域网的转变，目前正在与企业的INTRANET整合。在企业行为国际化的大潮下，在INTRANET的大环境下建立CAD/CAE系统不久将成为现实。模具CAD/CAE系统的高智能化程度也会大大提高。在智能化软件的支持下，而今的模具CAD/CAE技术不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是再先进设计理论的指导下，充分运用本领域专家的丰富只是和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。利用注塑模具CAX软件,设计与工程人员可完成注塑制品构造模具概念设计、CAE分析、模具评价、模具结构设计和CAM等虚拟与现实工作,利用注塑模流分析技术,能预先分析模具设计的合理性减少试模次数,加快产品研发,提高企业效率。3注射模31注射模的重要性1塑料具有质量轻、比强度大、绝缘性好、成型生产率高和价格低廉等优点。塑料已成为金属的良好代用材料,出现了金属材料塑料化的趋势。2由于汽车轻量化、低能耗的发展要求,汽车零部件的材料构成发生明显的以塑代钢的变化。从国内外汽车塑料应用的情况看,汽车塑料的用量已成为衡量汽车生产技术水平的重要标志。3注塑成型由于可以一次成型各种结构复杂、尺寸精密和带有金属嵌件的制品,并且成型周期短,可以一模多腔,大批生产时成本低廉,易于实现自动化生产,因此在塑料加工行业中占有非常重要的地位。12CAX技术的必要性1传统的塑料注射成型开发方法主要是尝试法,依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式进行产品和工艺开发。因此开发过程中要反复试模和修模,导致生产周期长、费用高,产品质量难以得到保证对于成型大型制品和精密制品。现今，模具工业的生产水平高低已经成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。模具工业的水平，在很大程度上决定着生产出的产品的质量、效益和新产品的开发能力。在未来十年间，中国注塑模具工业的发展趋势主要朝着大型、精密、复杂、经济和快速的方向发展。在这期间，注塑模具的技术含量将不断提高，模具制造周期也会缩短。模具朝着信息化、无图化、精细化和自动化的方向发展，模具企业想着技术集成化、产品品牌化、经营国际化、管理信息化的方向发展。32注塑成型新技术的发展概况高分子材料的成型方法主要有挤出成型、注塑成型、吹塑成型、压延成型、压制成型等，其中，注塑成型因可以生产和制造形状较为复杂的制品、易于与计算机技术结合、易于实现自动化生产等优点，在高分子材料的成型加工中占有极其重要的位置。注塑成型技术广泛应用于汽车、家电、电子设备、办公自动化设备、建材等诸多领域。近年来，这些工业领域迅速发展，给注塑成型技术的发展提供了强大的推动力，使注塑成型技术在发展速度上、水平上都得到了迅猛的发展，特别是对于注塑成型新技术的发展更是起到了强大的推动作用。本文着眼于注塑成型新技术的最新发展动向，介绍了几种用途较为广泛的注塑成型新技术。近几年来，注塑成型新技术发展动向主要集中在新型气辅注塑成型技术、多组分注塑成型新技术、微孔发泡注塑成型技术、微注塑成型技术等方面。33注塑机工作原理及作用注塑塑料注射成型机简称注射机或塑料注塑机是将注塑热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种注塑形状的塑料制品的主要注塑成型设备。注塑注射成型是通过塑料注塑机和模具来实现的。尽管注塑塑料注塑机的类型很多，但是无论那种注塑塑料注塑机，其基本功能有两个（1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。（注塑,注塑机,注塑产品,注塑设备,注塑模具）（1）注塑系统注塑注射系统的作用注射系统是塑料注塑机最主要的组成部分之一，注塑产品一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前注塑设备应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注塑料机的一个循环中，注塑模具能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。（注塑,注塑机,注塑产品,注塑设备,注塑模具）（2）合模系统合模系统的作用合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在注塑产品模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。合模系统的组成合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。（注塑,注塑机,注塑产品,注塑设备,注塑模具）（3）液压系统注塑设备液压传动系统的作用是实现塑料注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足塑料注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是塑料注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。（注塑,注塑机,注塑产品,注塑设备,注塑模具）4注塑周期对于注塑周期开始，四个标准必须满足模具打开，推杆收回，开始注射，传输向前。当这标准都达到了，注射周期伴随着模具的闭合开始。这个过程通常要求尽快完成，临近结束时慢慢靠近。模具工作要求低速和低气压闭合。它通常在模具导杆开始运作前，必须正确设计位置以防止意外损坏模具。当模具与伴触钳吨位接触，随即溶化塑料本注射入模具。材料通过浇口套进入模具，之后流道系统将材料传递到浇口。浇口引导材料进入模具型腔从而形成所要的零件。这个注射的过程通常有速率的控制。当零件差不多充满型腔时，注射控制从速率控制转向压力控制，称为保压周期。压力必须保持直到浇口处凝固从而避免熔融塑料的回流。冷却时间主要取决于零件的壁厚和材料。注射产品通常要求快速冷却。水通常经过水道进入模具加快冷却速度。在冷却周期后部分，浇口已经凝固，塑化发生。塑化是熔融塑料好人准备下次注射的一个过程。材料在料斗通过料斗颈部开始进入料筒。料斗颈部必须保持冷却以防止因为料筒太热而导致塑料颗粒熔在一起。料筒包含一个用于剪切熔料的螺杆，它由三部分组成。第一部分是流入部分，它推动塑料小球向前运动并要求料筒温度高使得塑料小球软化。螺纹深度一致且最深的就在这一部分。下一部分是转动部分，这一部分负责通过剪切熔融材料。在这一部分，螺纹深度不断地减少，压缩熔料。最后一部分是计量剖面，这一部分螺纹深度浅薄，提高熔融的质量和颜色的分布。在螺杆前面的是能够让螺杆同时作为挤出机和柱塞的止回阀。当注射螺杆倒退以便形成注射，止会装置引导材料流到螺杆的前面行成一熔料池或注射。在注射中，止回装置防止注射流回螺杆部分。当注射开始建立且冷却时间结束，模具打开。模具打开必须遵守慢快慢。模具必须慢慢打开以释放在注射过程中产生的真空以防止零件停留在定模上。因为推出系统的移动在定模上，所以要尽量避免这种情况。然后尽快地打开模具，如果没有使用机器手，模具只需要打开够零件移出的距离。即将结束时必须减速以补偿模具冲量。如果不放慢机器速度就不能准确定位，产生的冲击可能损坏机器。当模具打开时，推杆向前运动，推动零件。当推杆返回，所有的成型循环标准都达到，那么下个成型周期可以开始。基本注射周期如下合模注射装置移动注入塑料测定运输返回开模推出零件。有些机器是由电动机代替液压机或二者兼而有之。冷却水道，协助冷却模具和塑料加热固化。冷却不当可导致扭曲成型。当模具打开，零件在模具内部的推杆的协助下被推开，成型周期完成。（5）注塑机的动作程序喷嘴前进注射保压预塑倒缩喷嘴后退冷却开模顶出退针开门关门合模喷嘴前进注塑机操作项目注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等34总论目前，注塑成型技术是塑料加工中最常用的方法之一，可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制件。近年来，各种注塑成型技术取得了显著的进步，其发展总趋势是不断满足高分子制向高度集成化、高度精密化、高产量等方面发展的要求，实现对制品材料的聚集态、相形态、组织态等方面的控制，或实现对制品进行异质材料的复合，最大程度地发挥聚合物的特性，达到制品高性能的目的。深入研究塑料注塑成型技术与注塑成型设备，克服制品中的缺陷，对科技进步与人们高标准的生活要求有重要意义。4压铸模动态仿真41我国压铸模设计与制造的现状模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力。随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多，对产品质量和外观的要求，更是日趋精美，华气。所以改革开放20多年以来，我国已成为使用各类模具的大国。其中，汽车、摩托车与家电产品生产用的各类模具的年需求量已占全国模具需求总量的60以上，但是，我国模具生产能力和水平，与国外相比则差距颇大，造成上世纪90年代模具进口量占全国模具销售总额的1/3以上，达610亿美元。由于压铸多用于生产复杂精密铸件，故压铸模设计与制造的特点单件，复杂，精度要求高，工作量大，周期长。目前我国压铸模设计已经具有一定的水平，基本能满足汽车、摩托车、电机、家电、仪表、灯具、电子等行业的需要。压铸模制造精度可达002005MM，型腔表面粗糙度RA0402M。模具制造周期为中小型的34个月，中等复杂的48个月，大型的812个月，约为国外的1倍。模具寿命铝合金铸件模具一般为48万次，个别可超过10万次，国外可达815万次以上。模具价格国内约为引进价格的1/41/3。随着我国汽车和摩托车工业的持续发展，所需压铸模国产化的程度亦不断提高，汽车齿轮箱、离合器等有关零件的压铸模以及摩托车零件的压铸模，国内完全可以自制，替代进口。例如汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动机缸体、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件压铸模等，我国均已能生产。例如宁波北仑地区的模具厂，在压铸模的制作和水平方面，进步较快，并以其交货快，价格竞争力强而占有市场的一定份额，已成为我国目前较大的压铸模生产基地。在压铸模制造中，目前已较普遍采用电火花加工机床，并且在一些大的工厂中开始应用CNC数控机床制造压铸模的主要部件，数控铣结合电加工已成为加工型腔、型芯的主要手段，从而提高了压铸模的制造精度与生产效率。但同时，我国压铸模生产仍然存在诸多问题，模具设计大多依靠设计人员长期以来积累的经验进行，缺乏与先进科学技术的结合，近年来开始尝试把计算机技术应用于设计中，但计算机辅助设计的应用仅限于绘图和简单的计算等，以至一套模具须经多次试模才能投入正常生产，新产品不但开发周期长，而且产品质量不易保证，废品率高，缺乏市场竞争力。我国压铸模的设计、制造与国外相比，仍有较大差距，反映在以下几个方面（1）压铸模使用寿命短。目前我国设计的压铸模具普遍存在模具寿命偏低的问题，以大、中型铝合金压铸模为例，国产模具的使用寿命一般在38万次之间，平均6万次，有的甚至3万次都不到，而国外生产的同类模具的使用寿命可以达到1015万次。模具使用寿命偏低，直接导致了生产效率的下降和产品成本的提高。随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。（2）外观质量不理想。国产压铸件往往线条不清晰，水流纹不理想，表面粗糙度差。与进口压铸件对比，差距明显；（3）模具可靠性较差。传统的压铸模设计方法设计的模具可靠性较差，一般需经反复调试才能正式投入使用。（4）生产率低。由于国产模具使用可靠性不稳定，生产中故障多，返修量大，班产量不如进口模具高。（5）一些大型、精密压铸模具及压铸设备还需要依赖进口，例如大型汽车零件压铸模，国内基本上还不能自行制造，主要依靠进口。铜合金、镁合金压铸模亦是薄弱环节。（6）压铸模标准化程度低。模具标准化是现代模具设计与制造的基础。推行模具标准化是实现模具合理化生产必备条件。模具标准化和专业化对缩短模具制造周期、提高产品质量以及降低生产成本都有重要的作用。我国模具标准化和专业化程度近年来虽然有一定的提高，但与国际水平相比仍相差甚远。日本、美国模具的平均生产周期已缩短到1525个月，而我国模具的平均生产周期在45个月以上，其主要原因之一是模具标准化程度和水平不高据统计，目前国内模具的标准化程度只有30左右，专业化生产才刚刚起步，生产供应的标准件品种、规格不齐，质量不高，不能满足互换性要求，从而造成我国模具生产水平，仍基本上处于极不合理的单件生产状态。而美国模具产业的标准化程度为70，专业化程度为99。在这方面，我国的设计人员对塑料模、冲压模的研究还比较多，对于压铸模的专业化、标准化的研究则相对较少。42压铸模CAD/CAE/CAM研究现状、存在的问题及发展对策由于每副模具是特定产品零件生产用的专用工装。因此，模具设计是随着工业产品零件的形状尺寸与尺寸精度，表面质量要求，以及其成型工艺条件的变化而变化的。所以，每副模具都必须进行创造性的设计。可见，模具设计是具有相当技术含量的脑力劳动。同时，设计工作量也相当大，若采用传统设计方法，也是繁重的体力劳动。如一辆新型轿车投产需配套2000副以上各类专用模具；一个型号的摩托车共需要模具近1000副，一台冰箱投产需配套350副以上各类专用模具；一台洗衣机投产需配套200副以上各类专用模具。所以，采用传统设计方法，采用经验设计和人工设计图样，实践证明，不仅达不到精确、优化设计要求，而且设计周期很长；同时，由于模具和制造之间的关系密切，可以说，模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。而采用人工设计方法不可能实现模具设计与制造一体化，必将造成设计与制造脱节，使设计质量不高，不精确、不可达到优化设计的要求。随着近无余量铸造技术的发展，压铸件的应用范围日益扩大，压铸模的设计和制造任务也日益繁重。由于压铸模设计的复杂性，使其不仅设计周期长，而且对设计人员的要求高，因而设计人员的培养时间也长。这些都有碍于产品的更新换代，有碍于企业竞争力的提高。压铸模CAD/CAE/CAM技术就是为适应这种形势而发展起来的。压铸模CAD/CAE/CAM技术的使用，不仅缩短了压铸模设计与制造周期，优化了设计，提高压铸模质量、延长压铸模使用寿命、降低生产成本、提高产品竞争力，而且促进了设计标准化、数据库化。因此，最近无余量铸造的发展方向之一，它在现代压铸生产中愈来愈受到压铸工作者的重现。国外模具CAD/CAE/CAM系统的发展已有20多年历史，且发展速度极快。相对而言，压铸模CAD/CAE/CAM系统起步较晚，只有10多年的历史，但由于可以借鉴其它模具CAD/CAE/CAM的经验，发展速度也相当快经历了由低级到高级、由研究到应用的过程。不过，建成的系统不多，迄今为止，还没有建成一个完善的系统。我国近几年已有一大批模具企业推广应用计算机技术，特别是以生产家用电器的企业为代表，陆续引进