现代模具设计方法讲义华中科技课件

现代模具设计方法讲义华中科技课件第一页，共八十九页，2022年，8月28日前言：教学内容理论课第一讲注射模的结构第二讲注射模CAD/CAE/CAM概述第三讲注射模CAD开发的基本原理第四讲注射模CAD应用第五讲注射模CAE的原理与应用实践课CAD软件的实际操作应用CAE软件的实际操作应用ftp://第二页，共八十九页，2022年，8月28日前言：思考题注射模零部件的组成、功能、工作过程简述计算机技术在注射模中的应用领域简要说明采用CAD技术进行模具结构详细设计的流程简要说明MoldWizard的功能、特点及其应用流程简述注射模CAE所应用的粘性流体力学的基本方程简述基于“中心层”模型的CAE软件在应用中的局限性简述注射模流动模拟软件分析结果的指导作用第三页，共八十九页，2022年，8月28日第二讲注射模CAX技术概述本讲内容提要注射模的重要性注射模设计制造的特点注射模设计技术的发展阶段采用CAX技术的必要性CAX技术的概念计算机技术在注射模中的应用领域CAD的发展概况CAE的发展概况注射模CAD/CAE/CAM技术的应用现状第四页，共八十九页，2022年，8月28日注射模的重要性塑料的应用日益广泛塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和汽车工业实例我国汽车塑料占汽车自重的5%至6%，而国外已达13%注塑成型在塑料加工行业中的地位塑料模具约占所有模具（包括金属模）的38.2%模具进口的数据:塑胶模具占55.4%第五页，共八十九页，2022年，8月28日注射模设计制造的特点小批量、多品种外部约束条件多结构复杂且灵活多变设计关联性标准化程度高经验性与试探性强第六页，共八十九页，2022年，8月28日注射模设计技术的发展阶段手工作坊设计阶段通用CAD系统设计阶段二十世纪70年代～80年代专用注射模CAD系统注射模设计阶段二十世纪90年代第七页，共八十九页，2022年，8月28日采用CAX技术的必要性传统方法的不足传统开发方法主要是尝试法,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二十一世纪世界制造加工业的形势设计的多品种、复杂化;快速设计制造技术;降低产品成本、提高产品质量CAX技术的优势模具CAX技术可使设计时间缩短50%，制造时间缩短30%，成本下降10%，塑料原料节省7%，一次试模成功率提高45%～50%第八页，共八十九页，2022年，8月28日CAX技术的功能与优势CAD帮助广大模具设计人员由注塑制品的零件图迅速设计出该制品的全套模具图，使模具设计师从繁琐、冗长的手工绘图和人工计算中解放出来CAE借助于有限元法、有限差分法和边界元法等数值计算方法分析型腔中塑料的流动、保压和冷却过程，计算制品和模具的应力分布，预测制品的翘曲变形由此分析工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，达到优化制品和模具结构、优选成型工艺参数的目的CAM将模具型腔的几何数据转换为各种数控机床所需的加工指令代码，取代手工编程第九页，共八十九页，2022年，8月28日计算机技术在注射模中的应用塑料制品的设计模具结构设计模具开合模运动仿真注塑过程数值分析数控加工第十页，共八十九页，2022年，8月28日CAD的发展概况经历了从二维到三维、从简单的线框造型系统到复杂的曲面实体混合造型的转变国际上占主流地位的CAD软件主要有Pro/E、I-DEAS、UGII等国内较有影响的CAD系统有CAXA、高华CAD、HSC3.0、开目CAD、InteSolid、金银花第十一页，共八十九页，2022年，8月28日CAE的发展概况一维流动分析二维流动分析三维流动分析基于中心层模型的三维分析基于三维有限元模型的三维分析国内外商品化软件简介澳大利亚MOLDFLOW公司的MF系列软件美国AC-TECH公司的C-MOLD系列软件华中科技大学的HSC系列软件郑州大学的Z-MOLD系列软件第十二页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAX技术的应用趋势基于网络的模具CAD/CAE/CAM集成化系统已开始使用微机软件在模具行业中发挥着越来越重要的作用模具CAD/CAE/CAM系统的智能化程度正在逐步提高三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势第十三页，共八十九页，2022年，8月28日注射模具基本结构第十四页，共八十九页，2022年，8月28日注射模具基本结构第十五页，共八十九页，2022年，8月28日注射模具基本结构第十六页，共八十九页，2022年，8月28日第三讲注射模CAD的开发原理本讲内容提要注射模设计的主要内容应用注射模CAD系统进行模具设计的流程注射模CAD相关技术概述注射模成型零部件的设计标准模架的建库与选用典型结构与零件设计模具工作过程运动仿真结构零件强度与刚度校核第十七页，共八十九页，2022年，8月28日注射模设计的主要内容注射制品的几何造型成型部分零件的生成标准模架选择典型零件与结构设计模具零件图的生成常规计算和校核第十八页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAD相关技术概述参数化设计程序参数化设计交互参数化设计建模技术线框模型、表面模型、实体模型、特征建模工程数据库装配设计技术人工智能技术第十九页，共八十九页，2022年，8月28日注射模成型零部件的设计尺寸转换制品修补型腔布置分型线与分型面定义型芯型腔生成第二十页，共八十九页，2022年，8月28日尺寸转换考虑到成型部位不同尺寸受以上各种因素影响的程度不同，应将尺寸分为以下五类并分别采用不同的尺寸计算公式把塑料制品的所有尺寸采用同一收缩率进行整体缩放，再对关键尺寸进行修正CAD系统应参数化功能第二十一页，共八十九页，2022年，8月28日制品修补存在于零件表面上开放的孔和槽在分型前都要求被“封闭”第二十二页，共八十九页，2022年，8月28日型腔布置型腔布置的形式比较固定，如矩型、圆周型、H型等通过对常用结构形式进行总结并参数化后提供给用户选择同时系统还应提供重定位功能，允许用户对单个或多个型腔位置进行修改第二十三页，共八十九页，2022年，8月28日分型线与分型面定义分型面的确定应遵循下面的原则：分型面应开在塑料产品最大轮廓处；由于浇口和分流道经常处于分型面上，选择分型面要考虑便于浇注系统的设计；避免在制品的光亮平滑处或圆弧过渡处开设分型面，以免留下溢料痕迹；尽量避免使用侧向抽芯和分型机构；分型面的选择应有利于开模时将产品留在动模一侧，以便脱模，简化模具结构；对同轴度要求高的塑件，最好将要求同轴的部位放在分型面的同侧；尽量将抽芯距离长的方向放在动定模的开模方向，避免侧向长距抽芯；分型面选择应使模具结构简单。第二十四页，共八十九页，2022年，8月28日分型线与分型面定义根据分型线创建分型面逐个创建片体缝合所创建的分型片体第二十五页，共八十九页，2022年，8月28日型芯型腔生成首先使用实体模型的差操作，将制品模型从其包围盒中减去，得到一个含有空腔的模型。将前面所得的缝合曲面来修剪该空腔模型便可得型芯、型腔模型。第二十六页，共八十九页，2022年，8月28日标准模架的建库与选用装配模型的定义：装配树第二十七页，共八十九页，2022年，8月28日标准模架的建库与选用模架建库的基本流程造型生成模架的各个零件图；为零件图标注尺寸，设置设计变量；把零件图放入零件库中；输入零件的标准尺寸数值完成零件数据库；从零件库中提取零件，并在数据库中查询数据，完成零件的参数化，得到新的零件；完成所有零件的参数化并装配成模架，存入模架库中。第二十八页，共八十九页，2022年，8月28日标准模架的建库与选用模架的调用第二十九页，共八十九页，2022年，8月28日典型结构与零件设计拉料杆、主流道衬套及定位圈，侧抽芯机构以及脱模推出机构，流道系统、冷却系统也可当作典型结构来处理参数化设计第三十页，共八十九页，2022年，8月28日浇注系统设计第三十一页，共八十九页，2022年，8月28日侧向抽芯机构设计第三十二页，共八十九页，2022年，8月28日模具工作过程运动仿真第三十三页，共八十九页，2022年，8月28日运动仿真程序设计流程第三十四页，共八十九页，2022年，8月28日结构零件强度与刚度校核校核准则保证模具型腔不出现溢料保证制品尺寸不超差保证制品脱模顺利计算方法叠加法计算三维有限元变形分析典型剖面的二维分析第三十五页，共八十九页，2022年，8月28日结构零件强度与刚度校核叠加法计算基本加载情况叠加计算：并联方式、串联方式第三十六页，共八十九页，2022年，8月28日第四讲注射模CAD的应用本讲内容提要基于通用CAD系统的模具设计实例二维专用注射模CAD系统三维专用注射模CAD系统MOLDWIZARD实例第三十七页，共八十九页，2022年，8月28日基于通用CAD系统的设计实例建立制品三维模型定义模具坐标系：WCS制品放大：scale命令定义成型镶件定义一个长方体实体定位制品模型第三十八页，共八十九页，2022年，8月28日基于通用CAD系统的设计实例成型镶件的分型与型芯型腔生成布尔运算挖出镶件内的型腔自行构造分模所需的复杂曲面零件分割功能第三十九页，共八十九页，2022年，8月28日基于通用CAD系统的设计实例型腔布置：Transformations模架设计所有零件组件一一造型装配设计典型零件与结构设计查阅手册来选择合理的零件类型和参数零件造型第四十页，共八十九页，2022年，8月28日基于通用CAD系统的设计实例第四十一页，共八十九页，2022年，8月28日二维专用注射模CAD系统第四十二页，共八十九页，2022年，8月28日三维专用注射模CAD系统UG公司推出的Moldwizard系统支持注射模具设计全过程适合于注塑制品的曲面造型功能基于知识的设计自动化齐全、开放的标准库成型零件的关联设计强大、方便、实用的辅助功能:ProductDesignAdvisor第四十三页，共八十九页，2022年，8月28日三维专用注射模CAD系统成型零件的关联设计第四十四页，共八十九页，2022年，8月28日三维专用注射模CAD系统Moldwizard应用的一般流程第四十五页，共八十九页，2022年，8月28日MOLDWIZARD实例实际操作的分步演示：实例分步演示实际操作：智能化模具设计系统MOLDWIZARD实际操作的连续演示实例top_cover2(v1.1).avi实例case2(v1.1).avi实例product3(v1.1).avi第四十六页，共八十九页，2022年，8月28日第五讲注射模CAE本讲内容提要CAE的基本原理基于实体/表面模型的分析CAE的应用系统介绍、实例演示、操作培训第四十七页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE粘性流体力学的基本方程广义牛顿定律质量守恒定律动量守恒定律热力学第一定律第四十八页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE塑料熔体充模流动的简化和假设熔体的充模流动可视为扩展层流，z向的速度分量可忽略不计，且认为压力不沿z向变化。充模过程中熔体压力不是很高，因此可视熔体为未压缩流体。由于熔体粘性较大，相对于粘性剪切应力而言，惯性力和质量力都很小，可忽略不计。在充模过程中，熔体温度变化不大，可认为比热容和导热系数是常数。熔体前沿采用平面流前模型。第四十九页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE塑料熔体充模流动的控制方程第五十页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAECAE执行流程读取塑料制品STL数据搜索边界、网格划分、节点配对流动分析、保压分析定义浇口、设计流道、设置工艺条件结果显示、分析结果评价第五十一页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE充模流动模拟的数值计算流程图第五十二页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE基于中心层模型的模拟过程第五十三页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE中心层技术在应用中的局限性手工构造中面模型十分困难由产品实体模型直接生成中面模型的CAD软件不够成熟CAD/CAE/CAM的集成无法实现分析结果的显示缺乏真实感第五十四页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE基于实体/表面模型模型的模拟过程第五十五页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE实体/表面模型模拟的实现原理第五十六页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE实体/表面模型模拟的实现原理第五十七页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE实体/表面模型的优点避免了二次建模在制品上显示流动结果时有三维真实感第五十八页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE基于实体/表面模型的新进展：实体流第五十九页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAECAE的应用注塑条件对制品成型的影响塑料材料注射温度模具温度注射时间注射压力熔体温度注射时间第六十页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE注射模流动模拟软件分析结果的指导作用熔体流动前沿动态显示型腔压力熔体温度剪切速率剪切应力熔合纹/气穴多浇口的平衡第六十一页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE流动软件的正确使用流动软件的使用人员输入数据的正确性第六十二页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电前壳实例分析与讨论第六十三页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电前壳实例分析与讨论第六十四页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电前壳实例分析与讨论第六十五页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电后壳实例分析方案流道结构注射时间(S)注射温度(℃)所需注射压力(MPa)优缺点1一个主流道型浇口，见图6.184.025055.7底板部分最后充填，流动不平衡2两条分流道，两点进胶，见图6.194.025060.8流动基本平衡，但要在底板部分设置一浇口实现难度较大3三条分流道，三点进胶，见图6.204.025058.2流动较平衡，流道系统易于实现4四条分流道，对应四点进胶，见图6.214.025049.8流动平衡，压力较小，但很长的分流道将紧贴模壁，模具刚度、强度难以保证第六十六页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电后壳实例分析第六十七页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电后壳实例分析第六十八页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAE彩电后壳实例分析第六十九页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAEHSCAE演示(PowerPoint)操作培训第七十页，共八十九页，2022年，8月28日致谢谢谢各位！第七十一页，共八十九页，2022年，8月28日注射模CAD模具零件介绍及英文名称对照第七十二页，共八十九页，2