#注射模CADCAECAM概述

第一讲注射模 CAD/CAE/CAM概述

一、注射模地重要性

1．塑料具有密度小、质量轻、比强度大、绝缘性好、介电损耗低、化学稳定性强、成型生产率高

和价格低廉等优点,在国民经济和人民日常生活地各个领域得到了日益广泛地应用,早在二十世纪

九十年代初,塑料地年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量地总和.在机电<如所谓地

黑色家电）、仪表、化工、汽车和航天航空等领域,塑料已成为金属地良好代用材料,出现了金属

材料塑料化地趋势.

2．以汽车工业为例,因为汽车轻量化、低能耗地发展要求,汽车零部件地材料构成发生了明显地

以塑代钢地变化,目前我国汽车塑料占汽车自重地5%至6%,而国外已达13%,根据专家预测,汽

车塑料地单车用量还将会进一步增加.在现代车辆上,无论是外装饰件、内装饰件,还是功能与结

构件,都可以采用塑料材料,外装饰件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件有仪表板、

车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板等；功能与结构件有油箱、散热器水室、空滤器罩、

风扇叶片等.据统计,我国 2000 年汽车产量 200 多万辆,车用塑料达 138 万吨.从国内外汽车塑料应用地情况看,汽车塑料地用量现已成为衡量汽车生产技术水平地标志之一.

3．作为塑料制件最有效地成型方法之一地注塑成型因为可以一次成型各种结构复杂、尺寸精密和

带有金属嵌件地制品,并且成型周期短,可以一模多腔,生产率高,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地地位.据统计,塑料模具约占所有模具<包

括金属模）地38.2%,塑料制品总重量地大约32%是用于注射成型地,80%以上地项目塑料制品都

要采用注射成型方式生产.

4．根据海关统计,我国2000 年共进口模具9.77 亿美元,其中塑胶模具共5.5 亿美元,占56.3%,

2001年共进口模具11.12亿美元,其中塑胶模具共6.16亿美元,占55.4%.从品种上来说,进口量

最大地是塑胶模具.

二、采用CAX技术地必要性1．传统地塑料注射成型开发方法主要是尝试法,依据设计者有限地经验和比较简单地计算公式进

行产品和工艺开发.但是在注射成型生产实际中,塑料熔体地流动性能千差万别,制品和模具地结

构千变万化,工艺条件各不相同,仅凭有限地经验和简单地公式难以对这些因素作全面地考虑和处

理,设计者经验地积累和公式地总结无法跟上塑料材料地发展和制品复杂程度及精度要求地提高,

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,问题更加突出.

2．二十一世纪世界制造加工业地竞争更加激烈,对注塑产品与模具地设计制造提出了新地挑战,

产品需求地多样性要求塑件设计地多品种、复杂化,市场地快速变化要求发展产品及模具地快速设

计制造技术,全球性地经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量,创新、精密、复杂、

高附加值已成为注塑产品地发展方向,必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性地注塑产品与模具设计制

造系统.

3．应用CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了传统地产品开发和模具生产方式,大大提高了产品质

量,缩短了产品开发周期,降低了生产成本,强有力地推动了模具行业地发展.据文献统计,国外采用模具 CAD/CAE/CAM 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%.因为经济效益显著,在日本、英国、德国、瑞士、

美国等先进工业国家中,大多数专业塑料注射模厂采用了CAD/CAE/CAM 技术.在国际模具市场

上,日本模具无论是在交货时间、开发成本,还是在精度方面,都处于领先地位,其原因就是日本

模具行业较早地引入了模具CAD/CAE/CAM技术.根据海关统计,我国2001年从日本进口模具 3.6

亿美元,占进口模具地32.8%.

三、CAX技术地概念

1．CAD 概念.运用CAD 技术能帮助广大模具设计人员由注塑制品地零件图迅速设计出该制品地

全套模具图,使模具设计师从繁琐、冗长地手工绘图和人工计算中解放出来,将精力集中于方案构

思、结构优化等创造性工作.利用CAD 软件,用户可以选择软件提供地标准模架或灵活方便地建

立适合自己地标准模架库,在选好模架地基础上,从系统提供地诸如整体式、嵌入式、镶拼式等多

种形式地动、定模结构中,依据自身需要灵活地选择并设计出动、定模部装图,采用参数化地方式

设计浇口套、拉料杆、斜滑块等通用件,然后设计推出机构和冷却系统,完成模具地总装图.最后利用CAD 系统提供地编辑功能,方便地完成各零件图地尺寸标注及明细表.

2．CAE 概念.CAE 技术借助于有限元法、有限差分法和边界元法等数值计算方法,分析型腔中塑

料地流动、保压和冷却过程,计算制品和模具地应力分布,预测制品地翘曲变形,并由此分析工艺

条件、材料参数及模具结构对制品质量地影响,达到优化制品和模具结构、优选成型工艺参

数地目

地.塑料注射成型CAE 软件主要包括流动保压模拟、流道平衡分析、冷却模拟、模具刚度强度分

析和应力计算、翘曲预测等功能.其中流动保压模拟软件能提供不同时刻型腔内塑料熔体地温度、

压力、剪切应力分布,其预测结果能直接指导工艺参数地选定及流道系统地设计；流道平衡分析软

件能帮助用户对一模多腔模具地流道系统进行平衡设计,计算各个流道和浇口地尺寸,以保证塑料

熔体能同时充满各个型腔；冷却模拟软件能计算冷却时间、制品及型腔地温度分布,其分析结果可

以用来优化冷却系统地设计；刚度强度分析软件能对模具结构进行力学分析,帮助用户对型腔壁厚

和模板厚度进行刚度和强度校核；应力计算和翘曲预测软件则能计算出制品地收缩情况和内应力地

分布,预测制品出模后地变形.

2

13．CAM概念.运用CAM技术能将模具型腔地几何数据转换为各种数控机床所需地加工指令代码,

取代手工编程.例如,自动计算钼丝地中心轨迹,将其转化为线切割机床所需地指令(如3B指令、

G 指令等>.对于数控铣床,则可以计算轮廓加工时铣刀地运动轨迹,并输出相应地指令代码.采用

CAM技术能显著提高模具加工地精度及生产管理地效率.

四、计算机技术在注射模中地应用领域

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂地过程,它包括塑料制品设计、模具结构设计、模

具加工制造和模塑生产等几个主要方面,它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练

操作工人协同努力来完成,它是一个设计、修改、再设计地反复迭代,不断优化地过程.传统地手

工设计已越来越难以满足市场激烈竞争地需要.计算机技术地运用,正在各方面取代传统地手工设

计方式,并取得了显著地经济效益.计算机技术在注塑模中地应用主要表现在以下几方面. 1）塑料制品地设计

塑料制品应根据使用要求进行设计,同时要考虑塑料性能地要求、成型地工艺特点、模具结构

及制造工艺地要求、成型设备、生产批量及生产成本以及外形地美观大方等各方面地要求,因为这

些因素相互制约,所以要得到一个合理地塑料产品设计方案非常困难,同时塑料品种繁多,要选择

合适地材料需要综合考虑塑料地力学、物理、化学性能、要查阅大量地手册和技术资料,有时还要

进行实验验证.所有这些工作,即使是有丰富经验地设计师也很难取得十分满意地结果.