多点进料注塑模具设计与进展.ppt

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1、多点进料注塑模具设计与进多点进料注塑模具设计与进展展一.多点进料注塑模具设计与进展的背景知识二.多点进料注塑模具设计与进展的优缺点三.多点进料注塑模具设计与进展的发展方向 注射模具的背景知识塑料工业近塑料工业近2020年来发展十分迅速，早在年来发展十分迅速，早在7 7年前塑料的年前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，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，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品

2、成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求，在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还市场的要求，在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还需要从国外进口模具。需要从国外进口模具。关键技术和实用功能 1 1用三维实体模型取代中心层模型用三维实体模型取代中心层模

3、型2 2有限元、有限差分、控制体积方法的综合有限元、有限差分、控制体积方法的综合运用运用3 3数值计算与人工智能技术的结合数值计算与人工智能技术的结合 1用三维实体模型取代中心层模型传统的注塑成形仿真软件基于制品的中心层模型。用传统的注塑成形仿真软件基于制品的中心层模型。用户首先要将薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，这些户首先要将薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，这些面被称为中心层。在这些中心层上生成二维平面三角网格，面被称为中心层。在这些中心层上生成二维平面三角网格，利用这些二维平面三角网格进行有限元计算，并将最终的利用这些二维平面三角网格进行有限元计算，并将最终的分析结果在中面上显示。

4、而注塑产品模型多采用三维实体分析结果在中面上显示。而注塑产品模型多采用三维实体模型，由于两者模型的不一致，二次建模不可避免。但由模型，由于两者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑产品的形状复杂多样、千变万化，从三维实体中抽于注塑产品的形状复杂多样、千变万化，从三维实体中抽象出中心层面是一件十分困难的工作，提取过程非常繁琐象出中心层面是一件十分困难的工作，提取过程非常繁琐费时，因此设计人员对仿真软件有畏难情绪，这已成为注费时，因此设计人员对仿真软件有畏难情绪，这已成为注塑成形仿真软件推广应用的瓶颈。塑成形仿真软件推广应用的瓶颈。2有限元、有限差分、控制体积方法的综合运用注塑制品都是薄壁制品

5、，制品厚度方向的尺寸远小于注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，温度等物理量在厚度方向的变化又其他两个方向的尺寸，温度等物理量在厚度方向的变化又非常大，若采用单纯的有限元或有限差分方法势必造成分非常大，若采用单纯的有限元或有限差分方法势必造成分析时间过长，无法满足模具设计与制造的实际需要。我们析时间过长，无法满足模具设计与制造的实际需要。我们在流动平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分在流动平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分别建立与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦别建立与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦合求解，在保证计算精度的前提

6、下使得计算速度满足工程合求解，在保证计算精度的前提下使得计算速度满足工程的需要，并采用控制体积法解决了成形中的移动边界问题。的需要，并采用控制体积法解决了成形中的移动边界问题。对于内外对应表面存在差异的制品，可划分为两部分体积，对于内外对应表面存在差异的制品，可划分为两部分体积，并各自形成控制方程，通过在交接处进行插值对比保证这并各自形成控制方程，通过在交接处进行插值对比保证这两部分的协调。两部分的协调。3数值计算与人工智能技术的结合 优选注塑成形工艺参数一直是广大模具设计人优选注塑成形工艺参数一直是广大模具设计人员关注的问题，传统的员关注的问题，传统的CAECAE软件虽然可以在计算机软件虽然

7、可以在计算机上仿真出指定工艺条件下的注塑成形情况，但无法上仿真出指定工艺条件下的注塑成形情况，但无法自动对工艺参数进行优化。自动对工艺参数进行优化。CAECAE软件使用人员必须软件使用人员必须设置不同的工艺条件进行多次设置不同的工艺条件进行多次CAECAE分析，并结合实分析，并结合实际经验在各方案之间进行比较，才能得出较满意的际经验在各方案之间进行比较，才能得出较满意的工艺方案。同时，在对零件进行工艺方案。同时，在对零件进行CAECAE分析后，系统分析后，系统会产生有关该方案的大量信息会产生有关该方案的大量信息(制品、工艺条件、制品、工艺条件、分析结果等分析结果等)，其中分析结果往往以各种数据

8、场的，其中分析结果往往以各种数据场的形式出现，要求用户必须具备分析和理解形式出现，要求用户必须具备分析和理解CAECAE分析分析结果的能力，所以传统的结果的能力，所以传统的CAECAE软件是一种被动式的软件是一种被动式的计算工具，无法提供给用户直观、有效的工程化结计算工具，无法提供给用户直观、有效的工程化结论，对软件使用者的要求过高，影响了论，对软件使用者的要求过高，影响了CAECAE系统在系统在更大范围内的应用和普及。更大范围内的应用和普及。针对以上不足，针对以上不足，HSCAE3DHSCAE3D软件在原有软件在原有CAECAE系统准确的计算系统准确的计算功能基础上，把知识工程技术引入系统的

9、开发中，利用人功能基础上，把知识工程技术引入系统的开发中，利用人工智能所具有的思维和推理能力，代替用户完成大量信息工智能所具有的思维和推理能力，代替用户完成大量信息的分析和处理工作，直接提供具有指导意义的工艺结论和的分析和处理工作，直接提供具有指导意义的工艺结论和建议，有效解决了建议，有效解决了CAECAE系统的复杂性与用户使用要求的简系统的复杂性与用户使用要求的简单性之间的矛盾，缩短了单性之间的矛盾，缩短了CAECAE系统与用户之间的距离，将系统与用户之间的距离，将仿真软件由传统的仿真软件由传统的“被动式被动式”计算工具提升为计算工具提升为“主动式主动式”优化系统。优化系统。HSCAE3DH

10、SCAE3D系统主要将人工智能技术应用于初系统主要将人工智能技术应用于初始工艺方案设计、始工艺方案设计、CAECAE分析结果的解释和评价、分析方案分析结果的解释和评价、分析方案的改进与优化的改进与优化3 3个方面。个方面。大型注塑机卧式注塑机注塑模具设计与进展的优缺点一,注塑模具的设计二，注塑模具的进展三，注塑模具的优缺点注塑模具的设计注塑模具的设计须按照一下几个步骤进行一.塑件分析1.明确塑件设计要求仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状。尺寸精度，仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状。尺寸精度，表面粗糙度，等各方面考虑注塑成型的可行性和经济性。必要时，可表面粗糙度

11、，等各方面考虑注塑成型的可行性和经济性。必要时，可进行修改。进行修改。2.明确塑件的生产批量 小批量生产时，模具尽可能简单。大批量生产时，在保证塑件质量的小批量生产时，模具尽可能简单。大批量生产时，在保证塑件质量的前提下，尽量采用一模多腔或高速自动化生产。前提下，尽量采用一模多腔或高速自动化生产。3.3.计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量时为了选用注塑机，提高设备利用率，确定计算塑件的体积和质量时为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具行腔数。模具行腔数。二.注塑机的选用根据塑件的体积和质量大致确定模具的结构，初步确定注塑机的型根据塑件的体积和质量大致确定模具的结构，

12、初步确定注塑机的型号，了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数。号，了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数。三.模具设计的有关计算1.凹凸模零件工作尺寸的计算2.型腔壁厚，底板厚度的确定3.模具加热，冷却系统的确定四.模具结构设计1.1.塑件成型位置及分型面选择塑件成型位置及分型面选择2.2.模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局以模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置及浇口位置设置3.3.模具工作零件的结构设计模具工作零件的结构设计4.4.侧分型与抽芯机构的设计侧分型与抽芯机构的设计5.5.顶出机构设计顶出机构设计6.6.拉料杆的形式选择拉料杆的形式选择7.7.排气方式

13、设计排气方式设计注塑模具的进展1)1)塑料具有质量轻、比强度大、绝缘性好、成型塑料具有质量轻、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良好代用材料,出现了金属材料塑料化的趋势。出现了金属材料塑料化的趋势。2)2)由于汽车轻量化、低能耗的发展要求由于汽车轻量化、低能耗的发展要求,汽车零部件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外汽车塑料应用的情况看,汽车塑料的用量已成为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。衡量汽车生产技术水平

14、的重要标志。3)3)注塑成型注塑成型由于可以一次成型各种结构复杂、尺寸精密和带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有金属嵌件的制品,并且成型周期短并且成型周期短,可以一模多腔可以一模多腔,大批生产时成本低廉大批生产时成本低廉,易于实现自动化生产易于实现自动化生产,因此在因此在塑料加工行业中占有非常重要的地位。塑料加工行业中占有非常重要的地位。注塑模具的优缺点优点：1.可生产较大塑件2.可保证塑件质量和性能3.可降低设备的强度4.可降低工人的劳动强度5.可实现自动化生产缺点：1.对设备的性能要求较高2.模具制造比较复杂3.生产精度不高当前模具制造的发展方向主要表现为以下八个

15、方面1.1.从一般的机加工方法，发展至采用光机电相从一般的机加工方法，发展至采用光机电相结合的数控电火花成形、数控电火花线切割以结合的数控电火花成形、数控电火花线切割以及各种特殊加工相结合，例如电铸成形、粉末及各种特殊加工相结合，例如电铸成形、粉末冶金成形、精密铸造成形、激光加工等。从而冶金成形、精密铸造成形、激光加工等。从而可以加工出复杂的型腔和型芯，以及保证较高可以加工出复杂的型腔和型芯，以及保证较高的加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火花的加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火花放电加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火放电加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火花放电加工精度可达到花放电加工精

16、度可达到1.5m1.5m，加工表面粗糙，加工表面粗糙度可达到度可达到Ra0.004mRa0.004m，基本上达到了精面要求。，基本上达到了精面要求。2先进的技术支持条件具的服务对象主要是电器、汽车厂家，产品的更新换代快，而且模具的设计已经从二维发展为三维，实现了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，真正实现了CAD/CAM一体化，而且三维设计解决了二维设计难于解决的一些问题，诸如：干涉检查、模拟装配等。3模具快速制造技术当前快速制造有三个发展方向：分别是基于并行工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技术的注塑模具快速制造和高速切削技术4.并行工程的注塑模具快速制造这种生产方式是

17、以注塑模具的标准化设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计和模具制造的三个体系的标准化。为了实现标准化，需要解决三项关键技术：一是统一数据库和文件传输格式；二是充分利用和开发Internet和Intranet,实现信息的集成和数据资源的共享；三是解决生产的组织、协调和专业分工，确定各个部门和层次的项目分解和利益分配的基准和算法。5.基于快速原型技术的注塑模具快速制造直接从CAD模型生产工模具被认为是一种可以减少新产品成本和开发周期的重要的方法，近些年来，这种将CAD技术、快速成型（RP）和快速工模具制造（RT）等高新技术相结合，已经对传统的注塑模具的

18、制造产生了重大的冲击。CAD技术的应用在很大程度上代替了实物的评估和试验，减少了新产品研制过程中的迭代次数，从而加快了新产品的开发速度6.高速切削技术（HighSpeedMachining）的应用 高速切削技术制造模具，具有切削高速切削技术制造模具，具有切削效率高，可明显缩短机动加工时间，效率高，可明显缩短机动加工时间，加工精度高，表面质量好，因此可大加工精度高，表面质量好，因此可大大缩短机械后加工、人工后加工和取大缩短机械后加工、人工后加工和取样检验辅助工时等许多优点。个零件样检验辅助工时等许多优点。个零件需时需时90min90min，采用直径为，采用直径为12mm12mm球头铣球头铣刀，主

19、轴转速刀，主轴转速1500r/min1500r/min、工作台进给、工作台进给1500r/min1500r/min进行高速加工，加工每个零进行高速加工，加工每个零件只需件只需5min5min，工效提高了，工效提高了1818倍。倍。7.发展新的塑料模具材料及模具表面技术主要是发展易加工、抛光性好的材料，预硬易切主要是发展易加工、抛光性好的材料，预硬易切削钢（一般削钢（一般28-35HRC28-35HRC之间之间)、耐蚀钢、硬质合金、耐蚀钢、硬质合金钢以及时效硬化型钢、冷挤压成型钢。表面工程钢以及时效硬化型钢、冷挤压成型钢。表面工程可以弥补模具材料的不足，降低模具材料的研发可以弥补模具材料的不足，

20、降低模具材料的研发及加工的费用。近年来迅速发展起来的激光表面及加工的费用。近年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相沉淀技术（强化技术、物理气相沉淀技术（PVDPVD）、化学气）、化学气相沉淀技术（相沉淀技术（CVDCVD）、热喷涂技术等新的表面技）、热喷涂技术等新的表面技术，而传统的表面技术（如热扩散、电镀）也有术，而传统的表面技术（如热扩散、电镀）也有很大的完善与发展，如电镀技术已经发展到复合很大的完善与发展，如电镀技术已经发展到复合电镀技术。电镀技术。8.基于信息注塑模具的制造新模式与注塑模具制造活动有关的信息包括产品的信息与注塑模具制造活动有关的信息包括产品的信息和制造信息。现代制

21、造过程可以看作是原材料或和制造信息。现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含的信息量的增值过程，信息流驱动将成毛坯所含的信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。它包括两个层面：一是通过企为制造业的主流。它包括两个层面：一是通过企业内部的局域网，完成模具报价、人员的安排、业内部的局域网，完成模具报价、人员的安排、制品原始数据、模具加工工艺、质量检测、试模制品原始数据、模具加工工艺、质量检测、试模具与交付等任务；二是通过企业外部的互联网完具与交付等任务；二是通过企业外部的互联网完成企业与用户、与外协企业之间的信息交换，这成企业与用户、与外协企业之间的信息交换，这种制造方式必须通过动态联盟（种制造方式必须通过动态联盟（VirtualVirtualOrganizationOrganization）这种新的生产模式来实现的。动态）这种新的生产模式来实现的。动态联盟分三层：紧密层、合作关系层和松散层。联盟分三层：紧密层、合作关系层和松散层。感谢您的关注制作人：杜鹏齐 程云燕