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1、设计技术设计技术设计技术设计技术模具CAD/CAE技术时间水平辅助绘图标准化+辅助绘图设计+分析基于知识的设计协同设计70s80s90s00s2D CAD2D 模具专用模具专用CAD+简易简易 CAE3D CAD+CAE3D 模具专用模具专用CAD 智能化、网络化、集成化智能化、网络化、集成化+3D CAE第1页/共83页设计技术设计技术设计技术设计技术并行（协同）设计技术 1）在设计过程中即可考虑模具生命周期后续制造、试模等各项问题。（项目组）2）在设计过程中，可同时进行工艺和模具结构的设计。（关联设计技术）设计分析制造评价工艺设计结构设计第2页/共83页设计技术设计技术设计技术设计技术并行
2、（协同）设计技术 基于网络的多人协同完成模具设计任务的一种设计技术。实际上就是并行设计技术的网络化。主模型局部模型局部模型网络平台/应用系统模块第3页/共83页设计技术设计技术设计技术设计技术国内外设计技术应用概况设计技术设计技术国内的应用情况国内的应用情况国外的应用情况国外的应用情况CAD技术以2D辅助绘图为主，部分企业开始使用3D设计技术大部分企业采用3D设计技术，并与CAM集成CAE技术大部分企业以经验为主，部分企业采用了CAE技术设计过程必须执行的流程专用模具设计系统较少使用已有企业开始使用，有些企业将积累的知识编制到系统中使用设计知识的积累与规范化注意不够企业非常关注，并注意将其转化
3、为企业的设计规范并行/协同设计基本没有采用已开始采用。如CAD/CAE的集成，PDM技术的应用，建立面向并行设计的规范，设计过程与知识的标准化。第4页/共83页设计技术设计技术设计技术设计技术对策与建议加强3D设计技术的培训工作，并逐步走向 采用3D设计为主的设计技术；加强CAE技术的应用；注意设计知识的积累与整理，企业内部要 建立适合企业特点的设计规范与标准；扩大设计队伍，推行并行/协同设计思想。第5页/共83页制造技术制造技术制造技术制造技术先进的加工技术先进的加工技术高速数控铣床高速铣削加工高速铣削加工 主轴转速10000r/min 最高已达100000r/min 优点：模具加工精度高、
4、表面光洁度高、减少后续加工要求、铣削表面粗糙度可 达：Ra0.4um.减少加工时间50%以上。第6页/共83页制造技术制造技术制造技术制造技术先进的加工技术先进的加工技术多轴联动加工机床多轴联动加工技术多轴联动加工技术 5轴联动以上 复杂模具型面需多轴联动机床加工，特别是为避免球头刀的“0“速区切削。国外已将多轴联动机床用于模具加工，国内目前主要是3-4轴联动。第7页/共83页制造技术制造技术制造技术制造技术先进的加工技术先进的加工技术精密电火花成型加工设备精密电火花成型加工设备精密电火花线切精密电火花线切割加工设备割加工设备主轴高速性能主轴高速性能，实现免冲液加工，避免侧面二次放电，提高加工
5、精度和精加工效率。在精密深槽、窄缝加工中可提高效率3倍无电解脉冲电源、优化能量脉冲电源以及去离子水对离子的控制等技术使线切割加工的表面质量大为 改观。可减少甚至避免磨削加工。例如：日本SODIK公司的AP200L线切割机床采用0.05mm的碳化钨丝及油工作液,其加工精度为1.0um，表面光洁度达Ra0.09um第8页/共83页制造技术制造技术制造技术制造技术先进的测量技术先进的测量技术三坐标测量机三坐标测量机便携式六自由度测量机便携式六自由度测量机大型复杂模具的快速测量中小型零件的测量可分析加工误差第9页/共83页报告内容n研究背景n研究意义n发展的三个阶段（我们的工作）n总结第10页/共83
6、页一、研究背景n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n塑料制品成形最主要的方法是注射成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注射模具n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不得不每年花费大量外汇从国外进口模具第11页/共83页二、研究意义n建立起系统完善的塑料成型理论模型与模拟方法，实现塑料成型过程分析的模型化、定量化、数字化、可视化n通过仿真能大大缩短试模和修模的时间、显著提高塑料制品的质量、降低成本、减少模具的进口n培训作用：有效辅助模具工程师熟悉注射成型过程的特点和规律，也可作为大专院校的教
7、学软件第12页/共83页三、主要研究工作n注射成型模拟技术发展的三个阶段n基于中面模型的模拟：基于中面的注射成型全过程模拟n基于双面模型的模拟：基于双面的注射成型模拟n基于实体模型的模拟：实体流技术第13页/共83页四、中面流技术（I）n基于中面模型的模拟过程第14页/共83页1 基于中面的流动、保压模拟n基于中面的流动、保压模拟：有限元/有限差分混合法n分析实例BACKBACK第15页/共83页2 基于中面的冷却模拟（I）n基于中面的冷却模拟：边界元法n分析实例第16页/共83页2 基于中面的冷却模拟（II）n基于中面的冷却模拟实例BACKBACK第17页/共83页3 基于中面的应力和翘曲模
8、拟n基于中面的应力和翘曲模拟：有限元法n分析实例BACKBACK第18页/共83页4 基于中面的气辅成型模拟n基于中面的气辅成型模拟：有限元法，两相流n分析实例BACKBACK第19页/共83页四、中面流技术（II）n基于中面流技术在应用中的局限性n手工构造中面模型十分困难n由产品实体模型直接生成中面模型的CAD软件不够成熟nCAD/CAE/CAM的集成无法实现n分析结果的显示缺乏真实感第20页/共83页五、双面流技术（I）n基于双面流模型的模拟过程第21页/共83页五、双面流技术（II）n双面流技术的实现思路第22页/共83页五、双面流技术（III）n双面流技术的优点n避免了二次建模，突破了
9、推广应用瓶颈n在制品上显示流动结果时有三维真实感第23页/共83页五、双面流技术（IV）应用实例l典型应用：青岛海尔模具有限公司典型应用：青岛海尔模具有限公司第24页/共83页五、实验验证（I）注射成型过程计算机辅助测试系统现场照片材料流变实验现场照片实验模具与测试仪器现场照片第25页/共83页五、实验验证（II）实物照片实验测试压力与模拟压力的比较图模拟结果几个中间时刻的流动前沿实验与模拟比较图充模流动阶段最大相对误差：充模流动阶段最大相对误差：8.6%保压阶段最大相对误差：保压阶段最大相对误差：5.5%第26页/共83页五、双面流技术（VI）n双面流技术的缺点n分析数据的不完整n流动分析难
10、于与冷却分析、应力分析、翘曲分析集成n在空腔内流动时存在明显不足第27页/共83页六、实体流技术（I）n基于实体流模型的模拟过程第28页/共83页六、实体流技术（II）n基于实体流的流动模拟软件存在的最大问题n在保证精度的情况下提高计算速度n解决思路n假定熔体速度与压力梯度成正比n双面流与实体流的结合分析第29页/共83页致谢谢谢各位！第30页/共83页UG/MOLDWIZARD简介简介工艺性分析工艺性分析确定型腔数目确定型腔数目选定分型面选定分型面确定型腔布置确定型腔布置设计浇注系统设计浇注系统设计脱模方式设计脱模方式冷却系统冷却系统推出机构推出机构型芯、型腔设计型芯、型腔设计模架选用模架选
11、用计算校核计算校核绘制模具图绘制模具图注塑模的一般设计过程塑件工艺性分析塑件工艺性分析模具型腔布置模具型腔布置塑件收缩计算塑件收缩计算分模面设计分模面设计标准模架标准模架浇注系统设计浇注系统设计冷却系统设计冷却系统设计标准件标准件型腔加工电极设计型腔加工电极设计辅助装置设计辅助装置设计其它其它集集成的设计环境成的设计环境第31页/共83页产品工艺性分析产品工艺性分析确定分模线自动找出型芯、型腔面模拟型腔、型芯分割确定需斜抽芯位置确定垂直小拨模面；第32页/共83页3300 面的零件手工分模需4天时间采用 MOLDWIZARD 仅需 4 个小时。自动自动/辅助分模辅助分模第33页/共83页型腔布
12、置型腔布置第34页/共83页标准模架标准模架第35页/共83页标准件标准件返回第36页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术模具企业的管理需求及难点模具企业的管理需求及难点人事管理财务管理客户关系管理供应链管理订单管理设计管理生产管理库存管理难点生产管理订单的随机性生产的动态性项目管理看板管理跟单管理条码管理采用的技术如何保证质量如何控制进度生产能力评估如何调整生产模具企业特点决定的手工作业管理，不能及时统计与分析生产情况，效率低，生产管理人员工作量大。第37页/共83页CAD/CAECAPP产品数据管理产品数据管理PDM销售销售采购采购财务财务库存库存计划计划车间控制车间控制物流控制系统
13、物流控制系统加工控制系统加工控制系统工程数据管理工程数据管理客户客户/供应商供应商CAMInternetItemBOMRouting质质量量控控制制Q/PlanERP管理技术管理技术管理技术管理技术理想的计算机辅助管理技术第38页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术模具企业应以生产管理信息化为重点，模具企业应以生产管理信息化为重点，逐步实现整个企业的信息化管理。逐步实现整个企业的信息化管理。生产管理需解决的关键问题：1）模具零件加工工序的快速编制；2）车间作业计划的优化调度与动态调整；3）生产现场数据的实时采集；4）生产情况的实时统计与分析；5）生产能力评估；6）工时费用统计；7）模具不
14、能按时完成预报警。第39页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术第40页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术第41页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术第42页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术采用条码技术实时采集生产现场的数据第43页/共83页管理技术管理技术管理技术管理技术第44页/共83页标准化技术标准化技术标准化技术标准化技术模具行业标准化技术模具行业标准化技术典型结构标准化；构件标准化；模具材料标准化。我国模具标准化程度达：30-40%国外模具标准化程度达：70-80%需要模协和社会共同努力需要模协和社会共同努力主要原因：标准件的品种少、规格少第45页/共83
15、页标准化技术标准化技术标准化技术标准化技术企业内部标准化技术企业内部标准化技术设计知识的积累与规范化；设计流程的规范化；模具结构及零件设计规范化；模具材料选用规范化；加工工艺规范；。形成企业的特色和设计文化第46页/共83页模具材料模具材料模具材料模具材料国内新型模具材料的开发情况国内新型模具材料的开发情况冷作模具钢高强韧耐磨钢高速钢基体钢低合金模具钢无磁高强度钢热作模具钢大截面热锻模具钢中小热锻模具钢压铸模具钢热挤压模具钢塑料模具钢预硬化型塑料模具钢耐蚀塑料模具钢非调质塑料模具钢合理选择模具材料是提高模具寿命和质量的前提。第47页/共83页模具材料模具材料模具材料模具材料与国外模具材料的差距
16、与国外模具材料的差距q缺乏有关指导性强、实用的技术资料；q大量钢种的生产和应用太少；q钢的质量不够稳定；q规格单一；q缺少特殊性能要求的钢种；q产销渠道不畅通。第48页/共83页谢谢！第49页/共83页CAE技术在注塑成型中的应用第50页/共83页CAE技术在注塑成型中的应用CAE是CAD的深入应用CAE是CAD与CAM的桥梁CADCAECAM第51页/共83页计算机辅助工程计算机辅助工程Computer Aided Engineering(CAE)CAE是以计算机软硬件为工具，是以计算机软硬件为工具，以仿真为手段，帮助使用者进行预测以仿真为手段，帮助使用者进行预测的工作，以解决工程上现有或潜
17、在的的工作，以解决工程上现有或潜在的问题。问题。第52页/共83页计算机辅助工程计算机辅助工程Computer Aided Engineering(CAE)当材料、造型或工艺条件改变时，当材料、造型或工艺条件改变时，CAECAE可以帮助使用者了解这些改变对可以帮助使用者了解这些改变对于制件质量和生产力的影响。于制件质量和生产力的影响。第53页/共83页 注塑行业现状自动化的孤岛自动化的孤岛!“从产品设计部门传送过来的零件中有85%的需要进行修改以便于模具设计和制品生产。”-Bob Petit,设计分析部经理,NYPRO Inc.制品生产制品生产模具设计模具设计制品设计制品设计第54页/共83页
18、从制品设计到生产的完整解决方案从制品设计到生产的完整解决方案 加工参数加工参数加工约束条件加工约束条件制品生产制品生产模具设计模具设计制品设计制品设计第55页/共83页传统设计流程传统设计流程概念设计产品设计模具设计开模试模生产更改猜测、尝试第56页/共83页传统设计方法的缺陷传统设计方法的缺陷反复试模、改模，导致：反复试模、改模，导致：产品开发周期延长模具成本上升生产工艺无法最优化，导致：生产工艺无法最优化，导致：工艺不稳定，无法连续生产生产周期过长，效率低下第57页/共83页怎么办？第58页/共83页结合结合CAECAE的设计方法的设计方法概念设计产品设计模具设计开模试模生产CAE预测、控
19、制第59页/共83页CAECAE设计方法的优点设计方法的优点优化产品设计方案，改善产品的工艺性优化产品设计方案，改善产品的工艺性优化模具设计方案（浇注系统、冷却系统）优化模具设计方案（浇注系统、冷却系统）优化成型工艺优化成型工艺连续、稳定地生产最大限度地提高生产效率确保塑料完整、均匀地充满型腔确保制品得到均匀、快速的冷却得到较宽的工艺条件第60页/共83页注塑成型中的常见问题注塑成型中的常见问题n制品不能充满型腔制品不能充满型腔n制品表面有不能接受的熔接痕、缩痕、烧焦痕制品表面有不能接受的熔接痕、缩痕、烧焦痕n制品表面有流纹、银纹、喷痕、气纹、色差制品表面有流纹、银纹、喷痕、气纹、色差n制品尺
20、寸稳定性差制品尺寸稳定性差n制品翘曲变形，无法精度和装配制品翘曲变形，无法精度和装配n制品成型周期过长，生产效率低下制品成型周期过长，生产效率低下第61页/共83页解决方案 全程模拟注塑过程，预测最终制品可能的缺陷，找到缺陷产生的正确原因，在模具加工之前得到最优化的制品设计、模具设计方案和最适宜的成型工艺条件，确保产品以最短的周期、最低成本投入市场。第62页/共83页解决方案准确的预测n动态充填过程1型腔能否充满？2熔体是否同时充满型腔远端？3熔体在型腔中的前进速度是否均一？第63页/共83页解决方案准确的预测n熔接痕位置熔接痕熔接痕第64页/共83页解决方案准确的预测n气穴位置气穴气穴第65
21、页/共83页解决方案准确的预测n压力分布第66页/共83页解决方案准确的预测n剪切应力分布第67页/共83页解决方案准确的预测n体积收缩率收缩不均匀是收缩不均匀是制品翘曲变形制品翘曲变形的主要原因之的主要原因之一。合适的一。合适的保保压压力压压力时间时间曲线是保证制曲线是保证制品收缩均匀的品收缩均匀的前提。通过此前提。通过此结果还可以预结果还可以预测测缩痕缩痕。第68页/共83页解决方案准确的预测n型腔两侧温度差异冷却不均匀也冷却不均匀也是制品翘曲变是制品翘曲变形的主要原因形的主要原因之一。要控制之一。要控制此温差在此温差在20以内。以内。第69页/共83页解决方案准确的预测n最终制品与型腔尺
22、寸差异放大10X第70页/共83页解决方案准确的预测n最终制品与型腔尺寸差异原因分析不均匀收缩所导致的变形量第71页/共83页解决方案准确的预测n最终制品与型腔尺寸差异原因分析不均匀冷却所导致的变形量第72页/共83页解决方案准确的预测n最终制品与型腔尺寸差异原因分析成型因素所导致的变形量第73页/共83页解决方案准确的预测n气体辅助成型气体穿透情况气体在厚的把手处气体在厚的把手处气体在气体在薄壁处薄壁处气体在薄壁处气体在薄壁处浇口浇口进气点进气点第74页/共83页解决方案合理的推荐n浇口位置图中兰色最图中兰色最深处表示最深处表示最合理的浇口合理的浇口位置。位置。第75页/共83页解决方案合理
23、的推荐n最佳成型工艺条件最佳工艺条件点最佳工艺条件点（熔料温度、模（熔料温度、模具温度、注射时具温度、注射时间）。间）。第76页/共83页解决方案合理的推荐n自动平衡流道平衡前平衡前平衡后平衡后第77页/共83页产品需求产品需求1.高强度 2.没有缩痕3.抗冲强度高 4.成型所需锁模力低 5.生产成本低C CAEAE效益效益1.引用气体辅助成型技术2.得到合格产品 没有变形和缩痕3.抗冲击强度高4.降低锁模力少500吨5.缩短开发周期行业：汽车配件行业：汽车配件产品：仪表板产品：仪表板 第78页/共83页宁波四维尔公司现有缺陷1.熔接痕、缩痕严重2.为减少缩痕带来更严重的熔接痕3.不能交货解决
24、方案1.保持现有浇注系统和产品结构2.修改产品局部壁厚，控制熔接痕 位置在非外观面3.达到客户要求，顺利交货行业：汽车配件行业：汽车配件产品：家轿散热格栅产品：家轿散热格栅熔接痕熔接痕第79页/共83页移动电话现有缺陷1.1.制品翘曲变形超过了许可值制品翘曲变形超过了许可值2.2.制品有流纹等表面缺陷制品有流纹等表面缺陷3.3.上市周期长上市周期长4.4.开发费用高昂开发费用高昂改进后1.1.减少了翘曲变形量减少了翘曲变形量2.2.缩短了缩短了25%25%开发时间开发时间3.3.缩短注塑成型周期缩短注塑成型周期10%10%4.4.减少制品重量减少制品重量3%3%第80页/共83页现有缺陷现有缺
25、陷喷涂增加了喷涂增加了20%20%的产品成本的产品成本不不喷涂无法保证产品外观质量喷涂无法保证产品外观质量(熔接痕、熔接痕、流纹、流纹、气穴气穴 、发白、发白)Moldflow的解决方案的解决方案找到最佳的浇口位置和流道尺寸，控制熔接找到最佳的浇口位置和流道尺寸，控制熔接痕的位置和质量痕的位置和质量得到宽松的成型工艺条件得到宽松的成型工艺条件成功开发了三套模具成功开发了三套模具节省节省1 1美圆美圆/制品制品 =600,000 =600,000美圆美圆/年年Moldflow Program Used MF/FLOW,COOL,WARP开发商开发商 DAEWOO Electronics采用无喷涂技术的电视机前框第81页/共83页存在问题 筋肋难以充满缩痕严重翘曲变形浇口附近有飞边解决方案使用MoldFlow的Flow、Cool、Warp和OPTIM，对模具的浇注系统、冷却系统和成型工艺条件进行全面优化，消除了以上缺陷。UBE 工业有限公司产品名称：光盘托架产品名称：光盘托架生产周期减少了生产周期减少了14.1秒秒消除了所有注塑缺陷消除了所有注塑缺陷填充时间填充时间冷却时间冷却时间生产周期生产周期保压时间保压时间2.6s3.0s24.6s14.0s2.7s5.0s26.0s38.7s优化方案优化方案原始方案原始方案第82页/共83页感谢您的观看。感谢您的观看。第83页/共83页