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在塑料模具设计中ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ的应用本文论述了Pro／E在模具设计中的应用标签：塑料CAD／CAE／CAM模具设计一、前言塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，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、再设计的反复迭代、不断优化的过程。
传统的手工设计、制造已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。
计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。
塑料模具CAD集成技术是一项先进的模具制造技术，它的制造包括塑料产品的造型设计、模具的结构设计及分析、模具的数控加工、抛光和配试模以及快速成形制造等，各个环节所涉及的CAD单元技术又包括产品外形的快速反求、结构分析与优化设计、辅助制造、加工过程虚拟仿真、产品及模具的快速成形、辅助工艺过程和产品数据管理技术等。
塑料模具CAD集成技术，就是把塑料模具在制造过程中所涉及的各项单元技术集成起来，统一数据库和文件传输格式，实现信息集成和数据资源共享，从而大大缩短模具设计的制造周期，提高制模质量。
二、塑料制品及模具结构设计进行塑料模具设计制造的第一步是塑料产品的设计。
现代设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型，根据产品的三维模型进行模具结构设计及优化设计，再根据模具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划。
而商品化三维CAD造型软件如Pro／Engineer、UG、CATlA等为设计师提供了方便的设计平台，其强大的曲面造型和编辑修改功能以及逼真的显示效果使设计者可以运用自如地表现自己的设计意图，真正做到所想即所得，而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存，为后续的模具设计和分析打下良好的基础。
同时，这些软件都有专门的注塑模具设计模块，提供方便的模具分型面定义工具，使得复杂的成型零件都能自动生成，而且标准模架库、典型结构及标准零件库品种齐全，调用简单，添加方便，这此功能大大缩短了模具设计时间。
CAD／CAM／CAE在模具设计中的应用摘要模具是工业生产中的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。
在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有60%-80%的零部件都需要模具加工，轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。
本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具CAD/CAE/CAM的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展趋势，以及在塑料模具设计中的应用现状。
正文一、模具CAD/CAE的基本概念CAD(Computer Aided Design)是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称,是一项综合性技术。
CAE：(Computer Aided Engineering)即计算机辅助工程技术，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现模具优化的主要支持模块。
对于模具CAE来讲，目前局限于数值模拟方法，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷。
二、模具CAD/CAM发展概况模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。
目前通用CAD/CAM软件的发展现状如下：CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。
近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。
随着互联网的普及，智能化、协同化、集成化成为CAD技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
三、模具CAD/CAM的优越性模具CAD/CAM的优越性赋予了它无限的生命力，使其得可以迅速发展和广泛应用。
无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法所不能比拟的。
现代模具设计技术的现状及发展趋势模具是制造工业中不可或缺的组成部分，它的使用范围涉及到几乎所有的制造工业领域。
随着科技的不断进步，现代模具设计技术也在不断发展和变革。
现状：1. 数字化和智能化设计技术的应用随着CAD、CAM、CAE等技术的不断发展，模具设计的数字化和智能化程度越来越高。
数字化和智能化设计技术使得模具设计的速度和准确度得到了大幅提高。
2. 材料和工艺的创新近年来，模具材料和制造工艺的创新不断涌现。
新型材料的应用能够提高模具的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能，进而延长模具使用寿命，提高生产效率。
新型工艺的应用也能够提高模具的制造精度和质量，满足现代高精度生产的需求。
3. 机器人技术的应用机器人技术的应用能够提高制造的自动化程度，加速模具的生产速度，并能够有效地减少人为操作的错误率和工作强度，提升设计效率和质量。
发展趋势：1. 高端模具市场的开发现代高端模具的市场需求越来越大，尤其是在航空航天、能源开发等领域的应用中逐渐凸显。
未来，模具制造业将继续从低端向高端发展，以满足市场上不断增长的高精度和高品质模具需求。
2. 模具数字化和智能化的进一步发展数字化和智能化设计技术将进一步深入应用和发展，特别是在人工智能、大数据、云计算等领域的应用，将为模具设计、制造和服务提供更加方便、快捷和智能的解决方案。
3. 绿色环保模具的发展环境保护已经成为全球的共识，模具制造也将更加注重绿色环保的发展方向。
随着新能源汽车等领域的发展，模具制造业将逐渐跨入循环经济和高效节能的道路，努力为人类社会的可持续发展做出贡献。
总之，现代模具设计技术将不断发展和创新，应用范围将更加广泛，更加便捷和智能的设计和制造技术将会不断涌现。
随着技术的不断进步，模具制造将会以更高效、更精准的方式推动着工业领域的发展。
国外模具制造技术的现状和发展趋势模具制造技术是制造业的重要组成部分，模具的制造水平直接影响着国家制造业的发展水平。
近年来，国外模具制造技术的发展迅速，越来越多的创新技术被应用在模具制造领域中。
下面就国外模具制造技术的现状和发展趋势分别进行介绍。
一、现状1. 数控技术数控技术在国外模具制造中得到广泛应用，数控加工设备的普及和技术的发展使得模具加工更加精细化和高效化。
在数控技术的基础上，出现了电火花加工、线切割加工、高速加工等新技术，使得模具加工的质量和效率提高了许多。
2. 材料技术当前，国外模具材料技术正在向硬质合金、超硬材料、高强度钢种、高温合金、先进高分子等方向发展。
硬质合金已成为精密模具、注塑模、压铸模、挤压模、彩铸模等制造的常用材料。
超硬材料如金刚石、CBN（立方氮化硼）等，在高速切削和电火花加工中得到广泛应用。
3. CAD/CAM/CAE技术CAD是计算机辅助设计（Computer Aided Design）技术，CAM是计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing）技术，CAE是计算机辅助工程（Computer Aided Engineering）技术，三者已经成为模具制造中不可或缺的一部分。
利用这些技术可以完成模具设计、NC程序设计、模具加工的数值模拟和结构力学分析等工作，提高了模具制造的效率和精度。
二、发展趋势1. 精密加工技术的进一步提升模具的加工精度要求越来越高，因此，精密加工技术的发展与应用将成为模具制造的重要发展趋势。
比如，高速加工、激光加工、电化学加工、新型磨削技术等将广泛应用于模具制造中。
2. 智能化制造技术的应用随着工业4.0时代的到来，“智能化”已成为制造业的新热点。
在模具制造中，人工智能、机器视觉、工业机器人等技术的应用使得模具加工更加智能化和自动化。
3. 快速制造技术的发展在大型化、多品种、小批量的生产需求下，快速制造技术的发展势头迅猛。
第31卷 第8期第54页橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT罗小发（电子科技大学中山学院 ，广东 中山 ５２８４０２）摘要：三维建模已经越来越广泛地应用于注塑模具设计。
本文在Pro/ENGINEER 软件应用实践的基础上，以手机模型为例，系统全面地从三维造型、模具设计、成型仿真和刀具路径等方面对注塑模具CAD/CAE/CAM 技术进行归纳和阐述，着重探讨了关键过程的方法和措施。
Pr o/E 软件在建模方面的实用性界面和功能在该项设计中重点介绍。
关键词：注塑模具；Pr o/ENGI NEER ；三维造型；模具设计；成型仿真；刀具路径中图分类号：TP391.72 文献标识码：B 文章编号：1009-797X(2005)08-0054-07作者简介：罗小发，男，电子科技大学中山学院电子工程系，主要从事ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ、数控加工技术及装备的教学和研究工作。
收稿日期：２００５－０６－１３收到修改稿日期：２００５－０６－２２０ 引言随着I T 、家电等产业的迅速发展，注塑产品的应用越来越广泛，产品形状结构越来越复杂。
模具作为塑性成型的重要工艺装备，在保证产品质量、提高生产效率方面发挥着关键作用。
传统的注塑模具设计，主要为二维和经验设计，单使用二维工程图纸已很难正确和详尽地表达产品的形状和结构，且无法直接应用于数控加工，设计过程中分析、计算周期长，准确性差。
随着CA D /C A E /C A M 技术的发展，现代注塑模具设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型，根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计，再根据模具结构设计三维模型进行N C 编程。
这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加工编程及工艺设计都以3D 数据为基础，实现数据共享，不仅能快速提高设计效率，而且能保证质量，降低成本［1］。
在众多的CAD/CAE/CAM 软件中，Pr o/E 由于功能适中、易学易用，在注塑模具行业得到了普遍的应用。
实践表明P r o /E 是一个实用的模具CAD/CAE/CAM 软件，但如何把Pro/E 软件丰富的功能与注塑模具设计有效地结合起来，仍然是一个有益的尝试。
１ 注塑模CAD/CAE/CAM 流程Pro/ENGINEER 软件模具CAD/CAE/CAM 流程如图1所示。
图１ 注塑模CAD/CAE/CAM 流程Pr o/ENGI NEER 软件采用面向对象的统一数据库和参数化造型技术，具备制品设计、模具设计、注塑模拟和刀路设计等功能，可让不同地点的工程师能够同时进行同一制品模具的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。
设计工程师在进行制品三维造型设计时就考虑塑料材料、注塑模具N C 加工、注塑工艺和注塑设备等因素，并进行模拟检查、仿真、优化，预先发ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术在模具设计制造的应用罗小发・ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术在模具设计制造中的应用2005年 第31卷第55页现设计过程的错误。
在初步确立制品的三维模型后，模具、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具设计、注塑分析及N C 刀路的设计，借助计算机对模具性能、模具结构、加工精度、塑料液体在模具中的流动情况及注塑压力、温度分布情况等进行反复模拟和优化，而且每一位工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短模具设计、模拟、N C 编程的时间。
Pro/ENGINEER 避免了CAD 、CAE 、CAM 单元技术设计制造模具时中间建模的时间长，文档资料转换误差大的缺点，使设计、模拟、加工真正有机地结合在一起，为模具的集成制造和并行工程提供了良好的平台。
２ 注塑模CAD [2]Pr o/ENGINE ER 进行注塑模CA D 的流程如图2所示。
以利用P r o /E 软件的强大实体功能进行造型。
对制品的复杂型面，要根据P r o /E 软件提供的曲面造型方法，结合产品的外形情况，将其划分为多个区域来构造几张曲面，然后将其缝合，或用过渡面与其连结。
P r o /E 软件中的曲面几乎都是定义在四边形域上。
因此，在划分区域时，应尽量将各个子域定义在四边形域内，即每个子面都具有4条边。
而在某一边退化为点时构成三角形域。
建构曲面时，要利用等高斯曲率线的形状与分布，直观地了解曲面的光顺性情况，及时检查所建曲面是否光顺，是否扭曲，曲率变化情况等，以便及时修改。
建成所需形状的曲面后，用该曲面去切割已有的规则实体，从而得到具有所需形状表面的实体，或将这些表面缝合起来生成实体，得到需要的C A D 实体模型。
（2）模型检验：模型检验包括模型的厚度（T hi ckness Check ）、拔模角（Dr aft Check ）等几何特征，目的是确定制品的厚度及拔模角是否符合工艺要求。
合理确定制品的壁厚是很重要的，制品的壁厚应尽量均匀，避免太薄太厚，否则会因收缩不均匀而使塑件变形产生气泡。
为了便于从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯进行设计时必须考虑塑件内外壁应具有足够的脱模斜度。
如不符合，可以及时发现及时修改。
（3）模具组件设计：通过在制造（Ma nuf a －c t ue i n g ）模块导入制品参照模块（R e f e r e nc e Par t ），指定毛坯（Wor kp i ece ）形状尺寸，创建单腔及多腔模具组件模型。
图２ 基于Pro/E 的注塑模CAD 流程（1）制品三维模型：制品三维模型可以在Pr o/E 中的零件设计（Par t D esi gn ）或是零件装配（A ss emb l y D e si gn ）的模块中建立，如图3所示。
有些制品相当复杂，其外观形状多由自由曲线曲面组成，造型时要对制品进行分解，确定制品结构的主要特征，分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面与面之间的过渡、凸台、凹腔、倒圆、倒角等），合理使用曲面同实体的混合造型技术。
对制品中一些规则实体特征，可图３ 制品三维模型橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT（4）设定收缩率：所有的制品在注射成型后都会有不同程度的收缩，为了补正体积收缩上的误差，模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收缩率求得的。
收缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值，它不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性（各向异性），塑料制品的形状、尺寸，到浇口的距离及位置有关。
收缩率的合理设定是注塑模设计的一个关键环节，对于收缩范围较小的塑料品种，确定收缩值时一般取其平均值，可以不考虑塑件形状及壁厚；对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据制品的形状，尤其是壁厚来选择收缩值，塑件的各个部位的收缩值也各不相同，对于壁厚者取上限（大值），对于壁薄者取下限（小值）。
收缩率的选择还要考虑到修模的余地，如凹模要选小值，型芯选大值。
在P r o/E中，提供了按制品尺寸或比例进行收缩计算的方式，可进行各向同性及各向异性收缩补偿。
（5）设计浇注系统：浇注系统最基本的要求是流动平衡，使熔体能够均匀、同步地填充到制件的各个部分，同时还要照顾一些重点质量区域，使熔接痕产生在不影响外观要求的地方。
在模具设计中必须采取对模具冷却的温度控制措施，且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小，必须注意冷却回路的设计。
在P r o/E中，利用M ol d Fe a t ur e功能可创建浇口、流道、注射口以及水线等。
由于浇口、流道、注射口等的造型大同小异，在实际应用时，可利用P r o/E提供的用户自定义特征数据库命令UDF Libr ary，将这几个常用的特征装配在一起，建立浇注系统的标准特征数据库，作为模具专属特征，设计时直接从Feat ur e→Cav i ty Ass em→Featur e Oper→UDF Library选用。
（6）创建分型面：分型面是分割模具体积块的基准面，是型腔、型芯、滑块或镶块等模具元件的成型表面。
注塑模的分型面一般由多个曲面特征组合构成，在注塑模设计中最复杂的工作莫过于创建分型面。
P r o/E提供了强大的（7）建立模具体积块：根据分型面将模具坯料分拆为多个体积块（包括侧向抽芯镶件）。
其建立的方法大致有2种，一种是分割（Spl i t），它依赖于分型面设计正确；另一种是建立（Cr eate），利用聚合（Gather）或草绘（Sketch）方式手动创建模具体积块。
（8）创建模具元件：将模具体积块精确地分型面创建（P ar ti ng S ur f）功能，一般可采用曲面复制（C o p y）的方法先复制制品表面来构建内分型面，为避免漏选，要尽量使用边界面与种子面（Sur f & Band）方式选择制品表面，当选择完毕后，还需排除（E xc l d）部分被重复选择的曲面，一般要通过几次反复的排除选择，才能得到正确的内分型面，再运用曲面编辑命令增加（Ad d）、合并（Me r ge）、修剪（T r i m）、延伸（Exte nd）、转换（T r ansfor m）编辑内分型面，得到完整的分型面。
对简单的制品表面，常采用阴影曲面（S ha d o w）方式生成分型面。
当制品上有带孔的分型面时，可利用填充环（F i l l L o o p）或构建曲面片填补破孔。
也可利用建立制品侧面影像曲线（S i l ho ue tte），如图4所示，创建裙边曲面（S k i r t）的方式，快速创建分模曲面，如图5所示。
图４ 制品侧面影像曲线图５ 模具分型面第31卷 第8期第56页罗小发・ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术在模具设计制造中的应用2005年 第31卷第57页（11）模具布局与模具专家系统：搭配Pr o/E 的模具布局Mol d Layout 或模具专家系统EM X ，可快速完成模座的设计。
要使用模具布局M o l d La yo ut 功能，需安装P r o /E 系统的标准模架库（Mold Base Libr ar y ），Mold Base Libr ar y 提供了D ME 、F ut a b a 、H a sc o 三大厂牌的标准模座组件。
模具专家系统E M X 是P r o /E 系统中的一个外挂程序，提供了一组基于D M E 、F u ta b a 、Hasco 、DMS 以及National 等公司标准目录的标准模具零件库，它们可用于模具组装，用来建立标准模座零件及滑块、斜销等其他附件，自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作。
组件和部件可以被自动放置在模架中，在自动放置之前，设计人员可以轻松地实时选择和预览3D 组件和部件。
