基于CAE与RP的快速制造注射模具技术研究

摘要

经济的快速发展和日趋激烈的市场竞争，迫使制造业在不断改善产品性能与品质的前提下，最大限度地缩短新产品的开发周期、降低成本，以便快速响应客户需求。新产品的快速、高效开发涉及多领域的先进技术，如CAD/CAE/CAM技术的应用，新材料、新产品及相应工艺装备的快速成型制造等。其中以模具的快速低成本开发最为关键。但是传统的模具开发方式周期长、成本高。模具的开发是制约新产品开发与生产的瓶颈。 20世纪80年代后期出现的快速原型制造技术为模具的快速开发提供了可能。但是快速制模技术目前还处于发展阶段，应用于实际生产中面临了许多挑战，其中突出的问题就是模具表面质量及尺寸精度、综合机械性能难以满足高精度、高表面质量的耐久模具的制造要求。本文即是针对快速制模尺寸精度及综合力学性能不够的问题进行研究和探讨的。 本文以鼠标下盖为研究对象，提出了基于CAE与RP的集成快速制造注射模具技术，模拟分析了鼠标的成形流动过程，优化了模具结构；实验研究了利用集成技术快速制造注射模具的工艺。取得的主要研究成果如下： (1)利用模流分析CAE软件Moldflow对鼠标下盖进行了最佳浇口位置及数量分析、气穴、熔接痕位置分析以及冷却分析和翘曲分析，优化了成型工艺参数和模具结构。特别是确定了模具的冷却方式，为后续快速模具制造过程中金属背衬时冷却水道的预埋提供了科学依据。 (2)将喷涂模和硅胶模的制作工艺结合起来，对传统的快速制模工艺进行了改进。提出了“分型面”制作硅胶模的新方法，成功解决了传统硅胶模制造过程中分型面难以制造，复制性差，精度低的不足。采用此方法制作硅胶模，不仅避免了用小刀切割分型面所带来的误差，而且突破了传统方法必须使用高成本透明硅胶材料的局限，为模具的低成本高精度快速制造提供了新的工艺。 (3)提出了CAE与快速模具集成的思想，为快速模具制造的进一步优化和实用化提供了新的思路。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1快速模具制造技术概述

1.1.1快速模具制造技术及其应用的重要性

1.1.2快速模具的直接制造技术

1.1.3间接快速模具制造技术

1.2 CAE在模具结构优化上的应用

1.3集成快速制造注射硬模简介

1.4课题来源及研究意义

1.5本文研究的主要内容

第2章注射成型计算机模拟分析理论基础

2.1流动模拟基本原理

2.1.1充模过程塑料熔体的流变学黏度模型

2.1.2充填过程塑料熔体的流动行为

2.1.3充模流动过程的简化分析

2.1.4充模过程的数学模型

2.2冷却过程模拟基本原理

2.3翘曲过程模拟的基本原理

第3章鼠标下盖CAE优化分析

3.1软件介绍

3.2产品概述

3.3 CAE分析前处理

3.3.1模型转换与输入

3.3.2网格划分与模型修改

3.4网格缺陷的诊断和修复

3.5 CAE分析

3.5.1流动分析

3.5.2冷却分析

3.5.3翘曲分析

3.6本章小结

第4章基于快速原型的注射硬模制作工艺研究

4.1注射硬模快速制造的工艺流程

4.2实验设备及材料介绍

4.2.1实验设备

4.2.2试验材料

4.3 RP原型的获取

4.4硅胶模的制作

4.4.1传统硅胶模的制作方法

4.4.2“分型面”法制作硅胶模

4.4.3“分型面”法制作硅胶模与传统方法的比较

4.5陶瓷基模的制作

4.6金属壳型制造

4.7金属背衬

4.8去除基模与打磨

第5章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

附录1攻读硕士学位期间发表的论文