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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目： 鼠標上蓋注塑模具設(shè)計學 院： 機械工程學院
專 業(yè) 、班 級：
日填
一、選題依據(jù)1．論文題目
鼠標上蓋注塑模具設(shè)計2．研究領(lǐng)域
綜 合 設(shè) 計 3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
注塑成型是受熱融化的材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成形品的方法。該方法適用于形狀復雜部件的批量生產(chǎn)，是重要的加工方法之一。故注塑模具的設(shè)計至關(guān)重要。
塑料模具工業(yè)近 20 年來發(fā)展十分迅速，早在 7 年前塑料的年產(chǎn)量按體積計算已經(jīng)超過鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和，塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場中塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注塑模具。
目前，CAD 在我國的應(yīng)用正處于初級階段，一些企業(yè)單位還只停留在二維的計算機輔助設(shè)計階段，當然也有不少單位引入了國外大型的先進設(shè)計軟件，真正實現(xiàn)了三維計算機輔助設(shè)計，同學們畢業(yè)后將面臨著利用計算機進行三維設(shè)計的問題。因此，本設(shè)計題目具有極強的實用性與前沿性 。
本課題的研究將涉及一些二維和三維的軟件的應(yīng)用，如 AUTO CAD、UGNX5.0 等，以及相關(guān)軟件的應(yīng)用。這將會使我運用這些軟件的能力得到提升。同時本次畢業(yè)設(shè)計還涉及到模具注塑模的相關(guān)知識。這對我來說是一個新領(lǐng)域，所以通過這次畢業(yè)設(shè)計對我自學能力的培養(yǎng)是一個很好的機會。因此通過本次學習將對我進一步鞏固所學知識及靈活應(yīng)用所學知識來解決實際問題有著深遠的意義。另外，通過本次畢業(yè)設(shè)計，將使我掌握寫論文的一般步驟及方法。同時也提高了我如何快速而有效的查閱相關(guān)信息的方法，不僅鍛煉了我在遇到困難時冷靜分析。獨立思考及解決問題的能力，而且培養(yǎng)了我和同學相互討論，相互學習的習慣。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在信息社會和經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展的進程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展，技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展[13]。
計算機輔助設(shè)計((Computer Aided Design, CAD)是當代計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，CAD技術(shù)及其應(yīng)用一直處于日新月異的發(fā)展浪潮中。作為CAD技術(shù)應(yīng)用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機輔助設(shè)計、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點。
模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是：①CAD、CAM、CAE 的廣泛應(yīng)用及其軟件的不斷先進和 CAD／CAM／CAE 技術(shù)的進一步集成化、一體化、智能化；②PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、 CAPP(計算機輔助工藝設(shè)計管理)、KBE(基于知識工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及 Internet 平臺等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用；③高速、高精加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；④超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑥熱流道技術(shù)、精密測量及高速掃描技術(shù)、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應(yīng)用；⑦ 模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應(yīng)用；⑧優(yōu)質(zhì)模具材料的研制及正確選用；⑨ 模具自動加工系統(tǒng)的研制與應(yīng)用；⑩虛擬技術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應(yīng)用。
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近十年來，注射模CAD技術(shù)在不斷進行理論和實驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些高水平的商品軟件逐步推出，并在推廣和實際使用中不斷改進、提高和完善。
我國在注射模CAD技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始， 國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作[13]。
2. 國內(nèi)外注塑模具 CAD/CAE 的研究現(xiàn)狀
塑料成型模具占模具總量的比重不斷上升是發(fā)展的趨勢，CAD/CAE 技術(shù)在塑料模具的設(shè)計與制造領(lǐng)域里有著十分廣闊的應(yīng)用前景[11]。
2.1 國外的情況
國外CAD/CAE 技術(shù)的發(fā)展起步早，發(fā)展快，比較有代表性的CAD/CAE系統(tǒng)有：
（1）Unigraphics（UG）UG 是 Unigraphics Solutiongs 公司的主要產(chǎn)品。UG 開創(chuàng)性地把參數(shù)化和變量化的技術(shù)與傳統(tǒng)CAD中的實體、線框和表面功能結(jié)合起來，實踐證明，這種結(jié)合是卓越不凡的。UG是CAD/CAE/CAM 一體化軟件，己廣泛應(yīng)用于模具制造、汽車、電子等行業(yè)當中，其在工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計、模具設(shè)計與制造領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出。
（2）Pro／ENGINEERPro／ENGINEER 軟 件 是 美 國 參 數(shù) 技 術(shù) 公 司
（ParametricTechnology Corporation，PTC）的產(chǎn)品。Pro／E 軟件集成了從設(shè)計到生產(chǎn)的全過程，使得設(shè)計和制造人員可以同時對同一產(chǎn)品進行設(shè)計和制造，實現(xiàn)所謂的并行工程。
（3）CATIACATIA 是法國 Dassault System 公司旗下的 CAD/CAE/CAM一體化軟件，它具備功能強大的設(shè)計能力：從概念的形成到成品的誕生，它可以提供精確而且內(nèi)容齊備的二維、三維、基于參數(shù)化的混合建模以及便于管理的數(shù)據(jù)庫。它的應(yīng)用可以覆蓋從單個零件到虛擬樣機的設(shè)計。CATIA 是一個高度集成的系統(tǒng)，它可以有機地結(jié)合諸如設(shè)計、分析、仿真、加工以及CATweb網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)，真正地實現(xiàn)無紙化工作。
（4） MoldflowMoldflow 注塑 CAE 軟件是澳洲 MOLDFLOW 公司開發(fā)的產(chǎn)品。Moldflow系統(tǒng)創(chuàng)造性地提出了注塑模流動模擬分析的概念，它可以對注塑流動模的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、流行性、冷卻情況、翹曲率、收縮率等進行分析，可以對注塑機的參數(shù)進行優(yōu)化，可以進行熱固性塑料流動及融合分析、塑料見纖維取向分析等。
（5） IDEASIDEAS 是美國 SDRC 公司開發(fā)的 CAD／CAM 軟件。該件是高度集成化的 CAD／CAE／CAM 軟件系統(tǒng)。它幫助工程師以極高的效率，在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設(shè)計、仿真分析、測試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過程。
（6） Solid WorksSolid Works 由生信國際有限公司推出，是一種全參數(shù)化的，基于Windows平臺的特征造型軟件。利用它設(shè)計人員能夠方便地實現(xiàn)復雜零件的三維實體造型，生成復雜的裝配圖和工程圖。
（7） Auto CADAuto CAD 是 Autodesk 公司的主導產(chǎn)品，Auto CAD 是當今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領(lǐng)域擁有廣泛的用戶群。Auto CAD 有強大的二維功能。
2.2 國內(nèi)的情況
我國在塑料模具CAD/CAE技術(shù)領(lǐng)域方面起步較晚，但由于后發(fā)優(yōu)勢，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在該領(lǐng)域也取得了長足的進步，主要有[11]：
（1） Moldex3DMoldex3D 是臺灣科盛科技股份有限公司開發(fā)的模流分析軟件， 完整提供設(shè)計鏈各個階段所需要的不同分析工具。e X-plorer 直接建構(gòu)在各中主流 CAD 軟件的操作介面，設(shè)計者可直接進行流動分析。e Design 系列則是一套完
整的產(chǎn)品與模具設(shè)計工具，方便模具設(shè)計者在模具加工前快速進行驗證。
Profes-sional 以及 Advanced 則是高級的塑料射出成型工程分析與優(yōu)化軟件，對各種工藝過程提供深入完整的分析功能。
（2） HSCAEHSCAE 是華中科技大學開發(fā)的模流分析軟件，塑料模CAD/CAE/CAM 軟件－HSCAE 可以模擬塑料成形過程中的壓力場、溫度場及塑料三維流動填充，從而可以分析融合紋位置，并預(yù)測可能產(chǎn)生的翹曲、變形等表面缺陷。
（3） CAXA電子圖板和CAXAME制造工程師CAXA 電子圖板和 CAXAME 制造工程師軟件由北京北航海爾軟件有限公司開發(fā)。CAXA電子圖板可以應(yīng)用于所有的2D繪圖， 它是一款高度智能、效率高、使用方便的繪圖設(shè)計軟件。設(shè)計人員可以用它來繪制零件圖、裝配圖進行工藝設(shè)計以及平面設(shè)計。
（4） 高華CAD高華 CAD 是由北京高華計算機有限公司推出的 CAD 產(chǎn)品。它集成了導航、繪圖、表格處理、參數(shù)化設(shè)計、圖素拼裝、標注等多個功能模塊。
（5） 東大阿爾派UMCAD 軟件由沈陽東大阿爾派軟件股份有限公司根據(jù)我國 機械 行 業(yè) 特 點 和 最 新 國 家 標 準 推 出 的 CAD 軟 件 系 統(tǒng) 。UMCAD 系統(tǒng)提供了一個包含有 6 萬多種規(guī)格的機械零件圖庫，是目前國內(nèi)公認的同類軟件中零件種類最多、規(guī)格最全的參數(shù)化零件圖庫。
目前，UG、PRO/E 和 CATIA 三款軟件在我國的塑料模具的CAD 領(lǐng)域得到廣泛使用。由于其功能比較完善，較好的滿足了模具制造企業(yè)對計算機輔助設(shè)計與制造系統(tǒng)集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化的要求。其中UG進入國內(nèi)較早，價格比較實惠，在國內(nèi) CAD 領(lǐng)域使用率最高；Moldflow、Moldex3D 和 HSCAE三款軟件在我國的塑料模具的 CAE 領(lǐng)域得到廣泛使用，其中Moldflow 分析得比較快而且準確率高，在國內(nèi) CAE 領(lǐng)域使用率最高。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1. 重點解決的問題
該選題是通過對鼠標上蓋的注塑模具設(shè)計的研究達到對模具制造行業(yè)有一定深度的了解，故重點解決的問題包括了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，成型分析，澆注系統(tǒng)等重點加工過程。
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） (1)文獻查找
(2)鼠標上蓋模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(3)成型設(shè)計
(4)澆注系統(tǒng)設(shè)計計算
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
通過這次鼠標上蓋注塑模具畢業(yè)設(shè)計，將大學四年所學的機械相關(guān)知識綜合運用，拓寬自己的視野，充實理論知識，以點帶面的對整個模具行業(yè)有一定認識。本次畢設(shè)將包括：
(1) 圖紙一套
(2) 畢業(yè)論文一份
(3) 數(shù)據(jù)電子版光盤一份
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） 查閱文獻；理論分析；數(shù)值模擬；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃
第 1 周 查找關(guān)于鼠標上蓋各方面知識的材料
第 2 周 查找關(guān)于注塑模具方面的資料
第 3 周 文獻整理工作
第 4 周 開題報告撰寫及準備開題答辯
第 5 周 進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
第 6 周 注塑機的選擇
第 7 周 澆注系統(tǒng)設(shè)計計算
第 8 周 冷卻系統(tǒng)設(shè)計
第 9 周 脫模等結(jié)構(gòu)設(shè)計
第 10 周 分析計算參數(shù)綜合整理
第 11 周 中期檢查
第 12 周 整理自己的材料準備編寫設(shè)計初稿
第 13 周 編寫初稿
第 14 周 完善潤色稿件
第 15 周 定稿
第 16 周 準備答辯
四、需要閱讀的參考文獻
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指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）
審核
意 教研室主任意見
見
簽字： 年 月 日
簽字： 年 月 日
學院教學指導委員會意見
簽字： 年 月 日公章：
文獻綜述
1 模具工業(yè)的概況
在討論注塑模設(shè)計之前，先要對國內(nèi)外的塑料模具工業(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)展方向有一個較清晰的了解，這也就使我們對本課題的意義有所了解。首先要對模具有一個整體的認識。模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎(chǔ)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。
模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ； 美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”;德國則認為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到13000 億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%， 壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
塑料模具工業(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。塑料工業(yè)是一門新興工業(yè)。自塑料問世后的幾十年以來，由于其原料豐富、制作方便和成本低廉，塑料工業(yè)發(fā)展很快， 它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個工業(yè)部門不可缺少的材料。
目前在國民經(jīng)濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設(shè)備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高， 因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預(yù)計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應(yīng)用將覆蓋國民經(jīng)濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術(shù)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。
目前，電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預(yù)計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應(yīng)用將覆蓋國民經(jīng)濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術(shù)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過有色金屬產(chǎn)量的總和。
塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎(chǔ)裝備。用塑料模具生產(chǎn)的主要優(yōu)點是制造簡便、材料利用高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關(guān)系。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。
在我國，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，模具工業(yè)的發(fā)展也十分迅速。1999年中國大陸制造工業(yè)對模具的總市場需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年10%的增幅。汽車、摩托車行業(yè)的模具需求將占國內(nèi)模具市場的一半左右。1999年，國內(nèi)汽車年產(chǎn)量為183萬輛，保有量為1500萬輛，預(yù)計到2005年汽車年產(chǎn)量將達600萬輛。僅汽車行業(yè)就將需要各種塑料件36萬噸，而目前的生產(chǎn)能力僅為20多萬噸，因此發(fā)展空間十分廣闊。家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機、空調(diào)等，在國內(nèi)的市場很大。目前，我國的彩電的年產(chǎn)量己超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過了100萬臺。家用電器行業(yè)的飛速發(fā)展使之對模具的需求量極大。到2010年，在建筑與建材行業(yè)方面，塑料門窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達到50%，這些都會大大增加對模具的需求量。其它發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。
2 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀及地區(qū)分布
在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認識到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)l8英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6. 5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0. 08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0. 02 ~ 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10~30 萬次，淬火鋼模達50 ~100萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29~34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率不到10%,與國外的50~80%相比，差距較大。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UG II、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold 及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應(yīng)用且價格較低等特點為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。
近年來，國內(nèi)己較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下， 和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距。技術(shù)比較見表1
表一國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表
項目
國內(nèi)
國外
注塑模型腔精度
0. 005~0. 01mm
0.02~0.05mm
型腔表面粗糙度
Ra0.01~0. 05 um
Ra0.20 um
非淬火鋼模具壽命
10-60萬次
10~30萬次
淬火鋼模具壽命
160~300萬次
50~100萬次
熱流道模具使用率
80%以上
總體不足10%
標準化程度
70~80%
小于30%
中型塑料模生產(chǎn)周期
一個月左右
2~4個月
目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平己取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。
我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠近 2 萬家，從業(yè)人員約 50 萬人，“九五”期間的年增
長率為 13%. 2000 年總產(chǎn)值為 270 億元，占世界總量的 5%。但從總體上看，自產(chǎn)自用占主導地位，商品化模具僅為 1/3 左右，國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求，特別是精密、大型、復雜、長壽命模具，仍主要依賴進口。目前，就整個模具市場來看，進口模具約占市場總量的 20%左右，其中，中高檔模具進口比例達 40%以上。因此，近年來我國模具發(fā)展的重點放在精密、大型、復雜、長壽命模具上，并取得了可喜的成績，模具進口逐漸下降，模具技術(shù)和水平也有長足的進步。
近年來，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型精密、復雜、長壽命等中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速， 尤其是“三資”企業(yè)目前已成為行業(yè)的主力軍；股份制改造步伐加快，等等。從地區(qū)分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)， 南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，這 2 個省的模具產(chǎn)值已占全國總量的六成以上。江蘇、上海、山東、安徽等地目前發(fā)展態(tài)勢也很好。我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設(shè)計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列六方面：
（1） 國內(nèi)自配率不足80％，中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。
（2） 企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。
（3） 模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。
（4） 開發(fā)能力弱，經(jīng)濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。
（5） 模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。
（6） 與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后。
縱觀發(fā)達國家對模具工業(yè)的認識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分， 是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。提高模具標準化水平和模具
標準件的使用率。模具標準件是模具基礎(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。
早在1989年，在國務(wù)院頒布的《關(guān)于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入
《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策。所有這些國家對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(fā)展提供有力支持。
在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重對知識的更新與學習，實現(xiàn)產(chǎn)、學、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。
3 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向
在信息社會和經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展的進程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展，技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展。
模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是：①CAD、CAM、CAE 的廣泛應(yīng)用及其軟件的不斷先進和 CAD
／CAM／CAE 技術(shù)的進一步集成化、一體化、智能化；②PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、CAPP(計算機輔助工藝設(shè)計管理)、KBE(基于知識工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及 Internet 平臺等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用；
③高速、高精加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；④超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑥熱流道技術(shù)、精密測量及高速掃描技術(shù)、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應(yīng)用；⑦ 模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應(yīng)用；⑧優(yōu)質(zhì)模具材料的研制及正確選用；⑨ 模具自動加工系統(tǒng)的研制與應(yīng)用；⑩虛擬技術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應(yīng)用[1]。
4 注塑模具 CAD 發(fā)展概況及趨勢
計算機輔助設(shè)計((Computer Aided Design, CAD)是當代計算機應(yīng)用的一個 重要領(lǐng)域。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，CAD技術(shù)及其應(yīng)用一直處于日新月異的發(fā)展浪潮中。作為CAD技術(shù)應(yīng)用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機輔助設(shè)計、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點。
三十多年來，國外注射模CAD技術(shù)發(fā)展相當迅速。70年代己開始應(yīng)用計算機對熔融塑料在圓盤形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進行分析。80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔內(nèi)塑料熔體的流動過程，使設(shè)計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設(shè)計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十年來，注射模CAD技術(shù)在不斷進行理論和實驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些高水平的商品軟件逐步推出，并在推廣和實際使用中不斷改進、提高和完善。比較有代表性的軟件系統(tǒng)有:
澳大利亞Moldflow PTY公司的Moldflow系統(tǒng)該系統(tǒng)具有很強的注射模分析模擬功能，包括繪制型腔圖形的線框造型軟件SHOD，有限元網(wǎng)格生成軟件FMESH，流動分析軟件FLOW，冷卻分析軟件COOLING，流動、冷卻分析結(jié)果和模架應(yīng)力場分布的可視化顯示軟件FRES以及翹曲分析模擬軟件。
美國CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系統(tǒng)該系統(tǒng)包括三維幾何形狀描述軟件
OPTIMOLD III，二維注射流動分析軟件SIMUFLOW，三維有限元流動分析軟件SLMUFLOW 3D，冷卻分析軟件SIMUCOOL，標準模架(美國DME標準)選擇軟件OPTIMOLD等部分。
美國和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括材料選擇TMC-MS、注射工藝條件和模具費用優(yōu)化TMC-MCO、注射流動分析TMC-FA、型腔尺寸設(shè)計TMC-CSE和模具傳熱分析TMC-MTA等功能模塊。
德國IKV研究所的CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有注射模流動分析、冷卻分析和力學性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系統(tǒng)則采用有限元法進行三維型腔的流動分析。
我國在注射模CAD技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。
多年來，我國對注射模設(shè)計制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技術(shù)”、“多型腔小模數(shù)齒輪精密模具制造技術(shù)”和“實用CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應(yīng)用”等國家重點企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，還安排了國家“八五”重點科技攻關(guān)項目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進我國注射模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高[1]。
我國在注射模CAD技術(shù)研究與開發(fā)方面較具代表性的工作有:
華中理工大學是國內(nèi)較早自行開發(fā)研究注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的單位之自80年代中期開始，就在注塑模流動分析模擬和冷卻分析模擬方面進行了較深入的研究與開發(fā)工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC-1。該系統(tǒng)包括塑料制品三維形狀輸入、流動模擬、冷卻分析、型腔強度與剛度校核及模具圖設(shè)計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應(yīng)用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化。
浙江大學基于工作站的UG II系統(tǒng)開發(fā)出精密注射模CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用特征造型技術(shù)構(gòu)造產(chǎn)品模型，使形狀特征表達與工藝信息描述統(tǒng)一，并利用特征反轉(zhuǎn)映射實現(xiàn)了型腔模型的快速生成。
上海交通大學從1983年開始，對注射模CAD進行了多方面的研究。在國內(nèi)首次將人工智能技術(shù)引入注射模CAD系統(tǒng)中，并于1988年開發(fā)出集成化注射模智能CAD系統(tǒng)。現(xiàn)在在工作站UG II平臺上進一步開發(fā)智能CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。
北京航空航天大學華正模具研究所開發(fā)的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產(chǎn)品線框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等功能，具有很高的技術(shù)水平與實用價值。
合肥工業(yè)大學在注射模結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)方面進行了多年的研究與開發(fā)工作，先后研制出微機注塑模CAD系統(tǒng)PMCAD和微機注塑模CAD三維系統(tǒng)IPMCAD V3.0，取得了較好的成績。IPMCAD3.0系統(tǒng)在微機上采用三維實體模型、實體造型技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧?，F(xiàn)在以AutoCAD 813.0和MDT作為環(huán)境，進一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模CAD三維參數(shù)化系統(tǒng)IPMCAD V4.0，在技術(shù)水平、實用性與通用性方面都達到較高水平。