玻璃酒瓶模具专用CAD/CAE/CAM系统开发

摘要

　　玻璃酒瓶模具 CAD/CAE/CAM 的实际应用研究，对今后的玻璃酒瓶模具设计与制造将产生变革性的指导作用，为今后加速产品更新换代和新产品开发奠定基础，并给模具企业带来可观的经济效益，尤其对宜宾五粮液酒厂的玻璃酒瓶模具的设计与制造产生较大的影响。同时，对相关基础理论也进行了研究，为玻璃酒瓶模具专用 CAD/CAE/CAM 系统开发有借鉴作用，该项目研制成功后极具推广价值。

　　本论文正是针对上述问题，以玻璃酒瓶模具为研究对象，以 Pro/E 先进高档软件为研究工具，在深入分析 CAD/CAE/CAM 系统理论基础上，对玻璃酒瓶的生产过程及其模具服役情况进行调研，收集国内玻璃酒瓶模具设计与制造情况，调研国内快速原形技术、流动分析技术，选择宜宾五粮液酒厂生产中典型的浏阳河玻璃酒瓶模具，仔细分析了其工作情况、内腔外形结构情况，了解使用过程中存在的问题和模具寿命。对浏阳河玻璃酒瓶计算机辅助设计、酒瓶模具计算机辅助设计、浏阳河酒瓶的快速原形制造、酒瓶模具计算机辅助制造及数控机床加工酒瓶模具等方面进行了探索性研究。

　　第一章介绍了我国模具技术的现状及发展趋势、现代模具制造工艺及发展前沿、我国玻璃模具工业的发展及生产核心技术问题、玻璃酒瓶的生产过程及其模具工作情况简介、本论文的目的、内容及其意义；第二章对比模具 CAD/CAE/CAM与传统模具设计制造技术，指出模具 CAD/CAE/CAM 的优势；第三章对模具CAD/CAE/CAM 基础理论进行探讨；第四章介绍玻璃酒瓶容器造型设计程序、玻璃酒瓶制品结构设计程序、制瓶机玻璃酒瓶模具设计程序、Pro/E 典型模具设计过程及 Pro/E 模具设计术语；第五章对玻璃酒瓶及其模具的 Pro/E 设计造型过程进行实践；第六章对酒瓶的快速成形（RP）技术进行实践；第七章介绍玻璃酒瓶模具的 CAE 基础理论；第八章对 Pro/E NC 玻璃酒瓶成型模具加工进行实践，主要探索了玻璃酒瓶成型模具制造模型的建立，制造设置，粗精加工方法选择、加工设置轨迹演示、加工模拟以及后置处理生成 G 代码；第九章对本课题进行了总结和展望。

　　关键词：玻璃酒瓶模具，CAD，CAE，CAM，快速原形

ABSTRACT

　　The research of the glass alcoholic bottle mold CAD/CAE/CAM practical application, will have the transformation instruction to the next glass alcoholic bottle mold design and the manufacture, will lay the foundation for the next acceleration product renewal and new product development, and will bring the considerable economic efficiency for the mold enterprise, especially Especially for bottle mold design and manufacturing of Wuliangye factory it has a greater impact. Meanwhile, has also study the relevant basic theory, has the model function for the glass alcoholic bottle mold special-purpose CAD/CAE/CAM system development, After this project develops successfully it has the high value of application and extension.

　　This paper is precisely in view of the above question, taking the glass alcoholic bottle mold as the research object, taking Pro/E advanced upscale software as the research tool, based on thoroughly analysis in theCAD/CAE/CAM system and carries on the survey and study to the glass alcoholic bottle production process and the mold service situation. By collecting information about domestic mold design and manufacturing of glass alcoholic bottle, it surveys and studies domestic Rapid Prototyping Technology and Flow Analysis Technology. Choosing a typical glass alcoholic bottle mold of Liuyang River Brand made by Wuliangye, carefully has analyzed it’s working condition, the cavity contour structure situation, understood in the use process exists question and mold life. It conducts exploratory research on the computer-aided design for glass alcoholic bottle of Liuyang River, computer-aided design for bottle mold, rapid prototype manufacturing of the Liuyang River alcoholic bottle, CAD manufacturing of the alcoholic bottle and NC machining the mold.

　　The first chapter briefed our country mold technology present situation and the development tendency, the modern mold manufacture craft and the development front, our country glass mold industry development and the production core technical question, the glass alcoholic bottle production process and its the mold working condition synopsis, the present paper goal, the content and its the significance; The second chapter contrast mold CAD/CAE/CAM and the traditional mold design manufacture technology,points out mold CAD/CAE/CAM the superiority; The third chapter carries on the discussion to the mold CAD/CAE/CAM basic theory; The fourth chapter introduction glass alcoholic bottle vessel model design procedure, glass alcoholic bottle product structural design procedure, system bottle machine glass alcoholic bottle mold design procedure, Pro/E typical mold design process and Pro/E mold design terminology;The fifth chapter carries on the practice to the glass alcoholic bottle and the mold PRO/E design model process; Chapter Ⅵ introduces the Rapid Prototyping (RP) technology practice; The seventh chapter introduction glass alcoholic bottle mold CAE basic theory; The eighth chapter alcoholic bottle glass takes shape the mold processing to Pro/E NC to carry on the practice, mainly explored the glass alcoholic bottle to take shape the mold manufacture model establishment, manufacturing setup, the rough precision machining method choice, the processing establishment, the path demonstration , the processing simulation and post positioned processing produced the G code; The ninth chapter has carried on the summary and the forecast to this topic.

　　Keywords: Glass alcoholic bottle mold, CAD, CAE, CAM, Rapid Prototyping

　　20 世纪 80 年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以 15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。

　　许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48in（约 122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 CAD/ CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料[1]

　　等方面取得了显着进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入 WTO 以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化[2]方向发展模具 CAD/CAE/CAM 技术是模具设计、制造技术的发展方向，模具和工件的检测数字、模具软件功能集成化、模具设计、分析及制造的三维化、模具产业的逆向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势。

　　新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟（CAE）及信息的管理与共享。值得强调的是，模具数字化不是孤立的计算机辅助功能或数控技术的集合，其关键是它们与人工智能的有机集成，不仅可以整理知识、保存知识，还可以挖掘知识、繁衍知识。新一代的模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验、计算机的硬件和软件、数值模拟和数控技术、工艺及工程管理为一体的模具优化的开发、设计和认证的系统工程。模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展 精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不断在加工效率、精度和复合加工上取得突破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。加工精度误差小于 1μm 的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。

　　国外近年来发展的高速铣削技术和机床（HSM）开始在国内应用，将大幅提高加工效率。模具抛光的自动化、智能化也是发展趋势之一，日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。此外，特种研磨方法如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光也应是发展趋势。

　　其他方面，如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。快速经济制模技术得到应用 快速制模主要从以下四方面加快制模速度：一是提高加工速度（如高速铣削）；二是基于快速原型的快速制模技术；三是选择易切削模具材料（如铝合金）来加快制模速度；四是采用复合加工、多轴加工提高加工效率。

　　玻璃酒瓶模具专用CAD/CAE/CAM系统模型：

玻璃酒瓶成型模零件

制造模型

制造设置

粗加工轨迹演示

粗加工模拟

精加工轨迹演示

精加工模拟

目 录

　　摘 要
　　ABSTRACT
　　第一章 绪论
　　　　1.1 我国模具技术的现状及发展趋势
　　　　1.2 现代模具制造工艺及发展前沿
　　　　1.3 我国玻璃模具工业的发展及生产核心技术问题
　　　　1.4 玻璃酒瓶的生产过程及其模具工作情况简介
　　　　1.5 本课题研究的目的、内容及其意义
　　第二章 模具 CAD/CAE/CAM 与传统模具设计制造技术对比
　　　　2.1 过程和方法的对比
　　第三章 模具 CAD/CAE/CAM 基础理论探讨
　　　　3.1 模具 CAD 基础理论
　　　　3.2 模具 CAE 基础理论
　　　　3.3 模具 CAM 基础理论
　　第四章 PRO/E 玻璃酒瓶模具设计基础理论探讨
　　　　4.1 玻璃酒瓶及模具设计基础
　　　　4.2 PRO/E 模具设计过程及 PRO/E 模具设计术语
　　第五章 酒瓶及其玻璃模具的 PRO/E 设计造型过程
　　　　5.1 酒瓶的 PRO/E 设计造型过程
　　　　5.2 玻璃酒瓶模具的 PRO/E 设计造型过程
　　第六章 酒瓶的快速成形（RP）技术
　　　　6.1 快速成形（RP）技术原理
　　　　6.2 酒瓶的快速成形（RP）技术实践
　　第七章 玻璃酒瓶模具的 CAE 基础理论
　　　　7.1 玻璃酒瓶模具的流动分析基础理论
　　　　7.2 玻璃酒瓶模具温度场的有限元分析基础理论
　　第八章 PRO/E NC 玻璃酒瓶成型模具加工
　　　　8.1 PRO/E NC 的基本流程及基本概念
　　　　8.2 玻璃酒瓶成型模具制造模型的建立
　　　　8.3 制造设置
　　　　8.4 粗加工方法选择、加工设置、轨迹演示及加工模拟
　　　　8.5 精加工方法选择、加工设置、轨迹演示及加工模拟
　　　　8.6 后置处理生成 G 代码
　　第九章 结论和展望
　　　　9.1 本论文研究总结
　　　　9.2 前景展望
　　致 谢
　　参考文献
　　攻硕期间取得的研究成果