选题依据及意义

、选题依据及意义 本课题为注塑模具设计，模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已 经是衡量一个国家制作业水平高低的重要标志之一，而本题的研究将涉及一些二维及三维软 件软件的应用，如AutoCad等，以及相关软件的应用。在独立思考、独立工作能力方面获得 培养和提高。随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、农业、等各个行业广泛应用，对塑 料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。同时本次毕业设计还设 计模流分析及数控加工。因此通过本次设计将对我所学的知识巩固及灵活运用所学知识来解 决解决实际问题有着深远的意义。一、我国模具工业的研究现状80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国 模具工业发展迅速，年均增速均为13%， 1999 年我国模具工业产值为245亿，至2002年我 国模具总产值约为360 亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具 总量中的比例还将逐步提高。目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面 满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中 国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。 有专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业 加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。广东 珠江三角地区将在十年之内发展成为世界模具生产中心。2、国外方面： 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而 国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在50%以上。 2004 年，模具进出口之比为3.7：1，进出口相抵后的净进口额达 13.2 亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。一、我国模具工业的研究现状80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国 模具工业发展迅速，年均增速均为13%, 1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我 国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具 总量中的比例还将逐步提高。我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48英寸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。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星 I.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同 轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了 由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一 模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达 0.02mm0.05mm,表面粗糙度Ra0.2 u m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命 可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较 大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的 创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公 司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的 模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普 雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度 针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%80%相比，差距 较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企 业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG II、美国 Parametric Technology 公司的 Pro/Emgineer、美国 CV 公司的 CADS5、英国 Deltacam 公司的 DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及 澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量 资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如 充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程 研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软 件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SM I、 SM II等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具 标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道 系统元件。二我国模具工业的发展趋势目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方 面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展 中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证， 模具出口的前景是十分乐观的。 有专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业 加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。广东 珠江三角地区将在十年之内发展成为世界模具生产中心。上海市模具工业协会秘书长刘德普认为，未来我国的模具将呈现十大发展趋势： 一是 模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的一模多 腔所造成的。二是模具的精度越来越高。10 年前，精密模具的精度一般为5 微米，现在已达到23 微 米，不久1 微米精度的模具将上市。这要求超精加工。三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负 叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件 的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快， 许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上， 效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%30%。 五是随 着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展 这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确 控制，所以对模具钢的性能要求很严。六是标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造 周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在十五期间 必将得到较大的发展。七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21 世纪，这种生产 方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样 变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关 注。八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的 寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于 机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。十是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所 导致模具市场走势的变化。2、国外方面： 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右， 而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而 国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。2004 年，模具进出口之比为3.7：1，进出口相抵后的净进口额达13.2 亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。三、研究内容及拟解决的关键问题：1、内容：塑件测绘图、模具装配图、模具零件图、说明书。2、拟解决的关键问题：模具浇口、抽心机构的设计、分型面的选择、型腔与型芯的尺寸 配合和精度问题。四、研究方法、手段：1、方法：使用 UG 软件将设计完成的塑料制品调入到模具设计模组当中，进行装配和型 腔排布，再进行注射塑料模具、型腔、型芯滑块等成型零件的设计，最后完成二维工程三视 图。2、所用软件和工具：UG、AUTOCAD,、手工绘图工具、测量工具。本次塑料模具设计主要采用理论与实践相结合的方式，运用所学理论知识，以及几次课程设 计的经验，在辅导老师的指导和帮助下完成本次毕业设计。在开始设计阶段，收集和查阅有关本次设计的相关资料；分析设计制品的结构，初步完成该 制品模具设计的基本结；学习和熟练掌握AUTOCAD和PRO/E软件，完成本次模具设计的3D 开模图和2D的总装图以及若干零件图；对前面所有的设计过程进行小结，完成毕业论文的 写作。2课题研究的主要内容1. 塑件结构特点：该塑料件为一按钮产品，所给的材料为PP，收缩率为1.016%。从该塑件图可以看出，该塑件 的结构较为复杂。塑件的下端带有侧翼，需采用侧抽芯机构；下部还有一根肋，可以制造一 根小型芯成型皆带推出零件功能；按钮的尾部有一凹陷，需做一镶件以使塑件成型。 模具 工艺分析： 2.分型面的确定:模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，是动定模的分界面。 分型面受塑件在模具中的成型位置，浇注系统设计，塑件结构工艺性及尺寸精度的位置，塑 件的推出，排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，以选出较为合理 的方案。3.成型零件的设计:模具采用1模4腔的布置形式，采用整体嵌入式，这种结构效率高，装拆方便，容易保证形 状和尺寸精度。为了加工上的方便和模具的维护，采用型芯与型芯固定板分别加工。4.浇注系统设计: 零件采用轮辐式浇口，这种浇口多用于底部有大孔的圆筒形或壳型塑件。将主浇道设计成圆 锥形，锥度为4 度。5.温控系统设计:对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得 到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔 的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同(型腔布局为平衡研究内容 式)的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就 是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的 长度相等，形状及截面尺寸都相同。6. 脱模机构设计: 塑件要顺利而不影响质量地从型芯口脱模，必须设置合适的脱模机构。本模具采用推杆推出 机构，用推杆定距，首先由弹簧使定模板随动模部分一起移动，以便拿出浇注凝料。为了使 顶出机构顺畅，设有导向装置，导柱同时也作支柱用，提高支承板的刚度。7. 初选工字模架，模具高度 ：所选注射机的模具最大厚度Hmax为350mm,最小模具厚度Hmin为200mm。本套模具的 实际模具厚度Hm为291mm，根据模具的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具 安装尺寸及开模行程等都在所选注射机的技术规格之内。因此，所选注射机XS-ZY-250能够 满足本套模具设计的使用要求。8. 通过 MOLDFLOW 对塑件的浇口开设位置分析，分型面位置选择在塑件的底面，具体设计 由 PRO/E 拆模获得侧向分型采用斜导柱，模具顶出系统由推杆推出。应用 Moldflow 进行注 射阶段流动分析：首先在PRO/E中创建实体模型，保存为IGS格式，再导入到MPI(Moldflow Plastics Insight)中。 网格划分，得到三角单元和相应适合的纵横比。 Moldflow 软件可以根据模型几何形状以及 相关材料参数、工艺参数分析出浇口的最佳位置。用户可以在设置浇口位置之前进行浇口位 置分析，根据这个分析结果设置浇口位置，从而避免由于浇口位置设置不当可能引起的制件 缺陷。1陈万林等编著。实用塑料注射模设计与制造M.机械工业出版社，20042伍先明等编著。塑料模具设计指导M国防工业出版社，2006 3张学文、郑午编著。注塑模设计，化 学工业出版社， 2007 4 黄锐编著。塑料成型工艺学，中国轻工业出版社， 2005 5 齐晓 杰主编。塑料成型工艺与模具设计，机械工业出版社， 2005 6 邹强主编。塑料模具设计参 考资料汇编,清华大学出版社，2005 7 屈华昌主编.塑料成型工艺及模具设计，高等教育出 版社,2001五、参考文献：B1中国模具设计大典B2塑料模具技术手册B3塑料模设计手册B4UGNX中文版模具设计基础教程人民邮电出版社2006年8月B5UG注塑模具设 计培训教程清华大学出版社2004年3月B8 大连理工大学工程画教研室编机械制图 4 版北京：高等教育出版社 1993 年 5 月B9林纳、P恩格主编注射模具130例一3版北京：化学工业出版社2005年3月B10塑料模具技术手册编委会塑料模具技术手册北京机械工业出版社2001年4月B11杜 智敏、何华妹、郭肇强塑料注射模具设计实例北京机械工业出版社2005年8月 B12叶久新、王群主编塑料制品成型及模具设计长沙湖南科学技术出版社2005年81. 国内研究现状及发展趋势： 我国在注塑模技术开发研究与应用方面起步较晚。从20世纪80年代中期开始，国内部分大 中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模系统。同时，某些高等学校和科研院所也 开始了注塑模系统的研制与开发工作，我国注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，发 展较为迅速多年来,我国对注塑模设计制造技术及其开发应用十分重视，在“八五”期间,由 北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等单位联合进行了国家重点科技攻关课题“注塑模CAD/CAE/CAM集成系统”并于1996年通过鉴定，部分成果己投入实际应用，使 我国的注塑模研究和应用水平有了较大提高.目前拥有自主版权的软件有，华中理工大学开 发的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系统HscZO,郑州工业大学研制的2 一 MOLD分析软件等.这 些软件正在一些模具企业中推广和使用，有待在试用中逐步完善。这些项目的成果对促进我 国注塑模技术的迅速发展起了重要作用，使我国注塑模技术及应用水平很快提高。目前，我 国经济仍处于高速发展阶段。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造 也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，模 具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具 产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、 自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经 营国际化的方向发展。这对我们新时代的年轻人来说是一个巨大的机会也是一次强大的挑 战。2. 国外研究现状及发展趋势：近二十多年间，国外注塑模技术发展相当迅速。70年代许多研究者对一维流动进行了大 量研究，由最初的CAD技术和CAM技术以图纸为媒介传递信息向CAD/CAM 一体化方向发 展。80 年代初开展三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压分子取向以及翘曲预测等领域。 80年代中期注塑模进入实用阶段，出现了许多商品化注塑模CAD/CAE软件，比较著名的有:1. 澳大利亚MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系统；2.美国PTC公司的Pro/Engineer软件；3.美 国 UG 公司的 UGllUNIGRAPHICSl 系统等等.这些先进软件的熟练掌握极大地促进了国外模具 行业的发展。因此，未来的一段时间内，他们将朝着大型、精密、复杂与长寿命模具的方向 发展。世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的50%以上。注塑成型能一次成型形状复杂、 尺寸精确的制品,适合高效率、大批量的生产方式,以发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料 最主要的成型加工方法，一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产,这种传统的生产 方式不仅使产品的生产周期延长,生产成本增加,而且难以保证产品的质量。要解决这些问题, 必须以科学分析的方法 ,研究各个成型过程的关键技术,为实现注塑产品的更新换代 ,提高企 业的竞争能力，必须进行注塑模具设计与制造，及成型过程分析的CAD/CAM/CAE集成技术的 研究。国外注塑模 CAD/CAM/CAE 技术研究的成果有关统计数据表明:采用注塑模 CAD/CAE/CAM 技术能使设计时间缩短50%,制造时间缩短30%,成本下降10%,塑料节省7% 注 塑模计算机模拟技术正朝着与CAD/CAE无缝整体集成化方向发展，注塑CAD所构造的几何模 型为实现注塑模CAE技术提供了基本的几何拓扑信息和特征信息,注塑模CAE的目标是通过 对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模拟和分析,为塑料制品的设计、材料选择、 模具设计、注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提供科学依据 。现时国际上占 主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、l-DEAS、UG等；结构分析软件有MSC、Analysis等； 注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。总体说 来，国内的模具设计与制造技术与发达国家相比有很大的差距，这也是中国现在只是制造大 国而非制造强国的主要原因之一。 二、设计的主要内容与拟解决的关键问题 主要内容包括： 合理编制模具零件的制造工艺。合理的设计塑件及模具成型零部件的结构以及工艺。初步掌 握侧向分型机构的结构设计和工艺性分析，设计图样要求符合最新制图标准，表达完整，布 局合理。课题名称：塑料充电器上壳体注塑模设计材料：ABS 生产批量：大批量需要解决的问题 有： 塑件成型工艺性（原材料、结构和尺寸，收缩率）分析； 计算塑件的体积和重量以及塑件收缩率（包含初选注射机型号）塑件注射工艺参数的 确定； 注射模的结构设计（选择分型面、确定型腔数量和排列方式、浇注系统设计、成型零件结 构设计、侧向分型结构设计等）； 模具设计的有关计算（包含注射机有关参数的校核）等。三、设计方法和措施 设计方法: 通过市场商品调查，满足社会需求及生产要求上，在合理设计方向上，进行塑料模具的设计 并且熟练掌握手工和电脑制图，达到产品的要求。斜导柱抽芯机构：先收集资料，剖析塑件，确定塑件用料；再拟定模具结构方案，初选注塑 机，进行模具设计计算，务必使模具结构紧凑，安全可靠；然后绘制模具装配草图，校核注 塑机有关工艺参数；最后绘制模具总装配图和零件图措施： 设计课题时，务必认真严谨。多于同学交流，勤于思考，多请教老师。力求高效率，高质量 的完成本次的课题设计。 四、研究进度安排：1.研究目标： ABS 塑料充电器上壳体注塑模设计；模具的 CAD 设计、分析，包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模 具结构的详细设计、充填过程分析等几个方面。利用先进的特征造型软件如PRO/E、UGII等 很容易地确定分型面，生成上、下模腔和模芯，再进行流道、浇口 文献综述以及冷却水管的布置等。确定了这些设计数据以后，再利用模具分析软件，如 MOLDFLOW、CFLOW进行塑料的成形过程分析。根据MOLDFLOW软件和它的丰富的材料、工艺数据库, 通过输入成形工艺参数，可动态仿真分析其在注塑模腔内的注射过程流动情况（含多浇口注 射时的塑料汇流纹分析）、分析温度、压力变化情况、分析注塑件残余应力等,根据分析情 况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。模具通过CAD设计 和分析,就可以将错误消除在设计阶段,提高一次试模成功率。