注塑模具設計DVD注塑模具設計畢業(yè)論文

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1、 ( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！ ) DVD 注塑模具設計 摘要及關鍵詞 【摘要】本論文的主要內容為 DVD門注塑模的設計。首先獲得產品部件的外型實體模 型（原外型設計運用 UG建模），進行數據交換后存為 STEP文件 , 然后利用 ProENGINEER2001 重新測量建立 .prt 文件，然后綜合運用 EMX4.1 模塊完成模具的設計，再進行 CAE分析， 主要是用 Moldflow Plastic Advisers 對其進行模流分

2、析，通過不斷分析改進和修整， 使設計達到要求；通過所有檢驗后，用 AutoCAD2006 完成注塑模具非標準零件的零件圖 和模架的裝配圖。 【關鍵詞】 Advisers 注塑模、 DVD門、ProENGINEER2001、EMX4.1、Moldflow Plastic 第一章 緒 論 第一節(jié)、前 言 作為工業(yè)生產基礎工藝裝備的模具，在國民經濟中占有重要的地位，模具技術也已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。 在第十一五規(guī)劃中指出，模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，國民經濟的五大支柱

3、 產業(yè)——機械、電子、汽車、石化、建筑都要求模具工業(yè)發(fā)展與之相適應。 模具因其 生產效率高、產品質量好、材料消耗低、生產成本低而獲得廣泛應用，與其他加工制造業(yè)所無法比擬的。從工業(yè)產品生產行業(yè)看，模具是現代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、醫(yī)療器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。據資料統(tǒng)計，利用模具制造的零件數量，在飛機、汽車、摩 托車、拖拉機、電機、電器、儀器儀表等機電產品中占 80%以上；在電腦、電視機、攝 像機、照相機、錄像機、傳真機、電話及手機等電子產品中占 85%以上；在電冰箱、洗 衣機、空調、微波爐、吸塵器

4、、電風扇、自行車、手表等輕工業(yè)產品中占 90%以上；在 了彈、槍支等兵器產品中占 95%以上。 我國模具工業(yè)在政府十分重視及關懷下，并提出相應的優(yōu)惠政策進行模具技術開發(fā)，在模具工業(yè)中大量采用先進技術和設備，努力提高模具設計和制造水平，取得顯著的經濟效益。另外，從資料獲悉，目前，美國、日本、德國等發(fā)達國家的模具總產值都已超過機床總產值。模具技術的進步極大地促進了工業(yè)產品的生產發(fā)展，模具是 1 “效益放大器” ，用模具生產最終產品的價值將超過自身價格的幾十倍乃至百倍及上千倍。 據各國報導， 模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱之 “點鐵成金” 的

5、“磁力工業(yè)” ， 如今世界模具工業(yè)的發(fā)展速度超過了新興的電子工業(yè)，已實現了模具專業(yè)化、標準化 和商業(yè)化，因而深受贊譽。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石” ，日本稱模具工業(yè)為“進入富裕社會的原動力” ，在德國，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱 號，而歐盟一些國家稱“模具就是黃金” ，新加坡政府則把模具工業(yè)作為“磁力工業(yè)” ，中國模具權威經理稱為“模具是印鈔機” ?？梢娔＞吖I(yè)在世界各國經濟發(fā)展中具有重 要的顯著地位。模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。 第二節(jié)、我國模具行業(yè)發(fā)展概述 近年來，我國模具行業(yè)一直保持著良好

6、的發(fā)展勢頭，這種勢頭是否還會延續(xù)下去，這是業(yè)內人士十分關注的問題。筆者認為，我國模具行業(yè)盡管面臨著在中低端產品領域國內企業(yè)競爭日趨劇烈以及在中高端產品領域國外或外資企業(yè)壓力日益增大的局 面，但經過近年來的持續(xù)發(fā)展，實力已大大增強，完全有能力變壓力為動力，繼續(xù)保持平穩(wěn)發(fā)展。 一、有利因素 優(yōu)惠政策為模具行業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境。在國家產業(yè)政策和有關配套政策導向之下，近年來已有不少地方相繼出臺了一些支持當地模具工業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，有的見諸于文件，有的見諸于行動，都已收到很好的效果。同時，模具工業(yè)的快速發(fā)展也促進了當地經濟的繁榮。隨著各地之間交流活動的日益頻繁，

7、相信對模具工業(yè)發(fā)展有利的政策，及因此而帶來的良好的發(fā)展環(huán)境將有進一步發(fā)展。 模具行業(yè)內部體制改革和機制轉換加速，產業(yè)結構漸趨合理，并且加強了管理，提高了水平。為了適應形勢，我國模具行業(yè)近幾年來加快了體制改革和機制轉換步伐，“三資”和民營企業(yè)已占行業(yè)主導地位，裝備水平和產品水平有了較大的提升，管理 有了很大進步。 許多企業(yè)已應用了 CADCAMCAE一體化技術、 三維設計技術、 ERP 和 IM3 等信息管理技術以及高速加工、快速成型、虛擬仿真及網絡技術等許多高新技術，不 少企業(yè)已提出了“生產專業(yè)化、產品品牌化、企業(yè)現代化、市場國際化”等企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。通過各種質量體系認證的企業(yè)

8、一年比一年多。 規(guī)模經濟產生效益，模具集群生產發(fā)展迅速。在“小而精?！钡膶I(yè)化不斷發(fā)展 的同時，近年來，規(guī)模效應已被愈加重視。除了把企業(yè)做強做大，使規(guī)模經濟產生效 益之外，模具集群生產也不斷顯示其優(yōu)越性，因而“模具城” 、“模具園區(qū)” 、“模具生 產基地”等各種集群生產形式在全國迅速發(fā)展。據不少企業(yè)反映，集群生產與分散生產相比，至少有下列好處：市場更廣闊了，協(xié)作更方便了，生產成本降低了，相互交 流多了，優(yōu)惠政策享受到了。目前全國年產 1 億元以上模具的企業(yè)已有 40 多個，超過 3000 萬元以上的企業(yè)已有 200 多個，具有一定規(guī)模的“模具城”已有近十個，

9、正在建 設或正在籌建的還有十多個。這些模具集聚生產基地的建設，對我國模具工業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進作用。 2 許多企業(yè)開始認識到了“品牌”和“專利”的重要性，自主創(chuàng)新的資金投入力度 和 能力不斷提高。 長期以來模具一直處于 “后方” 和“被動” 的地位， 因此也很少有 “品 牌”和“專利” 。隨著市場經濟的發(fā)展，近年來企業(yè)越來越重視“品牌”和“專利” 。 有些企業(yè)已認識到了創(chuàng)新研發(fā)的重要性，投入力度提高很快。據中國模具工業(yè)協(xié)會了 解到的情況，近年不少企業(yè)在創(chuàng)新研發(fā)方面的投入與銷售收入的比例達到 5%左右，個別企業(yè)甚至達

10、到 8%至 10%。 模具技術含量不斷提高，屬于高新技術產品的模具越來越多。據了解，目前已被國家有關部門列入《中國高新技術產品出口目錄》的已有四種模具。其實已經有不少模具的技術含量超過了這四種模具，例如汽車零部件級進模具、精密多工位級進模具、轎車大型復雜覆蓋件沖壓模具、自動化汽車內飾件澆注模具、高強度板熱壓成型模具等。隨著高新技術的發(fā)展，越來越多的模具生產企業(yè)被各級政府有關部門認定為高新 技術企業(yè)。據中國模協(xié)初步統(tǒng)計，目前模具行業(yè)國家級高新技術企業(yè)有 7 家，省、市級高新技術企業(yè)已有近百家。 國際模具資本向我國轉移的趨勢十分明顯，模具出口前景很好。由于我國模具特別是中、低檔模

11、具在國際市場上存在著較大的價格優(yōu)勢，有的模具價格甚至只有國際市場的幾分之一，再加上我國有較低廉的優(yōu)質勞動力資源及較好的技術基礎和基礎配套設施，因此近年來外商在我國模具行業(yè)的投資額一年比一年大，到我國采購模具的跨國公司也越來越多。 二、不利因素 雖然我國模具行業(yè)已經駛入發(fā)展快車道，但由于在精度、壽命、制造周期及能力等方面，與國際水平和工業(yè)先進國家相比尚有較大差距，所以還不能滿足我國制造業(yè)發(fā)展的需求。特別是在精密、大型、復雜、長壽命模具方面，仍舊供不應求。因此，每年尚需大量進口。 現階段模具原材料價格和人員工資不斷上漲，但模具價格卻不漲反落，致使模具 企業(yè)利

12、潤不斷下降， 部分企業(yè)出現虧損， 虧損額增大。 據中國模具工業(yè)協(xié)會對全國 270 個主要模具生產企業(yè)調查， 2005 年產值利潤率比上年下降了 2.1 個百分點，銷售收入 利潤率比上年下降了 3.1 個百分點。全國規(guī)模以上企業(yè)全年虧損額 2005 年達 2.6 億元， 【 7】 大幅增加。這一趨勢，還在延續(xù)。 對外資的依存逐年增大。我國加入世貿組織已過 6 年，外貿高速發(fā)展，我國經濟 對外貿的依存度從 30% 上升到 70% 。同時，近年來，正是外資大量進入我國的時期， 隨著對外開放政策的不斷擴大和深化，外資在我國模

13、具行業(yè)的投資也越來越多，致使 對外資的依存度也逐年增大。 例如廣東省是我國模具第一大省， 其產能約占全國的 40% 左右。該省的模具產能中，外資企業(yè)已占 60% 左右，合資企業(yè)約占 10% 左右。該省模 具出口約占全國的 50% 左右，其中由外資、合資企業(yè)出口的也占其出口量的多數 【 7】 。 對外資和外貿依存度大，會對行業(yè)安全，乃至整個國家的經濟安全產生重大影響。 人才緊缺日益突出。雖然近年來我國模具行業(yè)職工隊伍發(fā)展迅速，估計目前已達 近百萬人，但仍然跟不上行業(yè)發(fā)展需求。一是總量不足，二是素質不夠，適應不了行 業(yè)發(fā)展的需求。根據有關資料，全國模

14、具行業(yè)從業(yè)人員約缺口 30 萬～ 50 萬人，其中工 3 程技術人員約占 20% 。目前尤其緊缺的是高素質和高水平的模具企業(yè)管理人員和中高層技 術人員及高級技術工人。 市場競爭加劇。我國模具市場競爭在不斷加劇，其表現是模具產品價格連年走低。中高檔模具市場上主要是我國重點骨干企業(yè)與境外企業(yè)及境內“三資”企業(yè)的競爭，中低檔模具市場上主要是民營企業(yè)之間的競爭。有的已經是進入無序狀態(tài)，到了擾亂正常市場秩序的地步。由于過低價格所必然造成的低質量，已嚴重影響一些企業(yè)的生存，迫使某些企業(yè)加速調整其定位，少數企業(yè)面臨被淘汰局面也是不足為奇的。 雖然近幾年

15、模具出口增幅每年大于進口增幅，但所增加的絕對量仍是進口大于出口，致使模具外貿逆差一年比一年大。模具外貿逆差增大主要有兩方面原因：一是國民經濟持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車企業(yè)的高速發(fā)展帶來了對模具旺盛需求，有些高檔模具國內的確生產不了，只好進口，但也確實有一些國內可以生產的模具也在進口，這與我國現行的關稅政策及項目審批制度有關。二是對模具出口鼓勵不夠。 當前全球制造業(yè)轉移的規(guī)模不斷加大，速度也不斷加快，并正向深度和廣度延伸，而我國的模具制造業(yè)正是承接轉移的較為理想之地。加之“十一五”期間，國家將繼續(xù)大力支持我國模具工業(yè)的發(fā)展，在多重有利條件下，我國內模具行業(yè)的未來將展現出一派美好景色。

16、 第三節(jié)、 21 世紀模具發(fā)展趨勢 加入 WTO 后的中國，全球制造業(yè)正以垂直整合的模式向亞太地區(qū)轉移，我國正成為世界制造業(yè)的重要基地，據權威報告，中國已成為世界第一制造大國。目前，在參與世界產品市場的激烈競爭下，各行業(yè)產品的品種和數量不斷增加，換型加快，對產品質量、樣式和外觀也不斷提出新要求，使模具需求量增加，對模具質量要求也越來越高，模具技術直接影響制造業(yè)的發(fā)展、產品更新換代和產品競爭能力。因此，迅速提高模具技術水平已成為當務之急。例如：日本汽車、計算機、電視機、手機等產品的品種，數量，質量在國際市場占有優(yōu)勢地位，其重要原因之一就是日本模具技術居于世界領先水平。

17、為了解決高精度、長壽命、高效的復雜型腔結構的現代模具，其發(fā)展趨勢主要有如下三方面： 1.模具材料及表面處理技術 模具工業(yè)要上水平，材料應用是關鍵。因選材和用材不當，致使模具過早失效， 大約占失效模具的 45% 以上。 在模具材料方面，常用冷作模具鋼有 CrwMn 、 Cr12 、 Cr12MoV 和 W6Mo5 Cr4V2 ，新型冷作模具鋼有 65N6 、 012A1、 CG-2 、 LD 、 GD、 GM 等；常用新型熱作模具鋼有美國 H13 、瑞典 QRO 80M 、 QRO 90 SUPREME 等； 常用塑料模具鋼有預硬鋼（ P20、S

18、M1 、B30）、時效硬化型鋼（ P21、 PMS 、 SM2 、日 本 NAKS5 等）、熱處理硬化型鋼（ MnCrWV 、日本 S-STAR 、瑞典一勝百 S-136 等）、 粉末模具鋼（日本 DEX40 等）。多工位精密沖模硬質合金（ YG20 、 YG25 等）及鋼結 硬質合金（ TLW50 、 GW50 等）。 在模具表面處理方面，其主要趨勢是：滲入單一元 素向多元素共滲、復合滲（如 TD 法）發(fā)展；由一般擴散向 CVD 、PVD 、 PVCD 、離 子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有： T:C 、 T:N 、 T:CN 、 T:AN 、

19、 CrN 、 4 Cr7C3 、 W2C 等， 同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強化、輝光離子氮化技術也日益受到普遍重視 【 9】。 2.模具設計與制造技術 當代模具的設計與制造技術廣泛采用計算機輔助設計與制造（ CADCAM ），設計 過程程序化和自動化，使用程序、模擬成形過程、采用交互式設計方法，發(fā)揮人和計 算機的各自特長。數據庫和計算機網絡技術使設計人員擁有大量資料和信息。設計與 制造之間的直接傳輸便于設計中的反復修正改變。 先進設計和加工方法的日益普及， 為高質量、短周期地開發(fā)模

20、具并且保證模具有足夠長的使用壽命，提供了技術保證，為模具工業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎。模具設計與加工方法的發(fā)展主要有以下三方面： （ 1）模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數據模型，以實現信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、 測試及生產管理的全過程， 達到實現最佳效益的目的。 如英國 Delcem 公司的系列化軟件就包括了曲面實體幾何造型、復雜形體工程制圖、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體 CAM 、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)等。集成化軟件較高的軟件還包括： UG 、 CATIA 和 PR

21、OE 等。 （ 2）快速原型法和快速制模技術（ RPMRMT ） 該技術被稱為自數控技術以來的又一次革命，尤其對模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大 的推動作用。它是一項集激光、材料、信息及控制等技術于一體的先進制造技術，其 突出特點就是能直接根據產品的 CAD 數據快捷地制造出具有一定結構和功能的原型 甚至產品， 而不需要任何工裝夾具， 面迭加形成三維實體。 RPM 技術與 RMT 技術的 結合，將是傳統(tǒng)快速制模具技術進一步深入發(fā)展的方向。 RPM 技術與陶瓷型精密鑄造 相結合，為模具型腔精鑄成型提供了新途徑。應用 RPMRMT 技術從模具的概念

22、設計 到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的 13 和成本的 14 左右，因而具有廣闊的發(fā) 展前景。如美國 DTM 公司的 Rapid Tool 專利技術，它能在 5～ 10 天內制造生產用的 注塑模，可注塑零件 5 萬件以上，屬于直接用于批量生產的模具。 （ 3）高速銑削技術 高速銑削是目前切削技術中應用最多的一種工藝技術，是一種以高主軸轉速、快 速進給 、較小的切削深度和間距為加工特征的高效、高精度數控加工方式。高速銑削 具有工件溫度低、切削力小、加工平穩(wěn)、質量好、效率高（為普遍銑削加工的 5～ 10 倍）及可加工

23、硬質材料（＜ 60HRC ）等諸多優(yōu)點，因而在模具加工中日益受到重視。 高速銑削機床（ HSM ）一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、變速箱 體壓鑄模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可達 0.01mm 。國外高速加工機床 主軸最高轉速已超過 100000Rmin ，快速進給速度可達 120mmin ，加速度可達 1～ 2g， 換刀時間可提高到 【9】 1～ 2s 。 3.專業(yè)化生產及標準化 專業(yè)化生產是現代化工業(yè)生產的重要特征之一， 國外工業(yè)先進的國家模具專業(yè)化生 產已達

24、 75% 以上。美、日兩國的模具廠， 80% 是 10 人以下的小工廠， 90% 是 20 人以 下小而專的企業(yè)。一般一個模具專業(yè)廠只生產 1～ 2 種模具。這種專業(yè)化小模具廠易于 5 管 理，反應靈活，易于提高產品質量和經濟效率，有較強的競爭力。 標準化是實現模具 專業(yè)化生產的基本前提， 能系統(tǒng)提高整個模具行業(yè)技術水平和經濟效益， 是機械制造業(yè) 的深層次發(fā)展必由之路。 國外企業(yè)都極為重視模具的標準化， 我國的模具標準化程度不 足 30% ，而且標準品種少、質量低、交貨期長，嚴重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮， 需大力制

25、訂標準化規(guī)范?？傊S著模具技術的迅速發(fā)展及機械各類產品的多樣化、 復雜化， 模具應用的廣度和深度將不斷向縱深發(fā)展， 模具需求增長速度將繼續(xù)高于國民 經濟總體發(fā)展的速度，供小于求的被動狀態(tài)將大有改變。因此，在模具設計與制造中， 采用新技術、 新工藝、 新設備可持續(xù)發(fā)展模具工業(yè)， 更將成為所有企業(yè)得以占據市場制 高點的必由之路。 第二章 CAD 在注塑模具行業(yè)中的應用 第一節(jié)、 CAD 發(fā)展概況 CAD 即計算機輔助設計的英文簡稱 (Computer Aided Design) 。計算機的應用，使 得設計人員在設計過程中

26、，能充分發(fā)揮計算機的強大算術邏輯運算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理、數值計算、分析模擬、優(yōu)化設計和繪圖等項任務；而設計人員集中精力進行有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設計方案 的提出、評介、分析模擬與修改到具體設計實現的設計全過程 .對于機械行業(yè)來講，通 用的 CAD 件是 AutoCAD ，但 AutoCAD 是一種通用的繪圖軟件，對機械行業(yè)針對性差，不過幸運的是， AutoCAD 是個開放性軟件，可以對它進行二次開發(fā)，如采用 Autolisp ， ADS ，ARX 甚至采用 VB 語言等，現今的高華 CAD 、天目 CAD 就是在該 軟件的基礎上

27、開發(fā)的機械專業(yè) CAD 。由于二次開發(fā)的深入，加強了參數化設計、智能化設計等，這樣充分發(fā)揮了計算機的強大的搜索功能和運算功能。 世界上第一套塑料模具 CAD 軟件是澳大利亞 MOLDFLOW 公司于 1976 年推出井 以公司名字命名的 MOLDFLOW 。目前 MOLDFLOW 已經發(fā)展得比較完善，實現了對注塑過程的模擬、設計原理的應用和精確計算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設計工程師在產品設計階段可以在計算機上“制造”塑料產品，并能靈活地適應市場需求的變 化。應用 MOLDFLOW 公司的技術已經在世界范圍內成功地設計出了上萬副模具。繼 MOLDFLOW 之后美國康奈爾

28、大學、 德國的亞森 (Aachen)技術大學、 美國的 C. V .公司、 MCAP 公司、日本的 CAD-M 公司等也相繼開發(fā)了塑料模具 CADCAM 系統(tǒng)。第一套 塑料模具 CADCAM 經過數年努力研制而成，于 1982 年推出，它就是后來稱為 GRAFTEK 的系統(tǒng)。塑料模具 CADCAM 的應用帶來了巨大的社會效益和經濟效益。 據報導，美國 Protety pe & Plastic Mold 公司采用了 Computool 公司的 CADCAM 系統(tǒng) 后，一年內生產效率提高了一倍， 節(jié)省了 35% 的準備時間， 制造周期平均縮短了

29、 30%， 材料節(jié)省了 10% ，模具成本降低了 10% ～ 30% 。 國內部分科研單位、大專院校也在 塑料行業(yè)開展了 CAD 技術的研制和開發(fā)工作。華中理工大學國家重點實驗室葉顯高、 李德群、肖景容等研制成功了“實用化注塑模 CADCAECAM 微機系統(tǒng) HSC1. 1 ”；北 京化工學院進行了注塑充模過程計算機仿真；其他部分企業(yè)科研單位也做了一些探討 工作，并且收到了一定的經濟效益 【10】 CAD 僅僅處于開發(fā)使 。總的來講我國塑料模具 用初期， 6 很多自己研發(fā)的軟件并不是很成熟。

30、 第二節(jié)、注塑模 CAD 內容 在模具設計中，模架及某些零件，如導柱、導套、推桿、支撐塊、澆口套、定位 圈等分別已形成廠標、行標或國標。對于這些標準的或本單位采用的模架及零件可在 通用的二維工程圖 CAD 系統(tǒng)中建立模架、零件庫，以被設計時調用。對于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結構強度計算等內容，已有一些較成熟的計算方法或經驗計算方法， 可設置這些計算公式的模塊，以便設計人員進行快速計算。另外對于一些設計中常用 的數據庫資料也可以設置在 CAD 系統(tǒng)中以便設計人員快速查詢， 根據各個工廠的不同 要求和情況， 還可以在系統(tǒng)中設置本單位所特有的內容

31、。 這樣建立的 CAD 系統(tǒng)可大幅 度減輕設計人員的工作強度、提高設計速度并可實現模具設計的規(guī)范化及標準化。對 于某些在原成型制品的基礎上作局部修改而需重新設計的模具來說，其效果就更加明 顯?？傮w來說，注塑模 CAD 的內容有以下幾點： 1.注塑制品的幾何造型 采用幾何造型系統(tǒng)，如線框造型、面造型和實體造型，在計算機中生成注塑制品 的幾何模型，這是注塑模結構的 CAD 的第一步。由于注塑制品大多數是薄壁件，且又有復雜的表面，因此，常用表面造型的方法來產生制品的幾何模型。 2.模腔面形狀的生成 在注塑模具中，行腔用來生成制品的外表面，型芯用來生成制

32、品的內表面，由于塑料的成型收縮率，模具磨損及加工精度的影響，制品的內外表面尺寸并不就是模具 型芯面、 型腔面的尺寸， 兩者之間需要比較復雜的換算。 目前流行的商品化注塑模 CAD 軟件并未能很好的解決這種換算，因此，制品的形狀和型腔的形狀要分別輸入，工作 量較大且比較繁瑣，如何由制品形狀方便、快捷的生成型腔和型芯表面形狀仍是當前的研究課題。 3.模具結構方面的設計 采用計算機軟件來輔助計算最佳型腔的數目，引導模具設計者布置型腔，構思澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機構，為選擇標準模架和設計動模部裝圖和定模部裝圖做準備。 4.標準模架選擇 采用計算機軟件來設計模具的前

33、提是盡可能多地實現模具標準化，包括模架標準化、模具零件標準化、結構標準化及工藝參數標準化等。一般而言，用作標準模架選擇的設計軟件應具用兩個功能，一是能引導模具設計者輸入本企業(yè)的標準模架，以建立專用的標準模架庫；二是能方便地從已建好的專用標準模架庫中，選出本次設計中所需的模架類型及全部模具標準件的圖形和數據。 5.部裝圖及總裝圖的生成 根據已選定的標準模架及已完成型腔布置，模具設計軟件以交互方式引導模具設計者生成部裝圖和總裝圖。模具設計者在完成總裝圖時，能利用光標在屏幕上拖動模具零 7 件以搭積木的方式裝配模具總圖。 6.模具零件圖的

34、生成 模具設計軟件能引導用戶根據模具部裝圖、總裝圖以及相應圖形庫完成模具零件的設計、繪圖和標注尺寸。 7.常規(guī)計算和校核 模具設計軟件可將理論計算和行之有效的設計經驗相結合，為模具設計師提供對 模具零件全面的計算和校核， 以驗證模具結構等有關參數的正確性。 注塑模 CAD 中的 數據處理 注塑模結構 CAD 的重點在于注塑制品的造型、模具設計、繪圖和數控加工 的模擬，注塑模 CAD 的過程就是數據處理的過程。通常，由于注塑模結構 CAD 涉及 面廣，程序規(guī)模很大，結構相當復雜，一個高效率的注塑模 CAD 系統(tǒng)不僅涉及到程序 的結構和算法，同時也

35、涉及數據結構和管理方法。在應用程序的執(zhí)行過程中，經常需 要利用一些標準數據和其他程序的設計及結果，系統(tǒng)各部分是通過交換數據相互聯系 的。因此，數據的處理在注塑模結構 CAD 中又十分重要的作用。 注塑模 CAD 系統(tǒng)中， 數據類型十分廣泛，除了數字型、字符型數據之外，圖形模型及其文本數據項也是注塑模 CAD 系統(tǒng)的數據。而圖形模型數據又是由基本圖形元素、圖形符號、模型部分及各級圖形模型數據組成。 第三節(jié)、 CAD 數據組成 注塑模 CAD 系統(tǒng)中數據可分為組合數據和基本數據， 可將組合數據逐層分解至基 本數據為止。根據這種分解模式，可以對總

36、體、部件、詳細數據這三類數據分別進行處理。 1.總體數據 它是一種模型數據，可以表達為如下格式： 文件名：總裝圖； 組成：各部件數據名 +定位關系數據； 組織：依次記錄各部件名，定位數據。 2.部件數據 它可定義為一種圖形模型數據，以標準模架為例說明其表達格式： 文件名：部件名； 組成：基準件名 +各組成零件名 +定位關系 +尺寸關系 +零件圖形關聯性； 組織：依次記錄個零件名、定位關系、主特征尺寸。 3.零件數據 它可定義為一種圖形文本數據，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數據，該數據類型可表達為如下格式： 文件名：零件名；

37、 組 成：圖形信息 +尺寸信息 +文本信息； 8 組 織：依次按圖形記錄圖形節(jié)點信息、尺寸標注及文本信息。 第四節(jié)、 CAD 技術在模具設計中的應用 一、產品設計 產品的結構和材料對注塑過程及模具設計有著直接的影響， 因而模具 CAD 從產品 設計的 CAD 開始著手。 通過樣品的計算機輔助測量或產品概念設計， 建立產品的三維 數據模型。設計人員由實體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設計變量為產品厚度及產品所用材料。輸入產品在使用環(huán)境中的載荷及邊界條件，經有限元分析及后置處理可得應力及變形結果。

38、最后，按照用戶設定指標完成產品性能評估。 二、模具設計 1.概念設計階段 對產品進行工藝性分析，確定生產批量和生產規(guī)模。設計參數包括：型腔數；材 料類別及牌號；注塑機型號；工藝參數 (充填時間、保壓時間、冷卻時間、注射速率或注射壓力等 )；澆口位置、尺寸及數目；分型面等。上述參數作為輸入參數設定后，經過注塑過程模擬，依分析結果作調整，待完成方案評估后，即可作為優(yōu)化后的模具設計參數，以文件形式輸出。 2.初步設計階段 最有利于產品性能的澆口位置和流道設計完成后，產品與注塑機噴嘴之間的幾何 關系也就確定了。輸入所要求的型腔尺寸和冷卻管道

39、布置等資料，即可選定模架尺寸， 調用模架數據庫中的模架模型 ,自動生成一個模架。 根據輸出的設計參數， 可以調用標 準零件數據庫中的零件模型，自動生成標準零件。對于非標準零件，可利用商用軟件 的參數設計功能，方便地生成所需的零件。所有零件生成后，即可進行模具的裝配模 型建立，通常采用自下而上的布局。一般 CAD 軟件均提供變量約束、尺寸定位及取向 定位等功能。全面自動的干涉量檢查為用戶提供了檢查間隙和干涉的功能，并給出干 涉總量以及間隙估計的文本記錄。更進一步，利用系統(tǒng)動態(tài)分析對模具的活動零件 (如 頂桿 )進行真實的動態(tài)模擬，決定這些零件相對其他模具

40、零件所需的活動范圍，檢查機 械動作是否滿足要求的運動軌跡，是否與其他零件相干擾。 3.詳細設計階段 模具的裝配模型通過后，即可從中提取信息，詳細設計零件，包 括自動尺寸標準和引入材料清單。 由于整個設計流程基于一個完整的數據庫，任何一 次修改都被記錄，并且在更新原有設計時，圖形及尺寸會自動變更，因此最后的零件 數據庫模型提供了模具設計的全部圖形與非圖形信息。剩下的工作就是編制材料清單 和作 出加工模具零件所需的 NC 刀具軌跡。 至此，塑料模具的 CAD 即告完成， 流程如圖 2-1 所示。

41、 9 圖 2-1 CAD 設計流程 第五節(jié)、應用在本設計中的 CAD 技術 一、 ProENGINEER2001 在模具設計過程中的應用 ProENGINEER2001 是美國 PTC 公司（ Parametric Technology Corporation —— 參數技術公司）開發(fā)的大型 CADCAMCAE 集成軟件，是全方位的產品開發(fā)軟件。該軟件集產品設計、裝配、加工、鈑金設計等功能

42、于一體，其模塊眾多、內容豐富、功 能強大，已廣泛應用于電子、航天、汽車、家電和玩具等行業(yè)。 在 DVD 門模具設計過程中，主要應用 ProENGINEER2001 進行了模仁結構設計，包括分形面、澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，滑塊等的設計。 二、 EMX4.1 在模具設計過程中的應用 PTC 用于 ProENGINEER 的新模架—— EMX(Expert Moldbase Extension) ，是一 個基于知識庫的模架裝配和細化工具， 它增強了現有 ProENGINEER 模具工具的功能。 專門為模具設計人員開發(fā)的這套工具，提供了快速創(chuàng)建和修改完整

43、模具零部件的功能， 能簡化模具設計過程，提高生產效率。 在 DVD 門模具設計過程中， 應用 EMX4.1 進行了模架結構及標準零件設計， 包括頂出系統(tǒng)，導向系統(tǒng)，滑塊系統(tǒng)等。 三、 M oldflow Plastic Advisers在模具設計過程中的應用 Moldflow Plastic Advisers 是 Moldflow 公司開發(fā)的快速試模分析軟件，可以對塑件和模具進行注塑分析和優(yōu)化，能幫助設計人員在早期發(fā)現問題。 在 DVD 門模具設計過程中，應用 Moldflow Plastic Advisers 模流分析，包括澆口位置、材料選擇、熔

44、接痕位置、困氣、流動時間、壓力和溫度分布分析等。 10 四、 AutoCAD 在模具設計過程中的應用 AutoCAD 是最常用的工程制圖軟件。由 ProENGINEER 產生的工程圖紙不規(guī)范，所以后期需要導入 AutoCAD2006 進行完善。 第六節(jié)、小結 塑料模具 CAD 技術是一種全新的設計技術， 有助于提高產品及模具設計的質量和 實現產品的最佳性能。塑料模具 CAD 的工作主要在于理解注塑過程模擬的分析結果， 判讀數據并做出合適的變更設計抉擇， 熟悉 CAD 技術并有效地應用于模具設計

45、也有賴 于設計人員的素質和經驗。 塑料模具 CAD 的難點在于建立豐富的材料性能數據庫， 以 及模具零件的標準化。 第三章 注塑工藝分析及成型方法簡介 第一節(jié)、塑件（ DVD 門）分析 一、塑件 DVD 門塑件結構如圖 3-1 所示。 圖 3-1 注塑零件 3D 圖 該零件尺寸中等大小，最大長度為 151mm，最大高度 28mm，最大寬度 35mm，平均厚度 1.8mm，最大厚度 2mm，最小厚

46、度 0.8mm。 二、塑料名稱 根據各材料的注塑性能及加工使用性能，綜合市場價格，選擇材料為 ABS。 11 三、生產綱領 大批量，自動化生產。 四、塑件的結構及成型工藝分析 1.結構分析 該塑件端部帶有連接運動部分，兩個連接運動部分分別在不同的型腔內成型，故在模具設計和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉動的順暢和零件的使用壽命。 該塑件裝配在 DVD 表面，對表面美觀有一定要求， 設計時要注意對外邊面的處理。 2.成型工藝分析 精度等級：采

47、用一般精度 5 級。 脫模斜度： 該注塑零件壁厚約為 1.8mm，其脫模斜度查參考文獻 【 1】 中的表 3-4 有塑件內表面 35′ ~1，塑件外表面 40′~1 20′。由于該塑件沒有特殊狹窄細小部位，所用塑料為 ABS，流動性較好，而且，主要部分有較好的弧度，可順勢脫模，所以塑 件外表面沒有放脫模斜度。同時，側面采用滑塊機構，脫模時，滑塊抽去，兩壁處脫模沒有困難，所有也不放脫模斜度。 第二節(jié)、材料 ABS 的注射成型過程及工藝參數 一、注射成型過程 1.成型前的準備 對 ABS 的色澤、細度和均勻度進行檢驗。 由于

48、 ABS 的吸水率大約為 0.2% ～ 0.8% ， 容易吸濕，成型前應進行充分的干燥，干燥至水分含量 <0.3% 。干燥條件：用烘箱以 80～ 85℃烘 2～ 4 小時或用干燥料斗以 80℃烘 1～ 2 小時。 2.注射過程 塑料在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模 具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻 4 個階段。 3.塑件的后處理 采用調濕處理， 其熱處理條件查參考文獻 【 1】 中的表 4-7 由處理溫度為 70℃； 保濕 時間為 2～ 4 小時。

49、 二、材料 ABS 的注塑成型參數 注射機：螺桿式； 12 螺桿轉數（ rmin ）： 48； 料筒溫度（℃） ：前段 200～ 220； 中段 180～ 200； 后段 160～ 180； 噴嘴溫度（℃） ： 170～ 180； 模具溫度（℃） ： 50～ 80； 注射壓力（ MPa ）： 70～ 100； 成型時間（ s）：注射 20～ 60，保壓 0～ 3，冷卻 20～ 90，總周期 50～ 160。 三、材料 ABS 性能 1.物理性能 ABS 樹脂是一

50、種共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名 Acrylonitrile-butadine-styrene( 簡稱 ABS) ，這三者的比例為 20：30：50(熔點為 175℃ )。 只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產出一系列具有不同沖擊強度、流動特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強度會得到提高，但是硬度和 流動性就會降低，強度和耐熱性變會減少。 ABS 為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹脂，無毒、無味、吸水率低，具有良好的綜合 物理機械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學性和表面光澤等，且易于加工成型。缺點是耐候性，耐熱性差，且易

51、燃。 2.成型性能 ABS 是由丙烯腈、 丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。 每種單體都具有不同特性： 丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯 具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看， ABS 是非結晶性材料。中單體的聚合 產生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯 - 丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡 膠分散相。 ABS 的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結構。這就可以 在產品設計上具有很大的靈活性， 并且由此產生了市場上上百種不同品質的 ABS 材料。 這些不同品質的材料提供了不同的特性，例如

52、從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的 光潔度和高溫扭曲特性等。 ABS 材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu) 異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。 ABS 在比較寬廣的溫度范圍內具有較高的沖擊強度，熱變形溫度比 PA、PVC 高， 尺寸穩(wěn)定性好， 收縮率在 0.4%~0.8% 范圍內，若經玻纖增強后可以減少到 0.2% ～ 0.4% ，而且絕少出現塑后收縮。 ABS 具有良好的成型加工性， 制品表面光潔度高， 且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。 ABS 尚具有良好的配混性， 可與多種樹脂配混成合金 (共混物 )，如 PCABS 、ABSP

53、C 、 ABSPVC 、PAABS、PBTABS 等，使之具有新的性能和新的應用領域， ABS 若與 MMA 13 摻混可制成透明 ABS，透光率可達 80% 。 ABS 是吸水的塑料，于室溫下， 24 小時可吸收 0.2%~0.35% 水分，雖然這種水分 不至于對機械性能構成重大影響， 但注塑時若濕度超過 0.2% ，塑料表面會受大的影響， 所以對 ABS 進行成型加工時，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應小于 0.2% 。 3.ABS 的主要性能指標 密度 ρ=1.2 g； 收縮率 0.4～ 0.7% ，取值 0.

54、5%. 4.ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良； 消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預干燥。 第四章 模具設計 第一節(jié)、擬定模具結構設計 一、分型面位置的確定 在塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面的設計是否合理，對塑件質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都由很大影響。因此，分型面的選擇是注塑模具設計中的一個關鍵因素。 1.

55、分型面的選擇原則 （ 1）有利于保證塑件的外觀質量； （ 2）分型面應選擇在塑件的最大截面處； （ 3）盡可能使塑件留在動模一側； （ 4）有利于保證塑件的尺寸精度； （ 5）盡可能滿足塑件的使用要求； （ 6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積； （ 7）長型芯應置于開模方向； （ 8）有利于排氣； （ 9）有利于簡化模具結構。 該塑件在進行塑件設計時已充分考慮了上述原則，同時從所提供的塑件圖樣可以看 出該塑件兩端的彎臂， 彎臂上有孔和柱形部分 （如圖 4-1 所示），所以需要側向抽芯分型。 14

56、 圖 4-1 塑件側向軸孔示意圖 2.分型面的選擇 基于以上因素的考慮，分型面選擇如圖 4-2、 4-3、 4-4 所示。 圖 4-2 分型面正視圖 圖 4-3 分型面?zhèn)纫晥D

57、 圖 4-4 分型 3D 主體效果圖 15 4-5 所示。 二、確定型腔數量及排列方式 當分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。 一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，但對 于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求） ，形狀簡單，又是大批量生產時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產效率大為提高。故由此初步擬定采用 一模兩腔，如圖 4-4 所示。 三、模具結構形式的確定 該模具外觀質量要求較高，從該塑件的外部特征可以看出塑件外形是圓弧形狀加

58、兩端帶孔彎臂，在彎臂的孔和柱形部分，只能采用側向成型。側向成型方法有多種形式：斜導柱、斜導槽和彎銷驅動側線成型滑塊成型及斜滑塊側向成型等方法。本設計 采用斜導柱側向成型，初步擬定采用兩腔單分型面的模具結構形式，如圖 圖 4-5 型腔分布示意圖 四、注射機型號的確定 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注射模應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具

59、。 注射機規(guī)格的確定主要是根據塑件的大小及型腔的數目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應該對模具所需的注射量、鎖模力、 16 注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據這些參數，選擇一臺和模具匹配的注射機，倘若用戶已經提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調整或于用戶取得商量調整。 1.所需注射量的計算 （ 1）塑件質量、體積計算 : 對于該設計，建立塑件模型 ,并用 ProENGINEER2001 對此

60、模型分析得： 塑料制件體積 V1＝5.6 ； 塑料制件質量 M 1＝ 6.72g。 （ 2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 可按塑件體積的 0.6 倍計算，由于該模具采用一模兩腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體 積為 V 2=2 V10.6＝25.6 0.6=6.72 cm3 （ 3）該模具一次注射所需要的 ABS 體積 V0=2 V1+ V2 =17.92 cm3； 質量 M 0=ρ V0=21.5g。 2.注射機型號的選定 近年來我國引進的注射機型號很多，國內注射機生產廠的新機型也日益增

61、多。掌 握使用設備的技術參數是注射模設計和生產所必需的技術準備。 根據以上的計算，初步選定型號為 SZ-1016 ，該注塑機參數如表 4-1 所示。 表 4-1 注塑機的參數 注塑機最大注塑量 ：270 cm3 噴嘴球面半徑 ：SR15mm 注塑 注塑壓力 ： 160MPa 最小模厚 ： 150mm 最大開距 ： 360mm 注塑機定位孔直徑 ：Φ 160mm 17 注塑機拉桿的間距：415 鎖模力：1250KN 415mm 3.

62、注塑機的參數較核 （ 1）注射容量和質量校核由于以容量計算時 V 總≤0.8 V 注 (4-1) 式中 V 注 —注射機最大注射容量 cm3； V 總 —成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 cm3； 0.8 —最大注射容量的利用系數。 ∴ V 注 ≥V 總3 所以注塑機符合注射容量和質量要求。 （ 2）合模力及注塑面積和型腔數的校核合模力的大小必須滿足下式： F ≥ F =P（ nA +A ）= PA (4-2) sz xj 式中 A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面積 Aj

63、 —塑件澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 Fz—脹模力 Fs—合模力 P—模腔壓力 取 75MPa 通過使用 ProENGINEER軟件計算面功能自動得出 A=2610mm22=5220mm2 由于 Fs=1250KN ≥755220mm2 =391.5KN 所以注塑機符合合模力及注塑面積和型腔數的要求。 （ 3）模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 1 ）模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適 模具的長寬為 300 400mm〈注塑機拉桿的間距 415415mm）故滿足要求。 2 ）模具閉合高度校核 模具

64、實際高度 H模=270mm ； 18 注塑機最小閉合厚度 H 最小=150mm 即 H模 > H最小 ； 故滿足要求。 3) 開模行程校核 此處所選用的注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構的注塑機）。注塑機的開模行程應滿足下式： S 機 - （H模 - H 最小 ）> H1＋ H2+（ 5～ 10）mm (4-3) H1＋H2＋（ 5～10）＝ 100+100+10=210mm 即 S 機- （ H模-H 最小 ） > H1＋H2+（5～10）mm 故滿足要求。 式中 : H1 —— 推出距

65、離，單位 mm； H2 —— 包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度，單位 mm； S 機—— 注塑機最大開模行程。 第二節(jié)、澆注系統(tǒng)、關鍵零部件設計 一、澆注系統(tǒng)形式和澆口的設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。 1.主流道的設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模

66、是主流道凝料的順利拔出 （ 1）主流道尺寸 主流道小端直徑 D=注射機噴嘴直徑 +（ 0.5 ～1） (4-4) =3+（ 0.5 ～ 1），取 D=4 主流道球面半徑 SR= +（1～2） (4-5) 0 注射機噴嘴球頭半徑 =15+(1～2) ，取 SR=17 0 球面配合高度 h=3～5 h=3 mm，取 mm 主流道長度 L=40 mm 主流道大端直徑 ′ = + α = + = 6.79 ，取 ′= mm (4-6) D D 2Ltan 4 2 40 tan2 D 7 19 ∴ d 1.5