论文页，余字，CAD图纸16张，PROE图
目 录
1前言 1
2总体方案论证 5
3具体设计说明 6
3.1塑件三维造型 6
3.1.1塑件的测绘 6
3.1.2塑件三维造型 7
3.2模具设计计算 7
3.2.1塑件材料性能分析 7
3.2.2型腔数的确定 8
3.2.3 分型面的确定 9
3.3 浇注系统设计 10
3.3.1 浇口位置选择 10
3.3.2主流道设计 11
3.3.3分流道设计 12
3.3.4浇注系统的平衡 12
3.4冷却系统的设计 13
3.4.1冷却水道设计的要点 13
3.4.2冷却时间的计算 14
3.4.3冷却系统的计算 14
3.5侧向抽芯机构设计 15
3.6模架的选择 17
3.7总装配图及三维造型 18
3.7.1总装配图 18
3.7.2模具的三维造型 19
3.8注塑机的校核 19
3.8.1额定锁模力校核 19
3.8.2 模具高度与注塑机闭合高度的校核 20
3.9 模具的型腔工艺分析及仿真加工 21
3.9.1 型腔的加工工艺分析 21
3.10 型腔仿真加工 22
4 结论 27
参考文献 28
致 谢 29
附 录 30
1前言
塑料模具是随着塑料工业的发展而发展的。近年来, 人们对各种设备和用品轻量化要求越来越高, 这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展, 必然要求塑料模具随之发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行, 发展迅速, 塑料模具也快速发展。2000 年, 中国( 未包括港澳台统计, 下同) 塑料模具产值约100 亿元,2006 年已发展到300 多亿元, 年平均增长率超过21%, 高于模具行业总体发展速度。
中国塑料模具无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步, 但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比, 差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时, 一些低档塑料模具却供过于求, 市场竞争激烈, 还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。加入WTO, 对塑料模具产业的影响总体上来说是带来了更多的机会。这主要是由于我国塑料模具以低中档产品为主, 产品价格优势明显, 有些甚至只有国外产品价格的1/5～1/3,加入WTO 后, 国外同类产品对国内冲击不大, 而我国中低档模具的出口量则加大; 在高精模具方面, 加入WTO 前本来就主要依靠进口, 加入WTO 后, 不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利, 同时还促进了外资来我国建厂, 带来了国外先进的模具技术和管理经验, 这对培养我国的专业模具人才起到了推动作用。现将2006 年我国塑料模具市场情况简介如下:2006 年, 我国塑料模具总产值约300 多亿元, 其中出口约7 亿美元, 约合58 亿元人民币。根据海关统计资料, 2006 年我国共进口塑料模具约10 亿美元, 约合83 亿元人民币。由此可以得出, 除自产自用外,市场销售方面, 2006 年我国塑料模具总需求约为313 亿元人民币, 国产模具总供给约为230 亿元人民币, 市场满足率为73.5%。进口的塑料模具中, 最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于我国塑料模具价格较低, 在国际市场中有较强的竞争力,所以进一步扩大出口的前景很好,近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅, 但所增加的绝对量仍是进口大于出口, 致使模具外贸逆差一年比一年大。这一状况, 2006 年已有较大改善, 逆差略有减少。模具外贸逆差增大主要有两方面原因: 一是国民经济持续高速发展, 特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求, 有些高档模具国内的确生产不了, 只好进口; 但也确实有一些模具国内可以生产, 也在进口。这与我国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。现在模具与其他机电产品一样, 出口退税率只有13%, 而未达17%。从市场情况来看, 塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具, 并大力开发国际市场, 发展出口模具。随着我国塑料工业的快速发展, 特别是工程塑料的高速发展, 可以预计, 我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度, 近年内年增长率仍将保持20%左右的水平。近年来, 港资、台资、外资企业在我国发展迅速, 这些企业中大量的自产自用的塑料模具无确切的统计资料, 因此未能计入上述的数字之中。
近年来, 我国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t 以上的注塑模,精密塑料模具的精度已达到2!m, 制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产, 多腔塑料模具已能生产一模7800 腔的塑封模; 高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min 以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上, 模具企业设备数控化率已有较大提高, CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展,高速加工及RP/RT 等先进技术的采用已越来越多, 模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高, 热流道模具的比例也有较大提高。另外, 三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企 业管理水平的提高, 有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。经过近几年的发展, 塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势, 现综合如下:
a 在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中, 已有越来越多的用户将交货周期放在首位。要求模具公司尽快交货, 这已成为一种趋势。为满足用户的这一要求, 加工企业各方面的工作必须跟上。然而正因为有压力, 企业才会千方百计来提高自己的适应能力, 提高技术水平、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。
b 大力提高开发能力, 将开发工作尽量往前推, 直至介入到模具用户的产品开发中去, 甚至在尚无明确用户对象之前进行开发( 这需要在有较大把握和敢冒一定风险的情况下进行) , 变被动为主动。目前, 电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法, 手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同, 才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。事实证明, 这种做法不但使模具厂变被动为主动, 而且对开发业务和缩短模具生产周期也十分有利, 受到用户的欢迎。青岛海尔模具公司等企业的“你给我一个概念, 我还你一个产品”的一站式服务模式以及太仓求精模塑公司和浙江陶氏模具集团有限公司等主动开发的办法已被越来越多的企业所接受, 这也是今后的一种发展趋向。
c 随着模具企业设计和加工水平的提高, 模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为主要依靠技术。在某种意义上说: “模具是一种工艺品”的概念已逐渐被“模具是一种高新技术工业产品”所替代, 模具“上下模单配成套”的概念正在被“只装不配”的概念所替代。模具正从长期以来主要依靠技艺而变为今后主要依靠技术。这不仅是一种生产手段的转变, 更重要的也是一种生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高, 模具精度越来越高, 生产周期越来越短,钳工比例越来越低, 最终促进了模具工业整体水平不断提高。我国模具行业目前已有10 多个国家级高新技术企业, 约200 个省市级高新技术企业。与此趋势相适应, 生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必要的。当然, 目前及相当长一段时间内, 技艺型人才仍是十分重要的, 因为模具毕竟难以完全摆脱对技艺的依靠。
d 模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。21 世纪,信息越来越多,信息技术越来越先进发达, 信息已与人们的生产和生活休戚相关。在信息社会中,作为一个高水平的现代模具企业, 单单只是CAD/CAM 的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP 等技术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术等都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已被行业所共识。
e 随着人类社会的不断进步,模具必然会向着更广泛的领域和更高水平发展。现在, 能把握机遇、开拓市场, 不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的日子普遍好过, 任务忙不过来, 利润水平和职工收入都很好,日子红红火火。因此, 模具企业应把握这个趋向, 使自己生产的模具向高水平发展, 不断提高自己的综合素质和整体实力, 以及进军国际市场的竞争力。
f.发达工业国家的模具正加速向我国转移, 其表现方式为: 一是迁厂, 二是投资, 三是采购。这一趋向并非近几年才有, 但在近几年更加明显。我国的模具企业应抓住机遇, 借用并学习国外先进的技术, 加快自己的发展步伐。
我国塑料模具行业和国外先进水平相比, 主要存在7 个方面的问题:
a. 发展不平衡, 产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平, 但总体来看, 模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10 年以上的差距。
b. 工艺装备落后, 组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造工艺装备水平已经比较先进, 有些三资企业的装备水平也并不落后于国外, 但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是我们的企业组织协调能力差, 难以整合或调动社会资源为我所用, 从而就难以承接比较大的项目。
c. 大多数企业开发能力弱, 创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高, 另一方面是科研开发投入少, 更重要的是观念落后, 对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发, 同时也要重视产品的创新。
d. 供需矛盾一时还难以解决。近几年, 国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%, 其中大型、精密、长寿命模具满足率还要低, 估计不足60%。同时, 工业发达国家的模具正在加速向我国转移, 国际采购越来越多, 国际市场前景看好。市场需求旺盛, 生产发展一时还难以跟上, 供不应求的局面还将持续一段时间。
e. 体制和人才问题的解决尚待时日。在社会主义市场经济中, 竞争性行业, 特别是像模具这样依赖于特殊用户, 需单件生产的行业, 国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。虽然各地都在努力解决这两个问题, 但要得到较好解决尚待时日。
f. 近几年, 原材料、能源、人工等成本持续上升, 而模具价格却持续下降, 因此模具企业的总体利润率不断下滑。为了发展, 模具企业必须在改善管理、提高生产效率, 特别是在创新上下功夫才行。从以前的经验型和模仿型设计向自主创新设计方向发展, 以及积极采用高新技术已然成为一种趋势。
2总体方案论证
本课题的设计目的是对台灯罩的壳进行三维造型、塑料注射模具设计、模具型腔仿真加工及数控编程。有以下几点要求：a. 制品的尺寸精度要求：长度方向小于0.50，厚度方向小于0.10； b. 制品材料：ABS；c. 制品表面粗糙度：不低于实物表面；d. 制品生产批量：5万；e. 制品其他要求：符合设计规范。在进行零件的三维造型之前，首先对塑件进行测绘，绘制塑件二维工程图，然后根据工程图进行塑件的三维造型，再进行型腔的设计主要是分型面的设计，接着就是把分型后的型腔装配组件调入EMX4.1进行整个模架的设计，最后进行仿真加工。
首先是对塑件进行测绘。由于该台灯罩的表面是曲面，所以尺寸的测量是一个难点。采取取多个断面来测量制品曲面的曲率的。测绘好后使用Pro/E Wildfire4.0进行三维造型。主要采用拉伸、去除材料、抽壳、打孔等步骤进行三维造型。根据工厂现有设备的注射量、锁模力等方面进行考虑，还有塑件的精度等级确定采用一模两腔。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80％。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口衬套。浇口衬套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。模具设计完成后，进行型腔的加工工艺分析，在确定加工工艺步骤后，在Master CAM 9.1 中进行刀具路径设定完成仿真加工，而后输出数控程序。
3具体设计说明
3.1塑件三维造型
3.1.1塑件的测绘
塑件为塑料台灯罩，使用塑料尺对塑件进行测绘。最终设计制造的是这个台灯罩的模具，而现在所取的塑件是模具生产出来的大量塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，对一些结构进行优化，然后绘出零件的测绘草图。对于台灯罩曲面尺寸的测量，由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法测量。
量具：塑料尺（0～110、0.1）。
测绘时应该注意做到以下几点：
a. 测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；
b. 采用多次测量求平均值；
c. 正确地读取数据。
该塑件外形尺寸约为140×40×15 mm
