毕业设计（论文）-电脑显示器底座注射模具设计及分析设计（全套图纸）.pdf

毕 业 设 计 说 明 书毕 业 设 计 说 明 书 全套图纸加 153893706 电脑显示器底座注射模具设计及分析电脑显示器底座注射模具设计及分析 Computer monitors worldwide injection mold design and analysis 摘要摘要 随着生活水平的提高，人们对塑料产品的需求量日益增多，从而使得塑料注射模具 变得非常重要。 塑料是一种新型工程材料，发展速度迅猛，塑料的加工和成型工艺也越来越得到重 视， 其中注射成型是最常用的塑料零件的成型方法。 生活用品的塑料模具占了很大比例， 在市场竞争白热化的今天，电器外观零件的设计成为产品质量的重要一环，电脑显示器 底座注射模成为目前注射模制造行业最为重视的模具之一。因此，研究电脑显示器底座 注射模具的设计制造，具有较高的生产实用价值。 本论文结合生产实际，设计开发了电脑显示器底座的注塑模模具。根据电脑显示器 底座尺寸设计出零件三维模型和模具的装配模型，通过分型面的设计最终完成模具的各 个成型零件。利用 Pro/E 分析软件 Plastic Adviser 进行了模具注塑时的流动仿真，根据 分析结果确定出浇注点，设计出注塑模的浇注系统。 为了检验电脑显示器底座模具成型零件设计的合理性，进行了填充分析和冷却分 析，分析结果表明制件可以成型且质量合格。 关键词：关键词：注塑模具；模具设计制造；电脑显示器底座成型；分析；仿真 ABSTRACT With the improvement of living standards , demand for plastic products is increasing, which makes plastic injection mold becomes very important . Plastic is a new engineering materials, the rapid pace of development , plastic processing and molding process has been more attention , including injection molding is the most common type of plastic parts molding .Accounted for a large proportion of daily use of plastic mold , intense competition in the market today , the electrical design of the exterior parts become an important part of product quality , the computer monitor base injection mold Injection mold manufacturing industry, the most important mold .Therefore, the computer monitor base injection mold design and manufacturing , has a high production of practical value . This paper combines the actual production , injection mold mold design and development of the computer monitor base .According to the computer display base design parts size 3 d model and the mold assembly model,Through the final design type points of the die each molding parts.Using Pro/E analysis software the injection mold Plastic Adviser flow simulation, according to the results of analysis to determine pouring point, design the injection mold pouring system. In order to test the computer monitor base molding parts rationality of the design , carry out the filling and cooling analysis, and analysis showed that the parts can be molded and quality standards . Key Words: Injection mold, Mold design and manufacture, Computer monitors worldwide to shape, Analysis, The simulation 目录目录 第一章 绪论 . 1 1.1 塑料成型概述. 1 1.2 注塑模具的发展. 2 1.2.1 模具工业的重要性 . 2 1.2.2 注塑模具的前景 . 3 1.2.3 现代模具制造技术的发展 . 3 1.3 我国的模具工业. 4 1.3.1 发展现状. 4 1.3.2 主要差距. 5 1.4 本课题的目的意义 . 6 1.5 本课题所用软件概述 . 7 1.5.1 Pro/Engineer 软件简介. 7 1.5.2 AUTOCAD 软件简介 . 7 第二章 电脑显示器底座三维模型的设计、建模和分析 . 9 2.1 电脑显示器底座三维模型的设计 . 9 2.1.1 电脑显示器底座的工艺性 . 9 2.1.2 电脑显示器底座的结构 . 10 2.2 电脑显示器底座三维模型的实体建模 . 10 2.3 电脑显示器底座三维模型的分析 . 20 2.3.1 电脑显示器底座三维模型的质量属性分析 . 20 2.3.2 电脑显示器底座三维模型的拔模检测 . 21 第三章 注塑模具设计. 23 3.1 塑件成型工艺性分析 . 23 3.1.1 塑件的分析 . 23 3.1.2 ABS 的性能分析 . 24 3.1.3 ABS 的注射成型过程及工艺参数 . 24 3.2 拟定模具的结构形式 . 25 3.2.1 分型面位置的确定 . 25 3.2.2 型腔数目和排列方式的确定 . 25 3.2.3 注塑机型号的确定 . 25 3.3 模流分析浇注系统的设计 . 27 3.3.1Pro/Engineer 环境下电脑显示器底座的浇口位置分析 . 27 3.3.2 浇注系统的设计 . 29 3.4 成型零件的结构设计及计算 . 30 3.4.1 成型零件的结构设计 . 30 3.4.2 成型零件钢材的选用 . 30 3.4.3 成型零件工作尺寸的计算 . 30 3.4.4 成型零件尺寸及动模板厚度的计算 . 37 3.5 模架的确定 . 38 3.5.1 各模板尺寸的确定 . 38 3.5.2 模架各尺寸的校核 . 38 3.6 排气槽的设计. 39 3.7 脱模推出机构的设计 . 39 3.7.1 推出方式的確定 . 39 3.7.2 脱模力的计算 . 39 3.7.3 校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 . 39 3.8 冷却系统的设计. 40 3.8.1 冷却介质. 40 3.8.2 冷却系统的简单计算 . 40 3.9 导向与定位结构的设计 . 41 第四章 基于 Plastic Adviser 的注塑模具质量分析 . 42 4.1 填充分析（Fill) . 42 4.2 冷却分析（Cool） . 45 第五章 结论 . 47 致谢 . 48 参考文献 . 49 Injecting Design Into the Molding Process . 50 Parting Lines . 52 Gating. 52 Ejection . 52 Avoid Mold Design Pitfalls . 53 成型工艺下的注射设计. 54 分型面 . 55 浇注位置和方式 . 55 顶出方式 . 56 避免模具设计陷阱. 56 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 塑料成型概述 塑料工业是由树脂合成业、塑料加工业和塑料制品开发应用三个领域组成的。塑料 加工业起着承前启后的作用， 是连接原料与制品的纽带。 塑料制品的成型加工方法很多， 包括注塑成型、压缩成型、挤出成型、压注成型、吹塑成型等等 2, 1 。由于注塑成型工 艺的成型周期短;能一次成型外形复杂、尺寸比较精确或带有金属嵌件的塑料制品;生产 效率高，易于实现全自动化生产。并且早期的注塑成型方法主要用于加工热塑性塑料制 品，但是随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品应用范围的不断扩大，注塑成型方法己 经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。目前，除了少数几种 塑料外，注塑成型已经成为塑料制品主要的成型加工方法。工程塑料制品中，有 80%以 上的塑料制品是采用注塑加工成型 3 。 注塑成型的原理是将松散的粒状或粉状塑料，从注塑机的料斗送入加热的料筒内熔 融、塑化，使之成为粘流熔体，在柱塞或螺杆的推动下，以合理的流速通过料筒前端的 喷嘴注入温度较低的闭合模具中，经冷却保压后，开模分型，得到具有一定形状和尺寸 的塑料制品。图 1-1 为注塑成型原理图，完整的注塑成型过程包括融料、注射充模、保 压补料和冷却定型。 注射充模是指合模后，熔融流体从注塑机的注塑部位注入较凉的模腔过程。整个阶 段从柱塞或螺杆向前移动将己被塑化的塑料熔体注入模具型腔开始，到模腔被塑料熔体 充满为止。熔体在模腔中的流动状态一般为稳态层流(即熔体流动时受到的惯性力与粘 滞力相比很小)，从浇口到模腔终端逐渐扩展。熔体在模腔内流动时会受到一系列的流 动阻力， 这些阻力一部分来源于注塑机筒、 喷嘴、 浇注系统和模腔表壁对熔体的外摩擦， 另一部分则来源于熔体自身内部产生的粘性内摩擦。为了克服流动阻力，注塑机必须通 过螺杆或柱塞向熔体施加很大的注射压力。充模阶段对聚合物大分子的取向有很大影 响，该阶段进行得不好有可能引发短射、过保压等缺陷，对制品质量有很大影响。 保压补料是指熔体充满模腔那一刻起到浇口固化为止的一段时间。充模结束时模腔 被充满，熔体的快速流动也停止，喷嘴处的压力达到最大值(即注射压力)，但模腔内的 压力还未达到最大值， 由于熔体的可压缩性， 在喷嘴压力的作用下， 熔体继续进入模腔， 使模腔内压力迅速升高，并使充模结束时的非均匀压力场迅速均匀。当浇口凝固时，由 于没有物料进入模腔，模腔内的压力迅速降低。 2 图 1-1 注射成型原理图 冷却定型是注塑成型过程的最后一个阶段，从浇口固化后开始到制品达到脱模温度 从模腔中顶出为止。冷却定型结束时的模腔压力和模腔温度对制品质量非常重要。若脱 模温度太高，制品在脱模后不仅会产生较大的收缩，而且容易发生热变形。若脱模时模 腔内压力太高，容易使制品在脱模后产生较大的残余应力，导致制品在以后使用中发生 形状、尺寸的变化或产生其它缺陷，而且脱模会非常困难;若脱模时模腔内压力太低， 滑动器注塑模具的设计与分析则制品表面容易有陷痕或内部有真空泡。只有模腔压力和 外界压力相差不大时，脱模才比较顺利，并能获得满意的制品 5 ,4 。 1.2 注塑模具的发展 注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展 以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对 模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的 要求。 1.2.1 模具工业的重要性 模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯 3 等产品中， 60%80%的零部件都依靠模具成形 6 。 因此， 模具被称之为 “百业之母” 、 “工 业之父” 。模具的质量和先进程度，直接影响产品的质量、产量、成本，影响新产品投 产周期、企业产品结构调整速度与市场竞争力。模具又是“效益放大器” ，用模具生产 的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍以上。目前，模具生产的工艺水平及 科技含量的高低，己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一，决定着一 个国家制造业的国际竞争力。 1.2.2 注塑模具的前景 在过去的 20 年中，我国模具工业得到了长足的进步。但是，我国的模具工业与模 具发达国家相比，其差距表现在:模具的设计水平；模具的制造水平；模具的标 准化水平 7 。长期以来，我国高聚物成型加工过程工艺参数的设定和模具设计与制造主 要依赖于工艺人员和模具设计人员的经验和技巧，设计的合理性只能通过试模来判断， 制造的缺陷也主要靠修模来纠正，导致模具及制品的设计与制造周期长、成本高、档次 低。我国模具技术水平大约落后于国外 20 年，模具生产只能满足需要的 60%左右，每年 进口的精密复杂模具高达数亿美元。 所以，今后模具工业的发展趋势是现代设计方法与工艺设计相结合，模具工业向着 集团化、规模化方向发展，完善模具设计的 CAD/CAM/CAE 一体化技术。在模具的开发和 制造过程中，采用数控精密高效加工设备、采用逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟 技术等先进制造技术。 1.2.3 现代模具制造技术的发展 1、模具的标准化 加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模具的制 造质量、缩短模具的制造周期。 2、新材料、新技术、新工艺的研究和应用 研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性 能和抛光性能，是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。 3、现代生产制造方式 在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商品化的基础上，利用现代 IT 技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码 直接输入数控机床或 CNC 加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。加工过程中能够 完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化 和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从 而缩短模具生产周期，提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。 4、塑料制件的精密化、微型化、超大型化 为了满足各种产品越来越高的使用要求，塑料模具和塑料成型技术正朝着精密化、 微型化和超大型化方向发展。 4 1.3 我国的模具工业 1.3.1 发展现状 自二十世纪以来，我国模具工业已经走过了半个多世纪。改革开放后，我国模具工 业发展迅猛，截至 2006 年底已拥有 3 万家模具生产企业。 “十五”期间，我国模具工业 以年均 20%的速度持续快速增长。2001 年全国模具工业总产值达 300 亿元人民币，我国 模具年产值位居世界第四。至 2005 年，我国模具销售额达 610 亿元，同比增长 25%，已 跃居世界第三，仅次于日本和美国。2006 年，我国模具销售额 720 亿元，直接带动实现 工业产值 2.4 万亿元。当前，中国模具市场容量已达 800 亿元人民币左右， “十一五” 期间中国模具业市场份额将达 1200 亿元。 在区域分布上，广东、重庆、浙江形成了国内模具行业的“三足鼎立” ，广东是当 前我国最主要的模具市场，中国最大的模具出口与进口省。目前，深圳周边及珠江三角 洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。与全国塑料加工业区域 分布相类似，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具 产值在全国模具总产值中的比例也占到 70%。 我国的模具出口也开始大幅增长，表明国内模具水平和竞争力的迅速提高。据海关 统计，2005 年模具出口 7.4 亿美元，同比增长 50%以上；模具产品结构更趋高档，复杂、 精密、长寿命模具份额提高到 30%。2007 年 l6 月，我国模具进出口总量为 7.42 亿美 元，其中进口总量为 9.47 亿美元，出口总量为 5.95 亿美元，与 2006 年 16 月相比， 进出口总量同比增长 4.83%，出口总量同比增长 25.79%，而进口总量同比减少 5.11%。 从模具种类来看，进出口量最高的是塑料橡胶模具，分别占了进、出口额的 53.34%和 71.33%。进口模具主要来自日本、韩国和我国台湾，其次是德国、美国、香港、新加坡、 加拿大、法国和瑞士。我国出口模具的市场主要是香港特别行政区、日本、美国，其次 是我国台湾，以及德国、泰国、印度、马来西亚、法国和韩国。出口模具主要来自广东、 浙江和上海，其次为江苏、山东、福建、辽宁、天津、北京、安徽和吉林。从上述数字 可以看出，我国模具外贸虽然仍存在进出口逆差，但与去年同期比，逆差同比减少 32.95%， 再次实现逆差的缩减。 这不但说明模具出口前景很好， 而且也表明我国模具进、 出口的结构渐趋合理。如果按模具大类比例来看，塑料橡胶模具的进出口与去年同期相 比，进口比例增加了 3.6%，出口比例增加了 3.41%。这说明塑料橡胶模具在我国模具进 出口中的比例在上升， 不但市场在发展， 而且发展速度要快于模具行业总体水平。 目前， 世界模具市场产品供不应求， 近几年世界模具市场总量一直保持在 600 亿650 亿美元， 美国、日本、法国、瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的 1/3，模具己成为 不少行业的发展瓶颈。 要想成为世界制造业大国，没有先进的模具工业是不行的。我国的加工成本相对较 低，模具加工行业日趋成熟，技术水平不断提高，人员素质大幅提高，国内投资环境越 5 来越好，各种有利因素使越来越多的国外企业选择我国作为模具加工基地。近年来，外 资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化， 国际模具制造巨头在中国投资设厂的新一轮扩张，这代表着我国模具行业迎来新一轮的 发展机遇，也代表着面临国外先进技术和高品质制品的挑战，模具行业在“十一五”期 间将面临再次腾飞的契机。当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向 发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。德国海拉吉林落户；日本丰田模具天津设 厂：芬兰贝尔罗斯公司投资兴建深圳模具制造厂，专为电信、保健、电子、汽车等行业 提供高档模具产品。目前，我国模具业规模仅次于日本和美国，但大多集中在中低档领 域，总体技术水平和附加值偏低。我国制造业急需的精密、复杂冲压模具和塑料模具， 轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等，还大量依靠进口，模具产品仍然存在 进出口逆差。 1.3.2 主要差距 由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比仍存在不小的差距，我国现在的模具开 发制造水平比国际先进水平至少落后 10 年，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的 产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。我国的塑料模具中，汽车 和家电的大型注塑模具， 集成电路的精密塑料模具， 电子信息产业和机械及包装的多层、 多腔、多材质、多色精密注塑模，新型建材及节水农业的塑料异型材挤出模及管路和喷 头模具等，虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距。 1、行业创新能力薄弱整体效率低 我国模具行业产需矛盾突出，无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只 达到 70%左右。模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代的进步和技术的发展， 能掌握和运用新技术的人才异常短缺。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低。 由于不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值 约合 1 万美元左右，而模具工业发达国家大多是 1520 万美元，有的甚至达到 2530 万美元。我国模具企业经济效益差，大都微利，国有企业总体亏损，缺乏后劲。高级模 具钳工及企业管理人才非常紧缺，高素质的模具技术人才缺乏，产品的综合开发能力还 急需加强。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而模具行业在 科研开发和技术攻关方面投入太少。 中国塑料模具企业不仅要加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的 前端研发、人才建设、产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水 平与国际水准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。 2、企业组织结构、产品结构、技术结构不合理 我国模具生产许多是在各主机厂的模具分厂或车间内，其中一半以上是自产自用， 模具的商品化程度低，而国外 70%以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路。 国内模具总量中，属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有 30%左右，国外在 50% 6 以上。 欧、美等国家的模具企业，大部分也是 3050 人的小企业，但 CAD/CAE/CAM 的应 用水平高，数控加工设备多，模具零部件的精度靠先进的加工设备保证，工人严格按工 艺操作，每个模具零件的加工都很到位，最后钳工的装修工作量很小，一个 50 人左右 的模具厂，装配钳工一般只有 23 人。 3、产品水平和生产工艺水平低 产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低，而模具生产周期却要比国际先 进水平长。产品水平低主要表现在尺寸精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度 上， 这几项指标与国外先进水平相比差距十分明显。 工艺水平低主要表现在设计、 加工、 工艺装备等方面，模具工业的整体装备水平相对落后、利用率低。 虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的装备水平仍比国外企业落后许 多，特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多 8 。由于体制和资 金等方面原因，引进设备不配套，设备与附、配件不配套现象十分普遍，设备利用率低 的问题长期得不到较好的解决。装备水平低，带来我国模具企业钳工比例过高等问题。 模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，也对模具质量、成本有较大影响，特 别是对模具制造周期有很大影响。国内模具标准件使用覆盖率只有 35%左右，而国外先 进国家模具标准化程度为 70%80%。 如能广泛应用模具标准件， 将会缩短模具设计制造 周期 25%40%，并可大大减少由于自制模具零件而造成的工时浪费。 4、模具材料技术落后 模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外 进口钢相比还有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。 1.4 本课题的目的意义 我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占 80%左右，而 在整个塑料模具市场中以注塑模具需求量最大。模具作为一种高附加值和技术密集型产 品，其制造技术水平的高低，已经是衡量一个国家制造业水平高低的重要标志之一。 随着消费类塑料制品进入千家万户，日常生活用具的塑料模具已经占了很大比例。 家电市场竞争的白热化，使电器外壳设计成为产品质量的重要一环，市场要求家电外壳 的色彩、手感、精度、壁厚等都能够时尚化，其中最为突出和典型的就是电脑。电脑在 科技发达的今天作为家庭必不可少的产品，自然对外观的要求很高。底座作为电脑显示 器的组成部分， 在显示器追求更小巧的今天， 显示器底座的外观结构自然成为研究对象。 而本题的设计将涉及一些二维软件及三维软件的应用，如 AUTOCAD、PRO/E 等，以 及相关软件的应用。电脑显示器底座注塑模具的 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、塑料充填过程分析 7 等几个方面。利用先进的特征造型软件 PRO/E 很容易地确定分型面, 生成上下模腔和模 芯, 再进行流道、浇口以及冷却水管的布置等。 通过对本课题的设计，能够提高理论分析能力与计算能力，同时提高分析问题和解 决问题的能力，对我所学知识的巩固及灵活运用来解决实际问题有着深远的意义。 1.5 本课题所用软件概述 1.5.1 Pro/Engineer 软件简介 Pro/ENGINEER 软件是美国参数技术公司的全方位 CAX 应用软件。PTC 公司在该软件 开发当中，提出单一数据库、参数化、基于特征、全相关等新概念，彻底打破机械 CAD/CAM/CAE 的传统观念。 利用 Pro/ENGINEER 软件这种全新的设计理念， 能将产品的设 计至生产过程集成到一起，让工程师们便捷、高效的完成同一产品从设计到制造的所有 工作 9 。 全相关性： Pro/ENGINEER 的所有模块都是全相关的。 这就意味着在产品开发过程中 某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配 体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任 何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型： Pro/ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构 造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例 如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数 （不但包括几何尺寸，还包括非几何属性） ，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代， 实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为 了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块 的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 Pro/ENGINEER 独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理：Pro/ENGINEER 的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合” 、 “插入” 、 “对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大 型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用： 菜单以直观的方式联级出现， 提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项， 同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。 1.5.2 AUTOCAD 软件简介 AUTOCAD 是由美国 AUTOCAD 欧特克公司于