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机械毕业设计全套

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MJCSW01-005@基于UG的光盘底盒产品造型与模具设计,机械毕业设计全套

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I 摘要 模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。如模具的 CAD/CAM 技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术 。本设计 介绍了 光盘底盒 注射模的设计与制造方法。该注射模采用了 1 模 2 腔 侧抽芯 的结构。 关键词 ： 光盘盒 ； 注射模具 ； 设计 nts II Abstract The mold manufacture technology rapid development, has become the modern manufacture technology the important constituent. If the mold CAD/CAM technology, the mold laser fast takes shape the technology, the mold precise formed technology, the mold ultra precise processing technology. This design introduced the light disk box injects the mold the design and the manufacture method. This injection mold used 1 mold 2 cavity side to pull out the core the structure. keyword： light disk box； Injection mold； design nts III 目录 摘要 . I Abstract. II 目录 . III 1绪论 . - 1 - 1.1 模具工业在国内外所占的重要地位 . - 1 - 1.2 我国塑料模具工业和技术现状及地区分布 . - 2 - 1.3 塑模具 CAD 发展概况及趋势 . - 5 - 1.4 我国模具制造技术发展方向 . - 7 - 1.4.1产品发展重点 . - 7 - 1.4.2技术发展重点 . - 9 - 1.5 现代模具的设计及制造 . - 9 - 1.6 逆向工程技术的内容及其应用范围 . - 10 - 2 塑件的工艺分析 . - 12 - 2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征 . - 12 - 2.2 分析塑件的结构工艺性 . - 12 - 2.3 工艺性分析 . - 12 - 3 初步确定型腔数目 . - 13 - 4 注射机的选择 . - 14 - 4.1 塑件体积的计算 . - 14 - 4.2 计算塑件的质量 . - 14 - 4.3 按注射机的最大注射量确定型腔数目 . - 15 - 5 浇注系统的设计 . - 17 - 5.1 主流道的设计 . - 17 - 5.2 分流道的设计 . - 18 - 5.3 分型面的设计 . - 19 - 5.4 浇口的设计 . - 19 - 5.5 冷料穴的设计 . - 20 - 6 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计 . - 21 - 6.1 型腔、型芯工作尺寸计算 . - 21 - 7 导向机 构的设计 . - 25 - 7.1 导柱的设计 . - 25 - 7.1.1 长度 . - 25 - 7.1.2 形状 . - 25 - 7.1.3 材料 . - 25 - 7.2 导套的结构设计 . - 25 - 7.2.1 材料 . - 25 - 7.2.2 形状 . - 25 - 7.3 推出机构的设计 . - 25 - 7.3.1 推件力的计算 . - 26 - 7.3.2 推杆的设计 . - 26 - 8 冷却系统的设计 . - 28 - 8.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量 1Q . - 28 - nts IV 9 模具排气槽的设计 . - 29 - 10校核 . - 30 - 11结论 . - 31 - 参考文献 . - 32 - 致谢 . - 34 - 附录 1 . - 35 - 附录 2 . - 36 - nts - 1 - 1 绪论 1.1 模具工业在国内外所占的重要地位 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。 模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在 很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在 1989 年 3 月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中 6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具 市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加， 2005年将达到 170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有 80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14 种排量 80 多个车型， 1000 多个型号。单辆摩托车约有零件 2000 种，共计 5000 多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需 1000副模具，总价值为 1000 多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场 。 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社 会的原动力” 。日本模具产业年产值达到 13000 亿日元，远远超过日本机床总产值 9000 亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了nts - 2 - 新兴的电子工业。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%，其它各类模具约占 11%。 目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑 料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。 塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获 得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。 在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。 1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为 330亿元，今后几年仍将以每年 10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年 10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。 1999年，国内汽车年产量为 183万辆，保有量为 1500万辆，预计到 2005年汽车年产量将达 600万辆。仅汽车行业就将需要各种塑料件 36万吨，而目前的生产能力仅为 20多万吨，因此发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量己超过 3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了 100万台。家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。到 2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 30%，塑料管的普及率将达到 50%，这些都会大大增加对模具的需求量。其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展 产生巨大的推动作用。 1.2 我国塑料模具工业和技术现状及地区分布 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。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 l8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nts - 3 - 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模具有限公司制造的多腔 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的齿形误差，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. 02 0. 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 50 100万次，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设计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不到 10%,与国外的 5080%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/Engineer、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、华中科技大学开发的注塑模 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 格较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，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如 :P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、 SM II等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到 70%-80%相比，仍有很大差距。技术比较见表1 nts - 4 - 表 1.1 国内外塑料模具技术比较表 项目 国内 国外 注塑模型腔精度 0. 0050. 01mm 0.020.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.010. 05 um Ra0.20 um 非淬火钢模具寿命 10-60万次 1030万次 淬火钢模具寿命 160300万次 50100万次 热流道模具使用率 80%以上 总体不足 10% 标准化程度 7080% 小于 30% 中型塑料模生产周期 一个月左右 24个月 目前，全世界模具的年产值约为 650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。虽然近 几年来，我国模具工业的技术水平己取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但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。据统计，我国现有模具生产厂近 2万家，从业人员约 50万人，“九五”期间的年增长率为 13%. 2000年总产值为 270亿元，占世界总量的 5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为 1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。 目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的 20%左右，其中，中高档模具进口比例达 40%以上。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步 。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快 ，等等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这 2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面： (1)国内自配率不足 80，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足 60。 nts - 5 - (2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。 (3)模 具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。 (4)开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。 (5)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。 (6)与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重 要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。 早在 1989年，在国务院颁布的关于当前产业政策要点 的决定中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。 1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从 1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还 70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持。 在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化 、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。 1.3 塑模具 CAD 发展概况及趋势 计算机辅助设计 (Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高， CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为 CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具 CAD、 CAE和 CAM也一直是国内外普遍关注的热点 。 三十多年来，国外注射模 CAD技术发展相当迅速。 70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。 80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时nts - 6 - 间，提高模具质量。近十年来，注射模 CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的软件系统有 : 澳大利亚 Moldflow PTY公司的 Moldflow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件 SHOD，有限元网格生成软件 FMESH，流动分析软件 FLOW，冷却分析软件 COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件 FRES以及翘曲分析模拟软件。 美国 CRATEK公司的注射模 CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件 OPTIMOLD III，二维注射流动分析软件 SIMUFLOW，三维有限元流动分析软件SLMUFLOW 3D，冷却分析软 件 SIMUCOOL，标准模架 (美国 DME标准 )选择软件 OPTIMOLD等部分。 美国和意大利的 Plastics&Computer Inc公司的 TMCONCEPT专家系统，该系统包括材料选择 TMC-MS、注射工艺条件和模具费用优化 TMC-MCO、注射流动分析TMC-FA、型腔尺寸设计 TMC-CSE和模具传热分析 TMC-MTA等功能模块。 德国 IKV研究所的 CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校核等功能， CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的 流动分析。 我国在注射模 CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从 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 CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模 CAD系统的研制与开发工作。 多年来，我国对注射模设计制造技术及其 CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间，这方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用 CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项 目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项目的成果对促进我国注射模 CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模 CAD技术的发展和应用水平得到很快提高。 我国在注射模 CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有 : 华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模 CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模 CAD/CAE/CAM系统 HSC-1。该系统包括塑料制品nts - 7 - 三维形状输入、流动模拟、冷却分析 、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用取得较好效果，现已实现商品化。 浙江大学基于工作站的 UG II系统开发出精密注射模 CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。 上海交通大学从 1983年开始，对注射模 CAD进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引入注射模 CAD系统中，并于 1988年开发出集成化注射模智能 CAD系统。现在在工作站 UG II平台上进一步开发智能 CAD/CAE/CAM系统。 北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模 CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平与实用价值。 合肥工业大学在注射模结构 CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模 CAD系统 PMCAD和微机注塑模 CAD三维系统 IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。 IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以 AutoCAD 813.0和 MDT作为环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模 CAD三维参数化系统 IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平。 1.4 我国模具制造技术发展方向 1.4.1 产品发展重点 随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该根据需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则来选择。所选择的这些需要重点发展的产品，必须是目前已有一定基础，是有条件 、有可能发展起来的产品。对于技术发展重点，则既要看国际发展趋势，又要看我国具体情况，也应该是既代表发展方向，又可能发展起来的技术。 1.4.1.1 汽车覆盖件模具 冲压模具占模具重量的 40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具。它在冲压模具中具有很大nts - 8 - 的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高，尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有一定技术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半左右。中高档 轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费几亿美元。汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成为汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。今后，中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。争取到 2010 年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配。2020年时除个别特别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。 1.4.1.2 精密冲压模具 多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。这两种模具，国内已有相当基础，并已引进 了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到了世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多，对于为超大规模集成电路配套、为引线脚 100 以上及间隙 0.2mm 以下的引线框架配套、为精度 5m 以上的精密微型连接件配套、为 1.6mm 以下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子枪等配套的精密模具是发展的重中之重。为汽车覆盖件及其他大中型冲压件配套的大型多工位级进模也应重点 的发展。 1.4.1.3 大型及精密塑料模具 塑料模具占 模具总量近 40%，而且这个比例还在不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，也电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等。目前虽然已有相当技术基础并在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元， “ 十一五 ” 期间应重点发展。 1.4.1.4 主要模具标准件 目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差，品种规模较少，这些 产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展，氮气缸和热流道元件国内至今无像样的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并组织nts - 9 - 规模化生产。 1.4.1.5 其他高技术含量的模具 占模具总量近 8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高，难度大。镁合金压铸模和真空压铸成形模目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线塑胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。这些高技术含量的模具在 “ 十一五 ” 期 间也应重点发展。 1.4.2 技术发展重点 高新技术蓬勃发展的今天，为保证属高新技术产业的模具工业快速发展，模具行业许多共性技术也必须更上一层楼，应不断开发和推广应用并积极应用高新技术。它们主是： （ 1） 、开发拥有自主知识产权、适合于我国国情，具有较高水平的模具设计、加工及模具企业管理的软件，不断提高软件的智能化、集成化程度，并推广应用。 （ 2） 、推广应用高速、高精加工技术并研制相应设备 高速高精加工包括高速高精切削加工和高速高精电加工及复合加工等。在未来 15 年左右的时间里，我国机床行业应向模具行业逐步提供 适合于模具高速高精加工的相应设备。如有可能，建议开发拥有自主知识产群、精度能达 0.0001mm 的高精度模具制造设备。 （ 3） 、快速原型和快速经济模具制造新技术的进一步开发、提高和应用。 （ 4） 、大力发展和推广信息化、数字化技术。例如逆向工程、并行工程、敏捷制造技术的研发及推广应用；包括大型级进模及高精密和高复杂性的高技术含量的先进模具三维设计和制造技术的研发；包括冲压工艺设计系统、模具型面设计系统、成形分析系统、模具结构设计系统、模具 CAM系统和冲压专家资源系统的车身模具数字化设计制造系统的研发；模具的集成 、柔性及自动加工技术和网络虚拟技术等。 （ 5） 、模具制造新工艺、新技术。模具制造的节能、节材技术，模具热处理、表面光整加工和表面处理新技术等。 （ 6） 、高性能模具材料的研制、系列化及其正确选用。 1.5 现代模具的设计及制造 模具 CAD/CAE/CAM 技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量。它使技术人员能借nts - 10 - 助于计算机对产品、模具结构、成形（型）工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。 目前，世界上大型的 CAD/CAE/CAM 软件系统有英国 Delcam 公司的 系列化软件；以色列 Cimatron 公司的 Cimatron 系统；澳大利亚 Modflow 公司的软件 MPA、 MPX、 MPI；美国 PTC 公司 CAD/CAE/CAM 集成软件系统 Pro/E；美国EDS 公司的 UG；美国 Solidworks 公司的 Solidworks 软件； C-mold公司的注塑模 CAE软件 C-mold；近年来，我国自主开发的有上海交大的冲裁模 CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的 CAXA 系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压 CAD/CAE/CAM 系统；华中科技大学研制的软件 HSC3D4.5F；郑 州工业大学 Z-mold 软件等。 制造方面 CAD/CAE/CAM 一体化集成技术是现代模具制造中最先进最合理的生产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统，按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程，该过程都是从 CAD/CAE/CAM 系统内进行的，其加工程序直接由联机电缆输入加工机台，在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能，将零件刀具、刀柄、夹具，平台及刀具移动速度、路径等显示出来，以检查程序编制的正确性。总之在 CAD/CAE/CAM 系统内编制和模拟加工程序可以充分了解发现 的问题，从而在加工之前，将整套加工程序作好完善修改工作，这对于高效、准确的加工模具零件有着相当重要的意义。 1.6 逆向工程技术的内容及其应用范围 随着计算机技术的发展， CAD 技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为 CAD 模型，这就应用 到了逆向工程技术 (Reverse Engineering)。 所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的 CAD 模型的过程。 逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原 型 出 发 ， 进 而 获 取 产 品 的 三 维 数 字 模 型 ， 使 得 能 够 进 一 步 利 用CAD/ACE/CAM以及 CIMS等先进技术对其进行处理。它的设计流程不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容： （ 1） 新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计 。 （ 2） 已有零件的复制，再现原产品的设计意图。 nts - 11 - （ 3） 损坏或磨损零件的还原。 （ 4） 数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较 。 （ 5） 逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 nts - 12 - 2 塑件的工艺分析 2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征 该塑件材料选用 ABS（丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物）。 ABS 有良好的耐化学腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。 ABS 无 毒、 无 味、 呈微 黄色 ，成 型的 塑件 有 较好 的光 泽。 密度 为1.021.05g/cm。 ABS 有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对 ABS 几乎无影响。 ABS 不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。 ABS 的缺点是耐热性不高，连续工作温度为 70C 左右，热变形温度为93C 左右，且耐气候 性差，在紫外线作用下易发脆。 ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大； ABS 易吸水，成型加工前应进行干燥处理； ABS 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。 2.2 分析塑件的结构工艺性 该塑件尺寸中等，整体结构较简单 .多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5 级。 2.3 工艺性分析 采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具 的分型面上。 nts - 13 - 3 初步确定型腔数目 根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种 :一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用 1 模 2件的结构，因此，采用侧向分模有些困难，注则机需要较 大的锁模力，且成型的产品上飞边较厚，故采用第一种布置方案。此种布置方式对浇注系统，冷却系统和推出机构的设计都较第 一 种方式有利。型腔的结构采用动、定模对称的结构，易于加工制造。 根据塑件的结构及尺寸精度要求 ,该塑件在注射 时采用 1 模 2 腔 图 3.1 nts - 14 - 4 注射机的选择 4.1 塑件体积的计算 塑件： 图 4.1 根据零件的三维模型，利用三维软件直接可查询到塑件的体积 V=11.7cm3 浇注系统的体积： V2=13.86cm3 塑件与浇注系统的总体积为 V=11.7*2+13.86=37.26 cm3 4.2 计算塑件的质量 查手册取密度 =1.05g/cm3 塑件体积： V=11.7cm3 塑件质量：根据有关手册查得： =1.05g/cm3 所以，塑件的重量为： M=V =11.7 cm3 1.05 2=24.516g nts - 15 - 4.3 按注射机的最大注射量确定型腔数目 根据 1pkm mn k （ 4-2） 得 1p nm mm k （ 4-2） k 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8; pm 注射机最大注射量， cm 或 g; 1m 浇注系统凝料量， cm 或 g； m 单个塑 件体积或质量， cm 或 g； 计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下 图 4.2 浇注系统示意图 nts - 16 - 根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积 V2=13.86cm3 查表文献 4、 2 得选用 CJ380m3 型号注射机，其参数如下： 图 4.3 nts - 17 - 5 浇注系统的设计 浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口 的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入 ;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁 ,型芯或嵌件 ,使塑料能尽快的流入到型腔各部位 ,并避免型芯或嵌件变形 ;尽量避免使制件产生熔接痕 ,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置 ;浇口位置及其塑料流入方向 ,应使塑料在流入型腔时 ,能沿着型腔平行方向均匀的流入 ,并有利于型腔内气体的排出 。 5.1 主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道 根据选用的 CJ80nc-3 型号注射机的相关尺寸得 喷嘴前端孔径： d0=4mm； 喷嘴前端球面半径： R0=20mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 00120 . 5 1R R m md d m m: 取主流道球面半径： R=21mm； 取主流道小端直径： d=4.5mm 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为26o: ，此处选用 2，经换算得主流道大端直径为 8.47MM。 nts - 18 - 图 5.1 主流道示意图 5.2 分流道的设计 分流道选用圆形截 面：直径 D=8mm 流道表面粗糙度 1.6aRm 图 5.2 分流道示意图 nts - 19 - 5.3 分型面的设计 1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2） 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模； 3） 分型面的选择应保证塑件的精度要求； 4） 分型面的选择应满足塑件的外观质量要求； 5） 分型面的选择要便于模具的加工制造； 6） 分型面的选择应有利于排气； 7） 分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上投影面积的大小。 其分型面如图 5.3 5.3 分型面示意图 5.4 浇口的设计 根据浇口的位置选择 要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用直浇口。 浇口设计如图 5.4。 nts - 20 - 图 5.4 浇口示意图 5.5 冷料穴的设计 冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。 其设计如下图 图 5.5 冷料穴示意图 nts - 21 - 6 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计 6.1 型腔、型芯工作尺寸计算 ABS 塑料的收缩率是 0.3%-0.8% 平均收缩率 : Q平 =（ 0.3%-0.8%） /2=0.55% 型腔内径： 34D D D Q 平模 （ ）=1231.08mm 型腔深度： 23H H Q 平模 （ H ）=