3DMOUSE-5塑件成型工艺分析与模具设计.doc

文献综述1.1国内外发展状况1.1.1模具工业的概况 在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。 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。1.1.2我国塑料模具工业和技术现状在中国，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，热流道模具也开始推广，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。表1: 国内外塑料模具技术比较表项目 国外 国内 注塑模型腔精度 0.0050.01mm 0.020.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.010.05m Ra0.20m 非淬火钢模具寿命 1060万次 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% 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。 (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。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。1.1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是：CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CADCAMCAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；高速、高精加工技术的发展与应用；超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；快速成型与快速制模(RPRT)技术的发展与应用；热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用； 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；优质模具材料的研制及正确选用；模具自动加工系统的研制与应用；虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。参考文献1 中国模具工业协会.模具行业“十一五”规划J .模具工业.2005，72 张正修.模具产业的现状及发展对策J.五金科技.2005，83 钟佩思,沈友徽,马静敏等.模具先进制造技术发展趋势综述J.模具制造.2005，34 李德群，肖祥芷.模具CADCAECAM 的发展概况及趋势J.模具工业.2005，75 何涛，模具CAD/CAM，北京大学出版社，20066 CAE技术塑胶模具设计发展必然趋势，中国机床商业网，20097 Huamin Zhou and Dequn LiModelling and prediction of weld line location and properties based on injection moulding simulationInt. J. Materials and Product Technology，Vol. 21，No. 6，20048 金涤尘.宋放之.现代模具制造技术，北京：机械工业出版社，20019 模具技术现状和发展模具工程2004NO6总第39期5310 中国模具行业发展的有关情况电加工与模具2006年增刊 中国国际模展特辑11 李海梅 高峰 申长雨，注塑中的CAE技术()：应用方法，工程塑料应用，2004年第32卷第1期。12 陈静波 申长雨 工程塑料应用 2002-213 Numerical Simulation of Injection Molding Cooling ProcessBased on 3D Surface ModelCADDM Vo114 No2 (2004)，cuI Shubiao， ZHOU Hua-min， LI De-qun14 王学让.杨占尧，快速成型理论与技术，北京：航空技术出版社，200115 李云程.模具制造工艺，北京：机械工业出版社，199916 许鹤峰.闫光荣.数字化模具制造技术，北京：化学工业出版社，2001 一、课题的目的与意义1、目的：本课题的主要目的是通过一个具有代表性模具的分析研究，从而达到掌握具有复杂曲面模具的设计制造。能熟练使用UG、AUTOCAD软件进行模具的设计,使用Moldflow对注塑成型过程进行有限元分析。2、意义：面对日益激烈的国际竞争，必须紧跟国际先进水平，不断提高电器产品外观零件的质量，降低设计和生产成本，加快生产周期。因而，鼠标成形技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。以此作为一个突破口，带动和促进相关电器产品外观零件注塑成形技术的发展和技术创新。二、课题发展现状和前景展望 1. 发展现状： 电器产品是人们日常生活必不可少的生活用品，人们对电器产品的要求从实用性、可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的要求，从而对电器产品也提出了许多新的要求。对电器产品的这种不断提出的新要求，促使电器产品的外形不断的改进，外形零件的生产技术也不断得到新的发展，使电器产品外壳零件成形技术在成形领域中占有越来越重要的地位。目前，电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国内外的高度重视，德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。他们的电器产品外观美观，让人赏心悦目，而且设计高效快捷，产品更新换代加快。如台湾的罗技公司，其鼠标产品外形美观，设计人性化，使用寿命长。然而，国内在电器产品外观零件设计制造方面的研究还处于初级阶段，与发达国家的差距很大。由于电器产品美观性的要求，零件外形多为复杂曲面，传统的设计方法在对零件成形过程分析以及对产品存在缺陷的处理方面显得无能为力，产品成形过程数值模拟技术跟不上的现状己经成为制约产品开发和生产的一个瓶颈。2、前景展望： 随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。三、课题主要内容和要求1对国内外塑料制品成型工艺与方法进行分析、探讨； 2利用AutoCAD软件对某企业3DMOUSE塑件5原图按国标要求重新绘制零件图； 3根据重新绘制的3DMOUSE塑件5零件图，利用UGNX软件绘制3DMOUSE塑件5零件三维图； 4根据所绘3DMOUSE塑件5三维图进行成型方案分析，并对所确定的方案进行认真的论证； 5根据所确定成型方案设计该零件的成型模具； 6对所设计模具的工作特性及该模具成型3DMOUSE塑件5零件的可行性进行分析。四、研究方法、步骤和措施1.鼠标按键制品外形设计本课题利用UG软件对鼠标右键进行实体建模，UG的图形设计是基于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。生成的模型直观，立体感强，可以在任何角度进行观察。另外系统还能计算出实体的表面积、体积、重量、惯性距、重心等。使设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立体图生成三视图，大大提高工作的效率和准确性。此次设计的零件三维模型图如下：2.设计步骤（1）收集资料；（2）最佳成型方法的选择比较几种可用于成型鼠标右键这种薄壁制品的常用塑料加工方法，根据产品开发依据和使用要求选择合理的成型方法。(3)分析最佳成型工艺 鼠标右键为薄壁制件，比表面积大，可能的工艺方案较多，工艺方案的优劣直接影响到产品质量、生产成本以及生产效率。本文在对塑件进行分析的基础上，确定并优化了工艺方案。具体内容如下： a、对塑件成型工艺性进行分析，对可能的工艺方案进行比较分析，初步得出可能的工艺方案以及其可行的条件。 b、根据产品开发依据及成型要求，确定工艺方案。 （4）模具结构分析和确定 针对鼠标右键尺寸小，精度高的特点，根据工艺方案和零件的形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求，对模具进行分析，确定模具的合理结构。 （5）模具主要零部件的结构设计 根据模具结构型式和特点，确定模具工作、导向以及固定等并确定模具主要零件的形式以及尺寸。 本研究的主要目的是通过一个具有代表性模具的分析研究，从而达到掌握具有复杂曲面模具的设计制造以及加工的方法。（6）校核成型设备的参及各成型零件的强度和刚度；（7）绘制模具装配图；（8）对模具进行可行性分析；（9）编写设计说明书。3.成型和制造过程可能出现的问题和采取的措施 (1) 制件不满或制件缺料 产生的原因是在注塑成型工艺参数设定方面、制品设计与模具制造方面、材料流动性太差，粘度太大，逸出的气体太多都会影响熔体的顺利充模。所以一定要用高压、快速充模，否则易缺料。（2）收缩凹陷（缩水） 缩水主要出现在制品厚壁、冷却缓慢、肋条等部位。当制品设计的壁厚不均匀，或壁厚太大，再加上冷却调节模温，浇口、流道系统及排气等没有合理配置时，易产生收缩凹陷，模具及制品设计的缺陷用工艺很难弥补。因此最好用筋条取代加厚的部位，对薄壁部分有意提高它的温度，这样用模温来控制制品同步冷却收缩。(3) 飞边（溢边、批锋、毛刺） 飞边大多发生在模具的分合位置上，如动模和静模的分型面、滑块的滑配位置，镶件的缝隙，顶针杆孔隙等处。飞边在很大程度上是由于模具缺陷或机台锁模力太小，其产生的张开力大于锁模力时，模具胀开，使塑料溢出，造成飞边。采用多级速度注射可以有效防止；由于制品结构的不同，尤其厚薄均匀度等的不同，需要均衡注射速度。否则在注射薄壁部分时，由于速度过快压力过高而造成飞边产生；其次在生产过程中突然产生飞边，可能模面上有异物，如飞边料粘附在模面上等。须每班或每天定期清洁模面上的异物。(4) 银纹 银纹（气纹）是塑料在充模过程受到气体的干扰而出现在制品表面熔料流动方向上的缺陷。解决办法：a加强干燥b降低料筒温度c加强模具排气（模排气或慢速成形）。（5）熔接痕 熔接痕形成的原因：熔接痕是由注射中两股料相遇时，在其界面处未完全熔合而造成的一种线状痕迹。熔接痕是在制品有孔、嵌件时，塑料分股流动或者浇口多于一个以及厚度变化所形成。此外，在发生浇口喷射充模时也会生成熔接缝。喷射时，熔体直接射入模腔，直到撞到对面的模壁，随后而来的熔料产生压缩使料流折迭，于是在折弯相遇地方形成。因此应当增加主流道和分流道尺寸，提高流道效率。同时也增加冷料井的容积。扩大或缩小浇口截面积，改变浇口位置。A熔接痕离浇口太远时。要改变浇口位置，使尽量靠近一些也可用几个相同的对称浇口代替。B浇口开设要尽量避免熔体在嵌件、孔洞周围流动。C发生喷射充模的浇口要设法修正，迁移或加挡块缓冲。也可设计成护耳式浇口。在制品不缺料的前提下，尽量减少多浇口的数量，因多浇口肯定会产生晚期熔接痕。而单浇口则可避免。(6) 翘曲（变形、弯曲、扭曲） 制品的翘曲主要是由于内应力的影响而产生。模具温度太高，冷却时间不够、制品厚薄相差悬殊、冷却不均衡或冷却时间太短、顶出位置不当，受力不均匀、塑料大分子定向作用力太大也会影响制件质量。(7) 制品尺寸变化 制品尺寸变化，其原因有：各批量制品间成型条件变化，模具变形，空气湿度变化，颗粒大小不均，干燥不好，每批材料性能变化，液压系统不稳定等。结晶度较大的PP、PE 、PA等尤为明显；制品尺寸变化，本质上是塑料的不同收缩程度所造成。按收缩产生变化的起因，大体上可分为成形条件、模具及制品设计、原材料以及机器设备等四种原因。因此对于充模困难制品的注塑，特别要偏重高温低压条件，尽量减少尺寸的收缩量和收缩差异，以稳定产品尺寸。（8）开裂 这里所指的开裂，包括表面龟裂、白化（顶白）、裂纹、金属嵌件周围的开裂及制品粘模而造成的创伤或创伤危机。按开裂出现的时间，分脱模开裂和应用开裂。在注射成型过程中，应尽可能减小塑料在注入模内时出现的流动速度和冷却收缩速度的差别，以减小分子取向程度，提高制品内部均衡性。a降低注射能量。b提高料温对充模有好处，可减少取向应力，但有的材料成形温度范围窄，提高料温时可能出现分解，使分子量降低，从而影响制品的抗衡力，也使制品开裂。C控制模具温度。d降低螺杆预塑背压压力及转速，使料稍为疏松，并减小塑料因剪切热过高而造成的降解，从而可提高制品的抗衡力。e调整制顶出装置，如顶板、顶杆等，使之平衡动作，避免作用力先后不一或倾斜歪曲顶出。f调节好开模速度，避免高速拨模。g调节好模板的平行度及平稳性。h在模面上施加适当的脱模剂脱模。i注意经常用干净的布清洁模面。（9）浇口区域缺陷 有些模具除设冷料井外，还需要考虑浇口的形式，大小和位置的合理性，改善模具排气，减小或调换润滑剂，加强料的干燥，去除料中污染物。（10）表面暗色、光泽差 表面暗色、光泽差主要原因在于a、模具光洁度差；b、材料的分解；c、脱模剂过量；采用高压、高速、高温注射时，光泽较好。(11) 气泡（真空泡） 一般来说，如果在开模瞬间已发现存在气泡，是属于气体干扰问题，用克服气体干扰的办法解决。如果在脱模冷却过程出现并变大，是属于真空泡的问题。真空泡的形成是由于充模时塑料不足或压力较低。在模具的急剧冷却作用下，与模壁接触的熔料表面首先固化，然后中心部分的熔料冷却收缩，造成体积缩小而形成泡。解决办法：a提高注射能量：压力、速度、时间和料量。b调整料温：当真空泡远离浇口位置时，提高料温使熔料流动顺畅，压力能传到远浇口部位。当真空泡在浇口附近时可降低料温使收缩减小。c适当