笔筒注塑工艺分析与模具设计（含ProE三维图）
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笔筒
注塑
工艺
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模具设计
proe
三维
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题目笔筒注塑工艺分析与模具设计姓名学号学院专业指导老师0开题报告课题名称笔筒注塑工艺分析与模具设计课题类型设计课题来源纵向课题导师学生姓名学号专业材料成型及控制工程一、课题的背景和意义塑料相对金属，密度小，但强度比较高，绝缘性能优良，具有非常好的抗化学腐蚀性，在机械、化工、汽车、航空航天等领域，塑料已经大规模的取代了金属。目前塑料制品在工业、日常生活各领域几乎无处不在。注塑成型具有材料适用性强、可以一次性成型出结构复杂的制品、工艺条件成熟、制品精度高、生产成本等有点。随着注塑成型的制品在塑料制品中所占的比重不断增加。相关的工艺、设备、模具和生产管理等也得到了快速的发展。而模具设计在现代塑件制品中占据着主导的作用，在我们的生活、生产的各方面发展中，模具设计日渐变得优越和重要。在课题分析、研究、制定的过程中，锻炼学生使用绘图软件的技巧，了解塑件结构设计、塑料成型工艺分析、塑料模具零件的选材、塑料模具零件的制造以及资料检索、文献查阅和整理等方面的能力获得综合训练，为将来的工作适应奠定坚实的基础。二、课题资料及相关知识的准备前期，通过图书馆或网络查阅文献，系统地学习注塑模的结构、特点和工艺要求，学习注塑的成型原理和模具设计的基本方法。中期，通过与签约单位中泰模具有限公司的交流以及东风汽车有限公司等进行的毕业实习，在现场实际地接触模具，观察模具从单个部件到装配成整套模具的全过程，也了解了冲压的一些实际情况。后期，我还在网上进行了大量的搜集工作，搜集到关于注塑模具制造、模具设计、模具在工业中的应用等知识，增加了对模具的兴趣。我们又结合各自的课题，在借鉴了大量的蓝图和大量的相关文献，对自已课题的构思有了进一步的要求。三、国内外的研究现状和发展趋势周永泰1就“中国模具工业的现状与发展”作出了详细的报告说明，介绍了中国模具行业的发展与不足之处。模具制造虽然属于制造业,但它却有许多与其他产品制造业不同的特点。其一是模具行业是技术、资金、劳动密集的行业,模具工业不但为高新技术产业服务,而且其本身已成为高新技术产业的一个重要组成部分。随着时代的进步和技术的不断发展,这一特点今后的趋势将是劳动密集逐渐淡化,技术密集不断深化。其二是模具行业本身效益并不太好,但社会效益却很大,带动作用十分明显。国外有统计资料表明,模具与其相关工业的产值比大致为1100。模具可以为相关产业带来巨大效益。其三,它是一种特殊的基础工业,产品多样,品种繁多,大都需要单件生产,且大都是针1对特定用户的,因而企业管理和工序安排都较复杂。四是中小企业比例很高。国外大部分模具企业都是职工人数在20人以下的小企业。按现在国家对企业类型的划分标准,我国模具企业属大型的只有为数不多的几家,属中型的只是很少的一小部分,绝大多数都属小型企业。1998年3月国务院颁布的关于当前产业政策重要的决定中,模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位。随后的1999年和2002年,在国家计委和科技部发布的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录、不进则退,不发展则灭亡。因此占领国际市场份额是机床行业今后一项重要的战略任务。唐仁奎、许艳英2对注塑模在国内外的发展作出了全面的分析。指出注塑模CADCAECAM的科学严密生产组织方式，保证了注塑模的生产质量。但注塑模的商品化软件在功能和精度上还有待于进步发展。今后的研究和发展工作主要在于精度的数字化技术，对复杂形状的产品进行数据采集，且采集速度要快而精确，并直接建立线框模型。其次就是实现模具加工的全自动化；此外就是要通过信息网络实现技术价值、技术服务和技术转让，从而显示先进信息传输工具的优越性。如美国EDS的UG、美国PARAMETRICTECHNOLOGY公司的PRO/EMGINEER、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ACTECH公司的CMOLD及澳大利亚MOLDFLOW公司的MPA塑模分析软件。冯刚、张朝阁、江平针3对注塑模具在塑料成型行业中的地位，提出了加快我国注塑模具发展的要点。介绍了注塑模具的基本结构，并重点分析几种先进技术在注塑模具中的应用情况，对比了国内外注塑机模具的研究现状，最后对我国注塑模具的发展趋势进行了展望。CHENGXUEWEN、LIDEQUN等人4指出注塑模具在国外的发展前景，并与国内行程对比说明。表31国内模具产值年份19951996199719981999200020012002产值亿元145160200220250280316360表32进出口模具产值年份19951996199719981999200020012002进口/万美元出口/万美元811004941917997000630009428663489591882741328097700173741111741877512720033680目前,我国模具总量虽然已达到相当大的规模,模具水平也已有了很大的提高，但设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等工业发达国家落后许多，也要比加拿大、英国、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等国落后。马斌、郭志英等人5在国内外模具发展的行情上作出了鲜明的分析对比。在国内外存在的差距有五个方面。1总量供不应求,国内的模具自配率只有70左右。其中中低档模具供过于求,中高档模具自配率只有50左右。2企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不合理。我国模具生产厂点2中多数是自产自配的工模具车间分厂,自产自配比例高达60左右,而国外70以上是商品模具。国内专业模具厂大多数是“大而全”、“小而全”的组织形式,而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内模具总量中,属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例不足30,而国外在50以上。进出口之比2004年为371,进出口相抵后的净进口达132亿美元,为净进口量最大的国家。3模具产品水平要比国际水平低许多,而许多模具的生产周期却要比国际水平长。产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。4开发能力较差,经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例低,水平也较低,不重视产品开发,在市场经济中常处于被动地位。我国模具企业每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右,国外模具工业发达国家大多1520万美元,有的达到2530万美元,随之而来的是我国模具企业经济效益差,大都微利,缺乏后劲。5与国际水平相比,模具企业的管理落后更甚于技术落后。技术落后易被发现,管理落后易被忽视。国内许多模具企业还沿用过去作坊式管理模式,真正实现现代化企业管理的还不多。随着新的技术在模具生产中的不断应用，很多发达国家模具标准件使用覆盖率已经达到80。为了适应市场发展需求，标准化的生产将成为我国模具行业的发展方向。同时，从目前模具行业的发展来看，模具还将对加工精度的要求不断提高中高档模具在总数中的比例将增大模具的使用寿命不断增长快速成型技术在模具中的应用越来越广泛绿色制造技术将得到迅速发展微成型技术将成为模具技术的一个新分支等。总之，模具制造会朝着快速、高效、环保、经济的大方向发展6。模具设计是决定模具开发制作能否成功的先决条件。模具设计长期以来是一直依靠人的经验和机械制图来完成7。自从20世纪80年代，我国发展模具计算机辅助设计技术以来，这项技术已被大家认可，并且得到越来越快的发展，在模具制造中显出了巨大的优越性。90年代开始的模具计算机程序分析技术也已有许多企业应用。它对缩短模具制造周期及提高模具质量有着显著的作用，现在CAD已从二维设计发展到三维设计，并在各领域有广泛的应用。石艳、黄文权、黄亚纯8介绍了基于PRO/ENGINEER的注塑模具CAD/CAM技术，它能方便快捷地实现产品设计，在设计过程中，可以直接修改模型，缩短了产品开发的周期，而且能直接为后期的模具设计提供准确的三维数据，降低了模具设计成本，同时也为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。四、笔筒的工艺分析笔筒工件图见附件1，笔筒零件三维立体图如图41。3图41笔筒零件三维图工件名称笔筒生产批量大批量材料PC材质（一）工艺分析1、PC材料的工艺特性笔筒零件采用无味、无毒、透明的PC材料，该工件具有重量轻、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点。PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600900J/M，未填充牌号的热变形温度大约为130C，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10C。PC的弯曲模量可达2400MPA以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100C时，在负载下的蠕变率很低。PC耐水解性差，不能用于重复经受高压蒸汽的制品。2、PC材料的成型工艺聚碳酸酯的性能及成型参数如表414表41聚碳酸酯的性能及成型参数密度118120模具温度5080收缩率0508注射压力80130预热温度/110120工艺参数注射时间2090时间/H810高压时间05材桶温度/后段210240冷却时间2090中段230280总周期40190前端240285螺杆转数28喷嘴温度240250使用注射机类型螺杆式（二）结构分析塑件为塑料笔筒，表面粗糙度要求高。（三）笔筒零件工艺方案的确定1、成型方案确定方案对比（1）注塑成型（2）挤出成型（3）压注成型（4）压缩成型表42四种成型方案的对比成型方案成型对象成型设备成型模具成型优缺点注塑成型热塑性塑料和一部分热固性塑料注射机外形复杂，尺寸精确的塑料制件成型周期短；生产效率高；易于自动化挤出成型热塑性塑料和部分热固性塑料挤出机组管、棒、丝、板等成型质量、精度高；连续成型；生产量大；设备简单；成本低压注成型热固性塑料普通压机和双动压机模具结构复杂成型周期短；效率高；成型形状复杂；带有细小金属嵌件的制品压缩成型热固性塑料普通液压机和压力机无浇注系统，模具结构简单生产周期长；效率低；劳动强度大；塑件精度难控制；不易实现自动化生产聚碳酸酯是一种无色、无臭、无毒、透明的热塑性材料，笔筒外形结构复杂，要求一般精度，根据上表中四种成型方案的对比，选择注塑成型。注塑成型特点模具能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有嵌件的塑件；5模具成型周期短、生产率高、易实现自动化生产；模具出氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以注塑成型，一些流动性好的热固性塑料也可以注塑成型；适合大批量生产。2、分型面的确定方案对比（1）笔筒的上端或下端（2）笔筒的中间剖切面（3）笔筒侧面剖切面表43分型面选择位置的对比分型面位置分型面优缺点笔筒的上端或下端原料成型时温度受热、冷却不均匀；脱模容易致使笔筒断裂；不利于笔筒成型笔筒的中间剖切面原料成型时温度、压力、冷却均匀；便于脱模；操作快捷、便利笔筒的侧面剖切面原料成型时温度、冷却均匀；但是不便于脱模；不便宜取模操作综述上表分型面位置的优缺对比，塑料笔筒制件为圆筒形状，分型面应该设置在笔筒最大的直径上，避免出现尖角位，防止出现溢料的情况；同时也防止分型时产生毛边等现象影响圆度。图42笔筒分型面示意图3、型腔的确定注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔。确定注塑模型腔数目主要考虑如下几个因素塑件的尺寸精度；模具制造成本和制造难度；注塑成型的生产效益；根据笔筒塑件的尺寸精度及生产要求，为了提高生产效率，采用一模两腔。4、型腔位置的排布笔筒制件采用一模两腔的结构形式，那么浇注系统的设计应尽量采用从主流到到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸不相同（即对称平衡式布置）。分型面6图43型腔排布形式五、设计思路（1）查阅模具设计手册，参照其余模具设计的例子，确定笔筒的设计参数（2）根据笔筒的设计参数，进行注塑件工艺性分析及确定工艺方案和模具结构设计方案（3）明确使用注塑机的型号及规格（4）注塑工艺计算最大注射量、注射力、锁模力等计算；注塑机压力与行程；注塑机主要技术参数等计算（5）模具的总体结构设计笔筒制件在模具中的成型位置；分型面和型腔数量的确定；浇注系统形式和浇口的设计；成型零件的设计；脱模推出机构的设计；侧向分型与抽芯机构的设计；合模导向机构的设计；排气系统和温度调节系统的设计及模架的选择等（6）装配图的设计初绘模具装配草图，各部分的结构设计，协调好各零部件之间的装配关系，完成装配工作图（7）零件工作图的设计绘制指定的成型零件工作图（8）整理和撰写设计说明书（9）进行毕业设计总结，完成答辩准备工作六、设计时间安排第六周完成外文翻译、方案论证第七周撰写开题报告、文献综述第八周进行工艺计算并确定合理的工艺方案7第九周设计模具结构简图第十十四周模具结构制图与CAD制图、重要零件的加工工艺第十五十六周撰写设计说明书第十七周毕业答辩七、查阅相关文献1周永泰中国模具工业的现状与发展J航空制造技术,2007,1237442唐仁奎,许艳英注塑模具技术现状与发展趋势J科技风,2010,123冯刚,张朝阁,江平我国注塑模具关键技术的研究与应用进展J塑料工业,2014,416194CHENGXUEWEN,LIDEQUNDEVELOPMENTOFINTEGRATEDSYSTEMFORPLASTICINJECTIONMOLDINGJ计算机辅助绘图设计与制造（英文版）2005,19155马斌，郭志英，周华民DEVELOPMENTOFAPLASTICINJECTIONMOLDINGTRAININGSYSTEMUSINGPETRINETSANDVIRTUALREALITYJ浙江大学学报（英文版）,2006,（3）3023086王金莲，黄庆达等微注塑成型技术研究现状与发展J塑料工业2014,（8）16207何修旭，黄瑶，王雷刚基于PRO/E和MASTERCAM的注塑模设计与加工J模具技术2010,（1）4043，638石艳，黄亚纯，黄文权注塑模具的CAD/CAMJ重庆工学院学报2005,（1）3133，439刘朝福模具制造实用手册M北京化学工业出版社，201225626210赵昌盛实用模具材料应用手册M北京机械工业出版社，20052唐仁奎,许艳英注塑模具技术现状与发展趋势J科技风,2010,1211顾正亮,陈国荣,阮征炜实用注塑模CAD软件J化学建材,1998,6414212刘朝福注塑成型实用手册M北京化学工业出版社，201314718013张维合注塑模具设计实用教程M北京化学工业出版社，20075914114FLORES,OLGAVALERIO,KENNEDYMICROSTRUCTURALISSUESINAFRICTIONSTIRWELDEDALUMINUMALLOYJSCRIPTAMATERIALIA,1998,515王群
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