中北大学-抽屉注塑模具设计.

1、毕业设计说明书抽屉注塑模具设计班级：学号：姓名：学院：软件学院软件工程专业：史源源黄志诚指导教师：2014年 6月抽屉注塑模具设计摘要本设计是塑料抽屉的注塑模具设计， 在结合了传统的机械设计后， 把 CAD/CAM 技术应用在注塑模具的设计上，在 CAD 系统中实行模型和注塑模具的设计。本文介绍了我国当前模具技术的发展状况以及 CAD/CAM 在模具上的应用，其中包括 PRO/E， AUTOCAD ，MASTERCAM 。而主要的机械部分设计， 其内容包括塑料注塑模具的工作原理及应用，设计准则，以及产品的简介。 塑料注塑模的设计计算， 包括模具结构设计，注塑机的选用，浇注系统的设计等方面。关键

2、词： CAD ， CAM ，注塑模The Drawer Is Injection Mold DesignAbstractIt is to design the drawer injection mould,references to the traditional mechanical design,focus on the CAD/CAM application in the plastic mould design,that is to say to apply the CAD system in model and plastic injection mould design.This

3、artic introduces the mould technology and the CAD/CAM application of mould in china nowadays,Including PRO/E,AUTOCAD,MASTERCAM.While main mechanical designs content the principle and application of the plastic mould,design standards and brief intro of the items.The calculation of the plastic mould d

4、esign concerns about the mould construction design,choosing injection machine,injection system and so on.Keywords:CAD,CAM,Injection mould中北大学 2014 届毕业设计说明书目录1绪论 .11.1我国塑料成型模具的现状与发展趋势 .11.2注塑成型的定义 .22注塑模具成型相关技术简介及现状 .42.1注塑模具成型相关技术简介 .42.1.1PRO/E 简介 .42.1.2AUTOCAD 的简介 .42.1.3MASTERCAM 的简介 .42.1.4逆向工程

5、 .52.2技术现状调研 .62.2.1使用微机作为开发和应用平台 .62.2.2PDM 技术的实施 .73模型的设计 .93.13D 模型的建立 .93.2零件模具的设计 .104模具的装配 .135零件材料的选择及材料性能 .145.1制品的材料选择依据 .145.1.1聚苯乙烯的化学和物理特性 .145.1.2聚苯乙烯主要技术指标 .145.2分析计算 .156塑料注射成型模具的设计 .176.1注射机类型的选择 .176.2注射机有关工艺参数的校核 .176.2.1注射量的校核 .176.2.2锁模压力的校核 .186.2.3注射压力的校核 .186.2.4注射速率 .18第I页共II

6、页中北大学 2014 届毕业设计说明书6.2.5模具闭合厚度的校核 .187成型零件的设计 .207.1型腔分型面的设计 .207.2排气槽的设计 .207.3成型零件的设计 .207.3.1凹模的结构设计 .207.3.2型芯结构设计 .207.3.3成型零件工件尺寸 .207.4塑件脱模机构的设计 .237.5复位机构的设计 .237.6脱模力计算 .237.7侧向分型与抽芯机构设计 .247.7.1斜导柱 .247.7.2导柱倾斜角 的计算： .247.7.3抽心距的计算 .257.7.4斜导柱工作部分长度 .257.7.5抽拔力的计算 .257.7.6斜导柱所受弯曲力的计算 .257.

7、7.7斜导柱直径的计算 .257.8导向机构的设计 .268浇注系统的设计 .278.1主流道的设计 .278.2浇口的设计 .289塑料温控系统设计 .2910标准模架的选择 .3211小 结 .33参 考 文 献 .34致谢 .35第II页共II页中北大学 2014 届毕业设计说明书1 绪论1.1我国塑料成型模具的现状与发展趋势近年来，从整体看，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，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 2m，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

8、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。 2013 年，全年生产模具约 1800 万套，平均每个

9、月模具产量约在150 万套。按照每套模具仅以 10 万元的销售金额计算， 2013 年全国模具总产值达到1.8 万亿元。但与国民经济发展的需求、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。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。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中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，未来几年年

10、增长率仍将保持 20%左右的水平。从模具设计和制造用度看，模具的发展趋势可归纳为以下几方面：（ 1）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。企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、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。（ 2）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第1页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，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

11、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。（ 3）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转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是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。中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然要求。当然，目前及相当长一段时间内， 技艺型人才仍

12、十分重要， 因为模具毕竟难以完全摆脱对技艺的依靠。（ 4）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。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 等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。（ 5）随着人类社会的不断进步，模具必然会向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业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。

13、因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。（ 6）发达工业国家的模具正加速向中国转移，其表现方式为：一是迁厂，二是投资，三是采购。中国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进技术，加快自己的发展步伐。1.2注塑成型的定义所谓注塑成型（ Injection Molding ）是指，将已加热融化的材料喷射注入到模具内，经由冷却与固化后，得到成形品的方法。适用于量产与形状复杂产品等成形加工领域。(1)注塑成型机注塑成型机可区分为合模装置与注射装置。 合模装置是开闭模具以执行脱模 （eject）作业。注射装置是将树脂予以加热融化后再射入模具内。第2页共35页中北大学 2014 届毕业

14、设计说明书(2)模具所谓模具（ Mold ）是指，为了将材料树脂做成某种形状，而用来承接射出注入树脂的金属制模型。已溶解的材料是从浇口进入模具内，再经由流道与流道口填充到模槽内。接下来则经由冷却工程与开模成型机脱模杆上的模具脱模板，推顶出成形品。(3)成形品成形品是由流入融化树脂的浇口、导入模槽的流道与产品部份所构成。(4)使用回料成形品中的浇口与流道并不属于产品。因此该部分往往被废弃，甚至粉碎后再度用作成形专用材料，这就称为回料。回料不能单独作为成形专用材使用，通常都是配合造粒才能予以使用。由于会经过成形工程，因此可让树脂做出各种特性的变化。回料之配方比例的上限为 30左右，若配方比例过高就

15、有可能会损害到树脂的原有性质。(5)成形条件所谓成形条件是指， 为了获得所需的成形品， 而利用成型机的汽缸温度、 射出速度、模具温度等组合成无数个设定条件。由于可获得的成形品外观、尺寸、机械物性会因成形条件而异，因此要找出最佳的成形条件，就必须仰赖熟练的技术与经验。第3页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书2 注塑模具成型相关技术简介及现状2.1注塑模具成型相关技术简介2.1.1PRO/E 简介Pro/Engineer 包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真NC 自动编程，钣金设计、电路布线、装配管路设计等专有模块，ID 反求工程，铈并行工程等先进的设计方法和模式。其主要特点是参数化的特

16、征造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中相应图形或数据也会自动更新。它的性能优良、功能强大，是一套可以应用于工业设计、机械设计、功能仿真、制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。 Pro/Engineer自 1988 年问世以来， 10 多年来已成为全世界最普及的 3DCAD/CAM 系统。 Pro/Engineer 在今日俨然已成为 3DCAD/CAM 系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具、等各行业。Pro/Engineer可谓是全方位的 3D 产品开发软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、 NC

17、加工、钣金件设计、铸造设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据管理于一体，其模块众多。 Pro/Engineer 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。2.1.2AUTOCAD 的简介20 世纪 60 年代初，由美国学者首先提出CAD 的概念。CAD（Computer Aided Design）是“计算机辅助设计”这三个词的英文缩写。 30 多年来， CAD 技术飞速发展，其内涵也有了充实和延伸，它与 CG（Computer Graphics 计算机图形学）相结合形成了一门新学科。计算机

18、绘图是由计算机及图形输入 /输出设备实现图形显示及绘图输出， 它是图形学、计算学和计算机科学的三者结合的结晶，是 CAD/CAM 的基础之一。计算机辅助设计是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力， 按照设计师的意图进行分析和计算，作出判断和选择，最后得到满意的设计效果和生产图纸，大大地提高提高了设计效率。2.1.3MASTERCAM 的简介随着机械加工行业的发展，从早期的手工绘图、刀削石磨到现在利用计算机辅助工具设计制造自动化时代，科技的力量难以磨灭，MASTERCAM软件也一直快速地推动第4页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书着这一行业的高速发展，特别是现在占有着重要的

19、一席之地，不仅它的发展迅速，而且其功能强大，这也是MASTERCAM之所以得到广泛应用的原因。MASTERCAM把辅助设计功能（ CAD ）和辅助制造功能（ CAM ）有机地结合在一起，从设计绘制图形到编制刀具路径，再通过后处理器将NCR 转换为机床数控系统能识别的NC 程式，并能模拟刀具的路径验证 NC 程式，然后通过计算机输入到数控铣床或加工中心上，选用适合工件的刀具路径即可完成工件的加工， 比以前在数控机床使用手工编程和数字化技术编制程序更为先进。它能计算能加工时间，也可以将AUTOCAD 、CADKEY 等 CAD 软件绘制的图形转换至MASTERCAM 中，使绘图更容易方便， 编制加

20、工程序更快更准确。2.1.4逆向工程在机械领域中， 逆向工程 (Reverse Engineering)是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有 CAD 模型的情况下，按照现有零件的模型（称为零件原形） ，利用各种数字化技术及 CAD 技术重新构造原形 CAD 模型的过程。逆向工程是近年来发展起来的消化， 吸收和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，其主要目的是为了改善技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。世界各国在经济技术发展中，应用逆向工程消化吸收先进技术经验，给人们有益的启示。据统计，各国百分之七十以上的技术源于国外，逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短百分之四

21、十以上，极大提高了生产率。因此研究逆向工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。逆向工程的应用领域大致可分为以下几种情况：在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有 CAD 模型的情况下，在对零件原形进行测量的基础上形成零件的设计图纸或 CAD 模型，并以此为依据生成数控加工的 NC 代码，加工复制出一个相同的零件。当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法。比如航天航空领域，为了满足产品对空气动力学等要求，首先要求在初始设计模型的基础上经过各种性能测试（如风洞实验等）建立符合要求的产品模型，这类零件一般具有复杂的自由曲面外型，最终的实验模型将

22、成为设计这类零件及反求其模具的依据。在美学设计特别重要的领域， 例如汽车外型设计广泛采用真实比例的木制或泥塑模型来评估设计的美学效果，而不采用在计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法，此时需用逆向工程的设计方法。第5页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书另一个重要的应用如修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等，此时不需要对整个零件原型进行复制， 而是借助逆向工程技术抽取零件原形的设计思想，指导新的设计。这是由实物逆向推理出设计思想的一种渐近过程2.2技术现状调研经过四十多年的发展， CAD/CAM 技术有了长足的进步。 现在 CAD/CAM 主要运行在工作站或微机平台上。工作站虽然性能

23、优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在一定程度上限制了CAD/CAM 技术的推广。随着Pentium 芯片和 WindowsNT 操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的CAD/CAM 软件现在也可以运行在微机上。由于微机的价格远远比工作站低，性能也不比中低档工作站逊色多少，并且windowsNT 操作系统的安全性与DOS、 Windows3.x、 Windows95/98 等操作系统相比有了很大提高。所以，微机平台为普及CAD应用创造了绝好的条件。在此基础上，CAD/CAM 软件厂商展开了新一轮的竞争。 一方面工作站上著名的CAD/CAM 的软件（如UG、CATIA ）全功能地移

24、植到微机平台，使微机完全对等地实现了工作站环境的处理能力；另一方面 CAD/CAM 软件打破了原有 Unix 环境的桎梏，在 Windows 平台上全面拓展。 Pentium 以上处理器和 NT 环境已经或者正在成为 CAD/CAM 软件运行和应用的主流平台。当今 CAD/CAM 软件动态如下 :2.2.1使用微机作为开发和应用平台微机平台的 CAD/CAM 软件的特点是 :（ 1）采用 Windows 环境采用 WindowsNT 操作系统是新一代推出的微机CAD/CAM 软件的共同特点。现在，个人计算机已经具备了与中低档工作站竞争的实力， 再加上其价格低廉， 使得普及 CAD 应用成为可能

25、。Windows 平台上的新一代 CAD/CAM 软件基本上都采用典型的 Windows 界面和操作规范， 同时由于 DDE 和 OLE 技术的广泛应用， 这些 CAD/CAM 软件可以与 Windows 平台的其他软件进行动态数据交换， 也可以在不退出 CAD/CAM 软件的前提下嵌入（或链接）其他应用程序的对象。（ 2）采用 COM 技术COM(ComponentObjectModel) 是国际上为提高软件稳定性和开发效率而引入的重要技术。现今推出的Windows 平台的 CAD/CAM 软件都或多或少地应用了COM 技术。第6页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书通过使用现成的组

26、件，软件开发商可以避免软件开发中许多烦琐和困难的基础部分，从而可以从极高的起点出发，大大缩短CAD 软件上市周期，这样容易取得竞争优势。采用面向对象技术，使得微机CAD 软件的可维护性和可扩展性得以增强。（3）吸收 Unix 平台软件的优点新一代微机平台CAD 软件充分吸取 Unix 工作站软件的精华。 诸如参数驱动、 特征造型、动态导航、二维与三维双向相关、STEP 标准和动态图形显示等这些比较好的特点已经被微机平台软件全部吸收。2.2.2PDM 技术的实施随着 CAD 技术的推广，原有的技术管理系统面临着巨大的挑战。在采用计算机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸

27、、技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、 采购单、成本核算单和材料清单等均由人工编写、审批、归类、分发和存档，所有的资料均通过技术资料室进行统一管理。自从采用计算机技术之后，上述与产品有关的信息都变成了电子信息。简单地采用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往不能从根本上解决先进的设计制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。要解决这个矛盾，必须采用PDM 技术。PDM （产品数据管理）是从管理CAD/CAM系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。工程技术人员根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据中的一部分。PDM 系统除了要管理上述数据

28、外，还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理。由此可见，PDM 系统管理的产品信息将涉及到企业的产品设计、工艺、制造、经营和服务等部门。因此，PDM 系统的实施具有涉及面广、信息工作量大等特点。实施 PDM 技术可以实现并行工程，提高产品设计效率，支持全面质量管理，实现人、过程、技术三者的平衡。因此它可以为企业带来巨大收益。PDM 技术实施与CAD/CAM 技术的实施不一样，前者调整的是企业的管理模式。将原来的人工管理方式转变为 PDM 的计算机管理模式， 既要兼顾原有的管理习惯， 又要考虑信息集成的要求。由于企业技术环境、管理

29、水平、企业文化等方面的差异，每个企业的PDM 实施过程都不会相同。只有对企业的计算机环境、企业过程以及PDM 的总体目标有了充分的理解后，全面地分析企业对PDM 产品的详细需求，才能选出最适合本企业发展的PDM 产第7页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书品和解决方案。目前国际主流的PDM 产品有 UG 的 IMAN ，SDRC 的 Metaphase等软件，国内 PDM产品有高华 PDM ，华中 PDM 等。第8页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书3 模型的设计3.13D 模型的建立本零件是应用 PRO/E2001 来建立的。本零件的建立过程虽然不是很复杂，但特征特别多，稍

30、不注意就会出错，在一边建模过程中，要一边设置拔模斜度，否则建立模型后再来设置拔模斜度，难度会很大，而且还会出现很多错误。具体如PRO/E 图所示。以下是零件的3D图：图3.1零件3D图第9页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书图 3.2零件 3D图3.2零件模具的设计模具设计的流程一般是先建构出模具构件，这个在前面已经建出来了就是前面画的零件图，再根据模型特性来设计模座 （ MOLDBASE ）。模具构件包括上模型腔、 下模型腔（也称为凸模型腔、凹模型腔） 、浇道系统（注道、流道滞料部、浇口等） 、砂芯、销、滑块等，而模座则包括固定侧模板、移动侧模板、顶出销、回位销、冷却水线、电热管、

31、停止销、定位螺栓、导柱、导键等。一般而言，模座的构件各部分均可利用protrusion 及 cut 等简易的实体特征来建构， 而型腔由于牵涉到上、 下模的分模面， 因此需要建构复杂的曲面特征。根据本设计中的产品的结构需要，必须在产品的其中一个侧面设置整个侧面的斜抽芯机构，所以在分型面的选择上如图所示。主分型面如下图：第10页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书图 3.3主分型面斜抽芯分型面如下图：图 3.4斜抽芯分型面第11页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书利用分型面所分出的型芯和型腔，再根据本设计的设计方案进行修改，从而得到了型芯，定模固定板兼型腔。其他的零件的 3D 设

32、计也是在原始的机械设计中得来的， 但是 3D 设计的好处是可以及时发现问题，如干涉等，这样的话就可以边设计边校核，从而减少错误。本设计中最重要的斜导柱的定位就可以通过在PRO/E 上来进行，把定位后所得的各零件间的相关数据测量出来后就可以反映到各零件中去，从而减少了定位误差。第12页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书4 模具的装配零件的装配在 PRO/E 中是根据约束来进行的， 根据各零件间的装配关系使用对齐或匹配的约束来完成装配。完成所有零件的3D 设计后就可以装配了，并在此基础上建立爆炸图，在爆炸图上就可以很清楚的了解各构件的装配关系。第13页共35页中北大学 2014 届毕业设计说明书5 零件材料的选择及材料性能5.1制品的材料选择依据5.1.1聚苯乙烯的化学和物理特性大多数商业用的 PS 都是透明的、非晶体材料。PS 具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。