【正文】 技術(shù)的飛躍發(fā)展已經(jīng)成為動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使 工業(yè)產(chǎn)品越來越向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品的開發(fā)周期、生產(chǎn)周期越來越短，于是對(duì)制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備 — 模具的要求越來越苛刻 。 一方面企業(yè)為追求規(guī)模效益，使得模具向著高速、精密、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展；另一方面企業(yè)為了滿足多品種、小批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、贏得市場(chǎng)的需要，要求模具向著制造周期短、成本低的快速經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)、激光、電子、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，使得快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)如虎添翼，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，類型不斷增多，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益越 來越顯著。塑料制品在汽車、機(jī)電、儀表、航天航空等國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場(chǎng)中塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)是注塑模具。 模具材料和標(biāo)準(zhǔn)件 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 國(guó)際上，汽車模具已進(jìn)入專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化階段，汽車模具基本是由專業(yè)的模具制造商提供，模具商品化率在 70％以上，還有許多專門生產(chǎn)模具標(biāo)準(zhǔn)件的企業(yè)，汽車模具標(biāo)準(zhǔn)件多達(dá)幾百種。國(guó)外模具的標(biāo)準(zhǔn)化率可達(dá) 85％ (如德國(guó)、日本 )，中小模具的局部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度高 (如日本的手機(jī)模具 )。德國(guó)的 保險(xiǎn)杠模具，模架是標(biāo)準(zhǔn)的，熱流道是標(biāo)準(zhǔn)的，和國(guó)內(nèi)相比，周期快，成本降低 30％ [4]。 加工設(shè)備、模具制造工藝和測(cè)量技術(shù) 德國(guó)、日本模具企業(yè)的加工設(shè)備先進(jìn)，基本都是數(shù)控、高速切削、單向走絲線切割或 4 軸～ 5軸聯(lián)動(dòng)的高速加工機(jī)床，能實(shí)現(xiàn)模具型面的鏡面加工。外相比德國(guó)、日本汽車模具的制造工藝已標(biāo)準(zhǔn)化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在線測(cè)量，這方面國(guó)內(nèi)至少差 15～ 20 年。德國(guó)的精密品牌產(chǎn)品，除了加工過程中的在線檢測(cè)外，手機(jī)類、剃須刀類的產(chǎn)品，全部通過可靠性測(cè)試、耐候性測(cè)試、壽命測(cè)試、剃刀表面和 間隙的微觀顯微放大測(cè)試、主要零件外形和裝配后外形的激光 3D 測(cè)試等。這些重要數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了非常重要的依據(jù)。 模具的精度、壽命和模具制造周期 國(guó)外的汽車企業(yè)都在實(shí)施“ 2 mm”工程，在國(guó)內(nèi)，單一零件還能夠做到，幾百個(gè)零件裝配到一起就沒有保證了。零件精度低造成修配量大，整模故障率高、穩(wěn)定性差。日本的汽車模具精度可達(dá) mm，塑料模分模面的精度控制在 0． 01德國(guó)的模具制造周期在 2 周～ 20 天，備料 4～ 5 天，試模 2～ 3 天。日、韓的模具周期要求 2周，原因是他們有專門的模具配件城，滑塊、頂桿、澆口套組 件等均可以買到，型腔件加工好裝上就行了。國(guó)外對(duì)發(fā)出去的模具進(jìn)行可靠性、穩(wěn)定性跟蹤。國(guó)內(nèi)是模具出了問題，再派人去。 新工藝、新材料研究和創(chuàng)新能力 塑料加工新工藝的研究，日本、德國(guó)、美國(guó)、意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家處于領(lǐng)先地位，模內(nèi)貼膜、回轉(zhuǎn)成形、雙料雙色／三色注射、啤酒瓶周轉(zhuǎn)箱注射裝配集成化自動(dòng)生產(chǎn)線、奶制品／快餐面盒的注射一模內(nèi)貼膜自動(dòng)生產(chǎn)流水線、一模 200 腔的瓶蓋疊式一回轉(zhuǎn)成型的自動(dòng)化注射生產(chǎn)線等，在多年前就已用于批量生產(chǎn)。全塑型轎車／賽車的塑料和整車零部件成型工藝從 1995 年起一直在孜孜不倦地研發(fā)。戰(zhàn)斗機(jī)上的 高強(qiáng)、高韌、耐高溫、質(zhì)量輕的新材料、新工藝，美國(guó)、德國(guó)在80 年代初期已應(yīng)用于某些機(jī)型， 1985 年后，某些碳纖維塑料制品已應(yīng)用于民用客機(jī)。超薄型手機(jī) PC 導(dǎo)光板的材料、注射工藝與設(shè)備的研制，日本處于領(lǐng)先地位。木塑環(huán)保復(fù)合材料注射專機(jī)和注塑工藝／制品的研究歐洲處于領(lǐng)先地位。多層、多功能復(fù)合薄膜擠出專機(jī)、薄膜厚度控制、薄膜層數(shù)控制及各種功能薄膜的材料研究，美國(guó)處于世界前沿。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 一個(gè)國(guó)家的創(chuàng)新、研發(fā)能力體現(xiàn)了國(guó)家的綜合基礎(chǔ)實(shí)力。國(guó)外企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)很重視，模具廠經(jīng)常會(huì)與材料廠商、產(chǎn)品廠共同開發(fā)新產(chǎn)品和模具；注射機(jī)廠會(huì)與 材料廠商共同研發(fā)新機(jī)型；名牌塑料供應(yīng)商會(huì)與名牌汽車公司聯(lián)合研制以塑代鋼的新塑料和新產(chǎn)品 (如 BAYER 與寶馬合作開發(fā)全塑賽車、 GE與克萊斯勒共同開發(fā)全塑轎車 )。這種強(qiáng)強(qiáng)合作，使企業(yè)具有很強(qiáng)的研發(fā)能力。 研究?jī)?nèi)容、研究目的及意義 研究?jī)?nèi)容 隨著 CAD／ CAM／ CAE 技術(shù)的快速發(fā)展及市場(chǎng)對(duì)模具集成需求的日益增加，在模具企業(yè)推廣普及相關(guān)的 CAD、 CAE、 CAM 知識(shí)、提高其生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是我國(guó)模具行業(yè)發(fā)展的必由之路。應(yīng)用 Pro／ E 機(jī)械自動(dòng)化軟件建立模具模型為模具制造提供必備的圖紙、為后序的 CAE、 CAM 提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，是模具設(shè)計(jì)制造集成化的前提。本文利用 Pro／ E 軟件完成了相機(jī)外殼的模具設(shè)計(jì)，在對(duì)注塑件進(jìn)行機(jī)構(gòu)工藝性分析的基礎(chǔ)上，完成了注塑模具的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和總裝設(shè)計(jì)。 研究目的及意義 目的：以相機(jī)外殼這一現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一副能夠生產(chǎn)所給塑料、滿足產(chǎn)品表面質(zhì)量和制造精度要求的塑料模具。通過此次模具設(shè)計(jì)過程，讓同學(xué)們了解如何進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)的總體思路要有一定的掌握，而且如何進(jìn)行塑料成型工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)塑料模具等方面有綜合性的掌握，為以后從事模具設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。 意義：模具 工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) , 是“百業(yè)之母” ,是永不衰亡的行業(yè) , 模具工業(yè)的發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力 [5]。我國(guó)模具工業(yè)解放后從無到有 , 在經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展 , 已有了較大的提高 , 發(fā)展速度十分迅速 , 目前已初具規(guī)模。近年來 , 對(duì)模具技術(shù)的探索和研究取得了可喜的成績(jī)。我國(guó)模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手工作坊制造階段、工業(yè)化生產(chǎn)階段和現(xiàn)代化生產(chǎn)階段。隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品在航空、航天、電子、機(jī)械、船舶和汽車等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品對(duì)模具的要求越來越高。計(jì)算機(jī)輔助仿真已成 為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) [6] 。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)注塑成型模具進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并對(duì)模具設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行定量計(jì)算和數(shù)值分析；對(duì)整個(gè)注射過程進(jìn)行工藝仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷，對(duì)于存在的問題在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段予以解決 [710]。這種方法與傳統(tǒng)的模具設(shè) 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 計(jì)相比，在優(yōu)化注射工藝、降低試模成本、提高產(chǎn)品的品質(zhì)、節(jié)約原材料等方面具有重要意義。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展 , 數(shù)字化、信息化模具 CAD/CAE/CAM技術(shù)和數(shù)控加工機(jī)床已普遍采用 , 模具產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段 [11]。雖然我國(guó)模具技術(shù) 水平正在逐步提高 , 但與工業(yè)較為先進(jìn)的國(guó)家相比 , 仍存在較大的差距 , 縱觀我國(guó)的模具工業(yè) , 既有高速發(fā)展的良好勢(shì)頭 , 又存在模具品種少、精度低、結(jié)構(gòu)欠合理、壽命短等一系列的不足 , 無法滿足整個(gè)工業(yè)迅速發(fā)展的迫切要求。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低 , 已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志 , 因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 [12]。 隨著塑料制品在機(jī)械、電子、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我們對(duì)塑料模具的需求也隨之增加。模具的設(shè)計(jì)技術(shù)在我國(guó)制造業(yè)中占據(jù)著重要的地位。從事塑料模具的設(shè)計(jì)開發(fā)具 有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 第二章 相機(jī)外殼的結(jié)構(gòu)特征和成型工藝分析 塑件結(jié)構(gòu)分析 相機(jī)外殼的三維模型如圖 21所示。 圖 21 相機(jī)外殼的三維模型 相機(jī)外殼采用材料為 ABS，該材料相對(duì)密度為 左右，有優(yōu)良的力學(xué)性能，其沖擊強(qiáng)度極好，可以在極低的溫度下使用、耐磨性優(yōu)良、尺寸穩(wěn)定 耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學(xué)性和電氣性能良好，綜合性能好，成型工藝好。 外殼上表面和側(cè)面有孔，但是不需要側(cè)抽芯，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 塑件的注塑成型工藝性分析 在 Pro/E 中打開塑件的三維模型，進(jìn)行外殼的注射成型工藝性分析。 外殼的材料為 ABS，其密度在 ，因此選取密度為 g/cm3[13]，在 Pro/ 軟件中對(duì)其分析如圖 23 所示，得出外殼的的體積為 cm3曲面面積為 ,質(zhì)量為 。 塑料制品的壁厚對(duì)塑件成型質(zhì)量的影響很大，壁厚過小成型時(shí)流動(dòng)阻力大，制品難以充滿型腔，塑料制品壁厚的最小尺寸應(yīng)滿足以下幾方面的要求：具有 足夠的 強(qiáng)度和剛度：脫模時(shí)能經(jīng)受脫模機(jī)構(gòu)的沖擊與振動(dòng)：裝配時(shí)能承受緊固 力。塑料制品規(guī)定有最小厚度值，熱塑性塑件的最小壁厚計(jì)算公式為 Smin=() 式中 Smin塑料的最小壁厚， mm h預(yù)計(jì)的塑料壁高， mm. 按照上述公式，前殼的最小壁厚為 Smin= ()=。前殼的壁厚 S=1 mm， 滿足最小厚度條件。 塑件在模塑成型過程中，塑料從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)，將會(huì)產(chǎn)生一定量的尺寸 收縮，從而使塑件緊緊地包在模具型芯和型腔中凸起的部分上，為此必須考慮內(nèi)外壁有足夠的拔模斜度 [14]。使用 Pro/E 軟件進(jìn)行拔模斜度分析結(jié)果如圖 24所示。 通過上述分析，可以得出外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理，壁厚均勻，拔模斜度適當(dāng)，選用的材料成型工藝性好，可能進(jìn)行注射工藝操作。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 22 塑件質(zhì)量屬性 圖 23 拔模斜度分析結(jié)果 成型參數(shù)為模具溫度 ℃，注射溫度 ℃，注射最 大壓力 180Mpa[15]。塑件成型條件、塑料填充情況、冷卻質(zhì)量和縮痕分析結(jié)果如圖 2圖 2圖 2圖 27所示。 圖 24 成型條件分析 圖 25 塑料填充情況分析 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 26 冷卻質(zhì)量分析 圖 27 縮痕分析 第三章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴射出之后到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道。其作用是將塑料熔體 充滿型腔，并將注射壓力傳遞到模腔的各個(gè)部位，以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸精確的塑件。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞對(duì)塑件性能、外觀和成型難易程度影響頗大 [16]。澆注系統(tǒng)可分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類型。本設(shè)計(jì)中采用普通流道的澆注系統(tǒng)。 普通流道的澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。普通流道的澆注系統(tǒng)從總體來看，有如下作用： 將來自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時(shí)使型腔內(nèi)的氣體能及時(shí)順利排出。 在塑料熔體填充及凝固的過程中， 將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得形狀完整、內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制件。 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理不僅對(duì)塑件性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、內(nèi)外在質(zhì)量等影響很大，而且還與塑件所用的塑料的利用率、成型生產(chǎn)效率等相關(guān)，因此，澆注系統(tǒng) 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循如下基本原則： 了解塑料的成型性能和塑料熔體的流動(dòng)特性。 采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失。澆注系統(tǒng)作為充填型腔的流動(dòng)通道，要求流經(jīng)其內(nèi)的塑料熔體熱量損失及壓力損失減小到最低程度，以保持 較理想的流動(dòng)狀態(tài)及有效地傳遞最終壓力。為此，在保證塑件的成型質(zhì)量，滿足型腔良好的排氣效果的前提下，應(yīng)盡量縮短流程，同時(shí)還應(yīng)控制好流道的表面粗糙度，并送減少流道的彎折等，這樣就能夠縮短填充時(shí)間，克服塑料熔體因熱量損失和壓力損失過大所引起的成型缺陷，從而縮短成型周期，提高成型質(zhì)量，并可減少澆注系統(tǒng)的凝料量。 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)有利于良好的排氣。澆注系統(tǒng)能夠順利地引導(dǎo)塑料熔體充滿型腔的各個(gè)角落，使型腔及澆注系統(tǒng)中的氣體有序地排出，以保證填充過程中不產(chǎn)生紊流或渦流，也不會(huì)因氣體積存而引起凹陷、氣泡、燒焦等成型缺陷。因此，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意與模具的排氣方式相適應(yīng)，使塑件獲得良好的成型質(zhì)量。 防止型芯變形和嵌件位移。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免塑料熔體直沖細(xì)小型芯和嵌件，以防止熔體沖擊力使細(xì)小型芯變形或使嵌件位移。 便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。 澆注系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合型腔布置綜合考慮澆注系統(tǒng)的分布形式與型腔的排布密切相關(guān)，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能保證在同一時(shí)間內(nèi)塑料熔體充滿各型腔，并且使型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積總重心與注射機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)的鎖模力作用中心相重合，這對(duì)于縮模的可靠性及縮模機(jī)構(gòu)受力的均勻性都是不利的。 盡量減少因開設(shè)澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量。 澆注系統(tǒng)的模具工作表面應(yīng)達(dá)到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中澆口應(yīng)有 IT8 以上的精度要求。 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)存冷料的措施。 流道及澆口設(shè)計(jì)