【文章內(nèi)容簡介】 對科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)不夠重視，因而模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少。 中國塑料模具企業(yè)不僅要加快產(chǎn)業(yè)集群化，發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，還要注重模具產(chǎn)業(yè)鏈的前端研發(fā)、人才建設(shè)、產(chǎn)業(yè)鏈后端的檢測以及信息服務(wù)，盡快縮短技術(shù)、管理、工裝水平與國際水準(zhǔn)的差距。這是塑料模具企業(yè)在發(fā)展中必須解決的重要問題。 、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)不合理 我國模具生產(chǎn)許多是在各主機廠的模具分廠或車間內(nèi)，其中一半以上是自產(chǎn)自用，模具的商品化程度低，而國外 70%以上都是專業(yè)模具廠，且走的是“小而精”的道路。國內(nèi)模具總量中，屬大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例只有 30%左右，國外在 50%以上。 歐、美等國家的模具企業(yè)，大部分也是 3050人的小企業(yè)，但 CAD / CAE/CAM 的應(yīng)用水平高，數(shù)控加工設(shè)備多，模具零部件的精度靠先進(jìn)的加工設(shè)備保證，工人嚴(yán)格按工藝操作，每個模具零件的加工都很到位，最后鉗工的裝修工作量很小，一個 50人左右的模具廠，裝配鉗工一般 只有 23人。 產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進(jìn)水平低，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進(jìn)水平長。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在尺寸精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上，這幾項指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比差距十分明顯。工藝水平低主要表現(xiàn)在設(shè)計、加工、工藝裝備等方面，模具工業(yè)的整體裝備水平相對落后、利用率低。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和 CAD/CAA 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金 等方面原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附、配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好的解決。裝備水平低，帶來我國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。 模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低，也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。國內(nèi)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率只有 35%左右，而國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度為 70%80%[7]。如能廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件，將會縮短模具設(shè)計制造周期25%40%，并可大大減少由于自制模具零件而造成的工時浪費。 模 具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比還有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高 [8]。 本課題研究的背景和意義 數(shù)字化設(shè)計制造是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的大趨勢，是中國制造業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要機遇。數(shù)字化設(shè)計及制造技術(shù)是指利用計算機軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的一種技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)和計算機輔助下通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)模擬，全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計、分析、裝配、制造等過程。本課程通過對典型塑料產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計制造的過程，使學(xué)生能夠基本了解產(chǎn)品數(shù)字化 開發(fā)、設(shè)計、制造的全貌，進(jìn)而掌握數(shù)字化設(shè)計與制造的核心技術(shù)，為畢業(yè)后從事制造業(yè)專業(yè)技術(shù)工作奠定良好基礎(chǔ)。 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題塑件為電氣產(chǎn)品殼體類零件，生產(chǎn)數(shù)量： 50 萬件；材料： PC；生產(chǎn)方式：注射成型。外側(cè)表面光潔，不能有雜點，縮水痕等。研究的主要內(nèi)容有： （ 1）應(yīng)用 Pro/E 對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定其模具形式和總體結(jié)構(gòu)； （ 2）應(yīng)用 Modelflow 軟件進(jìn)行模流分析，確定其最佳澆口位置，并設(shè)計澆注系統(tǒng)和相關(guān)模具零件、以及冷卻系統(tǒng)等； （ 3）選取標(biāo)準(zhǔn)模架進(jìn)行模 具裝配； （ 4）模具總體裝配的建立和相應(yīng)參數(shù)的校核計算； （ 5）利用 CAXA 軟件對模具成形零件進(jìn)行數(shù)控加工編程和加工仿真。 2 塑件的結(jié)構(gòu)和工藝分析 5 2 塑件的結(jié)構(gòu)和工藝分析 塑件的材料分析 聚碳酸酯（ PC）為無色透明粒料，密度為 。聚碳酸酯是一種性能良好的熱塑性工程材料，韌而剛，抗沖擊性在熱塑性塑料中名列前茅，成型零件可達(dá)到良好的尺寸精度并在很寬的溫度范圍內(nèi)保持其尺寸的穩(wěn)定性，成型收縮率恒定為 %%，抗蠕變、耐磨、耐熱、耐寒，催化溫度在 100℃以下，長期工作溫度達(dá) 120℃，聚碳酸酯吸 水率較低，能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較好的電性能，聚碳酸酯是透明材料，可見光的透光率接近 90%。 聚碳酸酯的缺點是耐疲勞強度較差 ,成型后塑件的內(nèi)應(yīng)力較大，容易開裂，用玻璃纖維增強聚碳酸酯則可克服上述缺點，使聚碳酸酯具有良好的力學(xué)性能、更好的尺寸穩(wěn)定性、更小的成型收縮率，并可提高耐熱性和耐藥性，降低成本。 雖然吸水性小，但高溫時對水分比較敏感，會出現(xiàn)銀絲、氣泡及強度下降現(xiàn)象，所以加工前必須干燥處理，而且最好采用真空干燥法；熔融溫度高，溶體粘度大，流動性差，所以成型時要求有較高的溫度和壓力；熔體粘度對溫度十分敏感 ，一般采用提高溫度的方法來增加熔融塑料的流動性 [9]。 塑件的結(jié)構(gòu)和工藝性分析 塑件如圖 和圖 ，由圖可知： 圖 圖 （ 1）該塑件為薄壁制件，壁厚為 ，分布較均勻，脫模斜度可取 3176。； （ 2）塑件整體尺寸較小，且形狀較復(fù)雜，應(yīng)選用小型模具； （ 3）塑件外側(cè)有卡槽、內(nèi)有孔，成型后不易取出制件，應(yīng)用側(cè)抽機構(gòu)； （ 4）塑件內(nèi)部的卡槽不易脫模，可以考慮用斜頂機構(gòu)，具體脫模方案見圖 。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 脫模方案 塑件的表面質(zhì)量分析 該塑件為電氣產(chǎn)品殼體類零件，要求外側(cè)表面光潔，不能有雜點，縮水痕等。由零件圖知，配合面公差等級 MT3，未注公差等級 MT5；對其表面粗糙度無特殊要求，故可取內(nèi)表面 ，外表面 。 本章小結(jié) 由于該制件相對較小，并且結(jié)構(gòu)彎曲復(fù)雜，因此在脫模機構(gòu)的設(shè)計中，應(yīng)盡量考慮到滑塊的大小、位置和移動位移對整體結(jié)構(gòu)的影響； 該制件所需側(cè)抽機構(gòu)較多，應(yīng)考慮合并某兩個滑塊從而減少多個側(cè)抽所引發(fā)的誤差； 該塑件翹曲部分在制模時應(yīng)考慮它的變形性和其對應(yīng)表面質(zhì)量 。 由于該 制件相對較小 ,考慮到產(chǎn)量和生產(chǎn)周期應(yīng)采用一模多腔生產(chǎn) ,為此 ,我們選擇一模兩腔的生產(chǎn)方式 . 3 注射機的選取和標(biāo)準(zhǔn)模架的確定 7 3 注射機的選取和標(biāo)準(zhǔn)模架的確定 注射量和鎖模力計算 (1)塑件質(zhì)量、體積計算 由 Pro/E 得：塑件體積 3 . 3 5 7 62 . 7 9 8,c7 9 131 ???? vmmV ?(取 PC 的密度為)，流道凝料的質(zhì)量 2m 還是未知數(shù)，按塑件質(zhì)量的 倍來估算，又因為是一模兩腔，所以注射量為： 8 .0 5 8 2 4 g3 .3 5 7 62 1 ??? nm cmV ??? ? (2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算 流道凝料在分型面上的投影面積 A2，在模具設(shè)計前是個未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析， A2是每個塑件在分型面上的投影面積 A1的 倍～ ，因此可用 A 來計算估計，所以： 11121 nAnAnAAAA ????? 21 2 9 4 8 . 8 8 m m1 1 1 . 72 6 . 4L ??? BA 212 2 0 6 4 . 2 1 6 m m2 9 4 8 . 8 82 ??? AA 固模具所需鎖模力 2 7 8 . 6 6 9 K N359 7 9 6 1m ??? 型APF 式中型腔壓力 型P 取 35MPa 注射機選取和相關(guān)參數(shù)的校核 選取注射機 根據(jù)以上每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值 由 注型 VV ? 鎖FF?m 初選 SYS— 30 型 型腔數(shù)量及注射機有關(guān)參數(shù)的校核 表 31 SYS30 注射機技術(shù)參數(shù) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 項目 參數(shù) 項目 參數(shù) 理論注射量 /cm179。 30 模板行程 /mm 180 選用模內(nèi)壓力 /Mpa 拉桿空間（長寬） 190300 最大注射面積 /cm178。 130 定位孔直徑 /mm 55 鎖模力 /KN 500 噴嘴球半徑 /mm 12 最大模具厚度 /mm 200 噴嘴孔徑 /mm 3 最小模具厚度 /mm 75 頂出孔徑 /mm 50 （ 1）按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量 : 3 . 3 5 7 6 3 . 3 5 7 620 . 230 2 ???? m mKmn N ＞ 2,固型腔數(shù)校核合格。 式中： K 注射機最大注射量的利用系數(shù)，無定型塑料一般取 ； Nm 注射機允許的最大注射量（ g或 cm 179。），該注射機為 30cm 179。 1m 單個塑件的質(zhì)量或體積（ g 或 cm 179。） ,m1＝ 。 2m 澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量或體積（ g或 cm 179。） ,取 。 （ 2）按注射機的額定鎖模力校核型腔數(shù)量： 2948 . 8 81035 102064 . 2 161035105n 66 66612 ????? AP APF型型 ＞ 2，固該注射機符合設(shè)計要求。 式中： F注射機的額定鎖模力（ N），該注射機為 5 105N 1A 一個塑件在模具分模面上的投影面積（ mm178。） , A1＝ 178。 2A 澆注系統(tǒng)（一腔）在模具分型面上的投影面積（ mm178。） A2＝ A1 = 106 型P 塑料熔體對型腔的成型壓力（ MPa） ,該處取 35MP。 ： （ 1）注射量校核 ： 注射量以容積表示，最大注射容積為 3m a x 2 4 c m30 ??? VV ? 式中： maxV 模具型腔和流道在注射壓力下所能注射的最大容積（ cm179。） 。 V 指定型號與規(guī)格的注射機注射容積（ cm179。） ,該注射機為 30cm179。 ? 注射系數(shù)，取 ，無定型塑料可取 ，結(jié)晶塑料可取 ，該處取 。 倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留時間就會過長 [10]。所以最小注射溶劑 3m in 6 c m30 ??? VV 。固每次注射的實際注射量容積 V 應(yīng)滿足 maxmin ＜＜ VVV ； 而 331 ＞6 c m6 . 8 1 6 c m2 . 8 42 ??? nVV ，則符合要求。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 （ 2）鎖模力校核 ： 在前面已進(jìn)行，符合要求。 標(biāo)準(zhǔn)模架的選取 由模具型腔的布局以及相互的位置關(guān)系的分析得選模型號為： A232525 25 70GB/T12555— 2020 具體尺寸見下表： 表 32所選模架的尺寸 MxL W1 W2 W3 A（定模） /B（動模） C（墊塊） 230 250 280 43 140 25 70 H1 動模底板 H2動模板 H3 推件板 H4 定模座 H5推板固 定板 H6推板 25 35 0 30 15 20 W4 復(fù)位桿寬距 L2 復(fù)位桿長距 W5 L1 W6 L3 106 220 120 230 184 174 L4 W7 D1 D2 M1 M2 224 185 20 15 4 M14 4 M8 本章小結(jié) 由于在校核計算中大多都是以經(jīng)驗值或者經(jīng)驗比例計算的，因而，在計算的結(jié)果上有時不夠精確，最好采用現(xiàn)代分析方法 CAE 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析再對照所選的注射機進(jìn)行對比校核，并最終確定設(shè)計的合理性，具體分析見后面章節(jié)。 4 注射模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10 4 注射模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 成型零件包括型芯和型腔，型芯形成制品的內(nèi)表面形狀，凹模形成制品的外表面形狀。合模后，型芯和凹模便構(gòu)成了模具的型腔，如圖 和圖 ，按工藝和制造的要求，有時型芯或凹模由若干拼塊組合而成，有時做成整體，僅在易損壞、難加工的部位采用鑲塊，本次設(shè)計型芯和凹模采用鑲塊的形式安裝在動、定模板上面，并采用螺釘將其連接起來，從而實現(xiàn)開模、合模動作的順利完成。 圖 圖 澆注系統(tǒng)和分型面的設(shè)計 澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則 澆注系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須保證塑件的質(zhì)量，避免常見的充填問題。盡量減少塑料熔體填充時的停滯現(xiàn)象，停滯現(xiàn)象容易使工件的某些部分過度保壓，某些部分保壓不足，從而使塑件的內(nèi)應(yīng)力增加 。盡量避免出現(xiàn)熔接痕，熔接痕的存在不但會影響外觀，使得產(chǎn)品的表面質(zhì)量較差，而且出現(xiàn)熔接痕的地方弦度也差 。盡量避免過度保壓和保壓不足，過度保壓會使產(chǎn)品密度較大，增加內(nèi)應(yīng)力，甚至出現(xiàn)飛邊 。盡量減少熔體流向雜亂，保證澆注系統(tǒng)和型腔內(nèi)的氣體順利排出，流向雜亂會使工件弛度較差，表面的紋路也較不美觀。 及長度 在確保成型質(zhì)量和滿足良好排氣的前提下，從澆口套到主澆道、分澆道、澆口，要盡量減小及縮短澆注系統(tǒng)的斷面及長度。這樣可