【文章內(nèi)容簡介】 導教師 李雷權(quán)2015年3月18日 題目 基于CAD/CAE的香薰盒的注塑模設(shè)計。一、選題的目的及研究意義選題的目的模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，是國際上公認的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領(lǐng)域中60％～90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。目前世界模具市場供不應(yīng)求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術(shù)水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究意義研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。各種模具的分類和占有量模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔使材料成型。塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等模，模具所涉及的工藝繁多，包括機械設(shè)計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，以及塑料制品在各個工業(yè)部門的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品對模具的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法已無法適應(yīng)當今的要求。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動強度方面，都具有極大的優(yōu)越性。Pro/Engineer是由美國PTC公司開發(fā)的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)，具有單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)聯(lián)等特點，是目前機械行業(yè)人士廣為應(yīng)用的設(shè)計軟件，在模具設(shè)計方面也得到了廣泛應(yīng)用。塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類。因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等研究現(xiàn)狀20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進步的投入力度，將技術(shù)進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。模具是工業(yè)生產(chǎn)之母，是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備，它是以其自身的特殊性裝通過一定的方式使原材料成型。現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)中，模具由于其加工效率搞、互換性好、節(jié)省原材料，所以得到廣泛的應(yīng)用。從某種意義上來說，模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一。隨著世界各國生產(chǎn)需要和塑料應(yīng)用的不斷擴大，塑料已成為在鋼鐵、木材、水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料。在這基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的塑料加工手段中的塑料模具的設(shè)計和制作水平，對塑料制品的成型質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。從某種意義上來說，塑料市場的開拓、塑料制品的優(yōu)劣主要取決于模具質(zhì)量。由于塑料模具的研制工作一直受到各方面的重視，故其設(shè)計和制作水平提高很快，特別是計算機輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)發(fā)展很快。促進其發(fā)展迅速的原因可歸結(jié)為以下幾點：（1）產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，特別是家電、汽車、IT行業(yè)市場競爭的加劇，使模具制造業(yè)得到迅猛的發(fā)展。（2）現(xiàn)代產(chǎn)品對模具的種類、精度、工作和使用壽命等提出了更高的要求。我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。（3）在國外工業(yè)發(fā)達國家，模具制造業(yè)已成為一個專業(yè)的行業(yè)，其標準化、專業(yè)化、商品化程度高，模具行業(yè)已經(jīng)成為一個高技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。（4）CAD/CAM技術(shù)已在行業(yè)中得到基本普及。（5）CAE技術(shù)及CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)已在部分企業(yè)中應(yīng)用，等。中國是發(fā)展中國家，具有生產(chǎn)發(fā)展水平較低，勞動力資源豐富，生產(chǎn)成本低廉及市場前景廣闊等一般發(fā)展中國家同樣的一些特點，但中國人均GDP己超過2000美元，同時還具有相當雄厚的技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)，人們聰慧、勤勞、靈巧和改革開放良好環(huán)境等一些特殊的特點，這些特點很適合發(fā)展模具工業(yè)，可以預設(shè)，不遠的將來，我國將成為世界最大的制造中心，這給我國的模具行業(yè)提供了前所未有的發(fā)展機遇。因此，加快高技術(shù)設(shè)備如數(shù)控加工、快速制模特種加工在模具行業(yè)的應(yīng)用，加大新興CAM/CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用比例，加速模具新結(jié)構(gòu)、新工藝、性材料的研究和強化模具高級技術(shù)人員的培養(yǎng)，已成為我國模具行業(yè)再上一個新臺階的關(guān)鍵發(fā)展趨勢由于塑料工業(yè)的快速發(fā)展及上述各方面差距的存在,因此我國今后塑料模具的發(fā)展速度必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。“十?五”期間,預計每年可望達到12%以上的市場增長率。塑料模具生產(chǎn)企業(yè)在向著規(guī)?；同F(xiàn)代化發(fā)展的同時,“小而?！?、“小而精”仍舊是一個必然的發(fā)展趨勢。從技術(shù)上來說,為了滿足用戶對模具制造的“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求,以下的發(fā)展趨勢也較為明顯。在模具設(shè)計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)，CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑,實踐證明,CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在,全面普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟。隨著微機軟件的發(fā)展和進步,技術(shù)培訓工作也日趨簡化。在普及推廣模具CAD/CAM技術(shù)的過程中,應(yīng)抓住機遇,重點扶持國產(chǎn)模具軟件的開發(fā)和應(yīng)用。加大技術(shù)培訓和技術(shù)服務(wù)的力度。進一步擴大CAE的技術(shù)應(yīng)用范圍。有條件的企業(yè)應(yīng)積極做好模具CAD/CAM技術(shù)的深化應(yīng)用工作,即開展企業(yè)信息化工程,可從計算機輔助工藝設(shè)計開始逐步向計算機集成制造系統(tǒng)乃至向虛擬制造發(fā)展,逐步深化和提高,用于模具設(shè)計制造的計算機軟件將向智能化、集成化方向發(fā)展。熱流道技術(shù)將得到推廣由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量,并能大幅度節(jié)省制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。國外熱流道技術(shù)的發(fā)展很快,許多塑料模具廠生產(chǎn)的模具已有一半用上了熱流道技術(shù),有的廠甚至已達80%以上,效果十分明顯。國內(nèi)近幾年來已開始推廣應(yīng)用,但總體還達不到10%,個別企業(yè)已達到30%左右。制訂熱流道元器件的國家標準,積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件,是發(fā)展熱流道技術(shù)的關(guān)鍵。模具標準化程度將不斷提高我國模具標準化程度正在不斷提高，隨著新技術(shù)在摸具生產(chǎn)中不斷應(yīng)用，許多發(fā)達國家標準件使用覆蓋率已達到80%，為了適應(yīng)市場標準件的發(fā)展需求，標準間的生產(chǎn)將成為我國摸具的發(fā)展方向，同時從目前模具行業(yè)發(fā)展來看，模具還將對加工精度要求不斷提高，中高檔模具在總數(shù)的比例增大，模具使用壽命不斷增長，快速成型技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，綠色制造技術(shù)將得到繼續(xù)發(fā)展，總之，模具制造技術(shù)將向著快速，高效，經(jīng)濟，環(huán)保方向發(fā)展。優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(shù)將進一步受到重視在整個模具價格構(gòu)成中,材料所占比重不大,一般在10%～30%之間,因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法,即擴滲,如:滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩外,應(yīng)發(fā)展設(shè)備昂貴、工藝先進的氣相沉積(TIN、TIC等)、等離子噴涂等技術(shù)。由于鋁合金材料質(zhì)量輕、切削性能好、導熱導電率高、焊接性能優(yōu)良,用它作模具材料可縮短制模周期和降低模具成本,且用于塑料?？捎?0萬次始使用。預計今后將會得到較快發(fā)展。模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響,我國目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低(約占整個模具周期的1/3),且工人勞動強度大,質(zhì)量不穩(wěn)定,制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。虛擬技術(shù)將得到發(fā)展計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使虛擬技術(shù)成為可能。虛擬技術(shù)可以形成虛擬空間環(huán)境,實現(xiàn)虛擬合作設(shè)計、制造,合作研究開發(fā),及至建立虛擬企業(yè)?！熬?五”期間模具行業(yè)對此已開始探索,“十?五”期間應(yīng)有所發(fā)展。研究方法利用三維造型軟件將設(shè)計完成的制品調(diào)入到模具設(shè)計模組中，進行裝配和型腔排布，再進行注射塑料模具型腔、型芯、滑塊等成型零件的設(shè)計，最后完成二維三視圖。應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)代產(chǎn)品對模具的種類、精度、工作和使用壽命等提出了更高的要求。我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。三、對本課題要解決的主要問題及解決問題的思路和方法，擬采用的研究方法（技術(shù)路 或設(shè)計（實驗）方案進行說明。主要問題由于該塑件是復雜曲面零件，所以在設(shè)計時需要注意以下問題。①塑件工藝性分析明確技術(shù)要求、塑件材料的特性、成型加工工藝性分析、塑件表面質(zhì)量分析、塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析、確定成型方法、確定注塑機類型、塑件體積計算、澆注系統(tǒng)體積計算、脹型力的計算、注塑機的選擇、注塑機有關(guān)參數(shù)校核、塑件注射工藝參數(shù)確定[4]。②塑件成型模具設(shè)計型腔數(shù)目與排列、分型面位置的確定、模具材料的選用、主流道的設(shè)計、分流道的設(shè)計、澆口的設(shè)計、冷料穴的設(shè)計、模具工作零件的設(shè)計與計算、排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計等。③塑件注射工藝參數(shù)的確定； ④模具圖的繪制； ⑤工藝卡的制作； 思路方法利用已具備的初步設(shè)計基礎(chǔ)，工程制圖與AutoCAD，機械制造工藝學，塑料成型及模具設(shè)計，工程材料及熱處理等理論知識，查閱各種相關(guān)資料，并在老師的指導下認真完成所選課題。首先分析產(chǎn)品工藝性，擬定工藝方案 ①先審查制件是否合乎注射工藝性；②擬定工藝方案，提出兩到三種塑件成型工藝方案，通過論證分析確定最佳工藝方案； 其次根據(jù)擬定的工藝方案確定模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ①塑件工藝計算和模具工作部分的尺寸的計算； ②注射模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；③注射機的選擇；標準模架的選擇；第三由模具結(jié)構(gòu)繪制出模具零件圖和裝配圖 ①繪制塑件圖；②繪制凸、凹模零件圖； ③繪制模具澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；④用CAD繪出模具裝配圖并用Pro／E繪出三維裝配圖； 最后確定塑件注射工藝參數(shù)，制作工藝卡，編寫技術(shù)論文等研究方法①查閱塑料和注射模相關(guān)資料，了解塑料成型的特點，掌握注射模具的設(shè)計流程和塑件的成形工藝方案。②根據(jù)零件的形狀結(jié)構(gòu)和使用特點，選擇合理的塑料，用Pro/E進行三維造型，并考慮所選塑料的收縮率問題。將其導入注塑成型CAE軟件的工作環(huán)境中，對塑料件模型進行有限元網(wǎng)格劃分，并建立澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。③根據(jù)CAE分析的結(jié)果，獲得較為理想的注射成型工藝方案。設(shè)計出相關(guān)塑料件的注塑模設(shè)計方案，如成型零部件（型芯，型腔）、導向定位系統(tǒng)、脫模結(jié)構(gòu)、側(cè)抽芯機構(gòu)等，利用計算機軟件來完成塑料件的注塑模總裝圖設(shè)計以及各非標準零件的計算和設(shè)計。④學會CAD軟件和Pro/E軟件，還要充分考慮模具的加工過程、塑件的成型過程，設(shè)計出一套結(jié)構(gòu)巧妙、符合生產(chǎn)實際需要的注塑模模具。并用電腦軟件繪出裝配圖和相關(guān)零件圖。⑤認真閱讀陜西理工學院的畢業(yè)設(shè)計要求，撰寫論文規(guī)范。設(shè)計方案本次課題是基于CAD/CAM的香薰盒的注射模具設(shè)計如下圖由于香熏盒是復雜曲面，且由于香熏盒是在高溫下工作的，在室內(nèi)環(huán)境下使用，所以必須無毒，采用pp塑膠原料，它的特點是密度小強度剛度硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯，可在100度左右使用，具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響，但低溫時變脆，不耐磨，易老化，適于制作一般機械零件。聚丙烯為無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，是目前所有塑料中最輕的品種之一。它對水特別穩(wěn)定，%，分子量約8萬一15萬。成型性好，但因收縮率大(為1%~%）.厚壁制品易凹陷，對一些尺寸精度較高零件，很難于達到要求，制品表面光澤好，易于著色。聚丙烯具有優(yōu)異的抗彎曲疲勞性，其制品在常溫下可彎折106次而不損壞。聚丙烯具有良好的耐熱性，制品能在100℃以上溫度進行消毒滅菌，在不受外力的條件下，150℃也不變形。由課題決定所選模具類型為注射模，注塑機選臥式注塑機，由于塑件屬于盒型，為使模具利用率最大化，采用型腔注射模具,本次設(shè)計方案是基于此前提而制定的(1)塑料件采用注射成型法生產(chǎn)。為保證塑料件表面質(zhì)量，使用點澆口成型，因此模具應(yīng)為雙分型面注射模(三板式注塑模)。(2)模具采用一模四腔，規(guī)格較大，為降低加工難度，模具采用整體鑲嵌式。方案一：模具分類選擇：單分型面注射模(二板式)。型腔數(shù)目及布置：根據(jù)塑件幾何特點、尺寸精度要求、批量大小、模具制造難易