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設(shè)計(jì)（論文）開(kāi) 題 報(bào) 告
題 目 境盒式計(jì)算器底蓋的注塑模具設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師
院（系、部）
專 業(yè) 班 級(jí)
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境盒式計(jì)算器底座注塑模具設(shè)計(jì)
摘要：本文通過(guò)對(duì)模具的發(fā)展現(xiàn)狀以及塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了注塑模具的市場(chǎng)發(fā)展。用PROE軟件，CAD軟件境盒式計(jì)算器底座的注塑模具的設(shè)計(jì)，從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、降低成本及靈活快速響應(yīng)市場(chǎng)的目的。介紹了塑料注塑模具的工作原理及應(yīng)用、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，塑料注塑模的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注塑機(jī)的選用等方面。
關(guān)鍵詞：注塑模具；境盒式計(jì)算器底座；PROE4.0;
研究的目的、意義、現(xiàn)狀和方法
1.研究的目的及意義
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，掌握塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義[1]。在機(jī)械制造業(yè)中，隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，各企業(yè)都力求以最好質(zhì)量、最低成本、最快速度將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)得以充分用用。在傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，模具制造完畢后要進(jìn)行多次試模、修模。反復(fù)的修模會(huì)造成模具內(nèi)部品質(zhì)的變化，導(dǎo)致整副模具.性能降低，從而使最終塑料制品質(zhì)量不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)不僅可提高一次性試模的成功率，而且還可以使模具在質(zhì)量、性能及成本上都有很大程度的提高[2]。通過(guò)本次設(shè)計(jì)掌握先進(jìn)軟件技術(shù)，用專業(yè)軟件PROE4.0來(lái)縮短設(shè)計(jì)周期，提高一次性試模的成功率。本設(shè)計(jì)還通過(guò)球面軸套的注塑模具設(shè)計(jì)，了解注塑模具制造特點(diǎn)和新興注射成型技術(shù)對(duì)模具制造的新要求，分析注塑模具制造技術(shù)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
模具具有明顯的效益擴(kuò)大作用，用模具生產(chǎn)出來(lái)的最終產(chǎn)品價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍，幾百倍，甚至更多。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性，高生產(chǎn)率和代消耗，是其他加工方法所不能比擬的。注塑模具的發(fā)展日新月異，掌握注塑模具設(shè)計(jì)，對(duì)未來(lái)的注塑模具設(shè)計(jì)市場(chǎng)有著不可估量的意義，對(duì)個(gè)人今后的事業(yè)有著不同尋常的意義。
2、研究的現(xiàn)狀
世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了模具制造業(yè)的迅速發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是最重要的工藝裝備之一[3]。采用模具進(jìn)行生產(chǎn)能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料，降低成本，并保證一定的加工質(zhì)量要求。模具已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要成型工具。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，模具生產(chǎn)水平的高低已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家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(kāi)發(fā)能力[4]。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備。在電子、汽車、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型。[5]塑料，橡膠，陶瓷，玻璃，皮革，耐火材料以及建材制品等大部分產(chǎn)品也都是采用模具成型。
因此個(gè)發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家都十分重視對(duì)模具品種的開(kāi)發(fā)，質(zhì)量的改進(jìn)，加工精度的提高和制造周期的縮短?，F(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務(wù)的同時(shí)，也直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。目前，CAD/CAE/CAM等技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)[6]。由于模具生產(chǎn)采用一系列高新技術(shù)，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、逆向工程和并行工程、快速成型技術(shù)及敏捷制造技術(shù)、高速加工及超精加工技術(shù)等等，因此，模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，有人說(shuō)，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。
在中國(guó)，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位。我國(guó)的模具正處在高速發(fā)展時(shí)期，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) ，目前模具生產(chǎn)廠點(diǎn)共有2 萬(wàn)多家,從業(yè)人員約50 萬(wàn)人,全年模具產(chǎn)值約360 億元,總量供不應(yīng)求,出口約2 億美元,進(jìn)口約10 億美元[7]。
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(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開(kāi)展模具技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
塑料工業(yè)近20年來(lái)發(fā)展十分迅速。早在十多年前塑料的產(chǎn)量按體積計(jì)算已經(jīng)超過(guò)鋼鐵和有色金屬的總和[8]。塑料制品在汽車、機(jī)電、儀表、航空航天等國(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)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，中國(guó)塑料工業(yè)年均增長(zhǎng)速度達(dá)到10%以上，塑料制品年產(chǎn)量位居世界第二。塑料制品在農(nóng)業(yè)、塑料包裝、塑料管材和異型材、汽車、家電、電子、交通等領(lǐng)域發(fā)展迅猛，掀起了一股投資熱潮。建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，今后5-10年中國(guó)建筑業(yè)會(huì)有更大的發(fā)展，將成為中國(guó)市場(chǎng)新的消費(fèi)熱點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并帶動(dòng)化學(xué)建材業(yè)的發(fā)展。由于國(guó)家已禁止使用鑄鐵管道，代之以塑料管材，預(yù)計(jì)2012年全國(guó)新建住宅室內(nèi)排水管的80%及城市供水管的50%將采用塑料管。同時(shí)國(guó)家正在大力發(fā)展塑料門窗，預(yù)計(jì)2012年塑料門窗的普及率將達(dá)到30%-50%。
塑料模具是應(yīng)用最廣泛占的一類模具，在模具類中塑料模比例一般30%~40%。塑料模具近年來(lái)發(fā)展相當(dāng)快，2002年已經(jīng)增加到140億左右。在2006年模具進(jìn)出口統(tǒng)計(jì)中，我國(guó)模具的出口總額為2.52億美元，進(jìn)口額則達(dá)到了12.72億美元，在進(jìn)口模具中的塑料模具占到了50%左右。
塑料模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，帶動(dòng)力強(qiáng)，外向度高，發(fā)展塑料模具工業(yè)有利于拉動(dòng)其它行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動(dòng)和支柱產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的推動(dòng)下，形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條，從上游的材料工業(yè)和加工、檢測(cè)設(shè)備到下游的機(jī)械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展方興未艾。這是整個(gè)塑料模具行業(yè)的優(yōu)勢(shì)所在。
塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成型。世界成形模具產(chǎn)量的半數(shù)以上是注塑模具。80年代以來(lái)注塑模CAD/CAE/CAM技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室研究階段進(jìn)入了實(shí)用化階段。
在注塑模具方面，2010年，注塑模具比例進(jìn)一步上升，熱流道模具和氣輔模具水平進(jìn)一步提高，注塑模具在量和質(zhì)方面都有較快的發(fā)展，我國(guó)最大的注塑模具單套重量已超過(guò)50噸，最精密的注塑模具精度已達(dá)到2微米。在CAD/CAM技術(shù)得到普及的同時(shí)，CAE技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣，CAD/CAM/CAE一體化得到發(fā)展，模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增多。實(shí)踐證明，縮短注塑模具設(shè)計(jì)與制造周期，提高塑料制品制造精度與性能的正確途徑之一是采用CAD/CAE/CAM技術(shù)[9]。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)塑料模具市場(chǎng)以注塑模具需求量最大。注射成型技術(shù)作為塑料加工成型方法中最重要的方法之一，已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑制品約占整個(gè)塑料制品的20%~30%，而在工程塑料中有80%以上的制品是采用注塑成型加工的。
我國(guó)注塑模具工業(yè)起步晚,底子薄與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比存在很大的差距。但在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和改革及開(kāi)放方針引導(dǎo)下,我國(guó)注塑模行業(yè)得到迅速發(fā)展。高效率,自動(dòng)化,大型,微型,精密,無(wú)流道,氣體輔助,高壽命模具在整個(gè)塑料模具產(chǎn)量所占的比重越來(lái)越大，為工業(yè)生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。
在引進(jìn)的塑料模具中，以科技含量較高的模具居多，如高精度模具、大型模具、熱流道模具、氣輔及高壓注射成型模具等?，F(xiàn)代塑料制品對(duì)表面光潔度、成型時(shí)間都提出了更高的要求，因而也推動(dòng)了塑料模的發(fā)展。在塑料模具方面，我國(guó)與國(guó)外產(chǎn)品還存在較大差距。要改善中國(guó)塑料模具的進(jìn)出口狀況，必須加速國(guó)產(chǎn)塑料模具的發(fā)展。為此，要盡快突破制約模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。
一是模具標(biāo)準(zhǔn)化率不足，這必然導(dǎo)致交貨期延長(zhǎng)，同時(shí)造成用戶更換零部件的困難。模具標(biāo)準(zhǔn)化程度低也直接制約著模具的專業(yè)化分工協(xié)作和商品化流通，也限制了模具的出口，2003年中國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度在45%左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家商品化程度70%-80%相比，還有較大的差距。
另一個(gè)主要原因是國(guó)內(nèi)制造高精模具的能力較低。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類國(guó)產(chǎn)高檔模具在市場(chǎng)上隨著發(fā)達(dá)國(guó)家模具產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的對(duì)外轉(zhuǎn)移以及中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，與轎車、家電和電子業(yè)相關(guān)的精密模具的需求不斷增加，從速度、品質(zhì)、成本及服務(wù)等多方面加速了模具產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)步伐，從而不斷提升國(guó)內(nèi)模具標(biāo)準(zhǔn)化和精密化等方面的技術(shù)水準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)多年努力，塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等在中國(guó)越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)組件；針對(duì)市場(chǎng)關(guān)鍵零部件、微孔、精細(xì)結(jié)構(gòu)組件的加工要求，追求精密模具的開(kāi)發(fā)以提高產(chǎn)品附加值，已成為一些中小企業(yè)發(fā)展之道。
專家預(yù)言，未來(lái)模具將向大型化、高精密度、多功能復(fù)合型等方向發(fā)展，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高，并且隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。同時(shí)，由于近年來(lái)中國(guó)每年用10億美元左右進(jìn)口模具，其中精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)。從減少進(jìn)口的角度出發(fā)，中國(guó)也應(yīng)加快高檔塑料模具的開(kāi)發(fā)。
未來(lái)的十年，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括[10]：
1.提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平；
2.在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；
3.大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)；
4.在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；
5.提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
6.發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；
7.逐步推廣高速銑削在模具加工的應(yīng)用；
8.進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備；
9.研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程；
10.開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具。??
一般注塑模具制造都采用一模多腔，以提高生產(chǎn)效率，降低成本。[11]這也是當(dāng)前注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀之一。
相關(guān)知識(shí)
燕秀工具是PROE4.0的一個(gè)外掛軟件，該軟件為模具設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)模架以及一些經(jīng)典結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而可大大提高產(chǎn)品效率[13]。
主要研究?jī)?nèi)容
1、澆注系統(tǒng)及排氣形式的確定
根據(jù)塑料熔體的流動(dòng)行為和流道、型腔內(nèi)各處的流動(dòng)阻力，通過(guò)分析的出充模順序同時(shí)考慮塑料熔體在模具型腔內(nèi)被分流及重新熔合的問(wèn)題和型腔內(nèi)原有氣體的導(dǎo)出問(wèn)題，分析熔接痕的位置，決定澆口的數(shù)量和方位[14]。在這方面除了可用經(jīng)驗(yàn)或解析的方法分析外，還可用模流分析軟件進(jìn)行分析。
2、冷卻形式的確定
根據(jù)塑料熔體的熱學(xué)性能數(shù)據(jù)、型腔形狀和冷卻水道的布置，分析得出保壓和冷卻過(guò)程中塑件溫度場(chǎng)的變化情況，解決塑性收縮、補(bǔ)縮問(wèn)題，盡量減少由于溫度和壓力不均、結(jié)晶和取向不一致而造成的殘余內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形。同時(shí)還要盡量提高冷卻效率，縮短成型周期。
3、脫模形式的確定
塑件脫模和橫向分型抽芯問(wèn)題，通?？梢酝ㄟ^(guò)經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算分析來(lái)解決。
4、分型面及型腔數(shù)目的確定，型腔的布置的確定
決定塑件的分型面，決定型腔的鑲拼結(jié)合。模具的總體結(jié)構(gòu)和零件形狀不但要滿足充模和冷卻等工藝方面的要求，同時(shí)成型零件還要具有適當(dāng)?shù)木?、粗糙度、?qiáng)度和剛度，易于裝配和制造，制造成本低。
5、注塑機(jī)的選擇
注塑機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)成型塑件所需的最大注射容量或質(zhì)量、鎖模力、模具的閉合厚度及所需的開(kāi)模距離來(lái)確定[16]。
總結(jié)
注塑模具在現(xiàn)代工業(yè)中占有很重要的地位。注塑成型新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展對(duì)制造技術(shù)不斷提出了新的要求，將信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)應(yīng)用于制造全過(guò)程，未來(lái)注塑模制造將是以計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)，以信息流暢作為首要備件的有極強(qiáng)應(yīng)變能力與競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。球面軸套的注塑模具設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)為輔助工具，從三維造型到模具設(shè)計(jì)分析用 PROE4.0軟件，平面圖繪制用到了CAD制圖軟件，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程離不開(kāi)電腦輔助。僅以球面軸套的注塑模具設(shè)計(jì)展望未來(lái)注塑模具市場(chǎng)的發(fā)展。
參 考 文 獻(xiàn)
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