畢業(yè)設計（論文）基于UGCAD系統(tǒng)上的扇葉注塑模具設計

1、畢 業(yè) 設 計基于ug/cad系統(tǒng)上的扇葉注塑模具設計plastic injection mold integration design in ug/cad for fan blade系別：機電工程系專業(yè)名稱：機械設計制造及其自動化學生姓名：學號：指導教師姓名、職稱：完成日期 2012 年 4 月 1 日畢業(yè)設計開題報告選 題風扇扇葉模具設計及數(shù)控加工院 系機電工程系專 業(yè)機械設計制造及其自動化學生姓名指導教師本選題的意義及國內(nèi)外發(fā)展狀況： 模具制造是制造業(yè)的基礎，電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電等產(chǎn)品80%的零件都要依靠模具成型?！笆濉逼陂g，我國模具企業(yè)得到快速增長，年均增速達20

2、。2005年中國模具行業(yè)模具銷售額610億元，比上年增長25，加上20多億美元的進口份額，2005年中國模具市場容量已達800億元左右。隨著近年來中國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的增長，有著“工業(yè)之母”美譽的模具行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，特別是中國汽車工業(yè)“井噴”式的發(fā)展，為模具行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了前所未有的機遇。中國的模具企業(yè)不但為國內(nèi)工業(yè)的發(fā)展提供模具，而且大量模具實現(xiàn)出口，2010年中國模具業(yè)市場份額達到1200億元。 當前，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點是產(chǎn)品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這種情況下，用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)理好、價格低。因此，模具工業(yè)的發(fā)展和趨勢是非常明顯的。1.模具產(chǎn)品發(fā)展將

3、大型化、精密化模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔（如塑封模已達到一模幾百腔）使得模具日趨大型化。隨著零件微型化，以及模具結構發(fā)展的要求（如多工位級進模工位數(shù)的增加，其步距精度的提高）精密模具精度已由原來的5um提高到23um，今后有些模具加工精度公差要求在1um一下，這就要求發(fā)展超精加工。2.多功能復合模具將進一步發(fā)展新型多功能復合模具是在多工位級進?；A上開發(fā)出來的。一套多功能模具除了沖壓成型零件外，還可負擔轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務。通過這種多功能模具生產(chǎn)出來的不再是單個零件，而是成批的組件。如觸頭與支座的組件，各種小型電機、電器以及以表的鐵芯組件等

4、。3.熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高由于采用熱流道技術的模具可提高支座的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省制作的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。國外熱流道模具已經(jīng)有一半用上了熱流道技術，有的廠甚至已經(jīng)達到80%以上，效果十分明顯。國內(nèi)近幾年已開始推廣應用，但總體還達不到10%，個別企業(yè)已達到20%-30%。制定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)展熱流道模具的關鍵。4.氣體輔助注射模具和適應高壓注射成形等工藝的模具將積極發(fā)展氣體輔助注射成形是一種塑料成形的新工藝，它具有注射壓力低、制品翹曲變形少、表面好以及易于成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點，可在

5、保護產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。5.快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊現(xiàn)在是多品種、少批量生產(chǎn)的時代，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的比例將達75%以上。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。6.模具標準件的應用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。為此，首先要制定統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高標準件質(zhì)量、降低成本；再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種，發(fā)展和完善銷售網(wǎng)，保證供貨迅速。7.模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應用先進的表面處理技術將進一步

6、受重視在整個模具價格構成中，材料所占比重不大，一般在20%30%之間，因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應用的表面處理技術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)揮模具鋼材性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。8.在模具設計制造中將全面推廣cad/cam/cae技術模具cad/cam/cae技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。，是模具設計制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在全面普及cad/cam/cae技術已經(jīng)基本承受。近年來模具cad/cam/cae技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是危機的普及應用，更為廣大模具企業(yè)及模具cad/cam/cae創(chuàng)造了良好的條

7、件。9.快速原型制造（rpm）技術得到更好的發(fā)展 快速原型制造（rpm）技術是美國首先推出的。它伴隨著計算機技術、激光成形技術和新材料技術的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術，是基于新穎的離散/堆積（即材料累加）成形思想，根據(jù)零件cad模型、快速自動完成復雜的三維實體（原型）制造。rpm技術是集精密機械制造、計算機、nc技術、激光成形技術和材料科學最新發(fā)展的高科技技術，被公認是繼nc技術之后的一次技術革命。10.高速銑削加工將得到更廣泛的應用 高速銑削加工技術的發(fā)展，促進了模具加工的發(fā)展，特別是對汽車、家電行業(yè)中大型腔模具制造方面注入了新的活力。11.模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用英

8、國雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已在我國200多家模具廠點得到應用，取得良好效果。該系統(tǒng)提供了從模型或事物掃描到加工出期望的模型所需要的諸多功能，大大縮短了研制的制造周期。12.模具研磨拋光將向自動化智能化方向發(fā)展 模具表面的精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)量對模具的使用壽命、之間外觀質(zhì)量等方面均有較大的英系那個，我國目前仍以手工研磨拋光為主，不僅效率低（約占整個模具制造周期的1/3)，而且工人勞動強度大，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，研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。13.模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展隨著各種新技術的迅速發(fā)展，國外已楚翔了模具自

9、動化加工系統(tǒng)。這也是我國長遠發(fā)展的目標。模具制造是制造業(yè)的基礎，電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電等產(chǎn)品80%的零件都要依靠模具成型。“十五”期間，我國模具企業(yè)得到快速增長，年均增速達20。2005年中國模具行業(yè)模具銷售額610億元，比上年增長25，加上20多億美元的進口份額，2005年中國模具市場容量已達800億元左右。隨著近年來中國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的增長，有著“工業(yè)之母”美譽的模具行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，特別是中國汽車工業(yè)“井噴”式的發(fā)展，為模具行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了前所未有的機遇。中國的模具企業(yè)不但為國內(nèi)工業(yè)的發(fā)展提供模具，而且大量模具實現(xiàn)出口，2010年中國模具業(yè)市場份額達到1200億

10、元。 目前，我國模具大多集中在中低檔領域，技術水平和附加值偏低。據(jù)國際模協(xié)秘書長羅百輝介紹，我國制造業(yè)急需的精密、復雜沖壓模具和塑料模具、轎車覆蓋件模具、電子接插件等電子產(chǎn)品模具等，仍然大量依靠進口，模具產(chǎn)品的進出口逆差超過10多億美元。雖然模具產(chǎn)業(yè)具有廣闊市場空間，但內(nèi)資企業(yè)自身存在種種問題以及外資壟斷產(chǎn)業(yè)利潤空間受擠壓，產(chǎn)業(yè)投資風險陡然上升。1.行業(yè)創(chuàng)新能力薄弱模具行業(yè)是技術密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進步和技術的發(fā)展，能掌握和運用新技術的人才異常短缺。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國目前共有生產(chǎn)模具的廠點約3萬多家，其中一半以上是自產(chǎn)自用的。同時，絕大部分都是小型企業(yè)，高級模具鉗工及企業(yè)掛管理人才

11、也非常緊缺。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術攻關不夠重視，因而總體來看模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術攻關方面投入太少。民營企業(yè)貸款困難也影響許多企業(yè)的技術改造，致使科技進步的步伐不大，進步不快。開發(fā)能力弱，經(jīng)濟效益欠佳。不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合2萬美元左右，而模具工業(yè)發(fā)達國家大多是20萬美元。由此而來的是我國模具企業(yè)經(jīng)濟效益差，大都微利，缺乏后勁。2.行業(yè)整體效率低下2006年我國模具進口總額為20.47億美元，出口總額為10.41億美元，進出口相抵后凈進口為10.06億美元，為凈進口額最大的國家。雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設備，但總的

12、來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設備數(shù)控化率和cad/cam應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等方面的原因，引進設備不配套、設備與配附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設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。3.專業(yè)化、標準化、商品化程度低、協(xié)作差企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構和進出口結構都不夠合理。我國模具生產(chǎn)廠點中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），專業(yè)模具廠也大多數(shù)是“大而全”、“小而全”的組織形式。國外模具企業(yè)大多是“小而?！薄ⅰ靶《?；國內(nèi)模具總量中屬大型、精密、復雜、長壽命模具的比例只有30左右，國外在50以上。我國模具自產(chǎn)

13、自配不足80，而國外70以上是商品模具。其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60。近年來，模具行業(yè)結構調(diào)整和體制改革步伐加快，但設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后許多。模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70以上，國內(nèi)模具標準件使用覆蓋率只有45左右。模具標準化水平低，標準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。4.模具材料及模具相關技術落后模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。生產(chǎn)水平低主要表現(xiàn)在精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復雜程度；工藝水平

14、低主要表現(xiàn)之設計、加工、工藝裝備等方面。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)模具鋼與國外進口鋼相比有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。5.與國際先進水平比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術落后。 技術落后易被發(fā)現(xiàn)，管理落后易被忽視。國內(nèi)大多數(shù)模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理模式。真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多。與此同時，國際模具制造巨頭在中國投資設廠的新一輪擴張正如火如荼。德國海拉吉林落戶；日本豐田模具天津設廠；芬蘭貝爾羅斯公司投資興建的深圳模具制造廠不久前正式投產(chǎn)，專為電信、保健、電子、汽車等行業(yè)提供高檔模具產(chǎn)品。外資大量獨自進入，對提高我國自身的

15、模具水平無任何幫助。外資企業(yè)擁有先進的技術和資金實力，再利用中國的勞動力和便宜的原材料，競爭優(yōu)勢不言而明，其一直占領的高端模具市場中國企業(yè)更加無法進入，也就是說中資企業(yè)沒有機會提升檔次。中資企業(yè)最怕的是自身實力尚未增強，外資企業(yè)已對中國模具市場完成壟斷。國內(nèi)與出現(xiàn)了不少以低成本為主要競爭戰(zhàn)略的本地化零部件生產(chǎn)制造商，為了抗衡這來自內(nèi)外的雙重競爭壓力、繼續(xù)保持國內(nèi)行業(yè)的領先地位，模具企業(yè)必須有其明確的戰(zhàn)略定位。模具能力做為產(chǎn)品開發(fā)中的一部分，它需要提供核心產(chǎn)品模具設計制造、整體項目管理和產(chǎn)品設計支持的功能。圍繞戰(zhàn)略定位，首先，模具公司必須具備強大的模具設計能力和高效的生產(chǎn)制造能力，為“做強”的綜

16、合競爭力打好扎實的基礎；其次，模具公司必須解決多品種、多數(shù)量的模具整包項目的整體開發(fā)問題，這就要求模具公司形成強大的項目管理能力；再次，模具公司必須為產(chǎn)品設計和模具設計同步開發(fā)的并合工程提高支持，模具前期工程能力又顯得尤為重要。研究內(nèi)容：本課題為風扇扇葉的模具設計與數(shù)控加工，要求材料為abs，收縮值為1.005，該零件不透明，其形狀主要由非曲面構成，具有良好的受力性能。精度要求高、材料耐熱、耐沖擊、耐磨、硬度高、耐腐蝕、拋光性能好；前模不容許燒焊。后模用于產(chǎn)品內(nèi)表面的成型，后模材料較硬，表面質(zhì)量一般情況下比前模要求低一些，因此選用和前模一樣的材料。研究方法、手段及步驟：模具是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝

17、裝備。近些年來,隨著模具工業(yè)的飛速發(fā)展, cad/cam技術被逐漸。應用于模具工業(yè),收到了良好的效果1針對所給塑件，用模具設計模塊實現(xiàn)模具型腔和型芯的設計，演示分模過程。并用分析成型件的合理性。進行工藝分析,確定工藝方案,完成工藝設計。最后在此基礎上完成一套完整的模具設計,繪制出模具的裝配圖和零件圖。所給塑件形狀尺寸比較小，應進行多腔設計，以降低成本，提高生產(chǎn)效率。加之每件件帶2個側抽芯，難度較大。大型三維軟件ug是世界上最先進的cad/cam/cae集成的高端軟件之一, 綜合利用ug cad/cam和ugmoldw izard模塊設計注塑模具并且對其進行數(shù)控編程,能夠大大提高模具設計及制造的

18、效率和質(zhì)量。本文應用ug的最新版本ug nx5. 0,以吹風機外殼為例,探討ug在模具設計、制造領域?qū)崿F(xiàn)cad/cam/cae一體化的應用。1分型前的準備工作這個塑件由ug的建模模塊建立。手機中殼cad模型是后續(xù)工作(分型處理,生成型芯、型腔及電極與導入ug cam模塊進行數(shù)控加工等)的基礎。接下來要做的準備工作是模具坐標系的建立、確定產(chǎn)品的收縮率以及確定模具毛坯的大小等工作。2塑件的分型設計分型設計是注塑模具設計必不可少的一個步驟。定義分型線、創(chuàng)建分型面、分離型芯和型腔等是注塑模具設計的關鍵環(huán)節(jié)。分型設計的過程主要由以下三個步驟組成:2、 抽取分型線3、 創(chuàng)建并編輯分型面4、 創(chuàng)建型芯和型腔

19、3后續(xù)處理工作一套完整的注塑模具還需要模架做支撐,需要頂出機構將塑件頂出模腔,需要抽芯機構完成抽芯動作,需要澆口套、定位圈等零件與注射機匹配,需要澆口、流道、冷卻系統(tǒng)所有的這些零部件的選用與設計構成了注塑模具的后續(xù)處理工作。4模具的數(shù)控加工（1） 型腔加工的工藝分析（2） 刀具路徑的生成和仿真加工（3） 設計電極（4） 后置處理參考文獻：1劉勝國.我國沖壓模具技術的現(xiàn)狀和發(fā)展j黃石理工學院學報，20072揚玉英.使用沖壓工藝及模具設計手冊m.北京.高等教育出版社，20043宋杰.工程材料與熱加工.大連理工大學出版社 2008.54石固歐.機械設計基礎.高等教育出版社.2003.85韓森和.冷沖

20、壓工藝及模具設計與制造.北京.高等教育出版社，20066牟林.沖壓工藝與模具設計m.北京.中國林業(yè)出版社，20067魏斯亮、李時駿，互換性與技術測量.北京理工大學出版社 2007.88程培源.模具壽命與材料.機械工業(yè)出版社 1999.59孫鳳勤.閻亞林.沖壓與塑壓成形設備.高等教育出版社，2003.1210黃銳 塑料工程手冊 下冊 第四章節(jié) 機械工業(yè)出版社11楊安.塑料成型工藝與模具設計.北京理工大學出版社 2007.812張葦.沖壓件模具cad現(xiàn)狀與發(fā)展j.輕型汽車技術，200413guofu yin.jingzhuo wang.xiaobing hu.development of a we

21、b-based remote design system of spatial cam mechanism 200114the thickness profile of ultra-high molecular weight polythene films during sequential biaxial drawing .polymer engineering and science ,january 2003.vol.43 15huang hong.mold manufacturing technology.beijiing mechanical industry press.1987摘

22、 要本課題主要是針對扇葉的注塑模具設計,該扇葉材料為丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（abs），是工業(yè)生產(chǎn)中常見的一種風扇扇葉產(chǎn)品。通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設計出一副注塑模。該課題從產(chǎn)品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、側抽機構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核都有詳細的設計。根據(jù)題目設計的主要任務是風扇扇葉注塑模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對塑件的具體結構，該模具是點澆口的單分型面注射模具。 關鍵詞：注塑模；扇葉；機械設計；模具設計；cad繪制二維圖；ug繪制3d圖，注射機的選擇。abstract

23、abstract ：the main topic is covered for a fan blade of injection mold design, the materials for the acrylic dome clear - butadiene - styrene (abs), is commonly found in industrial production of fan blade products. through the process of plastic parts for analysis and comparison, the final design of

24、an injection mold. the product mix from technology issues, and specific mold structure of the casting mold system, mold forming part of the structure, side pumped body, top of the system, cooling system, the choice of injection molding machine and related calibration parameters are detailed design,

25、designed in accordance with the subjects main task is to build a fan blade injection mold design, that is, the design of an injection mold to produce plastic products in order to achieve automation to increase production. plastic parts for the specific structure of the mold is the pin point gate inj

26、ection mold surfacekey words: injection mold ；fan blade ；mechanical design; mold design; cad drawing two-dimensional diagram; of ug draw a 3d map, the choice of the injection molding machine目 錄摘 要i第1章 緒論31.1塑料簡介31.2注塑成型及注塑模3第2章 塑料材料分析521 塑料材料的基本特性522 塑件材料成型性能523 塑件材料主要用途5第3章 塑件的工藝分析631 塑件的結構設計632 塑件

27、尺寸及精度733 塑件表面粗糙度834 塑件的體積和質(zhì)量8第4章 注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定941、注射成型工藝過程分析5942 澆口種類的確定943 型腔數(shù)目的確定1044 注射機的選擇和校核104.4.1 注射量的校核104.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核114.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核11第5章 注射模具結構設計1351 分型面的設計1352 型腔的布局1353 澆注系統(tǒng)的設計14531 澆注系統(tǒng)組成14532 確定澆注系統(tǒng)的原則14533 主流道的設計14534 分流道的設計15535 澆口的設計16536 冷料穴的設計1654 注射模成

28、型零部件的設計716541 成型零部件結構設計17542 成型零部件工作尺寸的計算1855 排氣結構設計1956 脫模機構的設計19561 脫模機構的選用原則19562 脫模機構類型的選擇19563 推桿機構具體設計1957 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)20571 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響2059 模架及標準件的選用21591 模架的選用21第6章 模具材料的選用2361 成型零件材料選用2362 注射模用鋼種23第7章 模具總裝圖24附件25致謝26參考文獻27第1章 緒論模具制造是國家經(jīng)濟建設中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)

29、成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。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。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)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術成果轉(zhuǎn)化的基礎，同時本身又是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域。1.1 塑料簡介塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性。可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)

30、代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能1。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經(jīng)濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。1.2 注塑成型及注塑模將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高

31、、易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱

32、熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向

33、分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成2 。注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質(zhì)量。注射機和模具結構確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結構、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。塑料模具的設計不但要采用cad技術，而且還要采用計算機

34、輔助工程（cae）技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產(chǎn)品設計、模具設計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的moldflow、美國的cflow、華中科技大學的h-flow等。其中moldflow軟件包括三個部分：moldflow plastics advisers （產(chǎn)

35、品優(yōu)化顧問，簡稱mpa），moldflow plastics insight （注射成型模擬分析，簡稱mpi），moldflow plastics xpert （注射成型過程控制專家，簡稱mpx）。采用cae技術，可以完全代替試模，cae技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提

36、高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義3。第2章 塑料材料分析21 塑料材料的基本特性abs是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使abs具有良好的綜合理學性能。丙烯腈使abs有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使abs堅韌，苯乙烯使abs有良好的加工性和染色性能。abs價格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。 abs無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，、不透明，密度為1.02-1.05。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對a

37、bs幾乎沒有影響， abs不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會溶解或形成乳濁液。abs表面受冰醋酸，植物油等化學藥品的侵蝕時會引起應力開裂， abs有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70左右，熱變形溫度約為93 耐氣候性差，在紫外線作用下abs易變硬發(fā)脆。abs的性能指標： 密度 1.021.05（ ），收縮率 ，熔點 ，彎曲強度80mpa，拉伸強度35 49mpa，拉伸彈性模量1.8gpa，彎曲彈性模量1.4gpa，壓縮強度18 39mp

38、a，缺口沖擊強度11 20 ，硬度62 86hrr，體積電阻系數(shù) ，收縮率 范圍內(nèi)。abs的熱變形溫度為93 118，制品經(jīng)退火處理后還可提高10左右。abs在-40時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40 100的溫度范圍內(nèi)使用。22 塑件材料成型性能abs易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應進行干燥處理；abs在升溫時黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用點澆口形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制

39、在50 60 ，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在60 80 。abs比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。23 塑件材料主要用途abs在機械工業(yè)上用來制造空調(diào)渦輪、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用abs制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導管等，還可用abs夾層板制小轎車車身。abs還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。第3章 塑件的工藝分析在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和

40、模具精度。風扇扇葉3d如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構中等復雜程度，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。圖（1）3d視圖31 塑件的結構設計（1）、脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.51.5，根據(jù)文獻1，塑件材料abs的

41、型腔脫模斜度為0.35130/，型芯脫模斜度為30/1（2）、塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁

42、厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在14，最常用的數(shù)值為23。該管連接件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為3左右。（3）、塑件的圓角為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.51的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應是壁厚的0.5倍。該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為1。（4）、孔塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本

43、提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。32 塑件尺寸及精度塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為abs，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。塑件的尺寸精度直接影響

44、模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻2表3-2塑件的尺寸與公關（sj1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用mt3級精度，未注采用mt5級精度。 33 塑件表面粗糙度塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為ra 0.021.25之

45、間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即ra 0.010.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為ra0.2，內(nèi)部為0.4。34 塑件的體積和質(zhì)量本次設計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3d測量，在ug軟件中，使用分析質(zhì)量屬性，可以測得塑件的體積為0.000247，即247,abs的密度為1.05，即可以得出該塑件制品的體積為質(zhì)量為259.35克。第4章 注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定41、注射成型工藝過程分析5根據(jù)塑件的結構、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應對

46、所用的設備和塑料作好以下準備工作。第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。第三步：制件的后處理注射制件經(jīng)脫模或機械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為abs，就采用退火處理13小時。（1）、成型前對原材料的預處理根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A熱干燥，abs材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要

47、，可在70 80 下干燥24 h。（2）、料筒的清洗在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內(nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 （3）、脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ab

48、s材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。42 澆口種類的確定注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。由于本設計中風扇扇葉塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用點澆口。點澆口直接在扇葉邊緣處進，扇葉組裝后，澆口被遮擋起來。點澆口主流道需要設置拉料針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。43 型腔數(shù)目的確定 因為本設計中采用點澆口，

49、且塑件的尺寸稍大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模一腔進行加工生產(chǎn)。44 注射機的選擇和校核 由于采用一模一腔，需要至少注射量為259.35g，流道水口廢料10g，總注塑量達到269.35g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天200xb。注射方式為螺桿式，其有關性能參數(shù)為：海天htf200xbhtf海天注塑機技術參數(shù)單位參數(shù)型號200b螺桿直徑mm50理論注射容量cm3412注射重量psg375注射壓力mpa170注射行程mm210螺桿轉(zhuǎn)速r/min0150料筒加熱功率kw12.45鎖模力kn2000拉桿內(nèi)間距(水

50、平垂直)mm510510允許最大模具厚度mm510允許最小模具厚度mm200移模行程mm470移模開距(最大)mm980液壓頂出行程mm130液壓頂出力kn62液壓頂出桿數(shù)量pc9油泵電動機功率kw18.5油箱容積l300機器尺寸(長寬高)m5.21.62.1機器重量t6最小模具尺寸(長寬)mm3503504.4.1 注射量的校核模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為： 式中 -型腔數(shù)量 -單個塑件的質(zhì)量（） -澆注系統(tǒng)所需塑料的質(zhì)量（） 本設計中：n=1 259.35 =10 m=1x259.35+10=269.35g375x0.8

51、注:塑機額定注塑量為375g注射量符合要求4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關系。 式中 n -型腔數(shù)目 -單個塑件在模具分型面上的投影面積 -澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 n=1 =36148.04 =2210 =1x36148.04+2210=38358.04注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即： （）p f式中： p塑料熔體對型腔的

52、成型壓力（mpa）f注射機額定鎖模力（n）其它意義同上根據(jù)教科書表5-1，型腔內(nèi)通常為20-40mpa，一般制品為24-34mpa，精密制品為39-44mp（）p=（1x36148.04+2210）x1.1x30x0.001= 1265.82kn 2000kn鎖模力符合要求4.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核（1）、模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式式中 -注射機允許的最大模厚 -注射機允許的最小模厚本設計中模具厚度為426mm 200h510， 符合要求（2）、開模行程（s）的校核模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具開合過程中動模

53、固定板的移動距離。注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便與模具的開模距離相適應。對于臥式注射機，其開模行程與模具厚度有關，對于多分型面注射模應有：式中 -推出距離 -包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度 =（水口料的長度+2030）本設計中 =980 =30 mm =35+200=235 mm總的開模距離需要h=275mm以上經(jīng)計算，符合要要求。（3）、頂出裝置的校核 在設計模具推出機構時，需校核注射機頂出的頂出形式，在以中心頂桿頂出的注塑機上使用的模具，應對稱地固定在移動模板中心位置上，注射機的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出。海天200xb型注射機為中心頂桿頂

54、出機構。經(jīng)檢查能滿足將模具脫出的要求。第5章 注射模具結構設計51 分型面的設計將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮：1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；2）使塑件在開模后留在動模上；3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀；4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；6）使塑件易于脫模。綜合考慮各種因素，并根據(jù)扇葉模具制件的外觀特點，受用曲面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側，分型面的選擇52 型腔的布局型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。型腔布局由圖所示。由于本設計中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要相同的注射工藝參數(shù)，以達到高的成功率，模具采用點澆口，并采用中心對稱式布