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1、 -1-DVD 注塑模具设计 DVD 注塑模具设计 摘要及关键词摘要及关键词【摘要摘要】本论文的主要内容为 DVD 门注塑模的设计。首先获得产品部件的外型实体模型（原外型设计运用 UG 建模），进行数据交换后存为 STEP 文件,然后利用Pro/ENGINEER2001 重新测量建立.prt 文件，然后综合运用 EMX4.1 模块完成模具的设计，再进行 CAE 分析，主要是用 Moldflow Plastic Advisers 对其进行模流分析，通过不断分析改进和修整，使设计达到要求；通过所有检验后，用 AutoCAD2006 完成注塑模具非标准零件的零件图和模架的装配图。【关键词关键词】注塑
2、模、DVD 门、Pro/ENGINEER2001、EMX4.1、Moldflow Plastic Advisers 第一章 第一章 绪绪 论论 第一节、第一节、前 言 作为工业生产基础工艺装备的模具，在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。在第十一五规划中指出，模具是工业生产的基础工艺装备，国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，与其他加工制造业所无法比拟的。从工业产品生产行业看，模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械
3、、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占 80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占 85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占 90%以上；在了弹、枪支等兵器产品中占 95%以上。我国模具工业在政府十分重视及关怀下，并提出相应的优惠政策进行模具技术开发，在模具工业中大量采用先进技术和设备，努力提高模具设计和制造水平，取得显著的经济效益。另外，从资料获悉，目前，美国、日本、德国等
4、发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。据各国报导，模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业”，-2-如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化和商业化，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金”，新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威经理称为“模具是印钞机”。可见模
5、具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。第二节、我国模具行业发展概述第二节、我国模具行业发展概述 近年来，我国模具行业一直保持着良好的发展势头，这种势头是否还会延续下去，这是业内人士十分关注的问题。笔者认为，我国模具行业尽管面临着在中低端产品领域国内企业竞争日趋剧烈以及在中高端产品领域国外或外资企业压力日益增大的局面，但经过近年来的持续发展，实力已大大增强，完全有能力变压力为动力，继续保持平稳发展。一、有利因素一、有利因素 优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套政策导向之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支
6、持当地模具工业发展的优惠政策，有的见诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。同时，模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。随着各地之间交流活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提高了水平。为了适应形势，我国模具行业近几年来加快了体制改革和机制转换步伐，“三资”和民营企业已占行业主导地位，装备水平和产品水平有了较大的提升，管理有了很大进步。许多企业已应用了 CAD/CAM/CAE 一体化技术、三维设计技术、ERP 和 IM3 等信息管理技术以及高速加工、快速成型、虚拟
7、仿真及网络技术等许多高新技术，不少企业已提出了“生产专业化、产品品牌化、企业现代化、市场国际化”等企业发展战略。通过各种质量体系认证的企业一年比一年多。规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。在“小而精专”的专业化不断发展的同时，近年来，规模效应已被愈加重视。除了把企业做强做大，使规模经济产生效益之外，模具集群生产也不断显示其优越性，因而“模具城”、“模具园区”、“模具生产基地”等各种集群生产形式在全国迅速发展。据不少企业反映，集群生产与分散生产相比，至少有下列好处：市场更广阔了，协作更方便了，生产成本降低了，相互交流多了，优惠政策享受到了。目前全国年产 1 亿元以上模具的企业已有 40 多个
8、，超过 3000 万元以上的企业已有 200 多个，具有一定规模的“模具城”已有近十个，正在建设或正在筹建的还有十多个。这些模具集聚生产基地的建设，对我国模具工业的发展起到了积极的促进作用。许多企业开始认识到了“品牌”和“专利”的重要性，自主创新的资金投入力度和 -3-能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有“品牌”和“专利”。随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利”。有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到 5%左右，个别企业甚至达到 8%至 1
9、0%。模具技术含量不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。据了解，目前已被国家有关部门列入中国高新技术产品出口目录的已有四种模具。其实已经有不少模具的技术含量超过了这四种模具，例如汽车零部件级进模具、精密多工位级进模具、轿车大型复杂覆盖件冲压模具、自动化汽车内饰件浇注模具、高强度板热压成型模具等。随着高新技术的发展，越来越多的模具生产企业被各级政府有关部门认定为高新技术企业。据中国模协初步统计，目前模具行业国家级高新技术企业有 7 家，省、市级高新技术企业已有近百家。国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。由于我国模具特别是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势，有的模
10、具价格甚至只有国际市场的几分之一，再加上我国有较低廉的优质劳动力资源及较好的技术基础和基础配套设施，因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大，到我国采购模具的跨国公司也越来越多。二、不利因素二、不利因素 虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。因此，每年尚需大量进口。现阶段模具原材料价格和人员工资不断上涨，但模具价格却不涨反落，致使模具企业利润不断下降，部分企业出现亏损，亏损额增大。据中国模具工业协会对全国 270个
11、主要模具生产企业调查，2005 年产值利润率比上年下降了 2.1 个百分点，销售收入利润率比上年下降了 3.1 个百分点。全国规模以上企业全年亏损额 2005 年达 2.6 亿元，大幅增加【7】。这一趋势，还在延续。对外资的依存逐年增大。我国加入世贸组织已过 6 年，外贸高速发展，我国经济对外贸的依存度从 30%上升到 70%。同时，近年来，正是外资大量进入我国的时期，随着对外开放政策的不断扩大和深化，外资在我国模具行业的投资也越来越多，致使对外资的依存度也逐年增大。例如广东省是我国模具第一大省，其产能约占全国的 40%左右。该省的模具产能中，外资企业已占 60%左右，合资企业约占 10%左右
12、。该省模具出口约占全国的 50%左右，其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数【7】。对外资和外贸依存度大，会对行业安全，乃至整个国家的经济安全产生重大影响。人才紧缺日益突出。虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速，估计目前已达近百万人，但仍然跟不上行业发展需求。一是总量不足，二是素质不够，适应不了行业发展的需求。根据有关资料，全国模具行业从业人员约缺口 30 万50 万人，其中工程技术人员约占 20%。目前尤其紧缺的是高素质和高水平的模具企业管理人员和中高层技 -4-术人员及高级技术工人。市场竞争加剧。我国模具市场竞争在不断加剧，其表现是模具产品价格连年走低。中高档模具市场上主要是我国重
13、点骨干企业与境外企业及境内“三资”企业的竞争，中低档模具市场上主要是民营企业之间的竞争。有的已经是进入无序状态，到了扰乱正常市场秩序的地步。由于过低价格所必然造成的低质量，已严重影响一些企业的生存，迫使某些企业加速调整其定位，少数企业面临被淘汰局面也是不足为奇的。虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差一年比一年大。模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济持续高速发展，特别是汽车企业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口，但也确实有一些国内可以生产的模具也在进口，这与我国现行的关税政策及项目审批制度有关。二
14、是对模具出口鼓励不够。当前全球制造业转移的规模不断加大，速度也不断加快，并正向深度和广度延伸，而我国的模具制造业正是承接转移的较为理想之地。加之“十一五”期间，国家将继续大力支持我国模具工业的发展，在多重有利条件下，我国内模具行业的未来将展现出一派美好景色。第三节、第三节、21 世纪模具发展趋势世纪模具发展趋势 加入 WTO 后的中国，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地，据权威报告，中国已成为世界第一制造大国。目前，在参与世界产品市场的激烈竞争下，各行业产品的品种和数量不断增加，换型加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，使模具需求量增加，对模具质
15、量要求也越来越高，模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代和产品竞争能力。因此，迅速提高模具技术水平已成为当务之急。例如：日本汽车、计算机、电视机、手机等产品的品种，数量，质量在国际市场占有优势地位，其重要原因之一就是日本模具技术居于世界领先水平。为了解决高精度、长寿命、高效的复杂型腔结构的现代模具，其发展趋势主要有如下三方面：1.模具材料及表面处理技术 模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的 45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有 CrwMn、Cr12、Cr12MoV 和 W6Mo5 Cr4V2，新型冷作模具钢有 65N6、012A1、
16、CG-2、LD、GD、GM等；常用新型热作模具钢有美国 H13、瑞典 QRO 80M、QRO 90 SUPREME 等；常用塑料模具钢有预硬钢（P20、SM1、B30）、时效硬化型钢（P21、PMS、SM2、日本 NAKS5等）、热处理硬化型钢（MnCrWV、日本 S-STAR、瑞典一胜百 S-136 等）、粉末模具钢（日本 DEX40 等）。多工位精密冲模硬质合金（YG20、YG25 等）及钢结硬质合金（TLW50、GW50 等）。在模具表面处理方面，其主要趋势是：渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如 TD 法）发展；由一般扩散向 CVD、PVD、PVCD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采
17、用的镀膜有：T:C、T:N、T:CN、T:AN、CrN、Cr7C3、W2C 等，-5-同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到普遍重视【9】。2.模具设计与制造技术 当代模具的设计与制造技术广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），设计过程程序化和自动化，使用程序、模拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量资料和信息。设计与制造之间的直接传输便于设计中的反复修正改变。先进设计和加工方法的日益普及，为高质量、短周期地开发模具并且保证模具有足够长的使用寿命，提供了技术保证，为模具工业
18、发展奠定了坚实基础。模具设计与加工方法的发展主要有以下三方面：（1）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国 Delcem 公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、塑料模设计专家系统、复杂形体 CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统等。集成化软件较高的软件还包括：UG、CATIA 和 PRO/E 等。（2）快速原型法和快速制模技术（RPM/RMT）该技术被称为自数控技术以来的又一次革命，
19、尤其对模具工业的发展起到了极大的推动作用。它是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术，其突出特点就是能直接根据产品的 CAD 数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，而不需要任何工装夹具，面迭加形成三维实体。RPM 技术与 RMT 技术的结合，将是传统快速制模具技术进一步深入发展的方向。RPM 技术与陶瓷型精密铸造相结合，为模具型腔精铸成型提供了新途径。应用 RPM/RMT 技术从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的 1/3 和成本的 1/4 左右，因而具有广阔的发展前景。如美国 DTM 公司的 Rapid Tool 专利技术，它能在 510 天内制造
20、生产用的注塑模，可注塑零件 5 万件以上，属于直接用于批量生产的模具。（3）高速铣削技术 高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术，是一种以高主轴转速、快速进给、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高（为普遍铣削加工的 510 倍）及可加工硬质材料（60HRC）等诸多优点，因而在模具加工中日益受到重视。高速铣削机床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可达 0.01mm。国外高速加工机床主轴最高转速已超过 100000R/min，快速进给速
21、度可达 120m/min，加速度可达 12g，换刀时间可提高到 12s【9】。3.专业化生产及标准化 专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一，国外工业先进的国家模具专业化生产已达 75%以上。美、日两国的模具厂，80%是 10 人以下的小工厂，90%是 20 人以下小而专的企业。一般一个模具专业厂只生产 12 种模具。这种专业化小模具厂易于管 -6-理，反应灵活，易于提高产品质量和经济效率，有较强的竞争力。标准化是实现模具专业化生产的基本前提，能系统提高整个模具行业技术水平和经济效益，是机械制造业的深层次发展必由之路。国外企业都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足 30%，而且标准
22、品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥，需大力制订标准化规范。总之，随着模具技术的迅速发展及机械各类产品的多样化、复杂化，模具应用的广度和深度将不断向纵深发展，模具需求增长速度将继续高于国民经济总体发展的速度，供小于求的被动状态将大有改变。因此，在模具设计与制造中，采用新技术、新工艺、新设备可持续发展模具工业，更将成为所有企业得以占据市场制高点的必由之路。第二章 第二章 CAD 在注塑模具行业中的应用在注塑模具行业中的应用 第一节、第一节、CAD 发展概况发展概况 CAD 即计算机辅助设计的英文简称(Computer Aided Design)。计算机的应用，使得设计人员在
23、设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务；而设计人员集中精力进行有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、评介、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程.对于机械行业来讲，通用的 CAD件是 AutoCAD，但 AutoCAD 是一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运的是，AutoCAD 是个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用 Autolisp，ADS，ARX 甚至采用 VB 语言等，现今的高华 CAD、天目 CAD 就是在该软件的基础上开发的机械专业 CAD。由于二
24、次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。世界上第一套塑料模具 CAD 软件是澳大利亚 MOLDFLOW 公司于 1976 年推出井以公司名字命名的 MOLDFLOW。目前 MOLDFLOW 已经发展得比较完善，实现了对注塑过程的模拟、设计原理的应用和精确计算，并逐步优化模拟过程，使设计工程师在产品设计阶段可以在计算机上“制造”塑料产品，并能灵活地适应市场需求的变化。应用 MOLDFLOW 公司的技术已经在世界范围内成功地设计出了上万副模具。继MOLDFLOW 之后美国康奈尔大学、德国的亚森(Aachen)技术大学、美国的 C.V.公司、MC
25、AP 公司、日本的 CAD-M 公司等也相继开发了塑料模具 CAD/CAM 系统。第一套塑料模具 CAD/CAM 经过数年努力研制而成，于 1982 年推出，它就是后来称为GRAFTEK 的系统。塑料模具 CAD/CAM 的应用带来了巨大的社会效益和经济效益。据报导，美国 Protety pe&Plastic Mold 公司采用了 Computool 公司的 CAD/CAM 系统后，一年内生产效率提高了一倍，节省了 35%的准备时间，制造周期平均缩短了 30%，材料节省了 10%，模具成本降低了 10%30%。国内部分科研单位、大专院校也在塑料行业开展了 CAD 技术的研制和开发工作。华中理工
26、大学国家重点实验室叶显高、李德群、肖景容等研制成功了“实用化注塑模 CAD/CAE/CAM 微机系统 HSC1.1”；北京化工学院进行了注塑充模过程计算机仿真；其他部分企业科研单位也做了一些探讨工作，并且收到了一定的经济效益【10】。总的来讲我国塑料模具 CAD 仅仅处于开发使用初期，-7-很多自己研发的软件并不是很成熟。第二节、注塑模第二节、注塑模 CAD 内容内容 在模具设计中，模架及某些零件，如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图 CAD 系统中建立模架、零件库，以被设计时调用。对于浇注系统、温控
27、系统、模架结构强度计算等内容，已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法，可设置这些计算公式的模块，以便设计人员进行快速计算。另外对于一些设计中常用的数据库资料也可以设置在 CAD 系统中以便设计人员快速查询，根据各个工厂的不同要求和情况，还可以在系统中设置本单位所特有的内容。这样建立的 CAD 系统可大幅度减轻设计人员的工作强度、提高设计速度并可实现模具设计的规范化及标准化。对于某些在原成型制品的基础上作局部修改而需重新设计的模具来说，其效果就更加明显。总体来说，注塑模 CAD 的内容有以下几点：1.注塑制品的几何造型 采用几何造型系统，如线框造型、面造型和实体造型，在计算机中生成注塑制品的几何
28、模型，这是注塑模结构的 CAD 的第一步。由于注塑制品大多数是薄壁件，且又有复杂的表面，因此，常用表面造型的方法来产生制品的几何模型。2.模腔面形状的生成 在注塑模具中，行腔用来生成制品的外表面，型芯用来生成制品的内表面，由于塑料的成型收缩率，模具磨损及加工精度的影响，制品的内外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸，两者之间需要比较复杂的换算。目前流行的商品化注塑模 CAD 软件并未能很好的解决这种换算，因此，制品的形状和型腔的形状要分别输入，工作量较大且比较繁琐，如何由制品形状方便、快捷的生成型腔和型芯表面形状仍是当前的研究课题。3.模具结构方面的设计 采用计算机软件来辅助计算最佳型腔的
29、数目，引导模具设计者布置型腔，构思浇注系统、冷却系统和推出机构，为选择标准模架和设计动模部装图和定模部装图做准备。4.标准模架选择 采用计算机软件来设计模具的前提是尽可能多地实现模具标准化，包括模架标准化、模具零件标准化、结构标准化及工艺参数标准化等。一般而言，用作标准模架选择的设计软件应具用两个功能，一是能引导模具设计者输入本企业的标准模架，以建立专用的标准模架库；二是能方便地从已建好的专用标准模架库中，选出本次设计中所需的模架类型及全部模具标准件的图形和数据。5.部装图及总装图的生成 根据已选定的标准模架及已完成型腔布置，模具设计软件以交互方式引导模具设计者生成部装图和总装图。模具设计者在
30、完成总装图时，能利用光标在屏幕上拖动模具零 -8-件以搭积木的方式装配模具总图。6.模具零件图的生成 模具设计软件能引导用户根据模具部装图、总装图以及相应图形库完成模具零件的设计、绘图和标注尺寸。7.常规计算和校核 模具设计软件可将理论计算和行之有效的设计经验相结合，为模具设计师提供对模具零件全面的计算和校核，以验证模具结构等有关参数的正确性。注塑模 CAD 中的数据处理 注塑模结构 CAD 的重点在于注塑制品的造型、模具设计、绘图和数控加工的模拟，注塑模 CAD 的过程就是数据处理的过程。通常，由于注塑模结构 CAD 涉及面广，程序规模很大，结构相当复杂，一个高效率的注塑模 CAD 系统不仅
31、涉及到程序的结构和算法，同时也涉及数据结构和管理方法。在应用程序的执行过程中，经常需要利用一些标准数据和其他程序的设计及结果，系统各部分是通过交换数据相互联系的。因此，数据的处理在注塑模结构 CAD 中又十分重要的作用。注塑模 CAD 系统中，数据类型十分广泛，除了数字型、字符型数据之外，图形/模型及其文本数据项也是注塑模CAD 系统的数据。而图形/模型数据又是由基本图形元素、图形符号、模型部分及各级图形/模型数据组成。第三节、第三节、CAD 数据组成数据组成 注塑模 CAD 系统中数据可分为组合数据和基本数据，可将组合数据逐层分解至基本数据为止。根据这种分解模式，可以对总体、部件、详细数据这
32、三类数据分别进行处理。1.总体数据 它是一种模型数据，可以表达为如下格式：文件名：总装图；组成：各部件数据名+定位关系数据；组织：依次记录各部件名，定位数据。2.部件数据 它可定义为一种图形/模型数据，以标准模架为例说明其表达格式：文件名：部件名；组成：基准件名+各组成零件名+定位关系+尺寸关系+零件图形关联性；组织：依次记录个零件名、定位关系、主特征尺寸。3.零件数据 它可定义为一种图形文本数据，为注塑模系统的基本单元数据，该数据类型可表达为如下格式：-9-文件名：零件名；组 成：图形信息+尺寸信息+文本信息；组 织：依次按图形记录图形节点信息、尺寸标注及文本信息。第四节、第四节、CAD 技
33、术在模具设计中的应用技术在模具设计中的应用 一、产品设计一、产品设计 产品的结构和材料对注塑过程及模具设计有着直接的影响，因而模具 CAD 从产品设计的 CAD 开始着手。通过样品的计算机辅助测量或产品概念设计，建立产品的三维数据模型。设计人员由实体造型可获得几何及色彩上的直观感受。设计变量为产品厚度及产品所用材料。输入产品在使用环境中的载荷及边界条件，经有限元分析及后置处理可得应力及变形结果。最后，按照用户设定指标完成产品性能评估。二、模具设计二、模具设计 1.概念设计阶段 对产品进行工艺性分析，确定生产批量和生产规模。设计参数包括：型腔数；材料类别及牌号；注塑机型号；工艺参数(充填时间、保
34、压时间、冷却时间、注射速率或注射压力等)；浇口位置、尺寸及数目；分型面等。上述参数作为输入参数设定后，经过注塑过程模拟，依分析结果作调整，待完成方案评估后，即可作为优化后的模具设计参数，以文件形式输出。2.初步设计阶段 最有利于产品性能的浇口位置和流道设计完成后，产品与注塑机喷嘴之间的几何关系也就确定了。输入所要求的型腔尺寸和冷却管道布置等资料，即可选定模架尺寸，调用模架数据库中的模架模型,自动生成一个模架。根据输出的设计参数，可以调用标准零件数据库中的零件模型，自动生成标准零件。对于非标准零件，可利用商用软件的参数设计功能，方便地生成所需的零件。所有零件生成后，即可进行模具的装配模型建立，通
35、常采用自下而上的布局。一般 CAD 软件均提供变量约束、尺寸定位及取向定位等功能。全面自动的干涉量检查为用户提供了检查间隙和干涉的功能，并给出干涉总量以及间隙估计的文本记录。更进一步，利用系统动态分析对模具的活动零件(如顶杆)进行真实的动态模拟，决定这些零件相对其他模具零件所需的活动范围，检查机械动作是否满足要求的运动轨迹，是否与其他零件相干扰。3.详细设计阶段 模具的装配模型通过后，即可从中提取信息，详细设计零件，包括自动尺寸标准和引入材料清单。由于整个设计流程基于一个完整的数据库，任何一次修改都被记录，并且在更新原有设计时，图形及尺寸会自动变更，因此最后的零件数据库模型提供了模具设计的全部
36、图形与非图形信息。剩下的工作就是编制材料清单和作 -10-出加工模具零件所需的 NC 刀具轨迹。至此，塑料模具的 CAD 即告完成，流程如图 2-1所示。图 2-1 CAD 设计流程 第五节、应用在本设计中的第五节、应用在本设计中的 CAD 技术技术 一、一、Pro/ENGINEER2001 在模具设计过程中的应用在模具设计过程中的应用 Pro/ENGINEER2001 是美国 PTC 公司（Parametric Technology Corporation参数技术公司）开发的大型 CAD/CAM/CAE 集成软件，是全方位的产品开发软件。该软件集产品设计、装配、加工、钣金设计等功能于一体，其
37、模块众多、内容丰富、功能强大，已广泛应用于电子、航天、汽车、家电和玩具等行业。在 DVD 门模具设计过程中，主要应用 Pro/ENGINEER2001 进行了模仁结构设计，包括分形面、浇注系统，冷却系统，滑块等的设计。二、二、EMX4.1 在模具设计过程中的应用在模具设计过程中的应用 PTC 用于 Pro/ENGINEER 的新模架EMX(Expert Moldbase Extension)，是一个基于知识库的模架装配和细化工具，它增强了现有 Pro/ENGINEER 模具工具的功能。专门为模具设计人员开发的这套工具，提供了快速创建和修改完整模具零部件的功能，能简化模具设计过程，提高生产效率。
38、在 DVD 门模具设计过程中，应用 EMX4.1 进行了模架结构及标准零件设计，包括顶出系统，导向系统，滑块系统等。-11-三、三、Moldflow Plastic Advisers 在模具设计过程中的应用在模具设计过程中的应用 Moldflow Plastic Advisers 是 Moldflow 公司开发的快速试模分析软件，可以对塑件和模具进行注塑分析和优化，能帮助设计人员在早期发现问题。在 DVD 门模具设计过程中，应用 Moldflow Plastic Advisers 模流分析，包括浇口位置、材料选择、熔接痕位置、困气、流动时间、压力和温度分布分析等。四、四、AutoCAD 在模具
39、设计过程中的应用在模具设计过程中的应用 AutoCAD 是最常用的工程制图软件。由 Pro/ENGINEER 产生的工程图纸不规范，所以后期需要导入 AutoCAD2006 进行完善。第六节、小结第六节、小结 塑料模具 CAD 技术是一种全新的设计技术，有助于提高产品及模具设计的质量和实现产品的最佳性能。塑料模具 CAD 的工作主要在于理解注塑过程模拟的分析结果，判读数据并做出合适的变更设计抉择，熟悉 CAD 技术并有效地应用于模具设计也有赖于设计人员的素质和经验。塑料模具 CAD 的难点在于建立丰富的材料性能数据库，以及模具零件的标准化。第三章 第三章 注塑工艺分析及成型方法简介注塑工艺分析
40、及成型方法简介 第一节、塑件（第一节、塑件（DVD 门）分析门）分析 一、塑件一、塑件 DVD 门塑件结构如图 3-1 所示。-12-图 3-1 注塑零件 3D 图 该零件尺寸中等大小，最大长度为151mm，最大高度28mm，最大宽度35mm，平均厚度1.8mm，最大厚度2mm，最小厚度0.8mm。二、塑料名称二、塑料名称 根据各材料的注塑性能及加工使用性能，综合市场价格，选择材料为 ABS。三、生产纲领三、生产纲领 大批量，自动化生产。四、塑件的结构及成型工艺分析四、塑件的结构及成型工艺分析 1.结构分析 该塑件端部带有连接运动部分，两个连接运动部分分别在不同的型腔内成型，故在模具设计和制造
41、上要有一定的定位措施和良好的加工工艺，以保证转动的顺畅和零件的使用寿命。该塑件装配在 DVD 表面，对表面美观有一定要求，设计时要注意对外边面的处理。2.成型工艺分析 精度等级：采用一般精度 5 级。脱模斜度：该注塑零件壁厚约为 1.8mm，其脱模斜度查参考文献【1】中的表 3-4 有塑件内表面 351，塑件外表面 40120。由于该塑件没有特殊狭窄细小部位，所用塑料为 ABS，流动性较好，而且，主要部分有较好的弧度，可顺势脱模，所以塑件外表面没有放脱模斜度。同时，侧面采用滑块机构，脱模时，滑块抽去，两壁处脱模没有困难，所有也不放脱模斜度。-13-第二节、材料第二节、材料 ABS 的注射成型过
42、程及工艺参数的注射成型过程及工艺参数 一、注射成型过程一、注射成型过程 1.成型前的准备 对 ABS 的色泽、细度和均匀度进行检验。由于 ABS 的吸水率大约为 0.2%0.8%，容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量 H最小；故满足要求。3)开模行程校核 此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机）。注塑机的开模行程应满足下式：S机-（H模-H最小）H1H2+（510）mm(4-3)因为S机-(H模-H最小)360-（270-220）=310mm H1H2（510）100+100+10=210mm 即 S机-（H模-H最小）H1H2+（510）mm 故满足
43、要求。式中:H1推出距离，单位mm；H2包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；S机注塑机最大开模行程。-21-第二节、浇注系统、关键零部件设计第二节、浇注系统、关键零部件设计 一、浇注系统形式和浇口的设计一、浇注系统形式和浇口的设计 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。1.主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模是主流道凝料的顺
44、利拔出（1）主流道尺寸 主流道小端直径 D=注射机喷嘴直径+（0.51）(4-4)=3+（0.51），取D=4 主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（12）(4-5)=15+(12)，取SR0=17 球面配合高度h=35mm，取h=3mm 主流道长度L=40mm 主流道大端直径D=D+2Ltan=4+240tan2=6.79，取D=7mm(4-6)浇口套总长LO=L+h+2=45mm(4-7)（2）主流道衬套的形式 主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常
45、采用碳素工具钢，如 T8A、T10A 等，热处理硬度为50HRC55HRC。由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。（3）主流道衬套的固定 主流道衬套采用四个螺钉均布固定。2.冷料穴的设计（1）主流道冷料穴的设计 开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具型腔分布对称，所以冷料穴可设在中心位置。冷料穴直径=D+2=7+2=9 mm(4-8)-22-冷料穴深度=3/4 D=7 mm(4-9)（2）分流道冷料穴的设计 此模具分流道比较短，所以可以不加冷料穴。3.分流道设计（1）分流到布置形式 分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布
46、置形式，应该遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。流道分布如图 4-6 所示。图 4-6 流道分布示意图（2）分流道的长度 长度应尽量短，减少弯折。该模具的分流道长度在设计过程中由绘图的出，L=5 mm。（3）分流道的形状及尺寸 为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，采用圆形截面，ABS 经验值d=（4.89.5）mm，由d（1.11.2）=d上级，所以得出d=5.8，取为6 mm。（4）分流道表面粗糙度 由于流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙
47、度 Ra 并不要求很低，一般取 0.631.6 微米，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，是中心层具有较高的剪切速率，此处Ra=0.8。4.浇口的设计 浇口是连接流道于型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道的0.070.09倍，浇口截面积取为圆形。（1）浇口类型及位置的确定 该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时，对外观要求较高，所以从侧浇口和潜伏式浇口中进行选择。其中，潜伏式浇口模具结构简单，只需两板模即可，比较有优势。通过 Moldflow Plastic Advisers 对塑件浇
48、口和注塑进行模拟并分析，在三种方案中比较。-23-首先，对浇注质量进行比较，如图 4-7图 4-9 所示。比较可得三者差异不大，浇注质量都比较高，双浇口稍好。图 4-7 潜伏式浇口浇注质量 图 4-8 侧浇口浇注质量 图 8-9 双浇口浇注质量 -24-其次，从气泡数目和位置进行比较，如图 4-10图 4-12 所示。潜伏式浇口和双浇口气泡明显少于侧浇口，并且产生气泡位置多在分型面附近，所以通过分型面的设计，可以达到更好的排气效果。图 4-10 潜伏式浇口产生的气泡 图 4-11 侧浇口产生的气泡 图 4-12 双浇口产生的气泡 熔接痕如图 4-13图 4-15 所示。可以看出，采用双浇口时，
49、产生的熔接痕明显多 -25-于采用潜伏式浇口和侧浇口，并且双浇口产生的熔接痕有部分位于塑件外表面，影响表面美观。图 4-13 潜伏式浇口产生的熔接痕 图 4-14 侧浇口产生的熔接痕 图 4-15 双浇口产生的熔接痕 -26-综合以上，采用侧浇口时，各方面都不是很理想；虽然双浇口在控制气泡上比较有优势，但是熔接痕方面有明显缺陷，而且如采用双浇口，分流道布置会过长，所以也不合适；潜伏式浇口最合适，而且相应的模具结构也比较简单，所以选用潜伏式浇口。（2）浇口尺寸设计 由经验公式，浇口的直径d=0.20624n t A=0.607；(4-10)浇口直径一般取在0.81.2之间，本模具取d=1 mm。
50、二、分型面设计二、分型面设计 在 Pro/ENGINEER 工作环境下，可以对简单零件自动产生分型面。但 DVD 门塑件，形状不规则，分型面大部分不是平面，所以需要手动创建曲面之后合并为分型面。在此，仅对曲面合并举例说明。图 4-16 所示为对基础分型曲面和滑块曲面进行合并的过程，分别选取两个面组，然后选择合并方式已保留所需曲面。合并后效果如图4-17 所示。图 4-16 合并曲面 图 4-17 合并后的曲面 -27-按照以上方法一次创建曲面，进行合并，最后产生分型面如图 4-18、4-19 所示，其中黄色部分为塑件，灰色部分即分型面。图 4-18 分型面 bottom 向 3D 图 图 4-