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畢業(yè)設(shè)計
開題論證報告
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名 李 潤 銘
班 級 B機制054班
學(xué) 號 0510110401
指導(dǎo)教師 許 曉 琴
完成日期 2009年3月31日
課題名稱：三通管注塑模具設(shè)計
一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
本課題來源于生產(chǎn)實際，在設(shè)計過程中掌握模具設(shè)計的一般規(guī)律，對于運用現(xiàn)代CAD技術(shù)進行模具設(shè)計進行研究和應(yīng)用，運用現(xiàn)代CAD技術(shù)提供的技術(shù)手段進行該模具的三維實體建模，生成三維爆炸視圖，以指導(dǎo)該模具的裝配生產(chǎn)。該課題能夠培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計能力。
隨著塑料制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農(nóng)業(yè)等各行業(yè) 廣泛應(yīng)用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經(jīng)濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可達0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比，差距較大。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。
我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進出口之比為3.7﹕1，進出口相抵后的凈進口額達13.2億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。
二、本課題擬解決的問題
1.合理的選擇模具結(jié)構(gòu)。
2.正確地確定模具成型零件尺寸。模具成型零件的尺寸和表面粗糙度，對塑件的質(zhì)量影響極大，必須特別注意。
3.設(shè)計的模具應(yīng)當(dāng)制造方便。
4.充分考慮制件設(shè)計特色，盡量減少后加工。要充分地考慮制件設(shè)計特色，應(yīng)使能生產(chǎn)出具有尺寸精度的制件，減少不必要的后加工。
5.設(shè)計的模具應(yīng)當(dāng)效率高，使用安全可靠。設(shè)計的模具應(yīng)當(dāng)能保證在短時間內(nèi)填充固化，頂出裝置要安全可靠，不致引起制件變形，破裂，而且切除澆道容易，成型效率高。
6.模具零件應(yīng)當(dāng)耐用，耐磨。模具零件磨耗損失小，能長時間運轉(zhuǎn)，故障少，特別是像頂桿一類的銷柱件容易卡柱、彎曲、折斷，占模具故障的大部分。
7.考慮塑料的成型特性進行模具設(shè)計。
三、解決方案及預(yù)期效果
1.選擇模具結(jié)構(gòu)時，根據(jù)塑料制件圖紙及技術(shù)要求，研究和選擇適當(dāng)?shù)某尚头椒俺尚驮O(shè)備。結(jié)合工廠的機械加工情況，提出模具結(jié)構(gòu)方案，并經(jīng)過充分進行討論，以便設(shè)計出的模具結(jié)構(gòu)合理。能夠成型出保證質(zhì)量要求的塑件。并且模具操作方便安全，取件順利可靠，必要時可以根據(jù)模具設(shè)計和加工的需要，提出修改塑件圖紙的要求。
2.設(shè)計模具時，盡量使設(shè)計的模具制造容易，價格便宜，特別是對那些比較復(fù)雜的模具成型零件。
3.計算成型零件尺寸時，一般采用平均收縮率，對于高精度的制作，最好采用在成型材料及工藝條件。成型設(shè)備在進料口位置固定的情況下，按塑料制件幾何形狀在不同方向上測定的收縮率進行計算。
4.設(shè)計模具時，必須考慮是采用一般的機械加工方法加工，還是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎樣進行組裝。這些問題在設(shè)計模具中一定要加以討論和解決，同時還要考慮到試模后的修模，留有足夠的修模余地。
5.在允許的范圍內(nèi)，盡可能地由模具成型制件上的孔、槽、上凸、下凹部分等，避免在制件成型之后，再用其他加工方法加工這些部分。
6.設(shè)計模具時應(yīng)當(dāng)寫明這些零件的材料、加工方法及熱處理等要求，使模具零件耐用，耐磨。
7.全面準(zhǔn)確地滿足塑件的使用要求是十分重要的，也是設(shè)計中最重要的一步。如果對塑件的分析不完全，甚至出現(xiàn)錯誤，塑件將不能滿足使用要求，這就要求對塑件的使用要求進行準(zhǔn)確地分析，這種分析應(yīng)是定量的而不是定性的。其次，考慮承載條件，塑件在裝配，運輸、貯存和使用過程中都要受到力的作用，塑件應(yīng)在預(yù)定的條件下能夠承受這些力的作用，不至于對塑件產(chǎn)生破壞。此外，還要考慮到在最惡劣條件下可能出現(xiàn)的意外情況。再者，考慮環(huán)境條件，塑料是一種對環(huán)境條件十分敏感的材料，因此，對制作、使用時的溫度、相對濕度，化學(xué)介質(zhì)和輻射等條件，以及在制作、裝配、貯存時所遇到的環(huán)境條件對性能的影響，均應(yīng)列入考慮范疇。
8.在模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計過程中，可以運用現(xiàn)代CAD技術(shù)進行模具設(shè)計進行研究和應(yīng)用，運用現(xiàn)代CAD技術(shù)手段進行模具的三維實體建模，生成三維爆炸視圖，以指導(dǎo)該模具的裝配生產(chǎn)及模擬注塑過程。
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計過程:
1.接受任務(wù)書。編制成型塑料制件的任務(wù)書。內(nèi)容包括：制件圖紙，并注明采用塑料的牌號、透明度等；塑料制件說明書或技術(shù)要求；生產(chǎn)件數(shù);塑料制件樣品。
2.注塑機的選擇。注塑模是安裝在注塑機上使用的成型工藝裝備，從模具設(shè)計的角度上考慮，需了解注塑機技術(shù)規(guī)范，主要包括：最大注塑量、最大注塑壓力、最大合模力、模具安裝尺寸以及開模行程等。
3.澆注系統(tǒng)設(shè)計。在設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮有關(guān)因素：塑料成型特性，保證塑件質(zhì)量；塑件大小及形狀，根據(jù)塑件大小，形狀壁厚、技術(shù)要求等因素，結(jié)合選擇分型面考慮設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型；型腔數(shù)，設(shè)置澆注系統(tǒng)時還應(yīng)考慮到模具是一模一腔還是一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設(shè)計；塑件外觀，設(shè)計澆注系統(tǒng)時考慮去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外觀美觀；注射機安裝板的大小，在塑件投影面積比較大時，考慮到注射機模板大小是否允許，并應(yīng)防止偏離模具中心開設(shè)主流道，造成注射時受力不勻；成型效率，在大量生產(chǎn)時考慮保證質(zhì)量的前提下盡量縮短流程，減少斷面積以縮短填充及冷卻時間，同事減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料；冷料，在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件。
4.成型零部件設(shè)計。成型零部件是指構(gòu)成模具型腔的零件，成型零部件通常包括：凹模、凸模、成型桿、成型環(huán)等。成型零部件直接與塑料接觸成型塑件，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件的形狀與精度，是模具設(shè)計的重要部分。設(shè)計時，應(yīng)先根據(jù)材料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結(jié)構(gòu)、分型面、排氣部位、脫模方式等，從機械加工及模具裝配角度確定型腔各零部件的組合方式，然后根據(jù)制件尺寸計算成型零件的工作尺寸。由于塑料熔體有很高的壓力，因此還應(yīng)對關(guān)鍵成型零件進行強度與剛度校核。
5.導(dǎo)向機構(gòu)與定位機構(gòu)設(shè)計。導(dǎo)向、定位機構(gòu)是保證動模與定模合模時正確定位和導(dǎo)向的重要零件，主要有合模導(dǎo)向裝置和錐面定位兩種形式。導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計要點：導(dǎo)向零件應(yīng)合理均勻的分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形；根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般要2-4個導(dǎo)柱；由于塑件通常留在動模，所以為了便于脫模導(dǎo)柱通常安裝在定模；為了保證分型面很好接觸，導(dǎo)柱和導(dǎo)套分別設(shè)有承屑槽，一般在導(dǎo)套的孔口倒角；各導(dǎo)柱、導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行，否則將影響合模的準(zhǔn)確性，甚至損壞導(dǎo)向零件；合模時，應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導(dǎo)致成型零件損壞；導(dǎo)柱與導(dǎo)套配合形式對于一般的簡單模具，導(dǎo)柱不需要導(dǎo)套，直接與模板導(dǎo)向孔配合。
6.脫模機構(gòu)設(shè)計。脫模機構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個動作。設(shè)計原則：要求在開模過程中塑件留在動模一側(cè)，以便推出機構(gòu)盡量設(shè)在動模一側(cè)，從而簡化模具結(jié)構(gòu)；正確分析塑件對模具包緊力與粘附力的大小及分布，有針對性地選擇合理的推出裝置和推出位置，使脫模力的大小及分布與脫模阻力一致；推出力作用點應(yīng)靠近塑件對凸模包緊力最大的位置，同時也應(yīng)是塑件剛度與強度最大的位置；推出位置應(yīng)盡可能設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位，以力求良好的塑件外觀；推出機構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠（即：推出到位、能正確復(fù)位且不與其他零件相干涉，有足夠的強度與剛度），運動靈活，制造及維修方便。
7.側(cè)向分型抽芯機構(gòu)的設(shè)計。凡是能實現(xiàn)側(cè)向抽芯或側(cè)向分型以及可靠復(fù)位的機構(gòu)，均成為側(cè)向分型抽芯機構(gòu)。根據(jù)提供側(cè)向分型或抽芯動力來源的不同，可分為手動、液壓或氣動以及機動側(cè)向分型抽芯機構(gòu)三大類。手動側(cè)向分型抽芯機構(gòu)有模內(nèi)與模外兩種形式，雖然其模具結(jié)構(gòu)簡單、加工制造成本低，但是操作不便、勞動強度大、生產(chǎn)效率低，通常只適用新產(chǎn)品的開發(fā)試制、小批量制品生產(chǎn)。液壓或氣動側(cè)向分型抽芯機構(gòu)抽拔力大，設(shè)計自由度大，模具結(jié)構(gòu)簡單。其多應(yīng)用于抽拔距長、抽拔力大的注塑模。機動側(cè)向分型抽芯機構(gòu)是利用注射機的開合模動作，通過驅(qū)動零件側(cè)滑塊在導(dǎo)滑槽內(nèi)做側(cè)向往復(fù)運動，從而實現(xiàn)側(cè)向分型零件的側(cè)向分型、抽拔及其復(fù)位。
9.模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計。對模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化分析在一定程度上決定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。
8.試模及修模。在模具加工成以后，進行試模檢驗，看成型的制件如何。發(fā)現(xiàn)問題后，進行排除錯誤性的修模。
預(yù)期效果：模具閉模后，各承接面之間沒有間隙；活動型芯等運動部位的滑動平穩(wěn)、靈活；鎖緊零件可靠，緊固零件沒有松動；冷卻水路通暢；空運轉(zhuǎn)后模具無損壞現(xiàn)象。模具注塑成型后，制品外觀表面質(zhì)量符合要求，沒有飛邊、熔接痕、縮痕、注射不足等缺陷。
四、課題進度安排
3月1日～3月14日．畢業(yè)實習(xí)階段。
畢業(yè)實習(xí)，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習(xí)報告。
3月15日～3月31日．開題階段。
提出總體設(shè)計方案及草圖，填寫開題報告。
4月1日～5月14日． 設(shè)計初稿階段。
完成總體設(shè)計圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設(shè)計圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書，中期檢查。
6月1日～6月2日．畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯。
6月3日～6月9日．畢業(yè)設(shè)計整改。
圖紙修改、設(shè)計說明書修改、定稿，材料復(fù)查。
6月10日～6月11日．畢業(yè)設(shè)計材料評閱。
6月12日～6月13日．畢業(yè)答辯。
6月14日～6月15日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見
簽名
年 月 日
6