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1、 DVD注塑模具設(shè)計(jì) 摘要及關(guān)鍵詞 【摘要】本論文的主要內(nèi)容為DVD門注塑模的設(shè)計(jì)。首先獲得產(chǎn)品部件的外型實(shí)體模型（原外型設(shè)計(jì)運(yùn)用UG建模），進(jìn)行數(shù)據(jù)交換后存為STEP文件,然后利用Pro/ENGINEER2001重新測(cè)量建立.prt文件，然后綜合運(yùn)用EMX4.1模塊完成模具的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行CAE分析，主要是用Moldflow Plastic Advisers對(duì)其進(jìn)行模流分析，通過不斷分析改進(jìn)和修整，使設(shè)計(jì)達(dá)到要求；通過所有檢驗(yàn)后，用AutoCAD2006完成注塑模具非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖和模架的裝配圖。 【關(guān)鍵詞】注塑模、DVD門、Pro/ENGINEER2001、EMX4.1、Mol

2、dflow Plastic Advisers 第一章 緒 論 第一節(jié)、前 言 作為工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)工藝裝備的模具，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，模具技術(shù)也已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。 在第十一五規(guī)劃中指出，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑都要求模具工業(yè)發(fā)展與之相適應(yīng)。 模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用，與其他加工制造業(yè)所無法比擬的。從工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)看，模具是現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、醫(yī)療器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工

3、業(yè)必不可少的工藝裝備。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機(jī)、汽車、摩托車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、錄像機(jī)、傳真機(jī)、電話及手機(jī)等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上；在了彈、槍支等兵器產(chǎn)品中占95%以上。 我國模具工業(yè)在政府十分重視及關(guān)懷下，并提出相應(yīng)的優(yōu)惠政策進(jìn)行模具技術(shù)開發(fā)，在模具工業(yè)中大量采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，努力提高模具設(shè)計(jì)和制造水平，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。另外，從資料獲悉，目前，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的模具總產(chǎn)值都已超過機(jī)床總產(chǎn)值。模具技術(shù)的進(jìn)

4、步極大地促進(jìn)了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)發(fā)展，模具是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)最終產(chǎn)品的價(jià)值將超過自身價(jià)格的幾十倍乃至百倍及上千倍。 據(jù)各國報(bào)導(dǎo)，模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家被稱之“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)”， 如今世界模具工業(yè)的發(fā)展速度超過了新興的電子工業(yè)，已實(shí)現(xiàn)了模具專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化，因而深受贊譽(yù)。美國工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本稱模具工業(yè)為“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”，在德國，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號(hào)，而歐盟一些國家稱“模具就是黃金”，新加坡政府則把模具工業(yè)作為“磁力工業(yè)”，中國模具權(quán)威經(jīng)理稱為“模具是印鈔機(jī)”?？梢娔＞吖I(yè)在世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的顯著地位。

5、模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。 第二節(jié)、我國模具行業(yè)發(fā)展概述 近年來，我國模具行業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭，這種勢(shì)頭是否還會(huì)延續(xù)下去，這是業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的問題。筆者認(rèn)為，我國模具行業(yè)盡管面臨著在中低端產(chǎn)品領(lǐng)域國內(nèi)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨劇烈以及在中高端產(chǎn)品領(lǐng)域國外或外資企業(yè)壓力日益增大的局面，但經(jīng)過近年來的持續(xù)發(fā)展，實(shí)力已大大增強(qiáng)，完全有能力變壓力為動(dòng)力，繼續(xù)保持平穩(wěn)發(fā)展。 一、有利因素 優(yōu)惠政策為模具行業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境。在國家產(chǎn)業(yè)政策和有關(guān)配套政策導(dǎo)向之下，近年來已有不少地方相繼出臺(tái)了一些支持當(dāng)?shù)啬＞吖I(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，有的見諸于文件，有的見諸于行動(dòng)，都已收到

6、很好的效果。同時(shí)，模具工業(yè)的快速發(fā)展也促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的繁榮。隨著各地之間交流活動(dòng)的日益頻繁，相信對(duì)模具工業(yè)發(fā)展有利的政策，及因此而帶來的良好的發(fā)展環(huán)境將有進(jìn)一步發(fā)展。 模具行業(yè)內(nèi)部體制改革和機(jī)制轉(zhuǎn)換加速，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)漸趨合理，并且加強(qiáng)了管理，提高了水平。為了適應(yīng)形勢(shì)，我國模具行業(yè)近幾年來加快了體制改革和機(jī)制轉(zhuǎn)換步伐，“三資”和民營企業(yè)已占行業(yè)主導(dǎo)地位，裝備水平和產(chǎn)品水平有了較大的提升，管理有了很大進(jìn)步。許多企業(yè)已應(yīng)用了CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)、三維設(shè)計(jì)技術(shù)、 ERP和IM3等信息管理技術(shù)以及高速加工、快速成型、虛擬仿真及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等許多高新技術(shù)，不少企業(yè)已提出了“生產(chǎn)專業(yè)化、產(chǎn)品品牌化、

7、企業(yè)現(xiàn)代化、市場(chǎng)國際化”等企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。通過各種質(zhì)量體系認(rèn)證的企業(yè)一年比一年多。 規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生效益，模具集群生產(chǎn)發(fā)展迅速。在“小而精?！钡膶I(yè)化不斷發(fā)展的同時(shí)，近年來，規(guī)模效應(yīng)已被愈加重視。除了把企業(yè)做強(qiáng)做大，使規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生效益之外，模具集群生產(chǎn)也不斷顯示其優(yōu)越性，因而“模具城”、“模具園區(qū)”、“模具生產(chǎn)基地”等各種集群生產(chǎn)形式在全國迅速發(fā)展。據(jù)不少企業(yè)反映，集群生產(chǎn)與分散生產(chǎn)相比，至少有下列好處：市場(chǎng)更廣闊了，協(xié)作更方便了，生產(chǎn)成本降低了，相互交流多了，優(yōu)惠政策享受到了。目前全國年產(chǎn)1億元以上模具的企業(yè)已有40多個(gè)，超過3000萬元以上的企業(yè)已有200多個(gè)，具有一定規(guī)模的“模具城”已有近

8、十個(gè)，正在建設(shè)或正在籌建的還有十多個(gè)。這些模具集聚生產(chǎn)基地的建設(shè)，對(duì)我國模具工業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。 許多企業(yè)開始認(rèn)識(shí)到了“品牌”和“專利”的重要性，自主創(chuàng)新的資金投入力度和 能力不斷提高。長期以來模具一直處于“后方”和“被動(dòng)”的地位，因此也很少有 “品牌”和“專利”。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來企業(yè)越來越重視“品牌”和“專利”。有些企業(yè)已認(rèn)識(shí)到了創(chuàng)新研發(fā)的重要性，投入力度提高很快。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)了解到的情況，近年不少企業(yè)在創(chuàng)新研發(fā)方面的投入與銷售收入的比例達(dá)到5%左右，個(gè)別企業(yè)甚至達(dá)到8%至10%。 模具技術(shù)含量不斷提高，屬于高新技術(shù)產(chǎn)品的模具越來越多。據(jù)了解，目前已

9、被國家有關(guān)部門列入《中國高新技術(shù)產(chǎn)品出口目錄》的已有四種模具。其實(shí)已經(jīng)有不少模具的技術(shù)含量超過了這四種模具，例如汽車零部件級(jí)進(jìn)模具、精密多工位級(jí)進(jìn)模具、轎車大型復(fù)雜覆蓋件沖壓模具、自動(dòng)化汽車內(nèi)飾件澆注模具、高強(qiáng)度板熱壓成型模具等。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，越來越多的模具生產(chǎn)企業(yè)被各級(jí)政府有關(guān)部門認(rèn)定為高新技術(shù)企業(yè)。據(jù)中國模協(xié)初步統(tǒng)計(jì)，目前模具行業(yè)國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)有7家，省、市級(jí)高新技術(shù)企業(yè)已有近百家。 國際模具資本向我國轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)十分明顯，模具出口前景很好。由于我國模具特別是中、低檔模具在國際市場(chǎng)上存在著較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，有的模具價(jià)格甚至只有國際市場(chǎng)的幾分之一，再加上我國有較低廉的優(yōu)質(zhì)勞動(dòng)力資源

10、及較好的技術(shù)基礎(chǔ)和基礎(chǔ)配套設(shè)施，因此近年來外商在我國模具行業(yè)的投資額一年比一年大，到我國采購模具的跨國公司也越來越多。 二、不利因素 雖然我國模具行業(yè)已經(jīng)駛?cè)氚l(fā)展快車道，但由于在精度、壽命、制造周期及能力等方面，與國際水平和工業(yè)先進(jìn)國家相比尚有較大差距，所以還不能滿足我國制造業(yè)發(fā)展的需求。特別是在精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具方面，仍舊供不應(yīng)求。因此，每年尚需大量進(jìn)口。 現(xiàn)階段模具原材料價(jià)格和人員工資不斷上漲，但模具價(jià)格卻不漲反落，致使模具企業(yè)利潤不斷下降，部分企業(yè)出現(xiàn)虧損，虧損額增大。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)全國 270個(gè)主要模具生產(chǎn)企業(yè)調(diào)查，2005年產(chǎn)值利潤率比上年下降了2.1個(gè)百分點(diǎn)

11、，銷售收入利潤率比上年下降了3.1個(gè)百分點(diǎn)。全國規(guī)模以上企業(yè)全年虧損額2005年達(dá)2.6億元，大幅增加【7】。這一趨勢(shì)，還在延續(xù)。 對(duì)外資的依存逐年增大。我國加入世貿(mào)組織已過6年，外貿(mào)高速發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)對(duì)外貿(mào)的依存度從30%上升到70%。同時(shí)，近年來，正是外資大量進(jìn)入我國的時(shí)期，隨著對(duì)外開放政策的不斷擴(kuò)大和深化，外資在我國模具行業(yè)的投資也越來越多，致使對(duì)外資的依存度也逐年增大。例如廣東省是我國模具第一大省，其產(chǎn)能約占全國的40%左右。該省的模具產(chǎn)能中，外資企業(yè)已占60%左右，合資企業(yè)約占10%左右。該省模具出口約占全國的50%左右，其中由外資、合資企業(yè)出口的也占其出口量的多數(shù)【7】。對(duì)外資

12、和外貿(mào)依存度大，會(huì)對(duì)行業(yè)安全，乃至整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)安全產(chǎn)生重大影響。 人才緊缺日益突出。雖然近年來我國模具行業(yè)職工隊(duì)伍發(fā)展迅速，估計(jì)目前已達(dá)近百萬人，但仍然跟不上行業(yè)發(fā)展需求。一是總量不足，二是素質(zhì)不夠，適應(yīng)不了行業(yè)發(fā)展的需求。根據(jù)有關(guān)資料，全國模具行業(yè)從業(yè)人員約缺口30萬～50萬人，其中工程技術(shù)人員約占20%。目前尤其緊缺的是高素質(zhì)和高水平的模具企業(yè)管理人員和中高層技 術(shù)人員及高級(jí)技術(shù)工人。 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇。我國模具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在不斷加劇，其表現(xiàn)是模具產(chǎn)品價(jià)格連年走低。中高檔模具市場(chǎng)上主要是我國重點(diǎn)骨干企業(yè)與境外企業(yè)及境內(nèi)“三資”企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，中低檔模具市場(chǎng)上主要是民營企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)。有

13、的已經(jīng)是進(jìn)入無序狀態(tài)，到了擾亂正常市場(chǎng)秩序的地步。由于過低價(jià)格所必然造成的低質(zhì)量，已嚴(yán)重影響一些企業(yè)的生存，迫使某些企業(yè)加速調(diào)整其定位，少數(shù)企業(yè)面臨被淘汰局面也是不足為奇的。 雖然近幾年模具出口增幅每年大于進(jìn)口增幅，但所增加的絕對(duì)量仍是進(jìn)口大于出口，致使模具外貿(mào)逆差一年比一年大。模具外貿(mào)逆差增大主要有兩方面原因：一是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車企業(yè)的高速發(fā)展帶來了對(duì)模具旺盛需求，有些高檔模具國內(nèi)的確生產(chǎn)不了，只好進(jìn)口，但也確實(shí)有一些國內(nèi)可以生產(chǎn)的模具也在進(jìn)口，這與我國現(xiàn)行的關(guān)稅政策及項(xiàng)目審批制度有關(guān)。二是對(duì)模具出口鼓勵(lì)不夠。 當(dāng)前全球制造業(yè)轉(zhuǎn)移的規(guī)模不斷加大，速度也不斷加快，并正向

14、深度和廣度延伸，而我國的模具制造業(yè)正是承接轉(zhuǎn)移的較為理想之地。加之“十一五”期間，國家將繼續(xù)大力支持我國模具工業(yè)的發(fā)展，在多重有利條件下，我國內(nèi)模具行業(yè)的未來將展現(xiàn)出一派美好景色。 第三節(jié)、21世紀(jì)模具發(fā)展趨勢(shì) 加入WTO后的中國，全球制造業(yè)正以垂直整合的模式向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，我國正成為世界制造業(yè)的重要基地，據(jù)權(quán)威報(bào)告，中國已成為世界第一制造大國。目前，在參與世界產(chǎn)品市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，各行業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，換型加快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、樣式和外觀也不斷提出新要求，使模具需求量增加，對(duì)模具質(zhì)量要求也越來越高，模具技術(shù)直接影響制造業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)品更新?lián)Q代和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，迅速提高模具技術(shù)

15、水平已成為當(dāng)務(wù)之急。例如：日本汽車、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)品的品種，數(shù)量，質(zhì)量在國際市場(chǎng)占有優(yōu)勢(shì)地位，其重要原因之一就是日本模具技術(shù)居于世界領(lǐng)先水平。 為了解決高精度、長壽命、高效的復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代模具，其發(fā)展趨勢(shì)主要有如下三方面： 1.模具材料及表面處理技術(shù) 模具工業(yè)要上水平，材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。 在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrwMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5 Cr4V2，新型冷作模具鋼有65N6、012A1、CG-2、LD、GD、GM等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO 80M、QRO 9

16、0 SUPREME等；常用塑料模具鋼有預(yù)硬鋼（P20、SM1、B30）、時(shí)效硬化型鋼（P21、PMS、SM2、日本NAKS5等）、熱處理硬化型鋼（MnCrWV、日本S-STAR、瑞典一勝百S-136等）、粉末模具鋼（日本DEX40等）。多工位精密沖模硬質(zhì)合金（YG20、YG25等）及鋼結(jié)硬質(zhì)合金（TLW50、GW50等）。 在模具表面處理方面，其主要趨勢(shì)是：滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲（如TD法）發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PVCD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：T:C、T:N、T:CN、T:AN、CrN、Cr7C3、W2C等， 同時(shí)熱處理手段由大氣熱處理向真空

17、熱處理發(fā)展。另外，目前對(duì)激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)也日益受到普遍重視【9】。 2.模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 當(dāng)代模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM），設(shè)計(jì)過程程序化和自動(dòng)化，使用程序、模擬成形過程、采用交互式設(shè)計(jì)方法，發(fā)揮人和計(jì)算機(jī)的各自特長。數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使設(shè)計(jì)人員擁有大量資料和信息。設(shè)計(jì)與制造之間的直接傳輸便于設(shè)計(jì)中的反復(fù)修正改變。 先進(jìn)設(shè)計(jì)和加工方法的日益普及，為高質(zhì)量、短周期地開發(fā)模具并且保證模具有足夠長的使用壽命，提供了技術(shù)保證，為模具工業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。模具設(shè)計(jì)與加工方法的發(fā)展主要有以下三方面： （1）模具軟件功能集成化 模具軟件

18、功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcem公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)等。集成化軟件較高的軟件還包括：UG、CATIA和PRO/E等。 （2）快速原型法和快速制模技術(shù)（RPM/RMT） 該技術(shù)被稱為自數(shù)控技術(shù)以來的又一次革命，尤其對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。它是一項(xiàng)集激光、材料、信息及控制等技術(shù)于一體的先進(jìn)制造

19、技術(shù)，其突出特點(diǎn)就是能直接根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)快捷地制造出具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型甚至產(chǎn)品，而不需要任何工裝夾具，面迭加形成三維實(shí)體。 RPM技術(shù)與RMT技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模具技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。RPM技術(shù)與陶瓷型精密鑄造相結(jié)合，為模具型腔精鑄成型提供了新途徑。應(yīng)用RPM/RMT技術(shù)從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3和成本的1/4左右，因而具有廣闊的發(fā)展前景。如美國DTM公司的Rapid Tool專利技術(shù)，它能在5～10天內(nèi)制造生產(chǎn)用的注塑模，可注塑零件5萬件以上，屬于直接用于批量生產(chǎn)的模具。 （3）高速銑削技術(shù) 高速銑削是目前切削技術(shù)中應(yīng)用最多

20、的一種工藝技術(shù)，是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給 、較小的切削深度和間距為加工特征的高效、高精度數(shù)控加工方式。高速銑削具有工件溫度低、切削力小、加工平穩(wěn)、質(zhì)量好、效率高（為普遍銑削加工的5～10倍）及可加工硬質(zhì)材料（＜60HRC）等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在模具加工中日益受到重視。高速銑削機(jī)床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、變速箱體壓鑄模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。國外高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速已超過100000R/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)120m/min，加速度可達(dá)1～2g，換刀時(shí)間可提高到1～2s【9】。 3.專業(yè)化生產(chǎn)及標(biāo)準(zhǔn)化 專業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)

21、代化工業(yè)生產(chǎn)的重要特征之一，國外工業(yè)先進(jìn)的國家模具專業(yè)化生產(chǎn)已達(dá)75%以上。美、日兩國的模具廠，80%是10人以下的小工廠，90%是20人以下小而專的企業(yè)。一般一個(gè)模具專業(yè)廠只生產(chǎn)1～2種模具。這種專業(yè)化小模具廠易于管 理，反應(yīng)靈活，易于提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效率，有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，能系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，是機(jī)械制造業(yè)的深層次發(fā)展必由之路。國外企業(yè)都極為重視模具的標(biāo)準(zhǔn)化，我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不足30%，而且標(biāo)準(zhǔn)品種少、質(zhì)量低、交貨期長，嚴(yán)重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮，需大力制訂標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。 總之，隨著模具技術(shù)的迅速發(fā)展及機(jī)械各類產(chǎn)品的

22、多樣化、復(fù)雜化，模具應(yīng)用的廣度和深度將不斷向縱深發(fā)展，模具需求增長速度將繼續(xù)高于國民經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展的速度，供小于求的被動(dòng)狀態(tài)將大有改變。因此，在模具設(shè)計(jì)與制造中，采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備可持續(xù)發(fā)展模具工業(yè)，更將成為所有企業(yè)得以占據(jù)市場(chǎng)制高點(diǎn)的必由之路。 第二章 CAD在注塑模具行業(yè)中的應(yīng)用 第一節(jié)、CAD發(fā)展概況 CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的英文簡(jiǎn)稱(Computer Aided Design)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)邏輯運(yùn)算功能、大容量信息存儲(chǔ)與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計(jì)算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖等項(xiàng)任務(wù)；而設(shè)計(jì)人員集中精

23、力進(jìn)行有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設(shè)計(jì)方案的提出、評(píng)介、分析模擬與修改到具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)全過程.對(duì)于機(jī)械行業(yè)來講，通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對(duì)機(jī)械行業(yè)針對(duì)性差，不過幸運(yùn)的是，AutoCAD是個(gè)開放性軟件，可以對(duì)它進(jìn)行二次開發(fā)，如采用Autolisp，ADS，ARX甚至采用VB語言等，現(xiàn)今的高華CAD、天目CAD就是在該軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的機(jī)械專業(yè)CAD。由于二次開發(fā)的深入，加強(qiáng)了參數(shù)化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)等，這樣充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的搜索功能和運(yùn)算功能。 世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出井以公司名字命

24、名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經(jīng)發(fā)展得比較完善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)注塑過程的模擬、設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用和精確計(jì)算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可以在計(jì)算機(jī)上“制造”塑料產(chǎn)品，并能靈活地適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化。應(yīng)用MOLDFLOW公司的技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成功地設(shè)計(jì)出了上萬副模具。繼MOLDFLOW之后美國康奈爾大學(xué)、德國的亞森(Aachen)技術(shù)大學(xué)、美國的C. V.公司、MCAP公司、日本的CAD-M公司等也相繼開發(fā)了塑料模具CAD/CAM系統(tǒng)。第一套塑料模具CAD/CAM經(jīng)過數(shù)年努力研制而成，于1982年推出，它就是后來稱為GRAFTEK的系統(tǒng)。塑料模具CAD/CAM的應(yīng)用帶來

25、了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國Protety pe & Plastic Mold公司采用了Computool公司的CAD/CAM系統(tǒng)后，一年內(nèi)生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準(zhǔn)備時(shí)間，制造周期平均縮短了30 %，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%～30%。 國內(nèi)部分科研單位、大專院校也在塑料行業(yè)開展了CAD技術(shù)的研制和開發(fā)工作。華中理工大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉顯高、李德群、肖景容等研制成功了“實(shí)用化注塑模CAD/CAE/CAM微機(jī)系統(tǒng)HSC1. 1”；北京化工學(xué)院進(jìn)行了注塑充模過程計(jì)算機(jī)仿真；其他部分企業(yè)科研單位也做了一些探討工作，并且收到了一定的經(jīng)濟(jì)效益【10】?？偟膩碇v我國塑料

26、模具CAD僅僅處于開發(fā)使用初期， 很多自己研發(fā)的軟件并不是很成熟。 第二節(jié)、注塑模CAD內(nèi)容 在模具設(shè)計(jì)中，模架及某些零件，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標(biāo)、行標(biāo)或國標(biāo)。對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架、零件庫，以被設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。對(duì)于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容，已有一些較成熟的計(jì)算方法或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，可設(shè)置這些計(jì)算公式的模塊，以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行快速計(jì)算。另外對(duì)于一些設(shè)計(jì)中常用的數(shù)據(jù)庫資料也可以設(shè)置在CAD系統(tǒng)中以便設(shè)計(jì)人員快速查詢，根據(jù)各個(gè)工廠的不同要求和情況，還可以在系統(tǒng)中設(shè)置本單位所特有的內(nèi)

27、容。這樣建立的CAD系統(tǒng)可大幅度減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度、提高設(shè)計(jì)速度并可實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于某些在原成型制品的基礎(chǔ)上作局部修改而需重新設(shè)計(jì)的模具來說，其效果就更加明顯?？傮w來說，注塑模CAD的內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： 1.注塑制品的幾何造型 采用幾何造型系統(tǒng)，如線框造型、面造型和實(shí)體造型，在計(jì)算機(jī)中生成注塑制品的幾何模型，這是注塑模結(jié)構(gòu)的CAD的第一步。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復(fù)雜的表面，因此，常用表面造型的方法來產(chǎn)生制品的幾何模型。 2.模腔面形狀的生成 在注塑模具中，行腔用來生成制品的外表面，型芯用來生成制品的內(nèi)表面，由于塑料的成型收縮率，模具磨損及加工精度的影

28、響，制品的內(nèi)外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸，兩者之間需要比較復(fù)雜的換算。目前流行的商品化注塑模CAD軟件并未能很好的解決這種換算，因此，制品的形狀和型腔的形狀要分別輸入，工作量較大且比較繁瑣，如何由制品形狀方便、快捷的生成型腔和型芯表面形狀仍是當(dāng)前的研究課題。 3.模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì) 采用計(jì)算機(jī)軟件來輔助計(jì)算最佳型腔的數(shù)目，引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者布置型腔，構(gòu)思澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)，為選擇標(biāo)準(zhǔn)模架和設(shè)計(jì)動(dòng)模部裝圖和定模部裝圖做準(zhǔn)備。 4.標(biāo)準(zhǔn)模架選擇 采用計(jì)算機(jī)軟件來設(shè)計(jì)模具的前提是盡可能多地實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化，包括模架標(biāo)準(zhǔn)化、模具零件標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。一

29、般而言，用作標(biāo)準(zhǔn)模架選擇的設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具用兩個(gè)功能，一是能引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者輸入本企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)模架，以建立專用的標(biāo)準(zhǔn)模架庫；二是能方便地從已建好的專用標(biāo)準(zhǔn)模架庫中，選出本次設(shè)計(jì)中所需的模架類型及全部模具標(biāo)準(zhǔn)件的圖形和數(shù)據(jù)。 5.部裝圖及總裝圖的生成 根據(jù)已選定的標(biāo)準(zhǔn)模架及已完成型腔布置，模具設(shè)計(jì)軟件以交互方式引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者生成部裝圖和總裝圖。模具設(shè)計(jì)者在完成總裝圖時(shí)，能利用光標(biāo)在屏幕上拖動(dòng)模具零 件以搭積木的方式裝配模具總圖。 6.模具零件圖的生成 模具設(shè)計(jì)軟件能引導(dǎo)用戶根據(jù)模具部裝圖、總裝圖以及相應(yīng)圖形庫完成模具零件的設(shè)計(jì)、繪圖和標(biāo)注尺寸。 7.常規(guī)計(jì)算和校核 模具設(shè)計(jì)軟件可

30、將理論計(jì)算和行之有效的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，為模具設(shè)計(jì)師提供對(duì)模具零件全面的計(jì)算和校核，以驗(yàn)證模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)參數(shù)的正確性。注塑模CAD中的數(shù)據(jù)處理 注塑模結(jié)構(gòu)CAD的重點(diǎn)在于注塑制品的造型、模具設(shè)計(jì)、繪圖和數(shù)控加工的模擬，注塑模CAD的過程就是數(shù)據(jù)處理的過程。通常，由于注塑模結(jié)構(gòu)CAD涉及面廣，程序規(guī)模很大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，一個(gè)高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結(jié)構(gòu)和算法，同時(shí)也涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理方法。在應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中，經(jīng)常需要利用一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和其他程序的設(shè)計(jì)及結(jié)果，系統(tǒng)各部分是通過交換數(shù)據(jù)相互聯(lián)系的。因此，數(shù)據(jù)的處理在注塑模結(jié)構(gòu)CAD中又十分重要的作用。注塑模CAD系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)類型十分廣

31、泛，除了數(shù)字型、字符型數(shù)據(jù)之外，圖形/模型及其文本數(shù)據(jù)項(xiàng)也是注塑模CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。而圖形/模型數(shù)據(jù)又是由基本圖形元素、圖形符號(hào)、模型部分及各級(jí)圖形/模型數(shù)據(jù)組成。 第三節(jié)、CAD數(shù)據(jù)組成 注塑模CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可分為組合數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，可將組合數(shù)據(jù)逐層分解至基本數(shù)據(jù)為止。根據(jù)這種分解模式，可以對(duì)總體、部件、詳細(xì)數(shù)據(jù)這三類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理。 1.總體數(shù)據(jù) 它是一種模型數(shù)據(jù)，可以表達(dá)為如下格式： 文件名：總裝圖； 組成：各部件數(shù)據(jù)名+定位關(guān)系數(shù)據(jù)； 組織：依次記錄各部件名，定位數(shù)據(jù)。 2.部件數(shù)據(jù) 它可定義為一種圖形/模型數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)模架為例說明其表達(dá)格式： 文件名

32、：部件名； 組成：基準(zhǔn)件名+各組成零件名+定位關(guān)系+尺寸關(guān)系+零件圖形關(guān)聯(lián)性； 組織：依次記錄個(gè)零件名、定位關(guān)系、主特征尺寸。 3.零件數(shù)據(jù) 它可定義為一種圖形文本數(shù)據(jù)，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)類型可表達(dá)為如下格式： 文件名：零件名； 組 成：圖形信息+尺寸信息+文本信息； 組 織：依次按圖形記錄圖形節(jié)點(diǎn)信息、尺寸標(biāo)注及文本信息。 第四節(jié)、CAD技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 一、 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料對(duì)注塑過程及模具設(shè)計(jì)有著直接的影響，因而模具CAD從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD開始著手。通過樣品的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量或產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計(jì)人

33、員由實(shí)體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設(shè)計(jì)變量為產(chǎn)品厚度及產(chǎn)品所用材料。輸入產(chǎn)品在使用環(huán)境中的載荷及邊界條件，經(jīng)有限元分析及后置處理可得應(yīng)力及變形結(jié)果。最后，按照用戶設(shè)定指標(biāo)完成產(chǎn)品性能評(píng)估。 二、 模具設(shè)計(jì) 1.概念設(shè)計(jì)階段 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝性分析，確定生產(chǎn)批量和生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計(jì)參數(shù)包括：型腔數(shù)；材料類別及牌號(hào)；注塑機(jī)型號(hào)；工藝參數(shù)(充填時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、注射速率或注射壓力等)；澆口位置、尺寸及數(shù)目；分型面等。上述參數(shù)作為輸入?yún)?shù)設(shè)定后，經(jīng)過注塑過程模擬，依分析結(jié)果作調(diào)整，待完成方案評(píng)估后，即可作為優(yōu)化后的模具設(shè)計(jì)參數(shù)，以文件形式輸出。 2.初步設(shè)計(jì)階段 最有利于產(chǎn)品

34、性能的澆口位置和流道設(shè)計(jì)完成后，產(chǎn)品與注塑機(jī)噴嘴之間的幾何關(guān)系也就確定了。輸入所要求的型腔尺寸和冷卻管道布置等資料，即可選定模架尺寸，調(diào)用模架數(shù)據(jù)庫中的模架模型,自動(dòng)生成一個(gè)模架。 根據(jù)輸出的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫中的零件模型，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)零件。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)零件，可利用商用軟件的參數(shù)設(shè)計(jì)功能，方便地生成所需的零件。所有零件生成后，即可進(jìn)行模具的裝配模型建立，通常采用自下而上的布局。一般CAD軟件均提供變量約束、尺寸定位及取向定位等功能。全面自動(dòng)的干涉量檢查為用戶提供了檢查間隙和干涉的功能，并給出干涉總量以及間隙估計(jì)的文本記錄。更進(jìn)一步，利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析對(duì)模具的活動(dòng)零件(如頂桿)進(jìn)行真實(shí)

35、的動(dòng)態(tài)模擬，決定這些零件相對(duì)其他模具零件所需的活動(dòng)范圍，檢查機(jī)械動(dòng)作是否滿足要求的運(yùn)動(dòng)軌跡，是否與其他零件相干擾。 3.詳細(xì)設(shè)計(jì)階段 模具的裝配模型通過后，即可從中提取信息，詳細(xì)設(shè)計(jì)零件，包括自動(dòng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)和引入材料清單。 由于整個(gè)設(shè)計(jì)流程基于一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫，任何一次修改都被記錄，并且在更新原有設(shè)計(jì)時(shí)，圖形及尺寸會(huì)自動(dòng)變更，因此最后的零件數(shù)據(jù)庫模型提供了模具設(shè)計(jì)的全部圖形與非圖形信息。剩下的工作就是編制材料清單和作 出加工模具零件所需的NC刀具軌跡。至此，塑料模具的CAD即告完成，流程如圖2-1所示。 圖2-1 CAD設(shè)計(jì)流程 第五節(jié)、應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù) 一、

36、Pro/ENGINEER2001在模具設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用 Pro/ENGINEER2001是美國PTC公司（Parametric Technology Corporation——參數(shù)技術(shù)公司）開發(fā)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，是全方位的產(chǎn)品開發(fā)軟件。該軟件集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配、加工、鈑金設(shè)計(jì)等功能于一體，其模塊眾多、內(nèi)容豐富、功能強(qiáng)大，已廣泛應(yīng)用于電子、航天、汽車、家電和玩具等行業(yè)。 在DVD門模具設(shè)計(jì)過程中，主要應(yīng)用Pro/ENGINEER2001進(jìn)行了模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括分形面、澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，滑塊等的設(shè)計(jì)。 二、 EMX4.1在模具設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用 PTC用于Pro/ENGI

37、NEER的新模架——EMX(Expert Moldbase Extension)，是一個(gè)基于知識(shí)庫的模架裝配和細(xì)化工具，它增強(qiáng)了現(xiàn)有Pro/ENGINEER模具工具的功能。專門為模具設(shè)計(jì)人員開發(fā)的這套工具，提供了快速創(chuàng)建和修改完整模具零部件的功能，能簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)過程，提高生產(chǎn)效率。 在DVD門模具設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用EMX4.1進(jìn)行了模架結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零件設(shè)計(jì)，包括頂出系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)，滑塊系統(tǒng)等。 三、 Moldflow Plastic Advisers在模具設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用 Moldflow Plastic Advisers是Moldflow公司開發(fā)的快速試模分析軟件，可以對(duì)塑

38、件和模具進(jìn)行注塑分析和優(yōu)化，能幫助設(shè)計(jì)人員在早期發(fā)現(xiàn)問題。 在DVD門模具設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用Moldflow Plastic Advisers模流分析，包括澆口位置、材料選擇、熔接痕位置、困氣、流動(dòng)時(shí)間、壓力和溫度分布分析等。 四、 AutoCAD在模具設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用 AutoCAD是最常用的工程制圖軟件。由Pro/ENGINEER產(chǎn)生的工程圖紙不規(guī)范，所以后期需要導(dǎo)入AutoCAD2006進(jìn)行完善。 第六節(jié)、小結(jié) 塑料模具CAD技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)技術(shù)，有助于提高產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑過程模擬的分析結(jié)果，判讀數(shù)據(jù)并做出合適

39、的變更設(shè)計(jì)抉擇，熟悉CAD技術(shù)并有效地應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)也有賴于設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)。塑料模具CAD的難點(diǎn)在于建立豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫，以及模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化。 第三章 注塑工藝分析及成型方法簡(jiǎn)介 第一節(jié)、塑件（DVD門）分析 一、塑件 DVD門塑件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 注塑零件3D圖 該零件尺寸中等大小，最大長度為151mm，最大高度28mm，最大寬度35mm，平均厚度1.8mm，最大厚度2mm，最小厚度0.8mm。 二、塑料名稱 根據(jù)各材料的注塑性能及加工使用性能，綜合市場(chǎng)價(jià)格，選擇材料為ABS。 三、生產(chǎn)綱領(lǐng) 大批量，自動(dòng)化生產(chǎn)

40、。 四、塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析 1.結(jié)構(gòu)分析 該塑件端部帶有連接運(yùn)動(dòng)部分，兩個(gè)連接運(yùn)動(dòng)部分分別在不同的型腔內(nèi)成型，故在模具設(shè)計(jì)和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉(zhuǎn)動(dòng)的順暢和零件的使用壽命。 該塑件裝配在DVD表面，對(duì)表面美觀有一定要求，設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)外邊面的處理。 2.成型工藝分析 精度等級(jí)：采用一般精度5級(jí)。 脫模斜度：該注塑零件壁厚約為1.8mm，其脫模斜度查參考文獻(xiàn)【1】中的表3-4有塑件內(nèi)表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。由于該塑件沒有特殊狹窄細(xì)小部位，所用塑料為ABS，流動(dòng)性較好，而且，主要部分有較好的弧度，可順勢(shì)脫模，所以塑件外表面沒有

41、放脫模斜度。同時(shí)，側(cè)面采用滑塊機(jī)構(gòu)，脫模時(shí)，滑塊抽去，兩壁處脫模沒有困難，所有也不放脫模斜度。 第二節(jié)、材料ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 一、注射成型過程 1.成型前的準(zhǔn)備 對(duì)ABS的色澤、細(xì)度和均勻度進(jìn)行檢驗(yàn)。由于ABS的吸水率大約為0.2%～0.8%，容易吸濕，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條件：用烘箱以80～85℃烘2～4小時(shí)或用干燥料斗以80℃烘1～2小時(shí)。 2.注射過程 塑料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流、和冷卻4個(gè)階段。 3.塑件的后處理 采用調(diào)濕處

42、理，其熱處理?xiàng)l件查參考文獻(xiàn)【1】中的表4-7由處理溫度為70℃；保濕時(shí)間為2～4小時(shí)。 二、材料ABS的注塑成型參數(shù) 注射機(jī)：螺桿式； 螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）：48； 料筒溫度（℃）：前段 200～220； 中段 180～200； 后段 160～180； 噴嘴溫度（℃）：170～180； 模具溫度（℃）：50～80； 注射壓力（MPa）：70～100； 成型時(shí)間（s）：注射20～60，保壓0～3，冷卻20～90，總周期50～160。 三、材料ABS性能 1.物理性能 ABS樹脂是一種共混物，是丙烯腈-丁二烯-

43、苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene(簡(jiǎn)稱ABS)，這三者的比例為20：30：50(熔點(diǎn)為175℃)。只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產(chǎn)出一系列具有不同沖擊強(qiáng)度、流動(dòng)特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強(qiáng)度會(huì)得到提高，但是硬度和 流動(dòng)性就會(huì)降低，強(qiáng)度和耐熱性變會(huì)減少。 ABS為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹脂，無毒、無味、吸水率低，具有良好的綜合物理機(jī)械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和表面光澤等，且易于加工成型。缺點(diǎn)是耐候性，耐熱性差，且易燃。 2.成型性能 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)

44、單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度。

45、 ABS在比較寬廣的溫度范圍內(nèi)具有較高的沖擊強(qiáng)度，熱變形溫度比PA、PVC高，尺寸穩(wěn)定性好，收縮率在0.4%~0.8%范圍內(nèi)，若經(jīng)玻纖增強(qiáng)后可以減少到0.2%～0.4%，而且絕少出現(xiàn)塑后收縮。 ABS具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。 ABS尚具有良好的配混性，可與多種樹脂配混成合金(共混物)，如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的應(yīng)用領(lǐng)域，ABS若與MMA摻混可制成透明ABS，透光率可達(dá)80%。 ABS是吸水的塑料，于室溫下，24小時(shí)可吸收0.2%~0.35%水分，雖然這

46、種水分不至于對(duì)機(jī)械性能構(gòu)成重大影響，但注塑時(shí)若濕度超過0.2%，塑料表面會(huì)受大的影響，所以對(duì)ABS進(jìn)行成型加工時(shí)，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應(yīng)小于0.2%。 3.ABS的主要性能指標(biāo) 密度ρ=1.2 g/； 收縮率0.4～0.7%，取值0.5%. 4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良； 消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預(yù)干燥。 第四章 模具設(shè)計(jì) 第一節(jié)、擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、分型面位置的確定 在塑件設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)考慮成型時(shí)分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在

47、模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設(shè)計(jì)制造都由很大影響。因此，分型面的選擇是注塑模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素。 1.分型面的選擇原則 （1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量； （2）分型面應(yīng)選擇在塑件的最大截面處； （3）盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)； （4）有利于保證塑件的尺寸精度； （5）盡可能滿足塑件的使用要求； （6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積； （7）長型芯應(yīng)置于開模方向； （8）有利于排氣； （9）有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。 該塑件在進(jìn)行塑件設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮了上述原則，同時(shí)從所提供的塑件圖樣

48、可以看出該塑件兩端的彎臂，彎臂上有孔和柱形部分（如圖4-1所示），所以需要側(cè)向抽芯分型。 圖4-1塑件側(cè)向軸孔示意圖 2.分型面的選擇 基于以上因素的考慮，分型面選擇如圖4-2、4-3、4-4所示。 圖4-2分型面正視圖 圖4-3分型面?zhèn)纫晥D 圖4-4分型3D主體效果圖 二、確定型腔數(shù)量及排列方式 當(dāng)分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。 一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，但對(duì)于精度要求不高的小

49、型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡(jiǎn)單，又是大批量生產(chǎn)時(shí)，若采用多型腔模具可提供獨(dú)特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。故由此初步擬定采用一模兩腔，如圖4-4所示。 三、模具結(jié)構(gòu)形式的確定 該模具外觀質(zhì)量要求較高，從該塑件的外部特征可以看出塑件外形是圓弧形狀加兩端帶孔彎臂，在彎臂的孔和柱形部分，只能采用側(cè)向成型。側(cè)向成型方法有多種形式：斜導(dǎo)柱、斜導(dǎo)槽和彎銷驅(qū)動(dòng)側(cè)線成型滑塊成型及斜滑塊側(cè)向成型等方法。本設(shè)計(jì)采用斜導(dǎo)柱側(cè)向成型，初步擬定采用兩腔單分型面的模具結(jié)構(gòu)形式，如圖4-5所示。 圖4-5型腔分布示意圖 四、注射機(jī)型號(hào)的確定 注射模是安裝在注射機(jī)上使用的工藝裝備，因此設(shè)計(jì)注射模應(yīng)該詳

50、細(xì)了解注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計(jì)出符合要求的模具。 注射機(jī)規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一臺(tái)和模具匹配的注射機(jī)，倘若用戶已經(jīng)提供了注射機(jī)的型號(hào)和規(guī)格，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)其進(jìn)行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或于用戶取得商量調(diào)整。 1.所需注射量的計(jì)算 （1）塑件質(zhì)量、體積計(jì)算: 對(duì)于該設(shè)計(jì)，建立塑件模型,并用Pro/ENGINEER2001對(duì)此模型分析得： 塑料制件體積V1

51、＝5.6 ； 塑料制件質(zhì)量M1＝6.72g。 （2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 可按塑件體積的0.6倍計(jì)算，由于該模具采用一模兩腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體積為 V2=2 V1×0.6＝2×5.6×0.6=6.72 cm3 （3）該模具一次注射所需要的ABS 體積 V0=2 V1+ V2 =17.92 cm3； 質(zhì)量 M0=ρ·V0=21.5g。 2.注射機(jī)型號(hào)的選定 近年來我國引進(jìn)的注射機(jī)型號(hào)很多，國內(nèi)注射機(jī)生產(chǎn)廠的新機(jī)型也日益增多。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準(zhǔn)備。 根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定型號(hào)為SZ-10/16，該注塑機(jī)參數(shù)如表4-1所示。

52、表4-1注塑機(jī)的參數(shù) 注塑機(jī)最大注塑量：270 cm3 噴嘴球面半徑：SR15mm注塑 注塑壓力：160MPa 最小模厚：150mm 最大開距：360mm 注塑機(jī)定位孔直徑：Φ160mm 注塑機(jī)拉桿的間距：415×415mm 鎖模力：1250KN 3.注塑機(jī)的參數(shù)較核 （1）注射容量和質(zhì)量校核 由于以容量計(jì)算時(shí) V總≤0.8 V注 (4-1) 式中V注—注射機(jī)最大注射容量 cm3； V總—成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 cm3；

53、 0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。 ∴V注≥V總/0.8=17.92/0.8=22.4 cm3 所以注塑機(jī)符合注射容量和質(zhì)量要求。 （2）合模力及注塑面積和型腔數(shù)的校核 合模力的大小必須滿足下式： Fs≥Fz=P（nAx +Aj）= PA (4-2) 式中A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面積 Aj—塑件澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 Fz—脹模力 Fs—

54、合模力 P—模腔壓力 取75MPa 通過使用Pro/ENGINEER軟件計(jì)算面功能自動(dòng)得出A=2610mm2×2=5220mm2 由于 Fs=1250KN ≥75×5220mm2 =391.5KN 所以注塑機(jī)符合合模力及注塑面積和型腔數(shù)的要求。 （3）模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸校核 1）模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和拉桿間距相合適 模具的長×寬為300×400mm〈注塑機(jī)拉桿的間距415×415mm） 故滿足要求。 2）模具閉合高度校核 模具實(shí)際高度 H模=270mm ； 注塑機(jī)最小閉合厚度 H最小=150mm 即 H模

55、 > H最小； 故滿足要求。 3) 開模行程校核 此處所選用的注塑機(jī)的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)）。注塑機(jī)的開模行程應(yīng)滿足下式： S機(jī)-（H模- H最?。? H1＋H2+（5～10）mm (4-3) 因?yàn)镾機(jī)- (H模- H最小)＝360-（270-220）=310mm H1＋H2＋（5～10）＝100+100+10=210mm 即 S機(jī)-（H模-H最?。? H1＋H2+（5～10）mm 故滿足要求。 式中: H1——推出距離，單位mm； H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，單位mm； S機(jī)——注塑機(jī)最大開模行程。 第二節(jié)、澆注系統(tǒng)、關(guān)鍵零

56、部件設(shè)計(jì) 一、 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。 1.主流道的設(shè)計(jì) 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動(dòng)和開模是主流道凝料的順利拔出 （1）主流道尺寸 主流道小端直徑 D=注射機(jī)噴嘴直徑+（0.5～1） (4-4) =3+（0.5～1），取D=4 主流

57、道球面半徑SR0=注射機(jī)噴嘴球頭半徑+（1～2） (4-5) =15+(1～2)，取SR0=17 球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm 主流道長度L=40mm 主流道大端直徑D′=D+2Ltanα=4+2×40×tan2°=6.79，取D′=7mm (4-6) 澆口套總長LO=L+h+2=45mm (4-7) （2）主流道襯套的形式 主流道小端入口處于注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬于易損件，對(duì)材料要求較嚴(yán)格，因而模具主流道部分設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用幼稚鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，

58、熱處理硬度為50HRC～55HRC。 由于該模具流道較長，定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式較合適。 （3）主流道襯套的固定 主流道襯套采用四個(gè)螺釘均布固定。 2.冷料穴的設(shè)計(jì) （1）主流道冷料穴的設(shè)計(jì) 開模時(shí)應(yīng)將主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直徑應(yīng)稍大于主流道大端直徑。由于該模具型腔分布對(duì)稱，所以冷料穴可設(shè)在中心位置。 冷料穴直徑= D′+2=7+2=9 mm (4-8) 冷料穴深度=3/4 D′=7 mm (4-9) （2）分流道冷料穴的設(shè)計(jì) 此模具分流道比較短，所以可以不加冷料穴。 3.分流道設(shè)計(jì) （1）分流到布置形式 分流道在分型面上的布置與型腔排列密切相關(guān)，有多種不

59、同的布置形式，應(yīng)該遵循兩方面原則：一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量段、鎖模力力求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。流道分布如圖4-6所示。 圖4-6流道分布示意圖 （2）分流道的長度 長度應(yīng)盡量短，減少彎折。該模具的分流道長度在設(shè)計(jì)過程中由繪圖的出，L=5 mm。 （3）分流道的形狀及尺寸 為了便于加工及凝料脫模，分流道設(shè)置在分型面上，采用圓形截面，ABS經(jīng)驗(yàn)值d=（4.8～9.5）mm，由d（1.1～1.2）=d上級(jí)，所以得出d=5.8，取為6 mm。 （4）分流道表面粗糙度 由于流道中于模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較理

60、想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6微米，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動(dòng)阻力。避免熔流表面滑移，是中心層具有較高的剪切速率，此處Ra=0.8。 4.澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接流道于型腔之間的一段細(xì)短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。 澆口截面積通常為分流道的0.07～0.09倍，澆口截面積取為圓形。 （1）澆口類型及位置的確定 該模具是中小型塑件的多型腔模具，同時(shí)，對(duì)外觀要求較高，所以從側(cè)澆口和潛伏式澆口中進(jìn)行選擇。其中，潛伏式澆口模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需兩板模即可，比較有優(yōu)勢(shì)。 通過Moldflow P

61、lastic Advisers對(duì)塑件澆口和注塑進(jìn)行模擬并分析，在三種方案中比較。 首先，對(duì)澆注質(zhì)量進(jìn)行比較，如圖4-7～圖4-9所示。比較可得三者差異不大，澆注質(zhì)量都比較高，雙澆口稍好。 圖4-7潛伏式澆口澆注質(zhì)量 圖4-8側(cè)澆口澆注質(zhì)量 圖8-9雙澆口澆注質(zhì)量 其次，從氣泡數(shù)目和位置進(jìn)行比較，如圖4-10～圖4-12所示。潛伏式澆口和雙澆口氣泡明顯少于側(cè)澆口，并且產(chǎn)生氣泡位置多在分型面附近，所以通過分型面的設(shè)計(jì)，可以達(dá)到更好的排氣效果。 圖4-10潛伏式澆口產(chǎn)生的氣泡 圖4-11側(cè)澆口產(chǎn)生的氣泡 圖4-12雙澆口產(chǎn)生的氣泡 熔接痕如圖4-13～圖

62、4-15所示?？梢钥闯?，采用雙澆口時(shí)，產(chǎn)生的熔接痕明顯多于采用潛伏式澆口和側(cè)澆口，并且雙澆口產(chǎn)生的熔接痕有部分位于塑件外表面，影響表面美觀。 圖4-13潛伏式澆口產(chǎn)生的熔接痕 圖4-14側(cè)澆口產(chǎn)生的熔接痕 圖4-15雙澆口產(chǎn)生的熔接痕 綜合以上，采用側(cè)澆口時(shí)，各方面都不是很理想；雖然雙澆口在控制氣泡上比較有優(yōu)勢(shì)，但是熔接痕方面有明顯缺陷，而且如采用雙澆口，分流道布置會(huì)過長，所以也不合適；潛伏式澆口最合適，而且相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，所以選用潛伏式澆口。 （2）澆口尺寸設(shè)計(jì) 由經(jīng)驗(yàn)公式，澆口的直徑d=0.206=0.607； (4-10) 澆口直徑一般取在0.8～1.

63、2之間，本模具取d=1 mm。 二、 分型面設(shè)計(jì) 在Pro/ENGINEER工作環(huán)境下，可以對(duì)簡(jiǎn)單零件自動(dòng)產(chǎn)生分型面。但DVD門塑件，形狀不規(guī)則，分型面大部分不是平面，所以需要手動(dòng)創(chuàng)建曲面之后合并為分型面。 在此，僅對(duì)曲面合并舉例說明。圖4-16所示為對(duì)基礎(chǔ)分型曲面和滑塊曲面進(jìn)行合并的過程，分別選取兩個(gè)面組，然后選擇合并方式已保留所需曲面。合并后效果如圖4-17所示。 圖4-16合并曲面 圖4-17合并后的曲面 按照以上方法一次創(chuàng)建曲面，進(jìn)行合并，最后產(chǎn)生分型面如圖4-18、4-19所示，其中黃色部分為塑件，灰色部分即分型面。 圖4-18分

64、型面bottom向3D圖 圖4-19分型面top向3D圖 三、 成型零件設(shè)計(jì) 直接與塑料接觸構(gòu)成塑件形狀的零件稱為成型零件，其中構(gòu)成塑件外形的成型零件成為凹模，構(gòu)成塑件內(nèi)部形狀的成型零件成為凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接與高溫、高壓的塑料接觸，并且脫模時(shí)反復(fù)與塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生翹曲變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響脫模。 此塑件有側(cè)向軸孔，因此成型部分零件包括凹、凸模及滑塊。分型成功後凹模如圖4-20所示，凸模

65、如圖4-21所示，滑塊如圖4-22所示。 圖4-20凹模 圖4-21凸模 圖4-22滑塊 四、 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 該套模具是屬于小型模具，排氣量很小，可利用分型面、滑塊和頂桿等間隙進(jìn)行排氣，不需要單獨(dú)開設(shè)排氣槽。 五、 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.加熱系統(tǒng) 由塑料模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)率。ABS材料的注塑成型溫度為50～80，查參考文獻(xiàn)【1】中表6-10 常用熱塑料的模具溫度表，可以得知所選塑件材料模具溫度為：100°C，所以可以不設(shè)置加熱裝置。 2.冷卻系統(tǒng) 一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右，而塑件固化后從模具性強(qiáng)中取出時(shí)其溫度在60℃以

66、下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡量快的傳給模具，一是塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。 (1)設(shè)計(jì)原則： 冷卻水孔數(shù)量盡可能的多，孔徑盡可能大； 冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等； 澆口處要加強(qiáng)冷卻； 冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水； 冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接痕處； 進(jìn)出口水管接頭的位置應(yīng)盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常應(yīng)設(shè)在注塑機(jī)的背面。 （2）設(shè)計(jì)過程： 已知：材料ABS，塑件厚度2mm，一次注塑質(zhì)量21.5g，ABS單位熱流量系數(shù)Q1=350kg/kg, 解：冷卻時(shí)間 (4-11) s 根據(jù)ABS性能，取=10s 注射時(shí)間=2s，保壓2s 注射周期為t=10+2+2+（5～8）=20s (4-12) 每小時(shí)注射次數(shù)N=3600/20=180 ∴總熱量 Q=W=NG (4-13) =80×0.0215×350 =1354.5kJ/h 模具四側(cè)面積 (4-14) 分型面面積