注塑模毕业论文

摘 要

注塑模具是一种生产塑胶制品的工具,也是赋予塑胶制品完整结构和精确尺寸的工具。模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍,因此模具工业是国民经济的基础工业,模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志[1]。在我国,塑料工业随着国民经济整体稳定健康发展实现了跨越式发展,连续十年经济技术指标大幅递增,总产值居轻工行业第三位,出口居第五位,已成为国民经济持续发展重要的支柱产业之一[2]。而注塑模的设计就是模具生产的关键环节之一,设计的好坏在最终影响了模具的生产效果。随着CAD/CAM技术的发展,模具设计也变得更加智能化、自动化。

关键字:注塑模,模具发展,CAD/CAM,ug,Moldflow

Injection Mold Design of Mouse shell upper cover

ABSTRACT

Injection mold is a tool for the production of plastic products, plastic products also give the exact dimensions of the complete structure and tools. Mold production value of the final product is often several times the value of the mold itself, a hundred times, so the mold industry is the basic industry, mold production technology level of the national economy, has become a measure of the level of a country's manufacturing important symbol.

In China, the plastics industry as a whole, stable and healthy development of the national economy to achieve leapfrog development, for decades of economic indicators showing significant increase, ranking third in the total output value of light industry exports ranks fifth in the sustainable development of the national economy has become one of the important pillar industries.One injection mold design and mold production is a key aspect of the design is good or bad effect on the ultimate impact of the production of the mold. With the development of CAD / CAM technology, mold design has become more intelligent, automated.

Key words: Injection molding, development, CAD/CAM, Moldflow

鼠标外壳上盖注塑模设计

唐家俊 051110109

0.引言

塑料模具是成型塑料制品的工艺装备或工具。模具是由塑料、橡胶、金属、粉末、玻璃、等模具材料经加工设备加工而成的基础工艺装备,属于生产过程中的中间产品,用于最终产品的生产。模具加工是材料成型的重要方式之一,与机械加工相比,具有工序少、材料利用率高、能耗低、易生产、效益高等优点,因而在汽车、能源、机械、电子、信息、航空航天工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。根据成型方法的不同,则可分为注射模、冲压模、压铸模、锻压模[3]。根据加工精度不同,最终可将模具统分为普通精度模具和精密模具两大类。

由于塑料产品在人们生产生活中的广泛运用,塑料模具也成为模具产品中最常见的一种,使用的成型方法众多,包括注塑成型、压塑成型、吹塑成型等多种方法[4]。其中,公司使用的产品成型方式是注塑成型。注塑成型是指将模具装夹在注塑机上后,将熔融塑料注进成型模腔内,当塑料在腔内冷却定型后,将上下模分开,通过顶出体系将成品从模腔顶出离开模具的生产过程。成品顶出后,模具再闭合进行下一次注塑,整个注塑进程循环进行。注塑成型方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料,是塑料产品成型采用的最普遍的方法。

1 研究背景

1.1 国内外模具发展现状

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中60%—80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产部件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益扩大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前,全世界模具年产值约为600亿美元,日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。我国的模具工业的发展,也日益受到人们的关注和重视。近几年,我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展[5]。

国内模具行业的市场规模情况我国模具行业尽管起步较早,但初期一直作为下游生产企业的附属企业,模具商品流通率较低,限制了模具企业的发展。直至1987年[6],模具才作为产品被列入机电产品目录。经过20多年的发展,中国的模具工业已有了长足的进步。

目前,我国模具行业的最大市场是汽车行业、电子信息行业、家电和办公设备、机械和建材行业。随着我国国民经济的迅速发展,人民收入水平的提高,对汽车、电子消费产品、家电等的需求不断增加,使得这些行业近年来进入一个高速发展的阶段,成为我国模具行业迅速发展的一个重要原因。近年来我国模具行业产值增长迅速,增长率远高于世界模具行业整体速度。

1.2 国内模具行业发展存在的问题

近年来,随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐

增加,中国模具已经与世界模具密不可分,中国模具在世界模具中的地位和影响越来越重要[7]。我国模具行业结构调整取得不小成绩,无论是企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构,都在向着合理化的方向发展。为更新和提高装备水平,模具企业每年都需进口几十亿元的设备。在创新开发方面的投入仍显不足,模具行业内综合开发能力的提升已严重滞后于生产能力的提高,主要问题体现在十个方面[8]:

(1)各层次的模具技术人才资源不足,尤其是高级模具钳工、CNC 数控机床操作工、高级模具设计人员等,需求缺口较大

(2)模具标准化程度不高,模具及其零部件的商品率偏低。

(3)模具制造的专业化程度和集中度有待进一步提高。

(4)模具修理机制不健全,因修模拖期影响生产的事时有发生。

(5)模具寿命偏低,使模具费占产品成本比率过高且长期居高不下。

(6)模具及其零部件市场价偏低,模具修理费用更低,而且没有市场指导价,完全靠购销双方“议价”,地区与厂际之间价差悬殊。

(7)模具新技术、新工艺、新设备、新材料推广应用缓慢,特别是国内自行开发的模具新材料大多至今未能推广应用。

(8)设备老化严重,超期服役的情况普遍。

(9)各类模具的标准及技术指导性文件不齐全,特别是与国际市场接轨的各类模具国家标准缺口大。

(10)模具钢的精炼和模具锻坯的锻造技术推广应用问题,至今未能解决。

1.3未来模具行业的发展趋势

(1)模具市场全球化,模具生产周期进一步缩短

(2)模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展

(3)模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展

(4)模具产品将向大型、精密、标准化方向发展

(5)模具种类向热流道、气辅模具及适应高压注塑成型工艺方向发展

(6)快速经济模具前景十分广阔

(7)优质模具材料及先进表面处理技术受到重视

(8)汽车、IT电子产业发展影响模具市场景气

(9)模具产业结构还需进一步调整

2 模具材料的选择

随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具 的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。塑料模具的零部件分为两大类:一类为结构件,包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等;另一类为成型件: 包括型腔、型芯、嵌镶件等。其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计,材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂, 要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接缝密合性好,对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业要求。表1是根据塑料品种选用模具钢的归纳表[9]。

表1 按塑料品种选用模具钢

3 模具的精度和寿命

模具精度包括加工上获得的零件精度和生产时保证产品精度的质量意识,但通常所讲的模具精度,主要是指模具工作零件的精度。模具精度的内容包括四个方面:尺寸精度、形状精度、位置精度、表面精度。由于模具在工作时分上模、下模两部分,故在四种精度中以上、下模间相互位置精度最为重要。模具精度是为制品精度服务的,高精度的制品必须由更高精度的模具来保证,模具精度一般须高于制件精度2级或者2级以上。

模具寿命指在保证制件品质的前提下,所能成形出的制件数。它包括

反复刃磨和更换易损件,直至模具的主要部分更换所成形的合格制件总数。模具寿命与模具类形和结构有关,它是一定时期内模具材料性能、模具设计与制造水平.模具热处理水平以及使用及维护水平的综合反映。模具寿命的高低在一定程度上反映一个地区、一个国家的冶金工业、机械制造工业水平。而影响模具寿命的因素也有很多,包括模具结构的影响、模具工作条件的影响、模具材料性能的影响以及模具制造过程的影响等[10]。

4 模具结构设计

常规型注射模是指成型热塑料最常用的注射模,它是最基本的一种注射模,其他型注射模都是在此基础上进行改进或补充而发展起来的。常规型注射模装于通用型注射机上来使用。

注射模的结构是由塑件的复杂程度和注射机的形式等因素决定的。凡是注射模均可分为动模和定模两大部分。注射时动模和定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模和定模分离,取出塑件。定模安装在注射机固定模板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。通常的注射模有以下几种结构形式:单分型面注射模(或称二板式注射模);双分型面注射模(或称:三板式注射模,点浇口注射模);带有活动镶块的注射模;带侧向分型面抽芯的注射模;自动卸螺纹的注射模;定模设顶出装置的注射模[11]。

模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化,但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分,并随塑料和制品而变化,是塑模中最复杂,变

化最大,要求加工光洁度和精度最高的部分。浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分,包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件,包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。因此模具的结构设计也就包括:分型面的确定型腔数的确定、凹模结构设计、型芯结构设计、嵌件的安装结构设计、浇注,排气,温度调节系统的设计以及脱模机构的设计等。

5 CAD/CAE/CAM 技术在模具设计制造中的应用

注塑模具设计是典型的设计分析一体化过程[12]。计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)计算机辅助求解(Computer Aided Engineering,CAE)以及计算机辅助制造(Computer-aided manufacturing,CAM)的技术已经越来越广泛地应用到模具的开发,设计和生产中。

CAD/CAE/CAM 技术以计算机及周边设备和系统软件为基础,它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟及产品数据管理(PDM) 等内容。是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。CAD/CAE/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及,使协同、虚拟设计及实时仿真技术在 CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

6 设计以及仿真软件的使用

随着计算机辅助设计系统的发展越来越快,各种辅助软件也应运而生

[13-14]。其中就包括了本次设计中将要使用的Unigraphics8.0以及Autodesk Moldflow仿真软件。

6.1 UG的注塑模具设计

Unigraphics既是我们所熟知的UG,这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统,它功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站,但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长,在PC上的应用取得了迅猛的增长,已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。NX 允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能,制造商可以改善产品质量,同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建,以及对变更周期的依赖。

在利用ug进行注塑模具设计时MoldWizard是UG软件中设计注塑模具的专业模块[15]。MoldWizard为设计模具的型芯,型腔、滑块.推杆和嵌件提供了更进一步的建模工具,使模具设计变得更快捷、容易,它的最终结果是创建出与产品参数相关的三维模具,并能用于加工。MoldWizard用全参数的方法自动处理那些在模具设计中耗时而且难做的部分,而产品参数的改变将反馈到模具设计,MoldWizard会自动更新所有相关的模具部件。

MoldWizard的模架库及其标准件库包含有参数化的模架装配结构和模具标准件,模具标准件中还包括滑块(Slides)、内抽芯(Lifters).并可通过Standard Parts功能用参数控制所选用的标准件在模具中的位置。用户还可根据自己的需要定义和扩展MoldWizard的库,并不需要具备编程

的基础知识。利用UG进行模具设计,主要利用3D数字模型进行立体分型,较之传统2D模具设计直观,不易出错。UG的MOLDWIZARD模块针对注射模具设计特点,开发一系列功能指令,使设计更轻松。不仅如此,他还能解决传统2D模具设计之中不能解决的问题。

6.2 Moldflow的仿真模拟分析

Autodesk Moldflow仿真软件具有注塑成型仿真工具,能够帮助使用者验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程,能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导,通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。从薄壁零件到厚壁、坚固的零件,Autodesk Moldflow的几何图形支持可以帮助设计者在最终设计决策前试验假定方案。

塑料注射成型技术在工业生产中得到了越来越广泛的应用。在注塑成型过程中应用CAE技术,可使设计人员避免设计中的盲目性,在模具制造之前,预测所设计模具采用的塑料在注射机注射成型的结果,从中发现问题并做出修改。实践证明,塑料注射成型数值模拟技术对加快塑料制品的新产品开发、提高塑料制品质量、降低成本起着关键作用。

注塑件的质量在很大程度上取决于模具设计,而浇口数量和位置及尺寸是重要的模具结构参数;注射模的浇口位置及尺寸的设定直接影响塑料熔体在模具型腔内的流动,从而关系到聚合物分子的取向和产品成型后是否翘曲变形。因此选择合理的浇口位置及尺寸在模具设计中是十分重要的;注塑制品质量可通过浇口位置的优化而得到显著提高[16]。

利用Moldflow分析软件,进行流动模拟分析.可得到最佳的浇口数量

与位置。从而为模具设计人员进行模具设计和注塑人员进行注塑工艺调整提供依据。

在模具设计中,浇口位置一般根据以下原则确定:①尽量缩短流动距离;②避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷;③浇口应开设在塑件的壁厚处;④考虑分子取向的影响;⑤减少熔接痕,提高熔接强度;⑥考虑到排气以及塑料外观的质量问题等。运用CAE软件如MoldFlow可以模拟塑料熔体在型腔中的填充、保压、冷却过程,其结果对优化模具结构和注塑工艺参数有重要的指导意义,可提高一次试模的成功率。MoldFlow软件中的MPL/Gate L0cation模块分析最佳浇口位置区域,可为注塑模具的设计找到一个初步的最佳浇口[17]。最佳浇口确定后可进一步进行填充(Fiu)分析。MPL/FiU模块是MoldFlow中用于分析塑件的充型行为,填充分析的最终目的是为了获得最佳浇注系统。通过对不同浇注系统的分析比较,选择最佳的浇注系统布局。利用MPL/Gate kation和MPL/Fiu分析模块对注塑件进行模拟分析,可快速而又较为准确地得到最佳的浇口位置,从而大大减少试模次数,节省模具制造成本。

在模具设计阶段利用MoldFlow软件的分析功能,合理设计模具系统和浇口位置,避免一些潜在的问题,减少试模、修模次数,提高了一次试模成功率,并提高了制品的质量,缩短了模具设计制造周期和产品开发周期

[18]。

7.总结

通过这次文献综述的撰写,我查阅了许多文献,更加深入了解了模具

行业的背景及其发展,也对注塑模具的设计有了深入的认识,了解到了鼠标外壳上盖的设计所需要的软件以及模具设计所包含的环节,包括:成型部分及零部件设计,浇注系统设计,排溢引气系统设计,温度调节系统设计,模体设计等部分组成。要完成注塑件,每个环节都必不可少。 通过搜集文献资料过程,可进一步熟悉科学文献的查找方法和资料的积累方法,注意文献的日期内容出处;在查找的过程中同时也扩大了知识面,为毕业设计积累不仅可以积累专业方面的知识,还可以拓展专业方面内容,将专业方面的东西和实际联系,理论知识在现实中的应用[19]。查找文献资料、写文献综述是进行毕业设计的第一步,因此学习文献综述的撰写也是为今后的毕业设计打基础的过程,了解问题更加全面,解决问题更加完整,让问题简单化,用优化的方法解决问题。通过综述的写作过程,提高了归纳、分析、综合能力,也提高了独立工作能力。

参考文献

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[19]洪天求,李旗号等. 深圳模具制造业发展战略研究. 合肥工业大学,2004

摘 要

注塑模具是一种生产塑胶制品的工具,也是赋予塑胶制品完整结构和精确尺寸的工具。模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍,因此模具工业是国民经济的基础工业,模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志[1]。在我国,塑料工业随着国民经济整体稳定健康发展实现了跨越式发展,连续十年经济技术指标大幅递增,总产值居轻工行业第三位,出口居第五位,已成为国民经济持续发展重要的支柱产业之一[2]。而注塑模的设计就是模具生产的关键环节之一,设计的好坏在最终影响了模具的生产效果。随着CAD/CAM技术的发展,模具设计也变得更加智能化、自动化。

关键字:注塑模,模具发展,CAD/CAM,ug,Moldflow

Injection Mold Design of Mouse shell upper cover

ABSTRACT

Injection mold is a tool for the production of plastic products, plastic products also give the exact dimensions of the complete structure and tools. Mold production value of the final product is often several times the value of the mold itself, a hundred times, so the mold industry is the basic industry, mold production technology level of the national economy, has become a measure of the level of a country's manufacturing important symbol.

In China, the plastics industry as a whole, stable and healthy development of the national economy to achieve leapfrog development, for decades of economic indicators showing significant increase, ranking third in the total output value of light industry exports ranks fifth in the sustainable development of the national economy has become one of the important pillar industries.One injection mold design and mold production is a key aspect of the design is good or bad effect on the ultimate impact of the production of the mold. With the development of CAD / CAM technology, mold design has become more intelligent, automated.

Key words: Injection molding, development, CAD/CAM, Moldflow

鼠标外壳上盖注塑模设计

唐家俊 051110109

0.引言

塑料模具是成型塑料制品的工艺装备或工具。模具是由塑料、橡胶、金属、粉末、玻璃、等模具材料经加工设备加工而成的基础工艺装备,属于生产过程中的中间产品,用于最终产品的生产。模具加工是材料成型的重要方式之一,与机械加工相比,具有工序少、材料利用率高、能耗低、易生产、效益高等优点,因而在汽车、能源、机械、电子、信息、航空航天工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。根据成型方法的不同,则可分为注射模、冲压模、压铸模、锻压模[3]。根据加工精度不同,最终可将模具统分为普通精度模具和精密模具两大类。

由于塑料产品在人们生产生活中的广泛运用,塑料模具也成为模具产品中最常见的一种,使用的成型方法众多,包括注塑成型、压塑成型、吹塑成型等多种方法[4]。其中,公司使用的产品成型方式是注塑成型。注塑成型是指将模具装夹在注塑机上后,将熔融塑料注进成型模腔内,当塑料在腔内冷却定型后,将上下模分开,通过顶出体系将成品从模腔顶出离开模具的生产过程。成品顶出后,模具再闭合进行下一次注塑,整个注塑进程循环进行。注塑成型方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料,是塑料产品成型采用的最普遍的方法。

1 研究背景

1.1 国内外模具发展现状

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中60%—80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产部件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益扩大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前,全世界模具年产值约为600亿美元,日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。我国的模具工业的发展,也日益受到人们的关注和重视。近几年,我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展[5]。

国内模具行业的市场规模情况我国模具行业尽管起步较早,但初期一直作为下游生产企业的附属企业,模具商品流通率较低,限制了模具企业的发展。直至1987年[6],模具才作为产品被列入机电产品目录。经过20多年的发展,中国的模具工业已有了长足的进步。

目前,我国模具行业的最大市场是汽车行业、电子信息行业、家电和办公设备、机械和建材行业。随着我国国民经济的迅速发展,人民收入水平的提高,对汽车、电子消费产品、家电等的需求不断增加,使得这些行业近年来进入一个高速发展的阶段,成为我国模具行业迅速发展的一个重要原因。近年来我国模具行业产值增长迅速,增长率远高于世界模具行业整体速度。

1.2 国内模具行业发展存在的问题

近年来,随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐

增加,中国模具已经与世界模具密不可分,中国模具在世界模具中的地位和影响越来越重要[7]。我国模具行业结构调整取得不小成绩,无论是企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构,都在向着合理化的方向发展。为更新和提高装备水平,模具企业每年都需进口几十亿元的设备。在创新开发方面的投入仍显不足,模具行业内综合开发能力的提升已严重滞后于生产能力的提高,主要问题体现在十个方面[8]:

(1)各层次的模具技术人才资源不足,尤其是高级模具钳工、CNC 数控机床操作工、高级模具设计人员等,需求缺口较大

(2)模具标准化程度不高,模具及其零部件的商品率偏低。

(3)模具制造的专业化程度和集中度有待进一步提高。

(4)模具修理机制不健全,因修模拖期影响生产的事时有发生。

(5)模具寿命偏低,使模具费占产品成本比率过高且长期居高不下。

(6)模具及其零部件市场价偏低,模具修理费用更低,而且没有市场指导价,完全靠购销双方“议价”,地区与厂际之间价差悬殊。

(7)模具新技术、新工艺、新设备、新材料推广应用缓慢,特别是国内自行开发的模具新材料大多至今未能推广应用。

(8)设备老化严重,超期服役的情况普遍。

(9)各类模具的标准及技术指导性文件不齐全,特别是与国际市场接轨的各类模具国家标准缺口大。

(10)模具钢的精炼和模具锻坯的锻造技术推广应用问题,至今未能解决。

1.3未来模具行业的发展趋势

(1)模具市场全球化,模具生产周期进一步缩短

(2)模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展

(3)模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展

(4)模具产品将向大型、精密、标准化方向发展

(5)模具种类向热流道、气辅模具及适应高压注塑成型工艺方向发展

(6)快速经济模具前景十分广阔

(7)优质模具材料及先进表面处理技术受到重视

(8)汽车、IT电子产业发展影响模具市场景气

(9)模具产业结构还需进一步调整

2 模具材料的选择

随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具 的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。塑料模具的零部件分为两大类:一类为结构件,包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等;另一类为成型件: 包括型腔、型芯、嵌镶件等。其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计,材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂, 要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接缝密合性好,对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业要求。表1是根据塑料品种选用模具钢的归纳表[9]。

表1 按塑料品种选用模具钢

3 模具的精度和寿命

模具精度包括加工上获得的零件精度和生产时保证产品精度的质量意识,但通常所讲的模具精度,主要是指模具工作零件的精度。模具精度的内容包括四个方面:尺寸精度、形状精度、位置精度、表面精度。由于模具在工作时分上模、下模两部分,故在四种精度中以上、下模间相互位置精度最为重要。模具精度是为制品精度服务的,高精度的制品必须由更高精度的模具来保证,模具精度一般须高于制件精度2级或者2级以上。

模具寿命指在保证制件品质的前提下,所能成形出的制件数。它包括

反复刃磨和更换易损件,直至模具的主要部分更换所成形的合格制件总数。模具寿命与模具类形和结构有关,它是一定时期内模具材料性能、模具设计与制造水平.模具热处理水平以及使用及维护水平的综合反映。模具寿命的高低在一定程度上反映一个地区、一个国家的冶金工业、机械制造工业水平。而影响模具寿命的因素也有很多,包括模具结构的影响、模具工作条件的影响、模具材料性能的影响以及模具制造过程的影响等[10]。

4 模具结构设计

常规型注射模是指成型热塑料最常用的注射模,它是最基本的一种注射模,其他型注射模都是在此基础上进行改进或补充而发展起来的。常规型注射模装于通用型注射机上来使用。

注射模的结构是由塑件的复杂程度和注射机的形式等因素决定的。凡是注射模均可分为动模和定模两大部分。注射时动模和定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模和定模分离,取出塑件。定模安装在注射机固定模板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。通常的注射模有以下几种结构形式:单分型面注射模(或称二板式注射模);双分型面注射模(或称:三板式注射模,点浇口注射模);带有活动镶块的注射模;带侧向分型面抽芯的注射模;自动卸螺纹的注射模;定模设顶出装置的注射模[11]。

模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化,但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分,并随塑料和制品而变化,是塑模中最复杂,变

化最大,要求加工光洁度和精度最高的部分。浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分,包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件,包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。因此模具的结构设计也就包括:分型面的确定型腔数的确定、凹模结构设计、型芯结构设计、嵌件的安装结构设计、浇注,排气,温度调节系统的设计以及脱模机构的设计等。

5 CAD/CAE/CAM 技术在模具设计制造中的应用

注塑模具设计是典型的设计分析一体化过程[12]。计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)计算机辅助求解(Computer Aided Engineering,CAE)以及计算机辅助制造(Computer-aided manufacturing,CAM)的技术已经越来越广泛地应用到模具的开发,设计和生产中。

CAD/CAE/CAM 技术以计算机及周边设备和系统软件为基础,它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟及产品数据管理(PDM) 等内容。是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。CAD/CAE/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及,使协同、虚拟设计及实时仿真技术在 CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

6 设计以及仿真软件的使用

随着计算机辅助设计系统的发展越来越快,各种辅助软件也应运而生

[13-14]。其中就包括了本次设计中将要使用的Unigraphics8.0以及Autodesk Moldflow仿真软件。

6.1 UG的注塑模具设计

Unigraphics既是我们所熟知的UG,这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统,它功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站,但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长,在PC上的应用取得了迅猛的增长,已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。NX 允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能,制造商可以改善产品质量,同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建,以及对变更周期的依赖。

在利用ug进行注塑模具设计时MoldWizard是UG软件中设计注塑模具的专业模块[15]。MoldWizard为设计模具的型芯,型腔、滑块.推杆和嵌件提供了更进一步的建模工具,使模具设计变得更快捷、容易,它的最终结果是创建出与产品参数相关的三维模具,并能用于加工。MoldWizard用全参数的方法自动处理那些在模具设计中耗时而且难做的部分,而产品参数的改变将反馈到模具设计,MoldWizard会自动更新所有相关的模具部件。

MoldWizard的模架库及其标准件库包含有参数化的模架装配结构和模具标准件,模具标准件中还包括滑块(Slides)、内抽芯(Lifters).并可通过Standard Parts功能用参数控制所选用的标准件在模具中的位置。用户还可根据自己的需要定义和扩展MoldWizard的库,并不需要具备编程

的基础知识。利用UG进行模具设计,主要利用3D数字模型进行立体分型,较之传统2D模具设计直观,不易出错。UG的MOLDWIZARD模块针对注射模具设计特点,开发一系列功能指令,使设计更轻松。不仅如此,他还能解决传统2D模具设计之中不能解决的问题。

6.2 Moldflow的仿真模拟分析

Autodesk Moldflow仿真软件具有注塑成型仿真工具,能够帮助使用者验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程,能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导,通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。从薄壁零件到厚壁、坚固的零件,Autodesk Moldflow的几何图形支持可以帮助设计者在最终设计决策前试验假定方案。

塑料注射成型技术在工业生产中得到了越来越广泛的应用。在注塑成型过程中应用CAE技术,可使设计人员避免设计中的盲目性,在模具制造之前,预测所设计模具采用的塑料在注射机注射成型的结果,从中发现问题并做出修改。实践证明,塑料注射成型数值模拟技术对加快塑料制品的新产品开发、提高塑料制品质量、降低成本起着关键作用。

注塑件的质量在很大程度上取决于模具设计,而浇口数量和位置及尺寸是重要的模具结构参数;注射模的浇口位置及尺寸的设定直接影响塑料熔体在模具型腔内的流动,从而关系到聚合物分子的取向和产品成型后是否翘曲变形。因此选择合理的浇口位置及尺寸在模具设计中是十分重要的;注塑制品质量可通过浇口位置的优化而得到显著提高[16]。

利用Moldflow分析软件,进行流动模拟分析.可得到最佳的浇口数量

与位置。从而为模具设计人员进行模具设计和注塑人员进行注塑工艺调整提供依据。

在模具设计中,浇口位置一般根据以下原则确定:①尽量缩短流动距离;②避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷;③浇口应开设在塑件的壁厚处;④考虑分子取向的影响;⑤减少熔接痕,提高熔接强度;⑥考虑到排气以及塑料外观的质量问题等。运用CAE软件如MoldFlow可以模拟塑料熔体在型腔中的填充、保压、冷却过程,其结果对优化模具结构和注塑工艺参数有重要的指导意义,可提高一次试模的成功率。MoldFlow软件中的MPL/Gate L0cation模块分析最佳浇口位置区域,可为注塑模具的设计找到一个初步的最佳浇口[17]。最佳浇口确定后可进一步进行填充(Fiu)分析。MPL/FiU模块是MoldFlow中用于分析塑件的充型行为,填充分析的最终目的是为了获得最佳浇注系统。通过对不同浇注系统的分析比较,选择最佳的浇注系统布局。利用MPL/Gate kation和MPL/Fiu分析模块对注塑件进行模拟分析,可快速而又较为准确地得到最佳的浇口位置,从而大大减少试模次数,节省模具制造成本。

在模具设计阶段利用MoldFlow软件的分析功能,合理设计模具系统和浇口位置,避免一些潜在的问题,减少试模、修模次数,提高了一次试模成功率,并提高了制品的质量,缩短了模具设计制造周期和产品开发周期

[18]。

7.总结

通过这次文献综述的撰写,我查阅了许多文献,更加深入了解了模具

行业的背景及其发展,也对注塑模具的设计有了深入的认识,了解到了鼠标外壳上盖的设计所需要的软件以及模具设计所包含的环节,包括:成型部分及零部件设计,浇注系统设计,排溢引气系统设计,温度调节系统设计,模体设计等部分组成。要完成注塑件,每个环节都必不可少。 通过搜集文献资料过程,可进一步熟悉科学文献的查找方法和资料的积累方法,注意文献的日期内容出处;在查找的过程中同时也扩大了知识面,为毕业设计积累不仅可以积累专业方面的知识,还可以拓展专业方面内容,将专业方面的东西和实际联系,理论知识在现实中的应用[19]。查找文献资料、写文献综述是进行毕业设计的第一步,因此学习文献综述的撰写也是为今后的毕业设计打基础的过程,了解问题更加全面,解决问题更加完整,让问题简单化,用优化的方法解决问题。通过综述的写作过程,提高了归纳、分析、综合能力,也提高了独立工作能力。

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