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南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第2頁共55頁引言伴隨著全世界范圍內(nèi)機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,模具工業(yè)已是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。例如,在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中,制造集成電路的引線框架的精密級進(jìn)沖模和精密的集成電路塑封模,計(jì)算機(jī)的機(jī)殼、插件和許多元件器件的制造中的精密塑料模具、精密沖壓模具等,都是產(chǎn)品生產(chǎn)不可或缺的工具裝備。精密模具已使模具行業(yè)成為一個(gè)與高新技術(shù)產(chǎn)品互為依托的產(chǎn)業(yè)。1996年至2002年間,我國模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長14%左右,2003年增長25%左右,沿海一帶城市的增長在25%以上。而近幾年來,我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展,模具技術(shù)有了很大的提高。生產(chǎn)的模具有些已接近或達(dá)到國際水平。大型、精密、復(fù)雜、高效和長壽命模具又上了新臺(tái)階。雖然在很多方面我國的模具有了很大的發(fā)展,但仍有很比較突的問題。目前模具設(shè)計(jì)及模具制造大都依靠設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。模具的好壞完全由個(gè)人的平時(shí)累計(jì)的經(jīng)驗(yàn)控制。這樣使得模具設(shè)計(jì)的周期長,效率低且模具的質(zhì)量也難以保證。模具工業(yè)除需要“高技藝”的從業(yè)人員外,還需要更多的“高技術(shù)”來保證。本文就是以提高模具設(shè)計(jì)效率,縮短設(shè)計(jì)周期,降低模具成本,保證模具質(zhì)量為目的,試探性的研究三維技術(shù)在沖壓模具中的應(yīng)用與開發(fā)。12緒論2.1模具概述塑料,Plastic,是以高分子合成樹脂為主要成分,在一定的溫度和壓力下,可塑成一定形狀且在常溫下保持形狀不變的材料。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第3頁共55頁模具,mould,是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。對塑料模具的全面要求是:能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。從模具使用的角度,要求高效率、自動(dòng)化、操作簡便;從模具制造的角度,要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。注射成型生產(chǎn)中使用的模具稱為注射成型模具,簡稱注射模,也稱為注塑模。注射模主要適用于熱塑性塑料的成型加工,近年來也逐漸用于加工部分熱固性塑料塑料制件。注射模具有很多優(yōu)點(diǎn),如對塑料的適應(yīng)性較廣,塑料制件的外觀質(zhì)量較好,生產(chǎn)效率特別高,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等,廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中。注射模具的結(jié)構(gòu)由塑件的復(fù)雜程度及注射機(jī)的結(jié)構(gòu)形式等因素決定。注射模具可分為動(dòng)模和定模兩大部分,定模部分安裝在注射機(jī)的固定模板上,動(dòng)模部分安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上,注射時(shí)動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成澆注系統(tǒng)和型腔,開模時(shí)動(dòng)模與定模分離,由推出機(jī)構(gòu)推出塑品。根據(jù)模具上各個(gè)零部件所起的作用注塑模具一般有以下幾部分組成:定模機(jī)構(gòu)、動(dòng)模機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向裝置、頂出機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、冷卻和加熱裝置、排氣系統(tǒng)等。注塑成型全過程分為:塑化過程、充模過程、冷卻凝固過程、脫模過程,由這四個(gè)過程就形成了一個(gè)循環(huán),完成了一次成型一個(gè)乃至數(shù)十個(gè)塑件的過程。1.1.1我國模具業(yè)存在的問題1、模具水平落后在模具制造水平上,雖然我國有些設(shè)備已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平,但總體上要比德、美、日、法、意等,發(fā)達(dá)國家落后許多。國內(nèi)模具的使用壽命只有國外發(fā)達(dá)國家的1/2至1/10,甚至更短。模具生產(chǎn)周期卻比國際先進(jìn)水平長許多。此外,開發(fā)能力較差,經(jīng)濟(jì)效益欠佳;與國際水平相比,模具企業(yè)管理上的差距更大。標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、商品化程度低,模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后,也是造成與國外先進(jìn)水平差距大的重要原因。模具材料性能、質(zhì)量和品種是影響模具質(zhì)量、壽命和成本的重要因素。國產(chǎn)模具鋼品種、規(guī)格不齊全,低檔次產(chǎn)品多,高質(zhì)量、高性能的高端產(chǎn)品少,加工高端模具所需的模具鋼相當(dāng)部分依賴進(jìn)口,加工模具所需的其他材料諸如塑料、南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第4頁共55頁板材的性能也不如人意,加之工藝設(shè)備落后,直接影響國產(chǎn)模具水準(zhǔn)的提高。2、裝備水平落后近年來,我國機(jī)床行業(yè)已經(jīng)能夠?yàn)槟>咧圃鞓I(yè)提供比較成套的精密加工設(shè)備,但與國外裝備相比,差距仍然較大。模具企業(yè)總的工藝裝備水平比國外發(fā)達(dá)國家落后,特別是設(shè)備數(shù)控化率、CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)相差許多。3、高端模具依賴進(jìn)口我國技術(shù)含量低的模具已供過于求,市場利潤空間狹小,而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,精密、復(fù)雜的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)品模具等高檔模具仍有很大一部分依靠進(jìn)口。近五年來,我國平均每年進(jìn)口模具約11.2億美元,2003年就進(jìn)口了近l3.7億美元的模具,這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線作為附件帶進(jìn)來的模具。國內(nèi)模具自配率只有70%左右。其中,市場上中低檔模具供大于求,而中高檔模具自配率只有50%。4、出口太少近幾年,世界模具市場總量一直保持在600億-650億美元,美國、日本、法國、瑞士等國一年出口的模具約占本國模具總產(chǎn)值的1/3,而我國模具的出口量極少,雖已向香港、東南亞地區(qū)出口模具標(biāo)準(zhǔn)件,但其數(shù)量極為有限。5、專業(yè)化水平低我國的模具行業(yè),能被稱作龍頭企業(yè)的少之又少。長期以來,我國企業(yè)受大而全、小而全的影響,企業(yè)內(nèi)部設(shè)一個(gè)模具生產(chǎn)車間,生產(chǎn)的模具為自己企業(yè)服務(wù),這就造成了模具專業(yè)廠很少,即使有專業(yè)模具廠,規(guī)模也不大。汽車工業(yè)正在高速發(fā)展,市場又急需精密、性能穩(wěn)定的大型模具,雖然有一汽模具制造公司等幾家大型模具公司的努力,對行業(yè)有所帶動(dòng),但其真正的龍頭作用,很難體現(xiàn)。6、稅負(fù)過重模具行業(yè)是增值率高、增值稅負(fù)較重的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。據(jù)國家稅務(wù)總局對l萬多家工業(yè)企業(yè)流轉(zhuǎn)稅平均負(fù)擔(dān)率的統(tǒng)計(jì),模具行業(yè)比其他行業(yè)高出5.07個(gè)百分點(diǎn),這與現(xiàn)代模具產(chǎn)業(yè)高投入的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)不協(xié)調(diào),制約了模具工業(yè)的發(fā)展。1.1.2促進(jìn)我國模具業(yè)發(fā)展的措施為縮短與國際先進(jìn)水平的差距,中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長周永泰認(rèn)為,制定和完善模具標(biāo)準(zhǔn),組織模具標(biāo)準(zhǔn)件大批量、規(guī)?;a(chǎn),提高模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率,南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第5頁共55頁加快人才培養(yǎng),爭取國家的政策扶持,提高制造裝備水平等,是促進(jìn)我國模具發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。其主要措施是:(1)培養(yǎng)模具人才;(2)注重結(jié)構(gòu)調(diào)整;(3)促進(jìn)模具標(biāo)準(zhǔn)化;(4)發(fā)展精密模具;(5)加大設(shè)備投資。1.1.3我國模具業(yè)的發(fā)展趨勢目前,我國經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段,國際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢日趨明顯,這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面,國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展,另一方面,模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團(tuán)到我國進(jìn)行模具采購趨向也十分明顯。因此,放眼未來,國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好,預(yù)計(jì)中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展,我國不但會(huì)成為模具大國,而且一定會(huì)逐步向模具制造強(qiáng)國的行列邁進(jìn)。“十一五”期間,中國模具工業(yè)水平不僅在量和質(zhì)的方面有很大提高,而且行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會(huì)取得較大發(fā)展。模具技術(shù)集合了機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)科,是個(gè)綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展,模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高,模具制造周期不斷縮短,模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展,模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。我國模具行業(yè)今后仍需提高的共性技術(shù)有:1建立在CAD/CAE平臺(tái)上的先進(jìn)模具設(shè)計(jì)技術(shù),提高模具設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化、信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化水平。2建立在CAH/CAPP基礎(chǔ)上的先進(jìn)模具加工技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合,提高模具加工的自動(dòng)化水平與生產(chǎn)效率。3模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理技術(shù)。例如PDH(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、ERP(企業(yè)資源管理)、HIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及INTERMET平臺(tái)等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用、推廣及發(fā)展。4高速、高精、復(fù)合模具加工技術(shù)的研究與應(yīng)用。例如超精沖壓模具制造技術(shù)、精密塑料和壓鑄模具制造技術(shù)等。5提高模具生產(chǎn)效率、降低成本和縮短模具生產(chǎn)周期的各種快速經(jīng)濟(jì)模具制造技術(shù)。6先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用。例如熱流道技術(shù)、氣輔技術(shù)、虛擬技術(shù)、納米技術(shù)、高速掃南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第6頁共55頁描技術(shù)、逆向工程、并行工程等技術(shù)在模具研究、開發(fā)、加工過程中的應(yīng)用。7原材料在模具中成形的仿真技術(shù)。8先進(jìn)的模具加工和專有設(shè)備的研究與開發(fā)。9模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件、重要輔件的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。10模具及其制品的檢測技術(shù)。11優(yōu)質(zhì)、新型模具材料的研究與開發(fā)及其正確應(yīng)用。12模具生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化管理技術(shù)。模具行業(yè)在“十一五”期間需要解決的重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)是模具信息化、數(shù)字化技術(shù)和精密、超精、高速、高效制造技術(shù)方面的突破。隨著國民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對模具的需求量越來越大,技術(shù)要求也越來越高2。雖然模具種類繁多,但其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿足大量需要,又有較高技術(shù)含量,特別是目前國內(nèi)尚不能自給,需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具。模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對整個(gè)模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此,一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必須重點(diǎn)發(fā)展,而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度,這樣才能不斷提高我國模具標(biāo)準(zhǔn)化水平,從而提高模具質(zhì)量,縮短模具生產(chǎn)周期,降低成本。由于我國的模具產(chǎn)品在國際市場上占有較大的價(jià)格優(yōu)勢,因此對于出口前景好的模具產(chǎn)品也應(yīng)作為重點(diǎn)來發(fā)展。根據(jù)上述需要量大、技術(shù)含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品,而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術(shù)基礎(chǔ),屬于有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品。2.2計(jì)算機(jī)軟件概述AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)研制的一種通用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包,它在設(shè)計(jì)、繪圖和相互協(xié)作等方面展示了強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。由于其具有易于學(xué)習(xí)、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放等優(yōu)點(diǎn),因而深受廣大工程技術(shù)人員的喜愛。其有七個(gè)特點(diǎn):(1)具有完善的圖形繪制功能。(2)有強(qiáng)大的圖形編輯功能。(3)可以采用多種方式進(jìn)行二次開發(fā)或用戶定制。(4)可以進(jìn)行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換,具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力。(5)支持多種硬件設(shè)備。(6)支持多種操作平臺(tái)(7)具有通用性、易用性,適用于各類用戶此外,從AutoCAD2000開始,該系統(tǒng)又增添了許多強(qiáng)大的功能,如AutoCAD設(shè)計(jì)中心(ADC)、多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境(MDE)、南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第7頁共55頁Internet驅(qū)動(dòng)、新的對象捕捉功能、增強(qiáng)的標(biāo)注功能以及局部打開和局部加載的功能,從而使AutoCAD系統(tǒng)更加完善,已經(jīng)集平面作圖、三維造型、數(shù)據(jù)庫管理和渲染著色等功能于一體,并提供了豐富的工具集。所有這些功能使得用戶不僅能夠輕松快捷地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作,還能方便地復(fù)用各種已有的數(shù)據(jù),從而極大地提高了設(shè)計(jì)效率。如今,AutoCAD在機(jī)械、建筑、電子、紡織、地理和航空等領(lǐng)域得到了廣泛的使用。AutoCAD在全世界150多個(gè)國家和地區(qū)廣為流行,占據(jù)了近75的國際CAD市場。全球現(xiàn)有近千家,AutoCAD授權(quán)培訓(xùn)中心,每年約有10多萬名各國的工程師接受培訓(xùn)。此外,全世界大約有十多億份DWG格式的圖形文件在被使用、交換和存儲(chǔ)。其他大多數(shù)CAD系統(tǒng),也都能夠讀人DWG格式的圖形文件??梢赃@樣說,AutoCAD已經(jīng)成為二維CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),而DWG格式文件已是工程設(shè)計(jì)人員交流思想的公共語言2.3本設(shè)計(jì)工作本設(shè)計(jì)的工作分三大部分:第一,設(shè)計(jì)了行星齒輪的注塑模具及其結(jié)構(gòu);第二,用計(jì)算機(jī)以及Pro/E,AutoCAD等專業(yè)軟件繪制了各零部件的圖形,及總裝配圖;第三,完成說明書的編寫。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第8頁共55頁3零件分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1零件的作用題目所給零件為一帶金屬嵌件的塑料行星齒輪,其用于家用或辦公用機(jī)械,功率很小,但要求傳動(dòng)平衡,低噪音或無噪音,以及能在少潤滑或無潤滑狀態(tài)下正常工作。該零件在其受力較大的部位鑲?cè)虢饘偾都?,這樣可以對塑料齒輪起到增強(qiáng)作用,并由于金屬嵌件的加入,塑料齒輪的成型收縮也將減小,齒輪精度提高。該零件尺寸較小,同軸度要求精度較高,按照其工作要求,其精度等級可選用一般精度等級。3.2材料的選擇根據(jù)零件工作要求及其精度等級,該零件選用PA66塑料成型。其中,PA為聚酰胺的縮寫,又名尼龍。PA66齒輪具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和剛性,優(yōu)良的耐磨性,自潤滑性、耐疲勞性及耐熱性,可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。根據(jù)1表2-20塑料精度等級的選用,PA66的一般精度要求為5級。3.3塑料成型特點(diǎn)及條件PA66熔體粘度低、流動(dòng)性好,容易產(chǎn)生飛
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