3DMOUSE-5塑件成型工藝分析與模具設計.doc

文獻綜述1.1國內(nèi)外發(fā)展狀況1.1.1模具工業(yè)的概況 在討論注塑模設計之前，先要對國內(nèi)外的塑料模具工業(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)展方向有一個較清晰的了解，這也就使我們對本課題的意義有所了解。首先要對模具有一個整體的認識。模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”;德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。 目前在國民經(jīng)濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經(jīng)濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術(shù)領域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過有色金屬產(chǎn)量的總和。1.1.2我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，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)l8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。如天津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0. 08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0. 02 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達1030萬次，淬火鋼模達50 100萬次，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)新設計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，熱流道模具也開始推廣，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。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。近年來，國內(nèi)己較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距。技術(shù)比較見表1。表1: 國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表項目 國外 國內(nèi) 注塑模型腔精度 0.0050.01mm 0.020.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.010.05m Ra0.20m 非淬火鋼模具壽命 1060萬次 1030萬次 淬火鋼模具壽命 160300萬次 50100萬次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 標準化程度 7080% 小于30% 目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平己取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列六方面： (1)國內(nèi)自配率不足80，中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60。 (2)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。 (3)模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。 (4)開發(fā)能力弱，經(jīng)濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。 (5)模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。 (6)與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后。在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重對知識的更新與學習，實現(xiàn)產(chǎn)、學、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。1.1.3我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 在信息社會和經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展的進程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展，技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是：CAD、CAM、CAE的廣泛應用及其軟件的不斷先進和CADCAMCAE技術(shù)的進一步集成化、一體化、智能化；PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、CAPP(計算機輔助工藝設計管理)、KBE(基于知識工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及Internet平臺等信息網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展和應用；高速、高精加工技術(shù)的發(fā)展與應用；超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應用；快速成型與快速制模(RPRT)技術(shù)的發(fā)展與應用；熱流道技術(shù)、精密測量及高速掃描技術(shù)、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應用； 模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應用；優(yōu)質(zhì)模具材料的研制及正確選用；模具自動加工系統(tǒng)的研制與應用；虛擬技術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應用。參考文獻1 中國模具工業(yè)協(xié)會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃J .模具工業(yè).2005，72 張正修.模具產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展對策J.五金科技.2005，83 鐘佩思,沈友徽,馬靜敏等.模具先進制造技術(shù)發(fā)展趨勢綜述J.模具制造.2005，34 李德群，肖祥芷.模具CADCAECAM 的發(fā)展概況及趨勢J.模具工業(yè).2005，75 何濤，模具CAD/CAM，北京大學出版社，20066 CAE技術(shù)塑膠模具設計發(fā)展必然趨勢，中國機床商業(yè)網(wǎng)，20097 Huamin Zhou and Dequn LiModelling and prediction of weld line location and properties based on injection moulding simulationInt. J. Materials and Product Technology，Vol. 21，No. 6，20048 金滌塵.宋放之.現(xiàn)代模具制造技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，20019 模具技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展模具工程2004NO6總第39期5310 中國模具行業(yè)發(fā)展的有關情況電加工與模具2006年增刊 中國國際模展特輯11 李海梅 高峰 申長雨，注塑中的CAE技術(shù)()：應用方法，工程塑料應用，2004年第32卷第1期。12 陳靜波 申長雨 工程塑料應用 2002-213 Numerical Simulation of Injection Molding Cooling ProcessBased on 3D Surface ModelCADDM Vo114 No2 (2004)，cuI Shubiao， ZHOU Hua-min， LI De-qun14 王學讓.楊占堯，快速成型理論與技術(shù)，北京：航空技術(shù)出版社，200115 李云程.模具制造工藝，北京：機械工業(yè)出版社，199916 許鶴峰.閆光榮.數(shù)字化模具制造技術(shù)，北京：化學工業(yè)出版社，2001 一、課題的目的與意義1、目的：本課題的主要目的是通過一個具有代表性模具的分析研究，從而達到掌握具有復雜曲面模具的設計制造。能熟練使用UG、AUTOCAD軟件進行模具的設計,使用Moldflow對注塑成型過程進行有限元分析。2、意義：面對日益激烈的國際競爭，必須緊跟國際先進水平，不斷提高電器產(chǎn)品外觀零件的質(zhì)量，降低設計和生產(chǎn)成本，加快生產(chǎn)周期。因而，鼠標成形技術(shù)的研究與開發(fā)具有相當重要的理論意義和實用價值。以此作為一個突破口，帶動和促進相關電器產(chǎn)品外觀零件注塑成形技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 1. 發(fā)展現(xiàn)狀： 電器產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚纳钣闷?，人們對電器產(chǎn)品的要求從實用性、可靠性己經(jīng)提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經(jīng)濟性等方面的要求，從而對電器產(chǎn)品也提出了許多新的要求。對電器產(chǎn)品的這種不斷提出的新要求，促使電器產(chǎn)品的外形不斷的改進，外形零件的生產(chǎn)技術(shù)也不斷得到新的發(fā)展，使電器產(chǎn)品外殼零件成形技術(shù)在成形領域中占有越來越重要的地位。目前，電器產(chǎn)品的外形設計及加工技術(shù)日益受到了國內(nèi)外的高度重視，德國、美國、日本等發(fā)達國家在這方面的研究已經(jīng)取得相當?shù)倪M展。他們的電器產(chǎn)品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設計高效快捷，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。如臺灣的羅技公司，其鼠標產(chǎn)品外形美觀，設計人性化，使用壽命長。然而，國內(nèi)在電器產(chǎn)品外觀零件設計制造方面的研究還處于初級階段，與發(fā)達國家的差距很大。由于電器產(chǎn)品美觀性的要求，零件外形多為復雜曲面，傳統(tǒng)的設計方法在對零件成形過程分析以及對產(chǎn)品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產(chǎn)品成形過程數(shù)值模擬技術(shù)跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的一個瓶頸。2、前景展望： 隨著計算機軟件的發(fā)展和進步，CAD/CAE/CAM技術(shù)也日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應用將越來越廣泛。可以預料不久的將來，模具制造業(yè)將從機械制造業(yè)中分離出來，而獨立成為國民經(jīng)濟中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時，也進一步促進了模具制造技術(shù)向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。三、課題主要內(nèi)容和要求1對國內(nèi)外塑料制品成型工藝與方法進行分析、探討； 2利用AutoCAD軟件對某企業(yè)3DMOUSE塑件5原圖按國標要求重新繪制零件圖； 3根據(jù)重新繪制的3DMOUSE塑件5零件圖，利用UGNX軟件繪制3DMOUSE塑件5零件三維圖； 4根據(jù)所繪3DMOUSE塑件5三維圖進行成型方案分析，并對所確定的方案進行認真的論證； 5根據(jù)所確定成型方案設計該零件的成型模具； 6對所設計模具的工作特性及該模具成型3DMOUSE塑件5零件的可行性進行分析。四、研究方法、步驟和措施1.鼠標按鍵制品外形設計本課題利用UG軟件對鼠標右鍵進行實體建模，UG的圖形設計是基于三維的，它與傳統(tǒng)的二維繪圖有著本質(zhì)的區(qū)別。生成的模型直觀，立體感強，可以在任何角度進行觀察。另外系統(tǒng)還能計算出實體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等。使設計者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立體圖生成三視圖，大大提高工作的效率和準確性。此次設計的零件三維模型圖如下：2.設計步驟（1）收集資料；（2）最佳成型方法的選擇比較幾種可用于成型鼠標右鍵這種薄壁制品的常用塑料加工方法，根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)和使用要求選擇合理的成型方法。(3)分析最佳成型工藝 鼠標右鍵為薄壁制件，比表面積大，可能的工藝方案較多，工藝方案的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。本文在對塑件進行分析的基礎上，確定并優(yōu)化了工藝方案。具體內(nèi)容如下： a、對塑件成型工藝性進行分析，對可能的工藝方案進行比較分析，初步得出可能的工藝方案以及其可行的條件。 b、根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。 （4）模具結(jié)構(gòu)分析和確定 針對鼠標右鍵尺寸小，精度高的特點，根據(jù)工藝方案和零件的形狀特點、精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件、操作方便與安全的要求，對模具進行分析，確定模具的合理結(jié)構(gòu)。 （5）模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)型式和特點，確定模具工作、導向以及固定等并確定模具主要零件的形式以及尺寸。 本研究的主要目的是通過一個具有代表性模具的分析研究，從而達到掌握具有復雜曲面模具的設計制造以及加工的方法。（6）校核成型設備的參及各成型零件的強度和剛度；（7）繪制模具裝配圖；（8）對模具進行可行性分析；（9）編寫設計說明書。3.成型和制造過程可能出現(xiàn)的問題和采取的措施 (1) 制件不滿或制件缺料 產(chǎn)生的原因是在注塑成型工藝參數(shù)設定方面、制品設計與模具制造方面、材料流動性太差，粘度太大，逸出的氣體太多都會影響熔體的順利充模。所以一定要用高壓、快速充模，否則易缺料。（2）收縮凹陷（縮水） 縮水主要出現(xiàn)在制品厚壁、冷卻緩慢、肋條等部位。當制品設計的壁厚不均勻，或壁厚太大，再加上冷卻調(diào)節(jié)模溫，澆口、流道系統(tǒng)及排氣等沒有合理配置時，易產(chǎn)生收縮凹陷，模具及制品設計的缺陷用工藝很難彌補。因此最好用筋條取代加厚的部位，對薄壁部分有意提高它的溫度，這樣用模溫來控制制品同步冷卻收縮。(3) 飛邊（溢邊、批鋒、毛刺） 飛邊大多發(fā)生在模具的分合位置上，如動模和靜模的分型面、滑塊的滑配位置，鑲件的縫隙，頂針桿孔隙等處。飛邊在很大程度上是由于模具缺陷或機臺鎖模力太小，其產(chǎn)生的張開力大于鎖模力時，模具脹開，使塑料溢出，造成飛邊。采用多級速度注射可以有效防止；由于制品結(jié)構(gòu)的不同，尤其厚薄均勻度等的不同，需要均衡注射速度。否則在注射薄壁部分時，由于速度過快壓力過高而造成飛邊產(chǎn)生；其次在生產(chǎn)過程中突然產(chǎn)生飛邊，可能模面上有異物，如飛邊料粘附在模面上等。須每班或每天定期清潔模面上的異物。(4) 銀紋 銀紋（氣紋）是塑料在充模過程受到氣體的干擾而出現(xiàn)在制品表面熔料流動方向上的缺陷。解決辦法：a加強干燥b降低料筒溫度c加強模具排氣（模排氣或慢速成形）。（5）熔接痕 熔接痕形成的原因：熔接痕是由注射中兩股料相遇時，在其界面處未完全熔合而造成的一種線狀痕跡。熔接痕是在制品有孔、嵌件時，塑料分股流動或者澆口多于一個以及厚度變化所形成。此外，在發(fā)生澆口噴射充模時也會生成熔接縫。噴射時，熔體直接射入模腔，直到撞到對面的模壁，隨后而來的熔料產(chǎn)生壓縮使料流折迭，于是在折彎相遇地方形成。因此應當增加主流道和分流道尺寸，提高流道效率。同時也增加冷料井的容積。擴大或縮小澆口截面積，改變澆口位置。A熔接痕離澆口太遠時。要改變澆口位置，使盡量靠近一些也可用幾個相同的對稱澆口代替。B澆口開設要盡量避免熔體在嵌件、孔洞周圍流動。C發(fā)生噴射充模的澆口要設法修正，遷移或加擋塊緩沖。也可設計成護耳式澆口。在制品不缺料的前提下，盡量減少多澆口的數(shù)量，因多澆口肯定會產(chǎn)生晚期熔接痕。而單澆口則可避免。(6) 翹曲（變形、彎曲、扭曲） 制品的翹曲主要是由于內(nèi)應力的影響而產(chǎn)生。模具溫度太高，冷卻時間不夠、制品厚薄相差懸殊、冷卻不均衡或冷卻時間太短、頂出位置不當，受力不均勻、塑料大分子定向作用力太大也會影響制件質(zhì)量。(7) 制品尺寸變化 制品尺寸變化，其原因有：各批量制品間成型條件變化，模具變形，空氣濕度變化，顆粒大小不均，干燥不好，每批材料性能變化，液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定等。結(jié)晶度較大的PP、PE 、PA等尤為明顯；制品尺寸變化，本質(zhì)上是塑料的不同收縮程度所造成。按收縮產(chǎn)生變化的起因，大體上可分為成形條件、模具及制品設計、原材料以及機器設備等四種原因。因此對于充模困難制品的注塑，特別要偏重高溫低壓條件，盡量減少尺寸的收縮量和收縮差異，以穩(wěn)定產(chǎn)品尺寸。（8）開裂 這里所指的開裂，包括表面龜裂、白化（頂白）、裂紋、金屬嵌件周圍的開裂及制品粘模而造成的創(chuàng)傷或創(chuàng)傷危機。按開裂出現(xiàn)的時間，分脫模開裂和應用開裂。在注射成型過程中，應盡可能減小塑料在注入模內(nèi)時出現(xiàn)的流動速度和冷卻收縮速度的差別，以減小分子取向程度，提高制品內(nèi)部均衡性。a降低注射能量。b提高料溫對充模有好處，可減少取向應力，但有的材料成形溫度范圍窄，提高料溫時可能出現(xiàn)分解，使分子量降低，從而影響制品的抗衡力，也使制品開裂。C控制模具溫度。d降低螺桿預塑背壓壓力及轉(zhuǎn)速，使料稍為疏松，并減小塑料因剪切熱過高而造成的降解，從而可提高制品的抗衡力。e調(diào)整制頂出裝置，如頂板、頂桿等，使之平衡動作，避免作用力先后不一或傾斜歪曲頂出。f調(diào)節(jié)好開模速度，避免高速撥模。g調(diào)節(jié)好模板的平行度及平穩(wěn)性。h在模面上施加適當?shù)拿撃┟撃?。i注意經(jīng)常用干凈的布清潔模面。（9）澆口區(qū)域缺陷 有些模具除設冷料井外，還需要考慮澆口的形式，大小和位置的合理性，改善模具排氣，減小或調(diào)換潤滑劑，加強料的干燥，去除料中污染物。（10）表面暗色、光澤差 表面暗色、光澤差主要原因在于a、模具光潔度差；b、材料的分解；c、脫模劑過量；采用高壓、高速、高溫注射時，光澤較好。(11) 氣泡（真空泡） 一般來說，如果在開模瞬間已發(fā)現(xiàn)存在氣泡，是屬于氣體干擾問題，用克服氣體干擾的辦法解決。如果在脫模冷卻過程出現(xiàn)并變大，是屬于真空泡的問題。真空泡的形成是由于充模時塑料不足或壓力較低。在模具的急劇冷卻作用下，與模壁接觸的熔料表面首先固化，然后中心部分的熔料冷卻收縮，造成體積縮小而形成泡。解決辦法：a提高注射能量：壓力、速度、時間和料量。b調(diào)整料溫：當真空泡遠離澆口位置時，提高料溫使熔料流動順暢，壓力能傳到遠澆口部位。當真空泡在澆口附近時可降低料溫使收縮減小。c適當