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畢業(yè)設(shè)計
開題論證報告
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名 李 潤 銘
班 級 B機(jī)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(jìn)行模具設(shè)計進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jì)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(jī)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(jī)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(dá)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(dá)10～30萬次，淬火鋼模達(dá)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(jī)構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得較大進(jìn)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(jī)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(dá)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)，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(jìn)行計算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)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(dá)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?！薄ⅰ靶《?。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(jìn)出口之比為3.7﹕1，進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá)13.2億美元，為世界模具凈進(jìn)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(jìn)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(jī)械加工情況，提出模具結(jié)構(gòu)方案，并經(jīng)過充分進(jìn)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(jìn)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(jìn)行計算。
4.設(shè)計模具時，必須考慮是采用一般的機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行模具設(shè)計進(jìn)行研究和應(yīng)用，運用現(xiàn)代CAD技術(shù)手段進(jìn)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(jī)的選擇。注塑模是安裝在注塑機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)料口方便，同時不影響塑件的外觀美觀；注射機(jī)安裝板的大小，在塑件投影面積比較大時，考慮到注射機(jī)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(jī)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(jìn)行強度與剛度校核。
5.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與定位機(jī)構(gòu)設(shè)計。導(dǎo)向、定位機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)構(gòu)設(shè)計。脫模機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，均成為側(cè)向分型抽芯機(jī)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(jī)動側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)三大類。手動側(cè)向分型抽芯機(jī)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(jī)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(jī)動側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)是利用注射機(jī)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(jìn)行試模檢驗，看成型的制件如何。發(fā)現(xiàn)問題后，進(jìn)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(jìn)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