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哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 開 題 報 告 題 目 塑料多格盒注射模設(shè)計 系 部 機電工程系 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學 生 劉敬宇 學 號 1069360103 班 號 0693601 指導(dǎo)教師 陳建東 開題報告日期 2009 年 10 月 23 日 哈工大華德學院 一 設(shè)計的內(nèi)容 技術(shù)要求 利用 proe 設(shè)計軟件 完成該塑件的三維實體造型設(shè)計 在查閱相關(guān)設(shè)計資料和分析 該塑件注射成型工藝性基礎(chǔ)上進行模具的總體的方案設(shè)計及可行性分析 在完成模具參 數(shù)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上 利用 CAD 設(shè)計軟件完成模具的總裝配圖 脫模機構(gòu)部裝圖 及有關(guān)的零件圖設(shè)計 最后完成設(shè)計計算說明書的編寫 零件圖 制品材料 pp 二 選題的目的和意義 通過畢業(yè)設(shè)計 掌握塑料注射模得設(shè)計步驟 以及多點澆口進澆和引氣脫模方法的 設(shè)計 了解和掌握模具的主要零件的加工制造工藝 三 論文綜述 1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 從以下四個方面 可以看出模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位與作用 第一 模具工業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分 例如 屬于高新技術(shù)領(lǐng)域的集成 電路的設(shè)計與制造 不能沒有做引線框架的精密級進沖模和精密的集成電路塑封模 計 算機的機殼 接插件和許多元器件的制造 也必須有精密塑料模具和精密沖壓模具 數(shù) 字化電子產(chǎn)品 包括通訊產(chǎn)品 的發(fā)展 沒有精密模具也不行 不僅電子產(chǎn)品如此 在航 天航空領(lǐng)域也離不開精密模具 例如 形狀誤差小于 0 1 0 3 的空空導(dǎo)彈紅外線接收 器的非球面反射鏡 就必須用高精度的塑料模具成形 因此可以說 許多高精度模具本 身就是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分 有些生產(chǎn)高精度模具的企業(yè) 已經(jīng)被命名為 高新技術(shù) 企業(yè) 第二 模具工業(yè)又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域 用信息技術(shù)帶動和提升模具工業(yè) 的制造技術(shù)水平 是推動模具工業(yè)技術(shù)進步的關(guān)鍵環(huán)節(jié) CAD CAE CAM 技術(shù)在模具工業(yè) 中的應(yīng)用 快速原型制造技術(shù)的應(yīng)用 使模具的設(shè)計制造技術(shù)發(fā)生了重大變革 模具的 開發(fā)和制造水平的提高 還有賴于采用數(shù)控精密高效加工設(shè)備 逆向工程 并行工程 敏捷制造 虛擬技術(shù)等先進制造技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用 也要與電子信息等高新技術(shù) 嫁接 實現(xiàn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化 第三 模具工業(yè)是裝備工業(yè)的一個組成部分 在 1998 年以前 許多人把機械工業(yè)當 作一般的加工工業(yè) 1998 年 11 月召開的中央經(jīng)濟工作會議 首次明確提出了加大裝備工 業(yè)的開發(fā)力度 推進關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化 將機械工業(yè)作為裝備工業(yè) 把它同一般的加工 工業(yè)區(qū)別開來 是對機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位與作用的重新定位 模具作為基礎(chǔ)工 藝裝備 在裝備工業(yè)中自然有其重要地位 因為國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)部門需要的裝備 其零 部件有很大一部分是用模具做出來的 第四 模具工業(yè)地位之重要 還在于國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè) 機械 電子 汽 車 石化 建筑 都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng) 機械 電子 汽車工業(yè)需要大量 的模具 特別是轎車大型覆蓋件模具 電子產(chǎn)品的精密塑料模具和沖壓模具 目前在質(zhì) 與量上都遠不能滿足這些支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要 這幾年 我國每年要進口近 10 億美元的 模具 我國石化工業(yè)一年生產(chǎn) 500 多萬噸聚乙烯 聚丙烯和其他合成樹脂 很大一部分 需要塑料模具成形 做成制品 才能用于生產(chǎn)和生活的消費 生產(chǎn)建筑業(yè)用的地磚 墻 磚和衛(wèi)生潔具 需要大量的陶瓷模具 生產(chǎn)塑料管件和塑鋼門窗 也需要大量的塑料模具 成形 從五大支柱產(chǎn)業(yè)對模具的需求當中 也可以看到模具工業(yè)地位之重要 2 塑料模具的分類和占有量 塑料模具按照塑料制品成型方法分類 1 注射模具 2 壓塑模具 3 吹塑模具 4 塑料吸塑模具 5 擠出模具 塑料模具按模具在壓機上的固定方式可分為 1 移動式模具 2 固定式模具 塑料模具按加料室的形式分類 1 敞開式模具 2 半封閉式模 3 封閉式模具 按模具的分型面分類 1 垂直分型面模具 模具的分型面平行于壓機的工作壓力方向 2 水平分型面模具 模具的分型面垂直于壓機的工作壓力方向 按模具的分型面數(shù)分類 兩板模具 三板模具 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計 利用模具成形的各種零 部件 在飛機 汽車 電器儀表等領(lǐng)域 占 60 70 家電產(chǎn)品占 80 以上 手表 自行車等輕工產(chǎn)品占 85 以上 3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀 進入 2000 年以來 我國模具銷售額以年平均 20 左右的速度增長 2006 年模具銷售 額達到 720 億元人民幣 居日本 美國之后第三位 模具出口突破了 10 億美元 我國模 具生產(chǎn)廠家達到了約 3 萬家 從業(yè)人員近 100 萬人 這些都說明我國模具工業(yè)有了相當 的規(guī)模 近些年來 中國模具的設(shè)計和制造水平有了很大提高 CAD CAE CAM 等計算機輔助技 術(shù) 高速加工技術(shù) 熱流道技術(shù) 氣輔技術(shù) 逆向工程等新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用 現(xiàn)在 中國已能生產(chǎn)精度達到 2 微米的多工位級進模 壽命可達 3 億沖次以上 個別企業(yè)生產(chǎn) 的多工位級進模已可在 2000 次 分的高速沖床上使用 精度可達 1 微米 但是 我國現(xiàn)在每年還要從境外進口 20 多億美元的模具 這些大都是國內(nèi)尚不能 生產(chǎn)的高中檔模具 國內(nèi)中高檔模具的自配率只占 50 左右 大型 精密 復(fù)雜 長壽命 等技術(shù)含量較高的模具只占到模具總量的 30 左右 我國模具行業(yè)全員勞動生產(chǎn)率還較低 平均只有 15 萬元 人 年左右 我國模具商品化率還只有 50 多 發(fā)達國家達 70 以上 模具標準件使用覆蓋率也較低 只有 50 左右 模具生產(chǎn)專業(yè)化水平還較低 我國模具的 制造從總體上看 產(chǎn)品還只是以中低檔為主 中高檔模具很多還要依賴進口 企業(yè)雖然 重視推廣應(yīng)用新技術(shù) 但這些新技術(shù)應(yīng)用的水平還不夠高 我國模具產(chǎn)品水平總體上與 發(fā)達國家相差有 10 15 年的差距 這些都說明我國的模具工業(yè)還不夠強大 我國還不是 模具強國 4 我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 20 世紀 80 年代以來 國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求 同 時為模具的發(fā)展提供了巨大的動力 這些年來 中國模具發(fā)展十分迅速 模具工業(yè)一直 以 15 左右的增長速度快速發(fā)展 振興和發(fā)展中國的模具工業(yè) 日益受到人們的重視和 關(guān)注 模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 已經(jīng)取得了共識 目前 中國有 17000 多個 模具生產(chǎn)廠點 從業(yè)人數(shù)約 50 多萬 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 其他各類模具約占 11 近年來 中國模具工業(yè)企業(yè)的 所有制成分也發(fā)生了變化 除了國有專業(yè)廠家外 還有集體企業(yè) 合資企業(yè) 獨資企業(yè) 和 私營企業(yè) 他們都得到了迅速的發(fā)展 此外 許多研究機構(gòu)和大專院校也開展了模具技 術(shù)的研究與開發(fā) 中國塑料模工業(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) 48in 約 122cm 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 經(jīng)過多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技術(shù) 模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù) 快速成型與快速制模技術(shù) 新型模具材料 1 等方面取得了顯著進步 在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方 面作出 了貢獻 進入 21 世紀 在經(jīng)濟全球化的新形勢下 隨著資本 技術(shù)和勞動力市場的重新整合 中國裝備制造業(yè)在加入 WTO 以后 將成為世界裝備制造業(yè)的基地 而在現(xiàn)代制造業(yè)中 無論哪一行業(yè)的工程裝備 都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品 為了適應(yīng)用戶 對模具制造的高精度 短交貨期 低成本的迫切要求 模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進制 造技術(shù) 來加速模具工業(yè)的技術(shù)進步 這是各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求 隨著電子 信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展 模具技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 2 模具制造向精密 高效 復(fù)合和多功能方向發(fā)展 3 快速經(jīng)濟制模技術(shù)得到應(yīng)用 4 特種加工技術(shù)有了進一步的發(fā)展 5 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 6 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速 7 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式逐步得到了認同 總體來說 模具技術(shù)的發(fā)展能提高產(chǎn)品的設(shè)計和制造效率 縮短生產(chǎn)周期 提高產(chǎn) 品合格率 對于增強我國的科技 經(jīng)濟實力都能其到巨大作用 5 國外模具的發(fā)展狀況 據(jù)中國工業(yè)報報道 高新技術(shù)在歐美模具企業(yè)得到廣泛應(yīng)用 歐美許多模具企業(yè)的生 產(chǎn)技術(shù)水平在國際上是一流的 將高新技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計與制造 已成為快速制造 優(yōu)質(zhì)模具的有力保證 1 高新技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計與制造 1 CAD CAE CAM 的廣泛應(yīng)用 顯示了用信息技術(shù)帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性 在歐美 CAD CAE CAM 已成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù) 在 CAD 的應(yīng)用方面 已經(jīng) 超越了甩掉圖板 二維繪圖的初級階段 目前 3D 設(shè)計已達到了 70 89 PRO E UG CIMATRON 等軟件的應(yīng)用很普遍 應(yīng)用這些軟件不僅可完成 2D 設(shè) 計 同時可獲得 3D 模型 為 NC 編程和 CAD CAM 的集成提供了保證 應(yīng)用 3D 設(shè)計 還可 以在設(shè)計時進行裝配干涉的檢查 保證設(shè)計和工藝的合理性 經(jīng)過數(shù)控機床加工的零件 可直接進行裝配 使裝配鉗工的人數(shù)大大減少 CAE 技術(shù)在歐美已經(jīng)逐漸成熟 在注射 模設(shè)計中應(yīng)用 CAE 分析軟件 模擬塑料的沖模過程 分析冷卻過程 預(yù)測成型過程中可 能發(fā)生的缺陷 在沖模設(shè)計中應(yīng)用 CAE 軟件 模擬金屬變形過程 分析應(yīng)力應(yīng)變的分布 預(yù)測破裂 起皺和回彈等缺陷 CAE 技術(shù)在模具設(shè)計中的作用越來越大 意大利 COMAU 公司應(yīng)用 CAE 技術(shù)后 試模時間減少了 50 以上 2 為了縮短制模周期 提高市場競爭力 普遍采用高速切削加工技術(shù) 高速切削是以高切削速度 高進給速度和高加工質(zhì)量為主要特征的加工技術(shù) 其加 工效率比傳統(tǒng)的切削工藝要高幾倍 甚至十幾倍 目前 歐美模具企業(yè)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng) 用數(shù)控高速銑 三軸聯(lián)動的比較多 也有一些是五軸聯(lián)動的 轉(zhuǎn)數(shù)一般在 1 5 萬 3 萬 r min 采用高速銑削技術(shù) 可大大縮短制模時間 經(jīng)高速銑削精加工后的模具型面 僅 需略加拋光便可使用 節(jié)省了大量修磨 拋光的時間 歐美模具企業(yè)十分重視技術(shù)進步 和設(shè)備更新 設(shè)備折舊期限一般為 4 5 年 增加數(shù)控高速銑床 是模具企業(yè)設(shè)備投資的 重點之一 3 快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用 由于市場競爭日益激烈 產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加快 快速成型和快速制模技術(shù)應(yīng)運而生 并迅速獲得普遍應(yīng)用 在歐洲模具展上 快速成型技術(shù)和快速制模技術(shù)占據(jù)了十分突出 的位置 有 SLA SLS FDM 和 LOM 等各種類型的快速成型設(shè)備 也有專門提供原型制造 服務(wù)的機構(gòu)和公司 在所考察的模具企業(yè)中 有不少是將快速成型技術(shù)和快速制模技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用于 模具制造 即利用快速原型技術(shù)制造產(chǎn)品零件的原型 再基于原型快速地制造出模具 許多塑料模廠家利用快速原型澆制硅橡膠模具 用于少量翻制塑料件 非常適合于產(chǎn)品 的試制 2 歐美模具企業(yè)的管理經(jīng)驗值得借鑒 1 人員精簡 瘦 型管理 歐美模具企業(yè)大多數(shù)規(guī)模不大 員工人數(shù)超過百人的較少 所考察的模具企業(yè)人數(shù) 一般都在 20 50 人 企業(yè)各類人員的配置十分精簡 一專多能 一人多職 企業(yè)內(nèi)部看 不到閑人 精益生產(chǎn) 瘦 型管理的思想得到了較好的體現(xiàn) 2 采用專業(yè)化 產(chǎn)品定位準 所考察的模具企業(yè) 大多數(shù)都是圍繞汽車 電子等產(chǎn)業(yè)對各類模具的需求 確定自 己的產(chǎn)品定位和市場定位 為了在市場競爭中求生存 求發(fā)展 每個模具廠家都有自己 的優(yōu)勢技術(shù)和產(chǎn)品 并都采取專業(yè)化的生產(chǎn)方式 歐美大多數(shù)模具企業(yè)既有一批長期合 作的模具用戶 在大型模具公司周圍又有一批模具生產(chǎn)協(xié)作廠家 這種互惠 互利 共 贏 共存的合作伙伴關(guān)系 有的已持續(xù)了 30 40 年 3 采用先進的管理信息系統(tǒng) 實現(xiàn)集成化管理 歐美的模具企業(yè) 特別是規(guī)模較大的模具企業(yè) 基本上實現(xiàn)了計算機管理 從生產(chǎn) 計劃 工藝制定 到質(zhì)檢 庫存 統(tǒng)計等 普遍使用了計算機 公司內(nèi)各部門可通過計 算機網(wǎng)絡(luò)共享信息 4 工藝管理先進 標準化程度高 與國內(nèi)模具廠大多采取以鉗工為主或鉗工包干的生產(chǎn)組織模式不同 歐美的模具生 產(chǎn)廠家是靠先進的工藝設(shè)備和工藝路線確保零件精度和生產(chǎn)進度 每副模具均有詳細的 設(shè)計圖 包括每個零件的詳細設(shè)計 并且都制定了詳細的加工工藝 我國模具要走向世 界 必須深化改革 擴大出口 歐美模具企業(yè)的先進技術(shù)和先進管理 使其生產(chǎn)的大型 精密 復(fù)雜模具 對促進 汽車 電子 通訊 家電等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起了極其重要的作用 也給模具企業(yè)帶來了良好 的經(jīng)濟效益 美國的模具企業(yè) 人均年銷售額在 20 萬美元左右 意大利人均年銷售額也 在 10 萬美元以上 與國內(nèi)的模具企業(yè)相比 即使扣除價格因素的影響 歐美模具企業(yè)的 生產(chǎn)效率也比我們高許多倍 要縮小與先進工業(yè)國家的差距 必須加快技術(shù)進步 提高 CAD CAE CAM 的應(yīng)用程度 增加數(shù)控加工設(shè)備的比重 用信息技術(shù)進一步提高模具的設(shè) 計制造水平 同時 要學習和借鑒國外的先進管理經(jīng)驗 進一步深化企業(yè)改革 目前 國內(nèi)有些模具廠沖模 塑料模都做 大型 中型 小型模具都做 這樣很難干好 必須 走小而專 小而精 小而特的道路 同時要增強參與國際競爭的意識 加強國際經(jīng)濟技 術(shù)合作與交流 在提高模具國產(chǎn)化程度的同時 進一步擴大出口 走向世界 四 模具設(shè)計方案 1 零件三維造型圖 2 模具總體方案設(shè)計及可行性分析 1 設(shè)計方案 定模機構(gòu) 由主流道 定模底板 定模板 凹模組成一體在注射機上固定不動 動模機構(gòu) 動模機構(gòu)是安裝注射機模板上的部分型腔 由型芯 動模板 導(dǎo)柱 動模墊 板組成一體 在注射機鎖模裝置的驅(qū)動下往復(fù)運動 型腔數(shù)量的確定 根據(jù)制品的精度和制品的體積 采用一模兩件 澆注系統(tǒng) 由主流道 分流道 冷料穴 澆口組成 考慮到制品的外觀問題采用多點澆 口 頂出機構(gòu) 采用推塊頂出 因制品為多格 需要在凸模上添加引氣機構(gòu) 冷卻裝置 采用冷卻水道 排氣系統(tǒng) 利用模具分型面處設(shè)排氣槽 通過對塑件材料 形狀及外形尺寸的了解 型腔初步定為 1 腔 模具開模時需要開三次 第一次拉斷點澆口 第二次是流道凝料脫落 第三次是使塑件脫模 能夠使凝料和制件 全自動化脫落 由于塑件為多型腔 因此在凸模上添加進氣口來輔助脫模板進行脫模 流道采用冷流道 澆口使用多點點澆口 在塑件端部呈對角排布 保證進料速度均衡 2 可行性分析 本模具的難點為脫模方式的選擇澆口類型的選擇 該塑件為多格盒而且深度較大 因此不方便脫模 因此需要在凸模上添加進氣口 這樣在脫模時能保證腔內(nèi)腔外大氣壓 強一致 脫模板能方便脫下塑件 也是因為塑件為多格 因此要考慮填充時進料得速度 和是否能均勻填充 同時還要不影響塑件外觀 這樣我們應(yīng)選用多點澆口 通過對塑件 材料 形狀及外形尺寸的觀察分析和設(shè)計方案制定 可知該塑件可以生產(chǎn) 3 材料性能分析 聚丙烯是一種熱塑性聚合物 熱塑性 指一種材料加熱后可以熔化冷卻后有可以硬化 并可以反復(fù)進行 聚合物 指天然或合成化合物 其分子是由一系列簡單的單體小子重 復(fù)連接起來的大分子 PP 有異乎尋常的抗化學溶劑 抗酸抗堿能力 能制造高純度的 P P 用于半導(dǎo)體工業(yè) 它也抗細菌生產(chǎn) 適合作一次性注射器和醫(yī)療設(shè)備 可用于注塑成 型或機加工和焊接 可用于管材 過濾材料 喇叭筒和其它質(zhì)量要求比聚乙烯制品高的 塑料制品 五 進度安排 1 第一階段 開題 10 月 19 日 10 月 30 日 2 周 2 第二階段 設(shè)計階段 實驗工作階段 11 月 2 日 12 月 18 日 7 周 3 第三階段 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文與準備答辯 12 月 21 日 1 月 1 日 2 周 六 參考文獻 1 譚雪松 林曉新 溫麗主編 新編塑料模具設(shè)計手冊 北京 人民郵電出版社 2006 2 自編 塑料成型與模具設(shè)計 講義 哈爾濱 自編 2006 3 黃虹主編 塑料成型加工與模具 北京 化學工業(yè)出版社 2003 4 中國模具設(shè)計大典編委會 中國模具設(shè)計大典第 9 篇 南昌 江西科學技術(shù)出版社 2003 5 靖永慧 現(xiàn)代模具制造行業(yè)發(fā)展 J 模真技術(shù) 2001 6 唐志玉主編 塑料擠塑模與注塑模優(yōu)化設(shè)計 北京 機械工業(yè)出版社 2008 7 馬曉湘 鐘均祥主編 畫法幾何及機械制圖 南昌 華南理工大學出版社 1998 8 許鶴峰 陳言秋主編 注塑模具設(shè)計要點與圖例 蘭州 化學工業(yè)出版社 2002 9 馮炳堯 韓泰榮 蔣文森主編 模具設(shè)計與制造簡明手冊 第二版 上海 上海科學 技術(shù)出版社 2005 10 王都 提高模具工業(yè)設(shè)計制造水平 J 模具工業(yè) 2003 說 明 一 開題報告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容 1 通過學生對文獻論述和方案論證 判斷是否已充分理解畢業(yè)設(shè)計 論文 的內(nèi)容和要 求 2 進度計劃是否切實可行 3 是否具備畢業(yè)設(shè)計所要求的基礎(chǔ)條件 4 預(yù)計研究過程中可能遇到的困難和問題 以及解決的措施 5 主要參考文獻 二 如學生首次開題報告未通過 需在一周內(nèi)再進行一次 三 開題報告由指導(dǎo)教師填寫意見 簽字后 統(tǒng)一交所在系 部 保存 以備檢查 指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師簽字 檢查日期