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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))
論文題目 家用電家用電風(fēng)扇葉片注塑模具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)老師
學(xué) 院
專業(yè)班級(jí)
完成時(shí)間
目錄
摘要及關(guān)鍵詞 1
Abstract 2
1.緒 論 3
1.1前 言 3
1.2我國(guó)模具行業(yè)發(fā)展概述 4
1.3 21世紀(jì)模具發(fā)展趨勢(shì) 8
2.CAD在注塑模具行業(yè)中的應(yīng)用 12
2.1 CAD發(fā)展概況 12
2.2 注塑模CAD內(nèi)容 13
2.3 CAD數(shù)據(jù)組成 15
2.4 CAD技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 16
2.4.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 16
2.4.2模具設(shè)計(jì) 17
2.5 應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù) 18
2.6 小結(jié) 18
3 注塑工藝分析及成型方法簡(jiǎn)介 20
3.1 塑件（家用電風(fēng)扇葉片）分析 20
3.1.1 塑件 20
3.1.2 塑料名稱 21
3.1.3 生產(chǎn)綱領(lǐng) 21
3.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析 21
3.2材料ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 21
3.3.1注射成型過程 21
3.3.2材料ABS的注塑成型參數(shù) 22
3.3.3材料ABS性能 23
4 模具設(shè)計(jì) 25
4.1擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.1.1分型面位置的確定 25
4.2確定型腔數(shù)量及排列方式 26
4.3模具結(jié)構(gòu)形式的確定 26
4.4注射機(jī)型號(hào)的確定 27
4.5澆注系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 32
4.5.1澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計(jì) 32
4.5.2分型面設(shè)計(jì) 36
4.5.3成型零件設(shè)計(jì) 36
4.5.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 38
4.5.5溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38
4.5.6脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 42
4.6模架的確定 44
5 總結(jié) 47
5.1模具設(shè)計(jì)過程體會(huì) 47
5.2設(shè)計(jì)存在問題及解決設(shè)想 47
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家用電風(fēng)扇葉片注塑模具設(shè)計(jì)
摘要及關(guān)鍵詞
【摘要】根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模一腔，直澆口進(jìn)料，注射機(jī)采用海天HTF360XB型號(hào)，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運(yùn)用簡(jiǎn)要的文字，簡(jiǎn)明的示意圖和和計(jì)算等分析塑件，從而作出合理的模具設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵字】機(jī)械設(shè)計(jì)；模具設(shè)計(jì)；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖
DESIGN OF THE INJECTION MOLD OF THE PLASTIC GEAR BELT
Abstract
To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a four submarine gates feed injection machine adopts HAITIAN the HTF360XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.
Keywords: mechanical design mold design CAD drawing two-dimensional map UG draw 3D maps injection machine selection
1.緒 論
1.1前 言
作為工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)工藝裝備的模具，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，模具技術(shù)也已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。
在第十一五規(guī)劃中指出，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑都要求模具工業(yè)發(fā)展與之相適應(yīng)。 模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用，與其他加工制造業(yè)所無法比擬的。從工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)看，模具是現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、醫(yī)療器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機(jī)、汽車、摩托車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、錄像機(jī)、傳真機(jī)、電話及手機(jī)等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上；在了彈、槍支等兵器產(chǎn)品中占95%以上。
我國(guó)模具工業(yè)在政府十分重視及關(guān)懷下，并提出相應(yīng)的優(yōu)惠政策進(jìn)行模具技術(shù)開發(fā)，在模具工業(yè)中大量采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，努力提高模具設(shè)計(jì)和制造水平，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。另外，從資料獲悉，目前，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的模具總產(chǎn)值都已超過機(jī)床總產(chǎn)值。模具技術(shù)的進(jìn)步極大地促進(jìn)了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)發(fā)展，模具是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)最終產(chǎn)品的價(jià)值將超過自身價(jià)格的幾十倍乃至百倍及上千倍。
據(jù)各國(guó)報(bào)導(dǎo)，模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被稱之“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)”，
如今世界模具工業(yè)的發(fā)展速度超過了新興的電子工業(yè)，已實(shí)現(xiàn)了模具專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化，因而深受贊譽(yù)。美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”，日本稱模具工業(yè)為“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”，在德國(guó)，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號(hào)，而歐盟一些國(guó)家稱“模具就是黃金”，新加坡政府則把模具工業(yè)作為“磁力工業(yè)”，中國(guó)模具權(quán)威經(jīng)理稱為“模具是印鈔機(jī)”?？梢娔＞吖I(yè)在世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的顯著地位。模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。
1.2我國(guó)模具行業(yè)發(fā)展概述
近年來，我國(guó)模具行業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭，這種勢(shì)頭是否還會(huì)延續(xù)下去，這是業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的問題。筆者認(rèn)為，我國(guó)模具行業(yè)盡管面臨著在中低端產(chǎn)品領(lǐng)域國(guó)內(nèi)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨劇烈以及在中高端產(chǎn)品領(lǐng)域國(guó)外或外資企業(yè)壓力日益增大的局面，但經(jīng)過近年來的持續(xù)發(fā)展，實(shí)力已大大增強(qiáng)，完全有能力變壓力為動(dòng)力，繼續(xù)保持平穩(wěn)發(fā)展。
一、有利因素
優(yōu)惠政策為模具行業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境。在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和有關(guān)配套政策導(dǎo)向之下，近年來已有不少地方相繼出臺(tái)了一些支持當(dāng)?shù)啬＞吖I(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，有的見諸于文件，有的見諸于行動(dòng)，都已收到很好的效果。同時(shí)，模具工業(yè)的快速發(fā)展也促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的繁榮。隨著各地之間交流活動(dòng)的日益頻繁，相信對(duì)模具工業(yè)發(fā)展有利的政策，及因此而帶來的良好的發(fā)展環(huán)境將有進(jìn)一步發(fā)展。
模具行業(yè)內(nèi)部體制改革和機(jī)制轉(zhuǎn)換加速，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)漸趨合理，并且加強(qiáng)了管理，提高了水平。為了適應(yīng)形勢(shì)，我國(guó)模具行業(yè)近幾年來加快了體制改革和機(jī)制轉(zhuǎn)換步伐，“三資”和民營(yíng)企業(yè)已占行業(yè)主導(dǎo)地位，裝備水平和產(chǎn)品水平有了較大的提升，管理有了很大進(jìn)步。許多企業(yè)已應(yīng)用了CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)、三維設(shè)計(jì)技術(shù)、 ERP和IM3等信息管理技術(shù)以及高速加工、快速成型、虛擬仿真及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等許多高新技術(shù)，不少企業(yè)已提出了“生產(chǎn)專業(yè)化、產(chǎn)品品牌化、企業(yè)現(xiàn)代化、市場(chǎng)國(guó)際化”等企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。通過各種質(zhì)量體系認(rèn)證的企業(yè)一年比一年多。
規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生效益，模具集群生產(chǎn)發(fā)展迅速。在“小而精專”的專業(yè)化不斷發(fā)展的同時(shí)，近年來，規(guī)模效應(yīng)已被愈加重視。除了把企業(yè)做強(qiáng)做大，使規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生效益之外，模具集群生產(chǎn)也不斷顯示其優(yōu)越性，因而“模具城”、“模具園區(qū)”、“模具生產(chǎn)基地”等各種集群生產(chǎn)形式在全國(guó)迅速發(fā)展。據(jù)不少企業(yè)反映，集群生產(chǎn)與分散生產(chǎn)相比，至少有下列好處：市場(chǎng)更廣闊了，協(xié)作更方便了，生產(chǎn)成本降低了，相互交流多了，優(yōu)惠政策享受到了。目前全國(guó)年產(chǎn)1億元以上模具的企業(yè)已有40多個(gè)，超過3000萬元以上的企業(yè)已有200多個(gè)，具有一定規(guī)模的“模具城”已有近十個(gè)，正在建設(shè)或正在籌建的還有十多個(gè)。這些模具集聚生產(chǎn)基地的建設(shè)，對(duì)我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。
許多企業(yè)開始認(rèn)識(shí)到了“品牌”和“專利”的重要性，自主創(chuàng)新的資金投入力度和能力不斷提高。長(zhǎng)期以來模具一直處于“后方”和“被動(dòng)”的地位，因此也很少有 “品牌”和“專利”。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來企業(yè)越來越重視“品牌”和“專利”。有些企業(yè)已認(rèn)識(shí)到了創(chuàng)新研發(fā)的重要性，投入力度提高很快。據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)了解到的情況，近年不少企業(yè)在創(chuàng)新研發(fā)方面的投入與銷售收入的比例達(dá)到5%左右，個(gè)別企業(yè)甚至達(dá)到8%至10%。
模具技術(shù)含量不斷提高，屬于高新技術(shù)產(chǎn)品的模具越來越多。據(jù)了解，目前已被國(guó)家有關(guān)部門列入《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品出口目錄》的已有四種模具。其實(shí)已經(jīng)有不少模具的技術(shù)含量超過了這四種模具，例如汽車零部件級(jí)進(jìn)模具、精密多工位級(jí)進(jìn)模具、轎車大型復(fù)雜覆蓋件沖壓模具、自動(dòng)化汽車內(nèi)飾件澆注模具、高強(qiáng)度板熱壓成型模具等。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，越來越多的模具生產(chǎn)企業(yè)被各級(jí)政府有關(guān)部門認(rèn)定為高新技術(shù)企業(yè)。據(jù)中國(guó)模協(xié)初步統(tǒng)計(jì)，目前模具行業(yè)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)有7家，省、市級(jí)高新技術(shù)企業(yè)已有近百家。
國(guó)際模具資本向我國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)十分明顯，模具出口前景很好。由于我國(guó)模具特別是中、低檔模具在國(guó)際市場(chǎng)上存在著較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，有的模具價(jià)格甚至只有國(guó)際市場(chǎng)的幾分之一，再加上我國(guó)有較低廉的優(yōu)質(zhì)勞動(dòng)力資源及較好的技術(shù)基礎(chǔ)和基礎(chǔ)配套設(shè)施，因此近年來外商在我國(guó)模具行業(yè)的投資額一年比一年大，到我國(guó)采購(gòu)模具的跨國(guó)公司也越來越多。
二、不利因素
雖然我國(guó)模具行業(yè)已經(jīng)駛?cè)氚l(fā)展快車道，但由于在精度、壽命、制造周期及能力等方面，與國(guó)際水平和工業(yè)先進(jìn)國(guó)家相比尚有較大差距，所以還不能滿足我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的需求。特別是在精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具方面，仍舊供不應(yīng)求。因此，每年尚需大量進(jìn)口。
現(xiàn)階段模具原材料價(jià)格和人員工資不斷上漲，但模具價(jià)格卻不漲反落，致使模具企業(yè)利潤(rùn)不斷下降，部分企業(yè)出現(xiàn)虧損，虧損額增大。據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)全國(guó) 270個(gè)主要模具生產(chǎn)企業(yè)調(diào)查，2005年產(chǎn)值利潤(rùn)率比上年下降了2.1個(gè)百分點(diǎn)，銷售收入利潤(rùn)率比上年下降了3.1個(gè)百分點(diǎn)。全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)全年虧損額2005年達(dá)2.6億元，大幅增加【7】。這一趨勢(shì)，還在延續(xù)。
對(duì)外資的依存逐年增大。我國(guó)加入世貿(mào)組織已過6年，外貿(mào)高速發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)對(duì)外貿(mào)的依存度從30%上升到70%。同時(shí)，近年來，正是外資大量進(jìn)入我國(guó)的時(shí)期，隨著對(duì)外開放政策的不斷擴(kuò)大和深化，外資在我國(guó)模具行業(yè)的投資也越來越多，致使對(duì)外資的依存度也逐年增大。例如廣東省是我國(guó)模具第一大省，其產(chǎn)能約占全國(guó)的40%左右。該省的模具產(chǎn)能中，外資企業(yè)已占60%左右，合資企業(yè)約占10%左右。該省模具出口約占全國(guó)的50%左右，其中由外資、合資企業(yè)出口的也占其出口量的多數(shù)【7】。對(duì)外資和外貿(mào)依存度大，會(huì)對(duì)行業(yè)安全，乃至整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)安全產(chǎn)生重大影響。
人才緊缺日益突出。雖然近年來我國(guó)模具行業(yè)職工隊(duì)伍發(fā)展迅速，估計(jì)目前已達(dá)近百萬人，但仍然跟不上行業(yè)發(fā)展需求。一是總量不足，二是素質(zhì)不夠，適應(yīng)不了行業(yè)發(fā)展的需求。根據(jù)有關(guān)資料，全國(guó)模具行業(yè)從業(yè)人員約缺口30萬～50萬人，其中工程技術(shù)人員約占20%。目前尤其緊缺的是高素質(zhì)和高水平的模具企業(yè)管理人員和中高層技術(shù)人員及高級(jí)技術(shù)工人。
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇。我國(guó)模具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在不斷加劇，其表現(xiàn)是模具產(chǎn)品價(jià)格連年走低。中高檔模具市場(chǎng)上主要是我國(guó)重點(diǎn)骨干企業(yè)與境外企業(yè)及境內(nèi)“三資”企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，中低檔模具市場(chǎng)上主要是民營(yíng)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)。有的已經(jīng)是進(jìn)入無序狀態(tài)，到了擾亂正常市場(chǎng)秩序的地步。由于過低價(jià)格所必然造成的低質(zhì)量，已嚴(yán)重影響一些企業(yè)的生存，迫使某些企業(yè)加速調(diào)整其定位，少數(shù)企業(yè)面臨被淘汰局面也是不足為奇的。
雖然近幾年模具出口增幅每年大于進(jìn)口增幅，但所增加的絕對(duì)量仍是進(jìn)口大于出口，致使模具外貿(mào)逆差一年比一年大。模具外貿(mào)逆差增大主要有兩方面原因：一是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車企業(yè)的高速發(fā)展帶來了對(duì)模具旺盛需求，有些高檔模具國(guó)內(nèi)的確生產(chǎn)不了，只好進(jìn)口，但也確實(shí)有一些國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)的模具也在進(jìn)口，這與我國(guó)現(xiàn)行的關(guān)稅政策及項(xiàng)目審批制度有關(guān)。二是對(duì)模具出口鼓勵(lì)不夠。
當(dāng)前全球制造業(yè)轉(zhuǎn)移的規(guī)模不斷加大，速度也不斷加快，并正向深度和廣度延伸，而我國(guó)的模具制造業(yè)正是承接轉(zhuǎn)移的較為理想之地。加之“十一五”期間，國(guó)家將繼續(xù)大力支持我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，在多重有利條件下，我國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的未來將展現(xiàn)出一派美好景色。
1.3 21世紀(jì)模具發(fā)展趨勢(shì)
加入WTO后的中國(guó)，全球制造業(yè)正以垂直整合的模式向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，我國(guó)正成為世界制造業(yè)的重要基地，據(jù)權(quán)威報(bào)告，中國(guó)已成為世界第一制造大國(guó)。目前，在參與世界產(chǎn)品市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，各行業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，換型加快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、樣式和外觀也不斷提出新要求，使模具需求量增加，對(duì)模具質(zhì)量要求也越來越高，模具技術(shù)直接影響制造業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)品更新?lián)Q代和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，迅速提高模具技術(shù)水平已成為當(dāng)務(wù)之急。例如：日本汽車、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)品的品種，數(shù)量，質(zhì)量在國(guó)際市場(chǎng)占有優(yōu)勢(shì)地位，其重要原因之一就是日本模具技術(shù)居于世界領(lǐng)先水平。
為了解決高精度、長(zhǎng)壽命、高效的復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代模具，其發(fā)展趨勢(shì)主要有如下三方面：
1.模具材料及表面處理技術(shù)
模具工業(yè)要上水平，材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。 在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrwMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5 Cr4V2，新型冷作模具鋼有65N6、012A1、CG-2、LD、GD、GM等；常用新型熱作模具鋼有美國(guó)H13、瑞典QRO 80M、QRO 90 SUPREME等；常用塑料模具鋼有預(yù)硬鋼（P20、SM1、B30）、時(shí)效硬化型鋼（P21、PMS、SM2、日本NAKS5等）、熱處理硬化型鋼（MnCrWV、日本S-STAR、瑞典一勝百S-136等）、粉末模具鋼（日本DEX40等）。多工位精密沖模硬質(zhì)合金（YG20、YG25等）及鋼結(jié)硬質(zhì)合金（TLW50、GW50等）。 在模具表面處理方面，其主要趨勢(shì)是：滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲（如TD法）發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PVCD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：T:C、T:N、T:CN、T:AN、CrN、Cr7C3、W2C等，
同時(shí)熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對(duì)激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)也日益受到普遍重視【9】。
2.模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)
當(dāng)代模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM），設(shè)計(jì)過程程序化和自動(dòng)化，使用程序、模擬成形過程、采用交互式設(shè)計(jì)方法，發(fā)揮人和計(jì)算機(jī)的各自特長(zhǎng)。數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使設(shè)計(jì)人員擁有大量資料和信息。設(shè)計(jì)與制造之間的直接傳輸便于設(shè)計(jì)中的反復(fù)修正改變。 先進(jìn)設(shè)計(jì)和加工方法的日益普及，為高質(zhì)量、短周期地開發(fā)模具并且保證模具有足夠長(zhǎng)的使用壽命，提供了技術(shù)保證，為模具工業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。模具設(shè)計(jì)與加工方法的發(fā)展主要有以下三方面：
（1）模具軟件功能集成化
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國(guó)Delcem公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)等。集成化軟件較高的軟件還包括：UG、CATIA和PRO/E等。
（2）快速原型法和快速制模技術(shù)（RPM/RMT）
該技術(shù)被稱為自數(shù)控技術(shù)以來的又一次革命，尤其對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。它是一項(xiàng)集激光、材料、信息及控制等技術(shù)于一體的先進(jìn)制造技術(shù)，其突出特點(diǎn)就是能直接根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)快捷地制造出具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型甚至產(chǎn)品，而不需要任何工裝夾具，面迭加形成三維實(shí)體。 RPM技術(shù)與RMT技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模具技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。RPM技術(shù)與陶瓷型精密鑄造相結(jié)合，為模具型腔精鑄成型提供了新途徑。應(yīng)用RPM/RMT技術(shù)從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3和成本的1/4左右，因而具有廣闊的發(fā)展前景。如美國(guó)DTM公司的Rapid Tool專利技術(shù)，它能在5～10天內(nèi)制造生產(chǎn)用的注塑模，可注塑零件5萬件以上，屬于直接用于批量生產(chǎn)的模具。
（3）高速銑削技術(shù)
高速銑削是目前切削技術(shù)中應(yīng)用最多的一種工藝技術(shù)，是一種以高主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給 、較小的切削深度和間距為加工特征的高效、高精度數(shù)控加工方式。高速銑削具有工件溫度低、切削力小、加工平穩(wěn)、質(zhì)量好、效率高（為普遍銑削加工的5～10倍）及可加工硬質(zhì)材料（＜60HRC）等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在模具加工中日益受到重視。高速銑削機(jī)床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、變速箱體壓鑄模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。國(guó)外高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速已超過100000R/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)120m/min，加速度可達(dá)1～2g，換刀時(shí)間可提高到1～2s【9】。
3.專業(yè)化生產(chǎn)及標(biāo)準(zhǔn)化
專業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要特征之一，國(guó)外工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家模具專業(yè)化生產(chǎn)已達(dá)75%以上。美、日兩國(guó)的模具廠，80%是10人以下的小工廠，90%是20人以下小而專的企業(yè)。一般一個(gè)模具專業(yè)廠只生產(chǎn)1～2種模具。這種專業(yè)化小模具廠易于管
理，反應(yīng)靈活，易于提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效率，有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，能系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，是機(jī)械制造業(yè)的深層次發(fā)展必由之路。國(guó)外企業(yè)都極為重視模具的標(biāo)準(zhǔn)化，我國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不足30%，而且標(biāo)準(zhǔn)品種少、質(zhì)量低、交貨期長(zhǎng)，嚴(yán)重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮，需大力制訂標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。 總之，隨著模具技術(shù)的迅速發(fā)展及機(jī)械各類產(chǎn)品的多樣化、復(fù)雜化，模具應(yīng)用的廣度和深度將不斷向縱深發(fā)展，模具需求增長(zhǎng)速度將繼續(xù)高于國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展的速度，供小于求的被動(dòng)狀態(tài)將大有改變。因此，在模具設(shè)計(jì)與制造中，采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備可持續(xù)發(fā)展模具工業(yè)，更將成為所有企業(yè)得以占據(jù)市場(chǎng)制高點(diǎn)的必由之路。
2.CAD在注塑模具行業(yè)中的應(yīng)用
2.1 CAD發(fā)展概況
CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的英文簡(jiǎn)稱(Computer Aided Design)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)邏輯運(yùn)算功能、大容量信息存儲(chǔ)與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計(jì)算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖等項(xiàng)任務(wù)；而設(shè)計(jì)人員集中精力進(jìn)行有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設(shè)計(jì)方案的提出、評(píng)介、分析模擬與修改到具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)全過程.對(duì)于機(jī)械行業(yè)來講，通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對(duì)機(jī)械行業(yè)針對(duì)性差，不過幸運(yùn)的是，AutoCAD是個(gè)開放性軟件，可以對(duì)它進(jìn)行二次開發(fā)，如采用Autolisp，ADS，ARX甚至采用VB語言等，現(xiàn)今的高華CAD、天目CAD就是在該軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的機(jī)械專業(yè)CAD。由于二次開發(fā)的深入，加強(qiáng)了參數(shù)化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)等，這樣充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的搜索功能和運(yùn)算功能。
世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出井以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經(jīng)發(fā)展得比較完善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)注塑過程的模擬、設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用和精確計(jì)算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可以在計(jì)算機(jī)上“制造”塑料產(chǎn)品，并能靈活地適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化。應(yīng)用MOLDFLOW公司的技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)成功地設(shè)計(jì)出了上萬副模具。繼MOLDFLOW之后美國(guó)康奈爾大學(xué)、德國(guó)的亞森(Aachen)技術(shù)大學(xué)、美國(guó)的C. V.公司、MCAP公司、日本的CAD-M公司等也相繼開發(fā)了塑料模具CAD/CAM系統(tǒng)。第一套塑料模具CAD/CAM經(jīng)過數(shù)年努力研制而成，于1982年推出，它就是后來稱為GRAFTEK的系統(tǒng)。塑料模具CAD/CAM的應(yīng)用帶來了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國(guó)Protety pe & Plastic Mold公司采用了Computool公司的CAD/CAM系統(tǒng)后，一年內(nèi)生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準(zhǔn)備時(shí)間，制造周期平均縮短了30 %，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%～30%。 國(guó)內(nèi)部分科研單位、大專院校也在塑料行業(yè)開展了CAD技術(shù)的研制和開發(fā)工作。華中理工大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉顯高、李德群、肖景容等研制成功了“實(shí)用化注塑模CAD/CAE/CAM微機(jī)系統(tǒng)HSC1. 1”；北京化工學(xué)院進(jìn)行了注塑充模過程計(jì)算機(jī)仿真；其他部分企業(yè)科研單位也做了一些探討工作，并且收到了一定的經(jīng)濟(jì)效益【10】?？偟膩碇v我國(guó)塑料模具CAD僅僅處于開發(fā)使用初期，很多自己研發(fā)的軟件并不是很成熟。
2.2 注塑模CAD內(nèi)容
在模具設(shè)計(jì)中，模架及某些零件，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標(biāo)、行標(biāo)或國(guó)標(biāo)。對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架、零件庫(kù)，以被設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。對(duì)于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容，已有一些較成熟的計(jì)算方法或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，可設(shè)置這些計(jì)算公式的模塊，以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行快速計(jì)算。另外對(duì)于一些設(shè)計(jì)中常用的數(shù)據(jù)庫(kù)資料也可以設(shè)置在CAD系統(tǒng)中以便設(shè)計(jì)人員快速查詢，根據(jù)各個(gè)工廠的不同要求和情況，還可以在系統(tǒng)中設(shè)置本單位所特有的內(nèi)容。這樣建立的CAD系統(tǒng)可大幅度減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度、提高設(shè)計(jì)速度并可實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于某些在原成型制品的基礎(chǔ)上作局部修改而需重新設(shè)計(jì)的模具來說，其效果就更加明顯?？傮w來說，注塑模CAD的內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：
1.注塑制品的幾何造型
采用幾何造型系統(tǒng)，如線框造型、面造型和實(shí)體造型，在計(jì)算機(jī)中生成注塑制品的幾何模型，這是注塑模結(jié)構(gòu)的CAD的第一步。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復(fù)雜的表面，因此，常用表面造型的方法來產(chǎn)生制品的幾何模型。
2.模腔面形狀的生成
在注塑模具中，行腔用來生成制品的外表面，型芯用來生成制品的內(nèi)表面，由于塑料的成型收縮率，模具磨損及加工精度的影響，制品的內(nèi)外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸，兩者之間需要比較復(fù)雜的換算。目前流行的商品化注塑模CAD軟件并未能很好的解決這種換算，因此，制品的形狀和型腔的形狀要分別輸入，工作量較大且比較繁瑣，如何由制品形狀方便、快捷的生成型腔和型芯表面形狀仍是當(dāng)前的研究課題。
3.模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)
采用計(jì)算機(jī)軟件來輔助計(jì)算最佳型腔的數(shù)目，引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者布置型腔，構(gòu)思澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)，為選擇標(biāo)準(zhǔn)模架和設(shè)計(jì)動(dòng)模部裝圖和定模部裝圖做準(zhǔn)備。
4.標(biāo)準(zhǔn)模架選擇
采用計(jì)算機(jī)軟件來設(shè)計(jì)模具的前提是盡可能多地實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化，包括模架標(biāo)準(zhǔn)化、模具零件標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。一般而言，用作標(biāo)準(zhǔn)模架選擇的設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具用兩個(gè)功能，一是能引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者輸入本企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)模架，以建立專用的標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)；二是能方便地從已建好的專用標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)中，選出本次設(shè)計(jì)中所需的模架類型及全部模具標(biāo)準(zhǔn)件的圖形和數(shù)據(jù)。
5.部裝圖及總裝圖的生成
根據(jù)已選定的標(biāo)準(zhǔn)模架及已完成型腔布置，模具設(shè)計(jì)軟件以交互方式引導(dǎo)模具設(shè)計(jì)者生成部裝圖和總裝圖。模具設(shè)計(jì)者在完成總裝圖時(shí)，能利用光標(biāo)在屏幕上拖動(dòng)模具零件以搭積木的方式裝配模具總圖。
6.模具零件圖的生成
模具設(shè)計(jì)軟件能引導(dǎo)用戶根據(jù)模具部裝圖、總裝圖以及相應(yīng)圖形庫(kù)完成模具零件的設(shè)計(jì)、繪圖和標(biāo)注尺寸。
7.常規(guī)計(jì)算和校核
模具設(shè)計(jì)軟件可將理論計(jì)算和行之有效的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，為模具設(shè)計(jì)師提供對(duì)模具零件全面的計(jì)算和校核，以驗(yàn)證模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)參數(shù)的正確性。注塑模CAD中的數(shù)據(jù)處理 注塑模結(jié)構(gòu)CAD的重點(diǎn)在于注塑制品的造型、模具設(shè)計(jì)、繪圖和數(shù)控加工的模擬，注塑模CAD的過程就是數(shù)據(jù)處理的過程。通常，由于注塑模結(jié)構(gòu)CAD涉及面廣，程序規(guī)模很大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，一個(gè)高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結(jié)構(gòu)和算法，同時(shí)也涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理方法。在應(yīng)用程序的執(zhí)行過程中，經(jīng)常需要利用一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和其他程序的設(shè)計(jì)及結(jié)果，系統(tǒng)各部分是通過交換數(shù)據(jù)相互聯(lián)系的。因此，數(shù)據(jù)的處理在注塑模結(jié)構(gòu)CAD中又十分重要的作用。注塑模CAD系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)類型十分廣泛，除了數(shù)字型、字符型數(shù)據(jù)之外，圖形/模型及其文本數(shù)據(jù)項(xiàng)也是注塑模CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。而圖形/模型數(shù)據(jù)又是由基本圖形元素、圖形符號(hào)、模型部分及各級(jí)圖形/模型數(shù)據(jù)組成。
2.3 CAD數(shù)據(jù)組成
注塑模CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可分為組合數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，可將組合數(shù)據(jù)逐層分解至基本數(shù)據(jù)為止。根據(jù)這種分解模式，可以對(duì)總體、部件、詳細(xì)數(shù)據(jù)這三類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理。
1.總體數(shù)據(jù)
它是一種模型數(shù)據(jù)，可以表達(dá)為如下格式：
文件名：總裝圖；
組成：各部件數(shù)據(jù)名+定位關(guān)系數(shù)據(jù)；
組織：依次記錄各部件名，定位數(shù)據(jù)。
2.部件數(shù)據(jù)
它可定義為一種圖形/模型數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)模架為例說明其表達(dá)格式：
文件名：部件名；
組成：基準(zhǔn)件名+各組成零件名+定位關(guān)系+尺寸關(guān)系+零件圖形關(guān)聯(lián)性；
組織：依次記錄個(gè)零件名、定位關(guān)系、主特征尺寸。
3.零件數(shù)據(jù)
它可定義為一種圖形文本數(shù)據(jù)，為注塑模系統(tǒng)的基本單元數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)類型可表達(dá)為如下格式：
文件名：零件名；
組 成：圖形信息+尺寸信息+文本信息；
組 織：依次按圖形記錄圖形節(jié)點(diǎn)信息、尺寸標(biāo)注及文本信息。
2.4 CAD技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.4.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)
產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料對(duì)注塑過程及模具設(shè)計(jì)有著直接的影響，因而模具CAD從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD開始著手。通過樣品的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量或產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計(jì)人員由實(shí)體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設(shè)計(jì)變量為產(chǎn)品厚度及產(chǎn)品所用材料。輸入產(chǎn)品在使用環(huán)境中的載荷及邊界條件，經(jīng)有限元分析及后置處理可得應(yīng)力及變形結(jié)果。最后，按照用戶設(shè)定指標(biāo)完成產(chǎn)品性能評(píng)估。
2.4.2模具設(shè)計(jì)
1.概念設(shè)計(jì)階段
對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝性分析，確定生產(chǎn)批量和生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計(jì)參數(shù)包括：型腔數(shù)；材料類別及牌號(hào)；注塑機(jī)型號(hào)；工藝參數(shù)(充填時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、注射速率或注射壓力等)；澆口位置、尺寸及數(shù)目；分型面等。上述參數(shù)作為輸入?yún)?shù)設(shè)定后，經(jīng)過注塑過程模擬，依分析結(jié)果作調(diào)整，待完成方案評(píng)估后，即可作為優(yōu)化后的模具設(shè)計(jì)參數(shù)，以文件形式輸出。
2.初步設(shè)計(jì)階段
最有利于產(chǎn)品性能的澆口位置和流道設(shè)計(jì)完成后，產(chǎn)品與注塑機(jī)噴嘴之間的幾何關(guān)系也就確定了。輸入所要求的型腔尺寸和冷卻管道布置等資料，即可選定模架尺寸，調(diào)用模架數(shù)據(jù)庫(kù)中的模架模型,自動(dòng)生成一個(gè)模架。 根據(jù)輸出的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)中的零件模型，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)零件。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)零件，可利用商用軟件的參數(shù)設(shè)計(jì)功能，方便地生成所需的零件。所有零件生成后，即可進(jìn)行模具的裝配模型建立，通常采用自下而上的布局。一般CAD軟件均提供變量約束、尺寸定位及取向定位等功能。全面自動(dòng)的干涉量檢查為用戶提供了檢查間隙和干涉的功能，并給出干涉總量以及間隙估計(jì)的文本記錄。更進(jìn)一步，利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析對(duì)模具的活動(dòng)零件(如頂桿)進(jìn)行真實(shí)的動(dòng)態(tài)模擬，決定這些零件相對(duì)其他模具零件所需的活動(dòng)范圍，檢查機(jī)械動(dòng)作是否滿足要求的運(yùn)動(dòng)軌跡，是否與其他零件相干擾。
3.詳細(xì)設(shè)計(jì)階段 模具的裝配模型通過后，即可從中提取信息，詳細(xì)設(shè)計(jì)零件，包括自動(dòng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)和引入材料清單。 由于整個(gè)設(shè)計(jì)流程基于一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，任何一次修改都被記錄，并且在更新原有設(shè)計(jì)時(shí)，圖形及尺寸會(huì)自動(dòng)變更，因此最后的零件數(shù)據(jù)庫(kù)模型提供了模具設(shè)計(jì)的全部圖形與非圖形信息。剩下的工作就是編制材料清單和作
出加工模具零件所需的NC刀具軌跡。至此，塑料模具的CAD即告完成，流程如圖2-1所示。
圖2-1 CAD設(shè)計(jì)流程
2.5 應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù)
AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是Autodesk（歐特克）公司首次于1982年開發(fā)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用。在不斷實(shí)踐的過程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行
2.6 小結(jié)
塑料模具CAD技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)技術(shù)，有助于提高產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑過程模擬的分析結(jié)果，判讀數(shù)據(jù)并做出合適的變更設(shè)計(jì)抉擇，熟悉CAD技術(shù)并有效地應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)也有賴于設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)。塑料模具CAD的難點(diǎn)在于建立豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，以及模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化。
3 注塑工藝分析及成型方法簡(jiǎn)介
3.1 塑件（家用電風(fēng)扇葉片）分析
3.1.1 塑件
家用電風(fēng)扇葉片塑件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
圖3-1 注塑零件3D圖
在模具設(shè)計(jì)之前需要對(duì)塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級(jí)和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。
本設(shè)計(jì)課題-家用電風(fēng)扇葉片如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
3.1.2 塑料名稱
根據(jù)各材料的注塑性能及加工使用性能，綜合市場(chǎng)價(jià)格，選擇材料為ABS。
3.1.3 生產(chǎn)綱領(lǐng)
大批量，自動(dòng)化生產(chǎn)。
3.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析
1.結(jié)構(gòu)分析
該塑件結(jié)構(gòu)中等難度，分別在不同的型腔內(nèi)成型，故在模具設(shè)計(jì)和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉(zhuǎn)動(dòng)的順暢和零件的使用壽命。
該塑件裝配在家用電風(fēng)扇葉片表面，對(duì)表面美觀有一定要求，設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)外邊面的處理。
2.成型工藝分析
精度等級(jí)：采用一般精度5級(jí)。
脫模斜度：該注塑零件壁厚約為12mm，其脫模斜度查參考文獻(xiàn)【1】中的表3-4有塑件內(nèi)表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。由于該塑件沒有特殊狹窄細(xì)小部位，所用塑料為ABS，流動(dòng)性較好。
3.2材料ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)
3.3.1注射成型過程
1.成型前的準(zhǔn)備
對(duì)ABS的色澤、細(xì)度和均勻度進(jìn)行檢驗(yàn)。由于ABS的吸水率大約為0.2%～0.8%，容易吸濕，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條件：用烘箱以80～85℃烘2～4小時(shí)或用干燥料斗以80℃烘1～2小時(shí)。
2.注射過程
塑料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流、和冷卻4個(gè)階段。
3.塑件的后處理
采用調(diào)濕處理，其熱處理?xiàng)l件查參考文獻(xiàn)【1】中的表4-7由處理溫度為70℃；保濕時(shí)間為2～4小時(shí)。
3.3.2材料ABS的注塑成型參數(shù)
注射機(jī)：螺桿式；
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）：48；
料筒溫度（℃）：前段 200～220；
中段 180～200；
后段 160～180；
噴嘴溫度（℃）：170～180；
模具溫度（℃）：50～80；
注射壓力（MPa）：70～100；
成型時(shí)間（s）：注射20～60，保壓0～3，冷卻20～90，總周期50～160。
3.3.3材料ABS性能
1.物理性能
ABS樹脂是一種共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene(簡(jiǎn)稱ABS)，這三者的比例為20：30：50(熔點(diǎn)為175℃)。只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產(chǎn)出一系列具有不同沖擊強(qiáng)度、流動(dòng)特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強(qiáng)度會(huì)得到提高，但是硬度和流動(dòng)性就會(huì)降低，強(qiáng)度和耐熱性變會(huì)減少。
ABS為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹脂，無毒、無味、吸水率低，具有良好的綜合物理機(jī)械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和表面光澤等，且易于加工成型。缺點(diǎn)是耐候性，耐熱性差，且易燃。
2.成型性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度。
ABS在比較寬廣的溫度范圍內(nèi)具有較高的沖擊強(qiáng)度，熱變形溫度比PA、PVC高，尺寸穩(wěn)定性好，收縮率在0.4%~0.8%范圍內(nèi)，若經(jīng)玻纖增強(qiáng)后可以減少到0.2%～0.4%，而且絕少出現(xiàn)塑后收縮。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。
ABS尚具有良好的配混性，可與多種樹脂配混成合金(共混物)，如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的應(yīng)用領(lǐng)域，ABS若與MMA摻混可制成透明ABS，透光率可達(dá)80%。
ABS是吸水的塑料，于室溫下，24小時(shí)可吸收0.2%~0.35%水分，雖然這種水分不至于對(duì)機(jī)械性能構(gòu)成重大影響，但注塑時(shí)若濕度超過0.2%，塑料表面會(huì)受大的影響，所以對(duì)ABS進(jìn)行成型加工時(shí)，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應(yīng)小于0.2%。
3.ABS的主要性能指標(biāo)
密度ρ=1.05 g/；
收縮率0.4～0.7%，取值0.5%.
4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良；
消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預(yù)干燥。
4 模具設(shè)計(jì)
4.1擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1分型面位置的確定
在塑件設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)考慮成型時(shí)分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設(shè)計(jì)制造都由很大影響。因此，分型面的選擇是注塑模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素。
1.分型面的選擇原則
（1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量；
（2）分型面應(yīng)選擇在塑件的最大截面處；
（3）盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)；
（4）有利于保證塑件的尺寸精度；
（5）盡可能滿足塑件的使用要求；
（6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積；
（7）長(zhǎng)型芯應(yīng)置于開模方向；
（8）有利于排氣；
（9）有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。
該塑件在進(jìn)行塑件設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮了上述原則，同時(shí)從所提供的塑件圖樣可以看出該塑件沒有有空，所以不需要側(cè)向抽芯分型。
2.分型面的選擇
基于以上因素的考慮，分型面選擇如圖4-2所示。
圖4-2分型面
4.2確定型腔數(shù)量及排列方式
當(dāng)分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。
一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，但對(duì)于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡(jiǎn)單，又是大批量生產(chǎn)時(shí)，若采用多型腔模具可提供獨(dú)特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。故由此初步擬定采用一模一腔，如圖4-4所示。
4.3模具結(jié)構(gòu)形式的確定
該模具外觀質(zhì)量要求較高，從該塑件的外部特征可以看出塑件外形是圓弧形狀。初步擬定采用兩腔單分型面的模具結(jié)構(gòu)形式，如圖4-5所示。
圖4-5型腔分布示意圖
4.4注射機(jī)型號(hào)的確定
注射模是安裝在注射機(jī)上使用的工藝裝備，因此設(shè)計(jì)注射模應(yīng)該詳細(xì)了解注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計(jì)出符合要求的模具。
注射機(jī)規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一臺(tái)和模具匹配的注射機(jī)，倘若用戶已經(jīng)提供了注射機(jī)的型號(hào)和規(guī)格，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)其進(jìn)行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或于用戶取得商量調(diào)整。
1.所需注射量的計(jì)算
（1）塑件質(zhì)量、體積計(jì)算:
對(duì)于該設(shè)計(jì)，建立塑件模型,并用UG對(duì)此模型分析得：
塑料制件體積V1＝212.142 ；
塑料制件質(zhì)量M1＝222.7g。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
可使用軟件測(cè)量塑件體積，由于該模具采用一模一腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體積為
V2=12cm3
（3）該模具一次注射所需要的ABS
體積 V0=V1+ V2 = 234.7cm3；
質(zhì)量 M0=ρ·V0=246.4g。
2.注射機(jī)型號(hào)的選定
近年來我國(guó)引進(jìn)的注射機(jī)型號(hào)很多，國(guó)內(nèi)注射機(jī)生產(chǎn)廠的新機(jī)型也日益增多。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準(zhǔn)備。
根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定型號(hào)為HTF360XB，該注塑機(jī)參數(shù)如表4-1所示。
表4-1注塑機(jī)的參數(shù)
型號(hào)
單位
360×2A
360×2B
360×2C
參數(shù)
螺桿直徑
mm
65
70
75
理論注射容量
cm3
1068
1239
1423
注射重量PS
g
972
1127
1295
注射壓力
Mpa
208
180
156
注射行程
mm
322
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~180
料筒加熱功率
KW
19.65
鎖模力
KN
3600
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
760x760
允許最大模具厚度
mm
710
允許最小模具厚度
mm
250
移模行程
mm
660
移模開距(最大)
mm
1370
液壓頂出行程
mm
160
液壓頂出力
KN
110
液壓頂出桿數(shù)量
PC
13
油泵電動(dòng)機(jī)功率
KW
37
油箱容積
l
922
機(jī)器尺寸(長(zhǎng)×寬×高)
m
7.6×2.1×2.5
機(jī)器重量
t
15
最小模具尺寸(長(zhǎng)×寬)
mm
550×550
3.注塑機(jī)的參數(shù)較核
（1）注射容量和質(zhì)量校核
由于以容量計(jì)算時(shí)
V總≤0.8 V注 (4-1)
式中V注—注射機(jī)最大注射容量 cm3；
V總—成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 cm3；
0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。
∴V注≥V總/0.8=246.4/0.8=308 cm3
所以注塑機(jī)符合注射容量和質(zhì)量要求。
（2）合模力及注塑面積和型腔數(shù)的校核
合模力的大小必須滿足下式：
Fs≥Fz=P（nAx +Aj）= PA (4-2)
式中A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和
Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面積
Aj—塑件澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
Fz—脹模力
Fs—合模力
P—模腔壓力 取75MPa
通過使用UG軟件計(jì)算面功能自動(dòng)得出A=85368mm2
由于 Fs=2000KN ≥30×85368x1.1x0.001 =2817KN
所以注塑機(jī)符合合模力及注塑面積和型腔數(shù)的要求。
（3）模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸校核
1）模具閉合高度長(zhǎng)寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和拉桿間距相合適
模具的長(zhǎng)×寬為650×750mm〈注塑機(jī)拉桿的間距760×760mm）
故滿足要求。
2）模具閉合高度校核
模具實(shí)際高度 H模=410mm ；
注塑機(jī)最小閉合厚度 H最小=250mm 即 H模 > H最?。?
故滿足要求。
3) 開模行程校核
此處所選用的注塑機(jī)的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)）。注塑機(jī)的開模行程應(yīng)滿足下式：
S機(jī)-（H模- H最?。? H1＋H2+（5～10）mm (4-3)
因?yàn)镾機(jī)- (H模- H最小)＝660-（410-250）=500mm
H1＋H2＋（5～10）＝45+93+10=148mm
即 S機(jī)-（H模-H最?。? H1＋H2+（5～10）mm
故滿足要求。
式中: H1——推出距離，單位mm；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，單位mm；
S機(jī)——注塑機(jī)最大開模行程。
4.5澆注系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)
4.5.1澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。
該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。
1.主流道的設(shè)計(jì)
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動(dòng)和開模是主流道凝料的順利拔出
（1）主流道尺寸
主流道小端直徑 D=注射機(jī)噴嘴直徑+（0.5～1） (4-4)
=2.5+（0.5～1），取D=3.1
主流道球面半徑SR0=注射機(jī)噴嘴球頭半徑+（1～2） (4-5)
=10+(1～2)，取SR0=11
球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm
主流道長(zhǎng)度L=93mm
主流道大端直徑D′=3.1+2Ltanα=3.1+2×73×tan1°=5.96，取D′=6mm (4-6)
澆口套總長(zhǎng)LO=L+h=66mm (4-7)
（2）主流道襯套的形式
主流道小端入口處于注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬于易損件，對(duì)材料要求較嚴(yán)格，因而模具主流道部分設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用幼稚鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。
由于該模具流道較長(zhǎng)，定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式較合適。
（3）主流道襯套的固定
主流道襯套采用2個(gè)螺釘均布固定。
2.冷料穴的設(shè)計(jì)
（1）主流道冷料穴的設(shè)計(jì)
開模時(shí)應(yīng)將主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直徑應(yīng)稍大于主流道大端直徑。由于該模具型腔分布對(duì)稱，所以冷料穴可設(shè)在中心位置。
冷料穴直徑=6 mm > D′ (4-8)
冷料穴深度=3/4 D′=4.5 mm (4-9)
（2）分流道冷料穴的設(shè)計(jì)
此模具分流道比較短，所以可以不加冷料穴。
3.分流道設(shè)計(jì)
（1）分流到布置形式
分流道在分型面上的布置與型腔排列密切相關(guān)，有多種不同的布置形式，應(yīng)該遵循兩方面原則：一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量段、鎖模力力求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。流道分布如圖4-6所示。
圖4-6流道分布示意圖
（2）分流道的長(zhǎng)度
長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，減少?gòu)澱邸Ｔ撃＞叩姆至鞯篱L(zhǎng)度在設(shè)計(jì)過程中由繪圖的出，L=10 mm。
（3）分流道的形狀及尺寸
為了便于加工及凝料脫模，分流道設(shè)置在分型面上，采用圓形截面，ABS經(jīng)驗(yàn)值d=（4.8～9.5）mm，由d（1.1～1.2）=d上級(jí)，所以得出d=5.8，取為6 mm。
（4）分流道表面粗糙度
由于流道中于模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6微米，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動(dòng)阻力。避免熔流表面滑移，是中心層具有較高的剪切速率，此處Ra=0.8。
4.澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接流道于型腔之間的一段細(xì)短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。
澆口截面積通常為分流道的0.07～0.09倍，澆口截面積取為圓形。
（1）澆口類型及位置的確定
該模具是中小型塑件的多型腔模具，同時(shí)，對(duì)外觀要求較高，所以從搭底澆口和牛角式澆口中進(jìn)行選擇。其中，搭底澆口模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需兩板模即可，比較有優(yōu)勢(shì)。
綜合以上，采用搭底澆口最合適，而且相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，所以選用搭底澆口。
（2）澆口尺寸設(shè)計(jì)
由經(jīng)驗(yàn)公式，澆口的深度d=0.206=1.207； (4-10)
4.5.2分型面設(shè)計(jì)
在UG工作環(huán)境下，可以對(duì)簡(jiǎn)單零件自動(dòng)產(chǎn)生分型面。但家用電風(fēng)扇葉片塑件，形狀不規(guī)則，分型面大部分不是平面，所以需要手動(dòng)創(chuàng)建曲面之后合并為分型面。
4.5.3成型零件設(shè)計(jì)
直接與塑料接觸構(gòu)成塑件形狀的零件稱為成型零件，其中構(gòu)成塑件外形的成型零件成為凹模，構(gòu)成塑件內(nèi)部形狀的成型零件成為凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接與高溫、高壓的塑料接觸，并且脫模時(shí)反復(fù)與塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生翹曲變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響脫模。
分型成功後凹模如圖4-20所示，凸模如圖4-21所示。
圖4-20凹模
圖4-21凸模
4.5.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
該套模具是屬于小型模具，排氣量很小，可利用分型面、滑塊和頂桿等間隙進(jìn)行排氣，不需要單獨(dú)開設(shè)排氣槽。
4.5.5溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.加熱系統(tǒng)
由塑料模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)率。ABS材料的注塑成型溫度為50～80，查參考文獻(xiàn)【1】中表6-10 常用熱塑料的模具溫度表，可以得知所選塑件材料模具溫度為：100°C，所以可以不設(shè)置加熱裝置。
2.冷卻系統(tǒng)
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右，而塑件固化后從模具性強(qiáng)中取出時(shí)其溫度在60℃以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡量快的傳給模具，一是塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。
(1)設(shè)計(jì)原則：
冷卻水孔數(shù)量盡可能的多，孔徑盡可能大；
冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等；
澆口處要加強(qiáng)冷卻；
冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水；
冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接