家用電風扇葉片注塑模具設計【含CAD圖紙、說明書】

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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)基礎工藝裝備的模具，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，模具技術也已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。 在第十一五規(guī)劃中指出，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備，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)發(fā)展與之相適應。 模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應用，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，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機、汽車、摩托車、拖拉機、電機、電器、儀器儀表等機電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機、攝像機、照相機、錄像機、傳真機、電話及手機等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、洗衣機、空調、微波爐、吸塵器、電風扇、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。我國模具工業(yè)在政府十分重視及關懷下，并提出相應的優(yōu)惠政策進行模具技術開發(fā)，在模具工業(yè)中大量采用先進技術和設備，努力提高模具設計和制造水平，取得顯著的經(jīng)濟效益。另外，從資料獲悉，目前，美國、日本、德國等發(fā)達國家的模具總產(chǎn)值都已超過機床總產(chǎn)值。模具技術的進步極大地促進了工業(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)品的價值將超過自身價格的幾十倍乃至百倍及上千倍。據(jù)各國報導，模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱之“點鐵成金”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)，已實現(xiàn)了模具專業(yè)化、標準化和商業(yè)化，因而深受贊譽。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本稱模具工業(yè)為“進入富裕社會的原動力”，在德國，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號，而歐盟一些國家稱“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)”，中國模具權威經(jīng)理稱為“模具是印鈔機”。可見模具工業(yè)在世界各國經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的顯著地位。模具技術已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。1.2我國模具行業(yè)發(fā)展概述近年來，我國模具行業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢頭，這種勢頭是否還會延續(xù)下去，這是業(yè)內人士十分關注的問題。筆者認為，我國模具行業(yè)盡管面臨著在中低端產(chǎn)品領域國內企業(yè)競爭日趨劇烈以及在中高端產(chǎn)品領域國外或外資企業(yè)壓力日益增大的局面，但經(jīng)過近年來的持續(xù)發(fā)展，實力已大大增強，完全有能力變壓力為動力，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。在國家產(chǎn)業(yè)政策和有關配套政策導向之下，近年來已有不少地方相繼出臺了一些支持當?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，都已收到很好的效果。同時，模具工業(yè)的快速發(fā)展也促進了當?shù)亟?jīng)濟的繁榮。隨著各地之間交流活動的日益頻繁，相信對模具工業(yè)發(fā)展有利的政策，及因此而帶來的良好的發(fā)展環(huán)境將有進一步發(fā)展。 模具行業(yè)內部體制改革和機制轉換加速，產(chǎn)業(yè)結構漸趨合理，并且加強了管理，提高了水平。為了適應形勢，我國模具行業(yè)近幾年來加快了體制改革和機制轉換步伐，“三資”和民營企業(yè)已占行業(yè)主導地位，裝備水平和產(chǎn)品水平有了較大的提升，管理有了很大進步。許多企業(yè)已應用了CAD/CAM/CAE一體化技術、三維設計技術、 ERP和IM3等信息管理技術以及高速加工、快速成型、虛擬仿真及網(wǎng)絡技術等許多高新技術，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、市場國際化”等企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。通過各種質量體系認證的企業(yè)一年比一年多。 規(guī)模經(jīng)濟產(chǎn)生效益，模具集群生產(chǎn)發(fā)展迅速。在“小而精?！钡膶I(yè)化不斷發(fā)展的同時，近年來，規(guī)模效應已被愈加重視。除了把企業(yè)做強做大，使規(guī)模經(jīng)濟產(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。目前全國年產(chǎn)1億元以上模具的企業(yè)已有40多個，超過3000萬元以上的企業(yè)已有200多個，具有一定規(guī)模的“模具城”已有近十個，正在建設或正在籌建的還有十多個。這些模具集聚生產(chǎn)基地的建設，對我國模具工業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進作用。 許多企業(yè)開始認識到了“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。長期以來模具一直處于“后方”和“被動”的地位，因此也很少有 “品牌”和“專利”。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，近年來企業(yè)越來越重視“品牌”和“專利”。有些企業(yè)已認識到了創(chuàng)新研發(fā)的重要性，投入力度提高很快。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會了解到的情況，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到5%左右，個別企業(yè)甚至達到8%至10%。 模具技術含量不斷提高，屬于高新技術產(chǎn)品的模具越來越多。據(jù)了解，目前已被國家有關部門列入中國高新技術產(chǎn)品出口目錄的已有四種模具。其實已經(jīng)有不少模具的技術含量超過了這四種模具，例如汽車零部件級進模具、精密多工位級進模具、轎車大型復雜覆蓋件沖壓模具、自動化汽車內飾件澆注模具、高強度板熱壓成型模具等。隨著高新技術的發(fā)展，越來越多的模具生產(chǎn)企業(yè)被各級政府有關部門認定為高新技術企業(yè)。據(jù)中國模協(xié)初步統(tǒng)計，目前模具行業(yè)國家級高新技術企業(yè)有7家，省、市級高新技術企業(yè)已有近百家。 國際模具資本向我國轉移的趨勢十分明顯，模具出口前景很好。由于我國模具特別是中、低檔模具在國際市場上存在著較大的價格優(yōu)勢，有的模具價格甚至只有國際市場的幾分之一，再加上我國有較低廉的優(yōu)質勞動力資源及較好的技術基礎和基礎配套設施，因此近年來外商在我國模具行業(yè)的投資額一年比一年大，到我國采購模具的跨國公司也越來越多。二、不利因素雖然我國模具行業(yè)已經(jīng)駛入發(fā)展快車道，但由于在精度、壽命、制造周期及能力等方面，與國際水平和工業(yè)先進國家相比尚有較大差距，所以還不能滿足我國制造業(yè)發(fā)展的需求。特別是在精密、大型、復雜、長壽命模具方面，仍舊供不應求。因此，每年尚需大量進口。 現(xiàn)階段模具原材料價格和人員工資不斷上漲，但模具價格卻不漲反落，致使模具企業(yè)利潤不斷下降，部分企業(yè)出現(xiàn)虧損，虧損額增大。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會對全國 270個主要模具生產(chǎn)企業(yè)調查，2005年產(chǎn)值利潤率比上年下降了2.1個百分點，銷售收入利潤率比上年下降了3.1個百分點。全國規(guī)模以上企業(yè)全年虧損額2005年達2.6億元，大幅增加【7】。這一趨勢，還在延續(xù)。 對外資的依存逐年增大。我國加入世貿(mào)組織已過6年，外貿(mào)高速發(fā)展，我國經(jīng)濟對外貿(mào)的依存度從30%上升到70%。同時，近年來，正是外資大量進入我國的時期，隨著對外開放政策的不斷擴大和深化，外資在我國模具行業(yè)的投資也越來越多，致使對外資的依存度也逐年增大。例如廣東省是我國模具第一大省，其產(chǎn)能約占全國的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】。對外資和外貿(mào)依存度大，會對行業(yè)安全，乃至整個國家的經(jīng)濟安全產(chǎn)生重大影響。 人才緊缺日益突出。雖然近年來我國模具行業(yè)職工隊伍發(fā)展迅速，估計目前已達近百萬人，但仍然跟不上行業(yè)發(fā)展需求。一是總量不足，二是素質不夠，適應不了行業(yè)發(fā)展的需求。根據(jù)有關資料，全國模具行業(yè)從業(yè)人員約缺口30萬50萬人，其中工程技術人員約占20%。目前尤其緊缺的是高素質和高水平的模具企業(yè)管理人員和中高層技術人員及高級技術工人。 市場競爭加劇。我國模具市場競爭在不斷加劇，其表現(xiàn)是模具產(chǎn)品價格連年走低。中高檔模具市場上主要是我國重點骨干企業(yè)與境外企業(yè)及境內“三資”企業(yè)的競爭，中低檔模具市場上主要是民營企業(yè)之間的競爭。有的已經(jīng)是進入無序狀態(tài)，到了擾亂正常市場秩序的地步。由于過低價格所必然造成的低質量，已嚴重影響一些企業(yè)的生存，迫使某些企業(yè)加速調整其定位，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口增幅，但所增加的絕對量仍是進口大于出口，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：一是國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車企業(yè)的高速發(fā)展帶來了對模具旺盛需求，有些高檔模具國內的確生產(chǎn)不了，只好進口，但也確實有一些國內可以生產(chǎn)的模具也在進口，這與我國現(xiàn)行的關稅政策及項目審批制度有關。二是對模具出口鼓勵不夠。 當前全球制造業(yè)轉移的規(guī)模不斷加大，速度也不斷加快，并正向深度和廣度延伸，而我國的模具制造業(yè)正是承接轉移的較為理想之地。加之“十一五”期間，國家將繼續(xù)大力支持我國模具工業(yè)的發(fā)展，在多重有利條件下，我國內模具行業(yè)的未來將展現(xiàn)出一派美好景色。1.3 21世紀模具發(fā)展趨勢加入WTO后的中國，全球制造業(yè)正以垂直整合的模式向亞太地區(qū)轉移，我國正成為世界制造業(yè)的重要基地，據(jù)權威報告，中國已成為世界第一制造大國。目前，在參與世界產(chǎn)品市場的激烈競爭下，各行業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，換型加快，對產(chǎn)品質量、樣式和外觀也不斷提出新要求，使模具需求量增加，對模具質量要求也越來越高，模具技術直接影響制造業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)品更新?lián)Q代和產(chǎn)品競爭能力。因此，迅速提高模具技術水平已成為當務之急。例如：日本汽車、計算機、電視機、手機等產(chǎn)品的品種，數(shù)量，質量在國際市場占有優(yōu)勢地位，其重要原因之一就是日本模具技術居于世界領先水平。為了解決高精度、長壽命、高效的復雜型腔結構的現(xiàn)代模具，其發(fā)展趨勢主要有如下三方面：1.模具材料及表面處理技術 模具工業(yè)要上水平，材料應用是關鍵。因選材和用材不當，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H13、瑞典QRO 80M、QRO 90 SUPREME等；常用塑料模具鋼有預硬鋼（P20、SM1、B30）、時效硬化型鋼（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合金（YG20、YG25等）及鋼結硬質合金（TLW50、GW50等）。 在模具表面處理方面，其主要趨勢是：滲入單一元素向多元素共滲、復合滲（如TD法）發(fā)展；由一般擴散向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，目前對激光強化、輝光離子氮化技術也日益受到普遍重視【9】。2.模具設計與制造技術 當代模具的設計與制造技術廣泛采用計算機輔助設計與制造（CAD/CAM），設計過程程序化和自動化，使用程序、模擬成形過程、采用交互式設計方法，發(fā)揮人和計算機的各自特長。數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡技術使設計人員擁有大量資料和信息。設計與制造之間的直接傳輸便于設計中的反復修正改變。 先進設計和加工方法的日益普及，為高質量、短周期地開發(fā)模具并且保證模具有足夠長的使用壽命，提供了技術保證，為模具工業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎。模具設計與加工方法的發(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，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcem公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(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（RPM/RMT） 該技術被稱為自數(shù)控技術以來的又一次革命，尤其對模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動作用。它是一項集激光、材料、信息及控制等技術于一體的先進制造技術，其突出特點就是能直接根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)快捷地制造出具有一定結構和功能的原型甚至產(chǎn)品，而不需要任何工裝夾具，面迭加形成三維實體。 RPM技術與RMT技術的結合，將是傳統(tǒng)快速制模具技術進一步深入發(fā)展的方向。RPM技術與陶瓷型精密鑄造相結合，為模具型腔精鑄成型提供了新途徑。應用RPM/RMT技術從模具的概念設計到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的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DTM公司的Rapid Tool專利技術，它能在510天內制造生產(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 高速銑削是目前切削技術中應用最多的一種工藝技術，是一種以高主軸轉速、快速進給 、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)、質量好、效率高（為普遍銑削加工的510倍）及可加工硬質材料（60HRC）等諸多優(yōu)點，因而在模具加工中日益受到重視。高速銑削機床（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0.01mm。國外高速加工機床主軸最高轉速已超過100000R/min，快速進給速度可達120m/min，加速度可達12g，換刀時間可提高到12s【9】。3.專業(yè)化生產(chǎn)及標準化 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，國外工業(yè)先進的國家模具專業(yè)化生產(chǎn)已達75%以上。美、日兩國的模具廠，80%是10人以下的小工廠，90%是20人以下小而專的企業(yè)。一般一個模具專業(yè)廠只生產(chǎn)12種模具。這種專業(yè)化小模具廠易于管理，反應靈活，易于提高產(chǎn)品質量和經(jīng)濟效率，有較強的競爭力。 標準化是實現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，能系統(tǒng)提高整個模具行業(yè)技術水平和經(jīng)濟效益，是機械制造業(yè)的深層次發(fā)展必由之路。國外企業(yè)都極為重視模具的標準化，我國的模具標準化程度不足30%，而且標準品種少、質量低、交貨期長，嚴重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮，需大力制訂標準化規(guī)范。 總之，隨著模具技術的迅速發(fā)展及機械各類產(chǎn)品的多樣化、復雜化，模具應用的廣度和深度將不斷向縱深發(fā)展，模具需求增長速度將繼續(xù)高于國民經(jīng)濟總體發(fā)展的速度，供小于求的被動狀態(tài)將大有改變。因此，在模具設計與制造中，采用新技術、新工藝、新設備可持續(xù)發(fā)展模具工業(yè)，更將成為所有企業(yè)得以占據(jù)市場制高點的必由之路。 2.CAD在注塑模具行業(yè)中的應用2.1 CAD發(fā)展概況CAD即計算機輔助設計的英文簡稱(Computer Aided Design)。計算機的應用，使得設計人員在設計過程中，能充分發(fā)揮計算機的強大算術邏輯運算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計算、分析模擬、優(yōu)化設計和繪圖等項任務；而設計人員集中精力進行有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設計方案的提出、評介、分析模擬與修改到具體設計實現(xiàn)的設計全過程.對于機械行業(yè)來講，通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對機械行業(yè)針對性差，不過幸運的是，AutoCAD是個開放性軟件，可以對它進行二次開發(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上開發(fā)的機械專業(yè)CAD。由于二次開發(fā)的深入，加強了參數(shù)化設計、智能化設計等，這樣充分發(fā)揮了計算機的強大的搜索功能和運算功能。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，實現(xiàn)了對注塑過程的模擬、設計原理的應用和精確計算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設計工程師在產(chǎn)品設計階段可以在計算機上“制造”塑料產(chǎn)品，并能靈活地適應市場需求的變化。應用MOLDFLOW公司的技術已經(jīng)在世界范圍內成功地設計出了上萬副模具。繼MOLDFLOW之后美國康奈爾大學、德國的亞森(Aachen)技術大學、美國的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的應用帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。據(jù)報導，美國Protety pe & Plastic Mold公司采用了Computool公司的CAD/CAM系統(tǒng)后，一年內生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準備時間，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%。 國內部分科研單位、大專院校也在塑料行業(yè)開展了CAD技術的研制和開發(fā)工作。華中理工大學國家重點實驗室葉顯高、李德群、肖景容等研制成功了“實用化注塑模CAD/CAE/CAM微機系統(tǒng)HSC1. 1”；北京化工學院進行了注塑充模過程計算機仿真；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)濟效益【10】?？偟膩碇v我國塑料模具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內容在模具設計中，模架及某些零件，如導柱、導套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標、行標或國標。對于這些標準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，以被設計時調用。對于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結構強度計算等內容，已有一些較成熟的計算方法或經(jīng)驗計算方法，可設置這些計算公式的模塊，以便設計人員進行快速計算。另外對于一些設計中常用的數(shù)據(jù)庫資料也可以設置在CAD系統(tǒng)中以便設計人員快速查詢，根據(jù)各個工廠的不同要求和情況，還可以在系統(tǒng)中設置本單位所特有的內容。這樣建立的CAD系統(tǒng)可大幅度減輕設計人員的工作強度、提高設計速度并可實現(xiàn)模具設計的規(guī)范化及標準化。對于某些在原成型制品的基礎上作局部修改而需重新設計的模具來說，其效果就更加明顯。總體來說，注塑模CAD的內容有以下幾點：1.注塑制品的幾何造型 采用幾何造型系統(tǒng)，如線框造型、面造型和實體造型，在計算機中生成注塑制品的幾何模型，這是注塑模結構的CAD的第一步。由于注塑制品大多數(shù)是薄壁件，且又有復雜的表面，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前的研究課題。3.模具結構方面的設計 采用計算機軟件來輔助計算最佳型腔的數(shù)目，引導模具設計者布置型腔，構思澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機構，為選擇標準模架和設計動模部裝圖和定模部裝圖做準備。4.標準模架選擇 采用計算機軟件來設計模具的前提是盡可能多地實現(xiàn)模具標準化，包括模架標準化、模具零件標準化、結構標準化及工藝參數(shù)標準化等。一般而言，用作標準模架選擇的設計軟件應具用兩個功能，一是能引導模具設計者輸入本企業(yè)的標準模架，以建立專用的標準模架庫；二是能方便地從已建好的專用標準模架庫中，選出本次設計中所需的模架類型及全部模具標準件的圖形和數(shù)據(jù)。5.部裝圖及總裝圖的生成 根據(jù)已選定的標準模架及已完成型腔布置，模具設計軟件以交互方式引導模具設計者生成部裝圖和總裝圖。模具設計者在完成總裝圖時，能利用光標在屏幕上拖動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 模具設計軟件能引導用戶根據(jù)模具部裝圖、總裝圖以及相應圖形庫完成模具零件的設計、繪圖和標注尺寸。7.常規(guī)計算和校核 模具設計軟件可將理論計算和行之有效的設計經(jīng)驗相結合，為模具設計師提供對模具零件全面的計算和校核，以驗證模具結構等有關參數(shù)的正確性。注塑模CAD中的數(shù)據(jù)處理 注塑模結構CAD的重點在于注塑制品的造型、模具設計、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，由于注塑模結構CAD涉及面廣，程序規(guī)模很大，結構相當復雜，一個高效率的注塑模CAD系統(tǒng)不僅涉及到程序的結構和算法，同時也涉及數(shù)據(jù)結構和管理方法。在應用程序的執(zhí)行過程中，經(jīng)常需要利用一些標準數(shù)據(jù)和其他程序的設計及結果，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)的處理在注塑模結構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、模型部分及各級圖形/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，可以對總體、部件、詳細數(shù)據(jù)這三類數(shù)據(jù)分別進行處理。1.總體數(shù)據(jù) 它是一種模型數(shù)據(jù)，可以表達為如下格式：文件名：總裝圖；組成：各部件數(shù)據(jù)名+定位關系數(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)，以標準模架為例說明其表達格式： 文件名：部件名；組成：基準件名+各組成零件名+定位關系+尺寸關系+零件圖形關聯(lián)性； 組織：依次記錄個零件名、定位關系、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)點信息、尺寸標注及文本信息。2.4 CAD技術在模具設計中的應用2.4.1 產(chǎn)品設計產(chǎn)品的結構和材料對注塑過程及模具設計有著直接的影響，因而模具CAD從產(chǎn)品設計的CAD開始著手。通過樣品的計算機輔助測量或產(chǎn)品概念設計，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型。設計人員由實體造型可獲得幾何及色彩上的直觀感受。設計變量為產(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力及變形結果。最后，按照用戶設定指標完成產(chǎn)品性能評估。2.4.2模具設計1.概念設計階段 對產(chǎn)品進行工藝性分析，確定生產(chǎn)批量和生產(chǎn)規(guī)模。設計參數(shù)包括：型腔數(shù)；材料類別及牌號；注塑機型號；工藝參數(shù)(充填時間、保壓時間、冷卻時間、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)設定后，經(jīng)過注塑過程模擬，依分析結果作調整，待完成方案評估后，即可作為優(yōu)化后的模具設計參數(shù)，以文件形式輸出。 2.初步設計階段 最有利于產(chǎn)品性能的澆口位置和流道設計完成后，產(chǎn)品與注塑機噴嘴之間的幾何關系也就確定了。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，調用模架數(shù)據(jù)庫中的模架模型,自動生成一個模架。 根據(jù)輸出的設計參數(shù)，可以調用標準零件數(shù)據(jù)庫中的零件模型，自動生成標準零件。對于非標準零件，可利用商用軟件的參數(shù)設計功能，方便地生成所需的零件。所有零件生成后，即可進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的文本記錄。更進一步，利用系統(tǒng)動態(tài)分析對模具的活動零件(如頂桿)進行真實的動態(tài)模擬，決定這些零件相對其他模具零件所需的活動范圍，檢查機械動作是否滿足要求的運動軌跡，是否與其他零件相干擾。 3.詳細設計階段 模具的裝配模型通過后，即可從中提取信息，詳細設計零件，包括自動尺寸標準和引入材料清單。 由于整個設計流程基于一個完整的數(shù)據(jù)庫，任何一次修改都被記錄，并且在更新原有設計時，圖形及尺寸會自動變更，因此最后的零件數(shù)據(jù)庫模型提供了模具設計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設計流程2.5 應用在本設計中的CAD技術AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是Autodesk（歐特克）公司首次于1982年開發(fā)的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計。現(xiàn)已經(jīng)成為國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行各種操作。它的多文檔設計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計算機和工作站上運行2.6 小結塑料模具CAD技術是一種全新的設計技術，有助于提高產(chǎn)品及模具設計的質量和實現(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果，判讀數(shù)據(jù)并做出合適的變更設計抉擇，熟悉CAD技術并有效地應用于模具設計也有賴于設計人員的素質和經(jīng)驗。塑料模具CAD的難點在于建立豐富的材料性能數(shù)據(jù)庫，以及模具零件的標準化。 3 注塑工藝分析及成型方法簡介3.1 塑件（家用電風扇葉片）分析3.1.1 塑件家用電風扇葉片塑件結構如圖3-1所示。圖3-1 注塑零件3D圖在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。本設計課題-家用電風扇葉片如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，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，綜合市場價格，選擇材料為ABS。3.1.3 生產(chǎn)綱領大批量，自動化生產(chǎn)。3.2 塑件的結構及成型工藝分析1.結構分析該塑件結構中等難度，分別在不同的型腔內成型，故在模具設計和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉動的順暢和零件的使用壽命。該塑件裝配在家用電風扇葉片表面，對表面美觀有一定要求，設計時要注意對外邊面的處理。2.成型工藝分析精度等級：采用一般精度5級。脫模斜度：該注塑零件壁厚約為12mm，其脫模斜度查參考文獻【1】中的表3-4有塑件內表面351，塑件外表面40120。由于該塑件沒有特殊狹窄細小部位，所用塑料為ABS，流動性較好。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.成型前的準備對ABS的色澤、細度和均勻度進行檢驗。由于ABS的吸水率大約為0.2%0.8%，容易吸濕，成型前應進行充分的干燥，干燥至水分含量 H最??； 故滿足要求。3) 開模行程校核此處所選用的注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構的注塑機）。注塑機的開模行程應滿足下式：S機-（H模- H最小） H1H2+（510）mm (4-3)因為S機- (H模- H最小)660-（410-250）=500mmH1H2（510）45+93+10=148mm即 S機-（H模-H最?。?H1H2+（510）mm故滿足要求。式中: H1推出距離，單位mm；H2包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度，單位mm；S機注塑機最大開模行程。4.5澆注系統(tǒng)、關鍵零部件設計4.5.1澆注系統(tǒng)形式和澆口的設計澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量影響很大。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.主流道的設計主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。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=注射機噴嘴直徑+（0.51） (4-4) =2.5+（0.51），取D=3.1主流道球面半徑SR0=注射機噴嘴球頭半徑+（12）(4-5) =10+(12)，取SR0=11球面配合高度h=35mm，取h=3mm主流道長度L=93mm主流道大端直徑D=3.1+2Ltan=3.1+273tan1=5.96，取D=6mm(4-6)澆口套總長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噴嘴反復接觸，屬于易損件，對材料要求較嚴格，因而模具主流道部分設計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行單獨加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC55HRC。由于該模具流道較長，定位圈和襯套設計成分體式較合適。（3）主流道襯套的固定主流道襯套采用2個螺釘均布固定。2.冷料穴的設計（1）主流道冷料穴的設計開模時應將主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直徑應稍大于主流道大端直徑。由于該模具型腔分布對稱，所以冷料穴可設在中心位置。冷料穴直徑=6 mm D(4-8)冷料穴深度=3/4 D=4.5 mm(4-9)（2）分流道冷料穴的設計此模具分流道比較短，所以可以不加冷料穴。3.分流道設計（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，有多種不同的布置形式，應該遵循兩方面原則：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）分流道的長度長度應盡量短，減少彎折。該模具的分流道長度在設計過程中由繪圖的出，L=10 mm。（3）分流道的形狀及尺寸為了便于加工及凝料脫模，分流道設置在分型面上，采用圓形截面，ABS經(jīng)驗值d=（4.89.5）mm，由d（1.11.2）=d上級，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狀態(tài)較理想，因此分流道的內表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.631.6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.澆口的設計澆口是連接流道于型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質量影響很大。澆口截面積通常為分流道的0.070.09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，對外觀要求較高，所以從搭底澆口和牛角式澆口中進行選擇。其中，搭底澆口模具結構簡單，只需兩板模即可，比較有優(yōu)勢。綜合以上，采用搭底澆口最合適，而且相應的模具結構也比較簡單，所以選用搭底澆口。（2）澆口尺寸設計由經(jīng)驗公式，澆口的深度d=0.206=1.207；(4-10)4.5.2分型面設計在UG工作環(huán)境下，可以對簡單零件自動產(chǎn)生分型面。但家用電風扇葉片塑件，形狀不規(guī)則，分型面大部分不是平面，所以需要手動創(chuàng)建曲面之后合并為分型面。4.5.3成型零件設計直接與塑料接觸構成塑件形狀的零件稱為成型零件，其中構成塑件外形的成型零件成為凹模，構成塑件內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，并且脫模時反復與塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度，如果型腔側壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產(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)的設計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行排氣，不需要單獨開設排氣槽。4.5.5溫度調節(jié)系統(tǒng)設計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量和生產(chǎn)率。ABS材料的注塑成型溫度為5080，查參考文獻【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：100C，所以可以不設置加熱裝置。2.冷卻系統(tǒng)一般注射到模具內的塑料溫度為200左右，而塑件固化后從模具性強中取出時其溫度在60以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，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)設計原則：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盡可能相等；澆口處要加強冷卻；冷卻水孔道不應穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水；冷卻水孔應避免設在塑件的熔接