1、 I 本科毕业设计 (论文 ) 题目：电池盒盖塑料模具的数字化设计与制造 院 （系）： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2014 年 6 月 II 电池盒盖塑料模具的数字化设计与制造 摘 要 塑料是一种新型工程 材料，发展速度迅猛，塑料的加工和成型工艺也越来越得到重视，其中注射成型是最常用的塑料零件成型方法。生活用品的塑料模具占了很大比例，并越来越受到大家的重视；电池盒盖注射模具作为电器行业必不可少的模具之一，其设计制造具有较高的实用价值。 本课题电池盒盖外观要求很高，而且塑件体积小、结构复杂，因而对注射成型模具和成型工艺的要求相对较高。其注射模设计
2、制造的最大难点在于浇注系统和脱模机构的设计。课题来源于企业的生产实际，以大量的电池盒盖注射模具设计制造为基础，根据现有模具制造的经验以及实际生产的条件对电池盒盖注射模具 进行整体结构的设计，包括浇注系统中浇道、浇口的形式和位置选择以及排气系统的设计；并对塑件主要部位的脱模推出方式，以及制造方法和工艺要点进行设计，通过利用现代设计方法 CAE 进行填充和冷却分析从而优化设计以及为生产提供指导依据。 关键词 :注射模 ;塑件 ;模具设计制造 ;浇注系统 ;脱模机构 ; III The Digital Design and Manufacture of Battery Case Cover Plas
3、tic Mold Abstract Plastic is one kind of new engineerig material. With its rapid development,plastic processing and molding technology have been getting more and more important, and plastics injection molding is the most commom way for polymer processing. The plastic mold has accounted for the great
4、 proportion in our daily life. and more and more attention by all of us,Battery case cover as one of the electrical appliances industry essential mould,Its design and manufacture has high value in production. The battery case cover in this issue demands high in injection mould and shaping technology
5、 for plastics for its small size and complex structure.Its hardest point lies in the pouring system and demoulding mechanism. The paper is from the practical production and based on large quantity of design and manufacture of injection mould for battery case cover.Accroding to the existing mold manu
6、facturing experience and the actual production condition for the integral structure design of injection mould of battery case cover s,include the pouring channel, the form of gate and the position in pouring system and the design of vent-centralized slag system,as well as the main stripping mode of
7、major part and the manufacturing methods and technology points design,by using modern design method on CAE for filling and cooling analysis to optimize the design and to provide guidance. Key Words: injection mould; plastics piece; mould designing and manufacturing; pouring system; demoulding mechan
8、ism;目 录 中文摘要 . 英文摘要 . 1 绪论 . 1 1.1 塑料注射模具的发展 . 1 1.1.1 现代模具制造技术的发展趋势 . 1 1.2 我国塑料模具的发展状况 . 2 1.3 主要差距 . 3 1.4 本课题研究的背景和意义 . 4 1.5 本课题的主 要研究内容 . 4 2 塑件的结构和工艺分析 . 5 2.1 塑件的材料分析 . 5 2.2 塑件的结构和工艺性分析 . 5 2.3 塑件的表面质量分析 . 6 2.4 本章小结 . 6 3 注射机的选取和标准模架的确定 . 7 3.1 注射量和锁模力计算 . 7 3.2 注射机选取和相关参数的校核 . 7 3.2.1 选取注
9、射机 . 7 3.2.2 型腔数量及注射机有关参数的校核 . 7 3.3 标准模架的选取 . 9 3.4 本章小结 . 9 4 注射模具总体结构的设计 . 10 4.1 成型零件的结构设计 . 10 4.2 浇注系统和分型面的设计 . 10 4.2.1 浇注系统的设计原则 . 10 4.2.2 型腔数量和位置的确定 . 11 4.2.3 分型面的选择 . 11 4.2.4 浇道的设计 . 11 4.2.5 浇口的设计 . 12 4.3 脱模机构的设计 . 13 4.4 合模导向机构的设计 . 14 4.5 冷却系统的设计 . 15 4.6 排气系统的设计 . 15 4.7 本章小结 . 16
10、5 成型零件工作尺寸的计算 . 18 5.1 凹模尺寸的计算 . 18 5.2 型芯尺寸计算 . 18 5.3 成型孔间距的计算 . 19 5.4 本章小结 . 19 6 基于 Moldflow 的充填和冷却分析 . 20 6.1 充填分析 . 20 6.2 冷却分析 . 23 6.3 本章小结 . 24 7 成型零件的数控加工编程和仿真 . 25 7.1 成型零件制造工艺过程 . 25 7.2 成型零件的数控加工仿真 . 26 7.3 成型零件的数控加工编程 . 27 7.4 本章小结 . 27 8 结论 . 28 致 谢 . 29 参考文献 . 30 毕业设计（论文）知识产权声明 . 31
11、 毕业设计（论文）独创性声明 . 32 附录 . 33 1 绪论 1 1 绪论 1.1 塑料注射模具的发展 塑料工业是新兴的工业，塑料作为一种新的工程材料，发展势头极其迅猛，跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大材料之列，已经广泛用于工业和日常生 活。因此，塑料的加工和成型工艺越来越得到重视，新技术、新工艺不断涌现。目前，塑料成型种类包括注射成型、压铸成型、吸塑成型、吹塑成型、发泡成型、挤压成型等，其中注射成型是最常用的方法，几乎所有的塑料都可以注射成型 1，按重量比计算，实际生产有 32%的塑料是靠注射成型的 2。塑料工业的发展，推动了中国塑料模具产业的发展步伐，近年来塑料模具市场发展相当快， 2
12、002 年已猛增到 140 亿元左右 3,2004 年塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到 30%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展。 当前国内塑料模具市 场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。随着中国汽车、家电、电子通讯以及各种建材的迅速发展，预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台，彩电的年产量已超过 3000 万台，家电行业所需模具量年增长率约为 10%。汽车工业近年来增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。每种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，汽车的各种功能性零部
13、件都要靠模具成型，制造一款普通轿车约需 200 多件内饰件模具，还有制造保险杠、仪表盘、油 箱、方向盘等所需大量的塑料模具。在建筑领域，塑料建材大量替代传统材料是大势所趋，国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材。塑料建材不仅能大量代钢、代木、替代传统建材，而且具有节能、节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑自重、施工便捷等优点，将在今后得到越来越多的应用。 2005 年建筑用塑料制品约 400 万吨，占总产量 16%，预计 2010 年全国新建住宅室内排水管 80%及城市供水 50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，根据建设部等五个部门的要求， 2000 年
14、塑料门窗的普及率达到 15%，塑料排水管的市场占有率超过 30%，预计到 2010 年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%,塑料排水管的市场占有率将超过 50%。因此，塑料模具的增长速度加快，应用潜力是不可低估的。 1.1.1 现代模具制造技术的发展趋势 1.模具的标准化 加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模具的制造质量、缩短模具的制造周期。 2.新材料、新技术、新工艺的研究和应用 研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能， 是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。 模具 CAD/CAE/CAM 技
15、术是模具设计、制造技术的又一次革命，其优势越来越明显。普西安工业大学毕业设计 (论文 ) 2 及和提高 CAD/CAE/CAM 技术的应用，是模具设计制造走向现代化的必由之路。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。成型面的加工向精密、自动化方向发展，光整加工技术向自动化方向发展。以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术，是模具制造技术的重大发展，尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造，对缩短制造周期有着非常重要的作用 。节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向 4。 3.现代生产制造方式 在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商
16、品化的基础上，利用现代 IT技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码直接输入数控机床或 CNC 加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从而缩短模具生产周期， 提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。 4.塑料制件的精密化、微型化、超大型化 为了满足各种产品越来越高的使用要求，塑料模具和塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化方向发展 5。 1.2 我国塑料模具的发展状况 自二十世纪以来，我国模具工
17、业已经走过了半个多世纪。改革开放后，我国模具工业发展迅猛，截至 2006 年底已拥有 3 万家模具生产企业。“十五”期间，我国模具工业以年均 20%的速度持续快速增长。 2001 年全国模具工业总产值达 300 亿元人民币，我国模具年产值位居世界第四。至 2005 年，我国模具销售额达 610 亿元，同比增长 25%，已跃居世界第三，仅次于日本和美国。 2006 年，我国模具销售额 720 亿元，直接带动实现工业产值 2.4 万亿元。当前，中国模具市场容量已达 800 亿元人民币左右，“十一五”期间中国模具业市场份额将达 1200 亿元。 在区域分布上，广东、重庆、浙江形成了国内模具行业的“三
18、足鼎立”，广东是当前我国最主要的模具市场，中国最大的模具出口与进口省。目前，深圳周边及珠江三角洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。与全国塑料加工业区域分布相类似，珠三角、长三 角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到 70%。 要想成为世界制造业大国，没有先进的模具工业是不行的。我国的加工成本相对较低，模具加工行业日趋成熟，技术水平不断提高，人员素质大幅提高，国内投资环境越来越好，各种有利因素使越来越多的国外企业选择我国作为模具加工基地。近年来，外资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化，国际模
19、具制造巨头在中国投资设厂的新一轮扩张，这代表着我国模具行业迎来新一轮的发展机遇，也代表着面临国外先进技 术和高品质制品的挑战，模具行业在“十一五”期间将面临再次腾飞的契机。当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。德国海拉吉林落户 ;日本丰田模具天津设厂 :芬兰贝尔罗斯公司投西安工业大学毕业设计 (论文 ) 3 资兴建深圳模具制造厂，专为电信、保健、电子、汽车等行业提供高档模具产品。目前，我国模具业规模仅次于日本和美国，但大多集中在中低档领域，总体技术水平和附加值偏低。我国制造业急需的精密、复杂冲压模具和塑料模具，轿车覆盖件模具、电子接插件等电
20、子产品模具等，还大量依靠进口，模具产品仍然存在进出口逆差 6。 1.3 主要差距 由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比仍存在不小的差距，我国现在的模具开发制造水平比国际先进水平至少落后 10 年，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。我国的塑料模具中，汽车和家电的大型注塑模具，集成电路的精密塑料模具，电子信息产业和机械及包装的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，新型建材及节水农业的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距。 1.行业创新能力薄弱整 体效率低 我国模具行业产需矛盾突出
21、，无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达到 70%左右。模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，能掌握和运用新技术的人刁异常短缺 。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低。由于不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而模具工业发达国家大多是 15-20万美元，有的甚至达到 25-30 万美元。我国模具企业经济效益差，大都微利，国有企业总体亏损，缺乏后劲。高级模具钳工及企业管理人刁非常紧 缺，高素质的模具技术人刁缺乏，产品的综合开发能力还急需加强。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而模具
22、行业在科研开发和技术攻关方面投入太少。 中国塑料模具企业不仅要加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设、产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。 2.企业组织结构、产品结构、技术结构不合理 我国模具生产许多是在各主机厂的模具分厂或车间内，其中一半以上是自 产自用，模具的商品化程度低，而国外 70%以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路。国内模具总量中，属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有 30%左右，国外在 50%以上。 欧、美等国家的模具企业，大部分也是 30-50 人的小企
23、业，但 CAD / CAE/CAM 的应用水平高，数控加工设备多，模具零部件的精度靠先进的加工设备保证，工人严格按工艺操作，每个模具零件的加工都很到位，最后钳工的装修工作量很小，一个 50人左右的模具厂，装配钳工一般只有 2-3 人。 3.产品水平和生产工艺水平低 产 品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低，而模具生产周期却要比国际先进水平长。产品水平低主要表现在尺寸精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上，这几项指标与国外先进水平相比差距十分明显。工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面，模具工业的整体装备水平相对落后、利用率低。 西安工业大学毕业设计 (论文 ) 4 虽然国内
24、许多企业采用了先进的加工设备，但总的装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和 CAD/CAA 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等方面原因，引进设备不配套，设备与附、配件不配套现象十分普遍，设备利 用率低的问题长期得不到较好的解决。装备水平低，带来我国模具企业钳工比例过高等问题。 模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。国内模具标准件使用覆盖率只有 35%左右，而国外先进国家模具标准化程度为 70%-80%7。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期25%-40%，并可大大减少由于自制模具零件而造成的工时
25、浪费。 4.模具材料技术落后 模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国 外进口钢相比还有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高 8。 1.4 本课题研究的背景和意义 数字化设计制造是当今世界制造业发展的大趋势，是中国制造业实现跨越式发展的重要机遇。数字化设计及制造技术是指利用计算机软硬件及网络环境；实现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模拟，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。本课程通过对典型塑料产品进行数字化设计制造的过程，使学生能够基本了解产品数字化开发、设计、制造的全貌，进而掌握数字化设计与制造的核心技术，为毕业后 从事制造业专业技术工作奠定良好基础。 1.5 本课题的主要研究内容 本课题塑件为电气产品壳体类零件，生产数量： 50 万件；材料： PC；生产方式：注射成型。外侧表面光洁，不能有杂点，缩水痕等。研究的主要内容有： （ 1）应用 Pro/E 对产品进行结构分析，确定其模具形式和总体结构； （ 2）应用 Modelflow 软件进行模流分析，确定其最佳浇口位置，并设计浇注系统和相关模具零件、以及冷却系统等； （ 3）选取标准模架进行模具装配； （ 4）模具总体装配的建立和相应参数的校核计算； （ 5）利用 CAXA 软件对模具成形零件进行数控加工编程和加工仿真。
