1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 缝纫机开关前踏板模具设计 一 、 开发的目的与意义 随着人们的生活水平的提高和市场竞争的激烈，在满足产品性能的前提下，人们对产品外观设计要求也越来越高，因此在注塑过程中对制品注塑质量要求高。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，其发展速度将高于其他模具。虽然近几年我国塑料模具在质量、技术和制造能力等方面发展很快，达到或接近国际水平。尤其是随着改革开放政策的不断深入，“三资”企业不断发展，对我国塑料模具设计、制造水平的提高起到了极大的促进作用。但是，由 于长期以来我国模具制造基础薄弱，并且存在明显的地域发展不平衡现象，因此，总体来看，
2、我国塑料模具产品水平与发达国家差距还很大 1。 随着制造业的精密化，对高质量模具需求越来越强，模具设计与制造产业发展潜力巨大，尤其是工业工程塑料的模具，已成为浙江省台州地区塑料模具行业发展的重点。本课题以缝纫机脚踏开关前踏板为例 ，运用 CAD 软件进行注塑模具的设计，通过调整了注塑工艺参数和改善模具结构等方法，简化模具结构，降低制造成本，提高塑件的质量。对比于传统的塑料注塑模具设计方法在一定程度上做了优化。 二 、 模具 所谓的模 具（英文名： mold），就是指 工业生产上用以注塑、吹塑、挤出等 塑料成型 得到所需产品的各种模子和工具 。 即塑料 模具是用来成型 塑料产品 的工具，这种工具
3、有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工 。 塑料模具的结构和质量对于塑料制品的质量和成本有直接的影响。结构的不稳定、质量差，都会导致塑料制品的质量有问题，如制品可能 出现翘曲、气孔、熔接痕等一些缺陷，因此就会有废品的产生，从而增加了制造成本。 三 、 材料 在进行塑料制品设计时，必须要保证制品的使用性能、物理性能和 力学性能等，并且尽量选用价格低廉、成型性能好的塑料。所以此塑件选用 ABS 为主要材料 。 脚踏板需要良好的耐磨性和尺寸稳定性，因此选用 ABS（ 丙烯腈 -苯乙烯 -丁二烯共聚物 ）作为脚踏板的材料。 ABS 是一种热塑
4、性塑料，密度 1.03 1.07g/cm3，抗拉强度为 3050MPa，抗弯强度 4176MPa，拉伸弹性模量 15872277MPa，弯曲弹性模量 13802690MPa，收缩率0.3%0.8%，常取 0.5%。该材料综合性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和1 耐腐蚀性能也较好，常用以成型工程产品。 该材料吸湿性强，塑料在成型前必须充分预热干燥，其含水量应小于 0.3%。对于要求表面光泽的零件，塑料在成型前更应该进行长时间预热干燥。流动性中等，塑料的加热温度对制件的质量影响较大，温度过高易于分解（分解温度为 250）。成型时宜采用较高的加热温度（模温 50 80）和较高的注射压力
5、。 四 、 模具的设计原理 (1)模具结构 模具可分为 公模、母模、滑块、入子、滑块本体、模仁、水路、分型面、封胶面、挡块、顶针、模座、迫紧块、压板、阻挡块、定位块、顶出板、套筒、斜销、来块等。 (2)设计模具方法 本文设计的模具主要有 动模固定板、顶板固定板、顶板、顶杆、型芯板、导柱、拉斜杆、导套、型腔板、型腔固定板、浇口套、定位圈、冷却水道等结构 。 设计步骤 : 结构分析 。 该塑件是最简单的壳类零件，因此对整体模具的整体结构设计采用普通的单分型面结构。 成型材料与方法分析 。此次塑件使用 ABS 为主要材料 ,注塑成型的方法制作产品。 成型设备选择 。根据需要此次选择了 海曙牌 SZ-
6、500/200 的 SZ 系列注塑机 。 确定型腔数目 。 根据塑件的生产批量及尺寸精度要求采用 ” 一模两腔 ” 的型腔结构 。 型腔、型芯工作部位尺寸的确定 。 浇注系统设计 。确定 主流道、分流道和浇口的位置和尺寸。 推出机构的设计 。 此塑件的成品为普通的壳结构，且壳沿较浅，仅为 15mm，因此采用普通的顶杆顶出设计，通过六根整列均布在型芯上的顶杆 。 冷却系统 设计 。 排气系统的设计 。 装配图绘制 。 五 、 国内外研究现状 我国注塑模具工业的发展概况 我国经济的快速发展为注塑模具工业的发展提供了强大的动力，特别是经过“十一五”的发展，我国的模具行业确实已取得了长足的进步。近 1
7、0 年来，中国模具工业一直以每年 15%的增长速度快速发展。但我们也应当看到差距，在与发达国家相比中，我国的模具 工业无论在技术上还是在管理水平上都存在不小的差距，特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上差距尤为明显，主要问2 题有： （ 1）我国每年仍然需要进口大量模具。据统计， 2003 年进口额达 13.7 亿美元。存在这个问题的主要原因主要是我国在模具产品结构上不合理，中低档模具相对过剩，市场竞争加剧使得价格偏低，降低了许多模具企业的效益，而中、高档模具开发能力又较弱，技术人才也严重不足，科研开发和技术攻关投入较少。 （ 2）模具生产的商品化率较低，约占总产值 1/2 以上的模具属企业
8、自产自用，作为商品出售的模具产值不到 1/3。对于这个问题将随着模具企业体制改革的扩大和深入，模具的商品化率将会进一步提高。 （ 3）我国模具行业设计、制造的专业化水平相对较低，特别是中西部地区，地区配套能力较低。 （ 4）模具行业中 CAD/CAE/CAM、高速切削、新材料和热流道等先进模具技术的推广，应用有待进一步加强，模具的标准化程度需要不断提高。 （ 5）模具技术人才，特别是中高级技术人才和经营管理人才缺乏，远不能满足模具工业快速发展的需要。 为了缩小与发达国家的差距，我国未来注塑模具工业应该在以下方面做出努力： （ 1)提高大型、精密、复杂 、长寿命模具的设计水平及比例。 （ 2)在
9、塑料模设计中全面推广应用 CAD 技术。 CAD 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件。基于网络的 CAD 一体化系统结构初见端倪，将解决传统混合型 CAD 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题。 CAD 软件的智能化程度将逐步提高，塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 （ 3）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种 、少批量的生产方式。 （ 4）在模具设计中推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技
10、术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉和高质量的元器件是发展热流道模具的关键。 注塑模具 CAD/CAE的发展概况及趋势 被称为“工业之母”的模具工业是国民经济的基础，模具是一种高附加值和技术密集型产品，其生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。随着工业的发展 ，特别是 CAD/ CAE 技术的飞速发展，极大地推动了模具的发展。目前， CAD/ CAE 技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它囊括了二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（ FEA
11、）及优化设计、数控加工编程、仿真模拟及产品数据管理等内容，其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能3 力、巨大存储能力有机地结合起来， CAD/CAE 技术已经成为设计人员的得力助手。 注塑模具 CAD/CAE 技术在国外的发展 现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块 ,如美国 PTC 公司的 Pro/E、 U GS 公司的 UG-II、 SDRC 公司的 IDEAS 系统。这 3 个 CAD/ CAM 系统目前在塑料模具生产中的应用最为广泛。此外还有美国 CV 公司的 CADDS 系统、法国 MATRA 公司的 EUCL ID 系统、法国 DASSAUL T 公司的
12、 CATIA 系统、英国 DELCAM 公司的 DUCT 系统等都各具特色 ,拥有各自的用户群。 国外注塑模设计软件系统发展情况如上所述，塑料注射模 CAE 技术在最近几年发展十分迅速 ,从 20 世纪 60 年代的一维流动 和冷却分析到 70 年代的二维流动和冷却分析再到 90 年代的准三维流动和冷却分析 ,其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且取得了显著的成效。目前，美国 Moldflow 公司的模拟软件 MF 在塑料注射成形 CAE 商品化软件中应用最广泛，且该软件在世界上拥有较大的用户群。该软件主要包括流动模拟 (MF/ FLOW) 、翘曲分析 (MF/ WARP
13、) 、冷却分析 (MF/COOL)、应力分析 (MF/ STRESS) 和气辅分析 (MF/GAS)等。 1998 年，该公司推出准三维的双面流软件 ( part adviser ) ,2002 年，又推出真三维的实体流软件模块 2。 注塑模具 CAD/CAE 在国内的发展、应用及趋势 20 世纪 60 年代，我国开始了基于线框模型的 CAD 系统的研制，标志着我国的 CAD/CAE 技术的开始。 70 年代，开始以曲面造型为内容的 CAD 系统开发研究 , 而模具 CAD/CAE 的研究发展始于 20 世纪 70 年代末，但发展也相当迅速， 80 年代实体造型技术的成功应用 ,90 年代基于
14、特征的参数化实体 / 曲面造型技术的完善，为 塑料注射模采用 CAD/CAE 技术提供了可靠的保证。近十余年来 ,我国对塑料注射成形 CAE 技术也开展了系统而深入的研究，特别是我国的一些高校相继对此进行了深入的研究如上海交通大学、华中科技大学、南昌大学和郑州大学等都相继取得了不错的研究成果。 CAE 技术得到广泛应用使得越来越多的学者追求更准确的 CAE 模型，期望得到更精准快速的模拟结果。西北工业大学的崔鹍等人将 Level set 算法和同位网格有限体积法相结合，给出三维 Level Set 方程 ,并且通过实例验证了该算法的正确性及在追踪三维运动界面 的有效性。郑州大学橡塑模具研究中心
15、的人用待定系数法导出了流动应力的解析表达式，用分部积分法推导了关于压力场的方程。南昌大学的江顺亮等人阐述了基于 Hele-Shaw 假设四边形单元控制体积法。华中科技大学的崔树标，周华民 6等提出了边界元容错处理算法，所得到的方程组难以收敛甚至无法求解的问题。郑州大学国家橡塑模具工程中心的吴海宏等利用粘弹性力学理论建立了串联力学模型，并推导了其瞬态粘弹性响应的非线性本构方程，提高注塑内应力计算的可靠性。 发展趋势 4 随着现代化技术的迅速发展，注塑模具在国民经济发展过程中将处 于越来越重要的地位。针对模具 CAD/CAE 存在的问题，总结其发展趋势主要有以下几个方面： （ 1） 标准化 将标准
16、化技术应用到不同平台之上，解决 CAD 软件异构跨平台的环境问题。 （ 2） 网络化与协同设计 借助 Internet 技术使不同模具设计公司之间的协助成为可能，通过资源信息共享，使一个项目由不同的公司完成，节省成本。 （ 3） 开放性 通过二次开发环境接口，使得公司自身可开发其内部资源，由用户自己定制应用程序成为可能。 （ 4） 集成化 CAD/CAM 技术、 GT.CE(Concur-rent Engineering)、 CAPP(Computer Aided Process Programming)等技术密切相连，建立了一个统一的全局产品数据模型。它综合了计算机技术，系统集成技术，并行技
17、术和管理技术，体现了系统化思想，直至发展为 CIMS(Computer Integrated Manufacturer system 计算机集成制造系统 )。 参考文献 1 陈志刚 . 塑料模具设计 M 北京机械工业出版社 2008 年 2 月 2 张宝忠 . Auto CAD 机械制图 M 北京人民邮电出版社 2010 年 1 月 3 叶南海 . UG NX 5.0 模具设计基础与应用提高 M 国防工业出版社 2008 年 1 月 4 赵华 . 模具设计与制造 M 清华大学出版社 M 2003 年 9 月 5 濮良贵 . 机械设计（第八版） M 高等教育出版社 2006 年 5 月 6 黄锐
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