通风盖板模具设计及装配过程的动画设计Word文档格式.docx
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InEnglishtranslation,Ihavemadetheintroductiontotemperaturecontrolsystemthatthedomesticmaterialnotdetailedintroduction.
Keywords ：
plastic;
InjectionMold；
CADtechnology;
Pro/E
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摘要
Abstract
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第1章绪论
1.1课题背景
1.2塑料注射模具CAD综述
产品的制造工艺过程都必须先进行设计，设计工作是新产品研制的第一步。
设计工作的水平直接关系到新产品质量性能、研制周期和技术经济效益。
手工设计，设计人员必须查阅大量的技术资料和设计手册，根据本单位和有关企业的技术资料，通过理论计算和实验分析，把设计思想用图纸和说明书表达出来后，再与有关工程人员讨论、修改。
在整个设计过程中.设计人员花费了大量的时间在绘图和查阅资料上，造成智力和时间的浪费，这远远不能适应当今生产的发展。
随着计算机的发展，为了提高设计效率和质量，CAD应运而生了。
CAD是二十世纪下半叶最重要的技术成果之一，其应用水平往往体现一个国家（地区）的科学技术水平，现已广泛应用在各个行业和部门。
模具行业是应用计算机辅助设计最多，并同时也是最能体现CAD优越性的部门之一。
随着科学技术的发展，模具行业在国民经济中的地位日益提高、重要性日趋明显。
传统的模具设计与制造方法己不能适应工业产品的迅速更新换代和提高质量的要求。
因此，国外工业发达的国家对模具CAD和模具CAM技术的开发非常重视。
早在二十世纪六十年代，国外一些飞机制造公司就开始了CAD和CAM的研究工作。
工业发达国家较大的模具生产厂家在模具CAD/CAM上进行了较大投资，正大力开发研究这一技术。
如法国的FOS模具公司己购买了大型CAD/CAM系统，日本、美国、德国等国家也己开发CAD/CAM系统，并广泛应用于模具制造。
我国模具CAD/CAM的开发开始于二十世纪七十年代末。
虽然起步较晚，但发展迅速。
到目前为止，先后经过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和塑料注射模等，但这些系统大多数仍处于研究开发阶段，被推广生产使用并形成商品化的不多。
近几年来华中理工大学、上海交通大学、合肥工业大学、北京航空航天大学等高等院校对模具CAD进行了卓有成效的研究。
其中华中理工大学研究开发的HSC2.0注射模CAD/CAM/CAE系统，己受到川门的重视。
它是在AutoCAD软件的基础上，采用AutoCAD提供的ADS开发平台用C语言编写的。
它除了具有AutoCAD本身的功能外，还具有模具结构设计子系统、结构及工艺参数计算校核子系统、塑料注射流动、保压与冷却模拟子系统、数控线切割编程子系统、建库工具和设计进程管理等模块。
所有程序均能在AutoCAD的环境中集成运行。
1.3塑料注射模具CAD的特点
塑料注射模具设计的特点主要是:
1.外部约束多
即根据制品及生产厂家的要求，对成型制品的材料性能、成型工艺条件、模具结构、使用设备等都要进行充分的考虑。
但主要的还是要考虑塑料制品的形状结构、尺寸大小以及由此带来的模具结构问题。
如成型零件的结构、顶出方式、排气形式、冷却回路的布置等。
2.模具结构复杂且灵活
注射模具包括浇注系统、成型零部件、脱模系统、导向系统、冷却系统、排气系统等组成。
每一系统都有各自的结构形式，且结构形式由于加工制造方法、加工设备等的不同又有所区别，因此在设计中没有固定的准则，不同的设计人员对同一制品可能有多种结构设计，灵活性很大。
因此，针对上述特点反映到模具CAD系统的开发方面，要求系统具有功能丰富、流程复杂、交互性强、用户界面友好等特点。
塑料注射模具CAD技术主要从两个方面对模具设计人员提供强有力的帮助:
一是模具结构CAD;
二是模具CAE。
模具结构CAD包括模具总体结构方案设计和零部件设计，数控仿真和数控程序的生成，模具装配模拟，零件图和装配图的生成与绘制等方面。
1.4计算机在塑料注射模具设计与制造中的应用
塑料注射模具的设计与制造是一个十分复杂的过程。
它包括产品的概念设计、模具总体方案设计、模具结构设计、模具零件制造加工、模具装配以及制品生产等多个环节，在模具设计阶段还要进行有关部件的分析模拟与校核。
传统的模具设计与制造方法难以全面考虑这些所有的环节。
现在，计算机己应用于上述的各个环节。
借助于计算机这一强有力的工具和CAD这一先进技术，可以把这些环节有机地结合起来。
下面主要论述模具总体方案设计和分析模拟过程中计算机CAD的应用。
1.模具总体方案设计阶段
该阶段主要是根据塑料制品的要求，考虑成型型腔的数量、镶件的材料、浇注系统、冷却系统、脱模系统以及侧向分型系统的结构形式，选择模架类型、规格以及对注射设备的要求等。
模具总体方案设计属概念设计范畴，对整个设计过程和设计结果具有决定性影响。
但是，其经验性强，需要考虑多方面的因素和要求。
因此，对设计人员的要求高.此外，由于模具结构的复杂性，总体方案的设计往往要经过反复修改，是一个逐步寻优的过程。
模具总体方案设计CAD系统，为模具设计人员表达设计构思和反复修改设计方案提供了有效的手段，从而提高了设计结果的合理性和设计效率。
人们对模具结构CAD的柔性技术进行了研究，提出了有关装配模型、虚零件和符号零件等不同方案，并开发出一些注射模具总体方案设计的CAD系统。
现在，KBS技术（基于知识的系统，Knowledge-BasedSystem）在模具总体方案设计方面的应用，己成为一个重要的研究课题。
这种技术应用知识库中的设计知识，从塑料产品应用需求、所用塑料的特性和工艺特征出发，经过逐步推理得出模具结构的各部分方案，从而得到总体设计方案。
模具结构总体方案确定后，通过数控加工模块生成模具零件的数控加工程序，实现了设计CAI〕与制造CAM两个过程的连接，从而加快了模具设计与制造的周期。
2.分析模拟
对于精密、大型的塑料注射模具，其成型过程是一个复杂的过程。
在以往的模具设计中，设计人员的经验起着十分重要的作用。
但也经常会进行反复的试模和修模，以不断修整模具的不合理部分。
但这样会造成制造周期的延长和模具本身质量的下降。
1.5现代模具技术发展
模具设计是一个多环节的复杂过程，从初始化到最后的装配检测，实质上是将产品的设计信息在生产环节间进行不间断传送与处理并反馈的过程，正确的模具设计方法应该是并行工程的方法，是实现模具CAD等各个模具间信息的提取、交换和处理的集成化，必须建立模具集成化的产品信息模型。
采用基于特征变量化设计，工程数据库管理系统等技术已成为目前研究的热门。
运用计算机辅助设计技术进行实物零件到实物的整个复杂过程称为反演化工程，采用反演化技术，可迅速将事物CAD模型化，再利用已有的模具CAD系统进行模具设计，具有速度快等优点，同时它使模具设计的流程由传统的开环结构向闭环结构转变：
制件----模具设计----模具设计----制件同原件进行比较调整，从而建立模具质量保证体系。
利用和集成各种计算机技术，网络为通讯手段，协调企业的各种行为以获得好的经济效益为目标来设计产品，模具作为一种特殊的行业无疑要向计算机化方向发展，这是未来模具设计总的发展趋势。
1.6新一代模具设计软件技术
新一代模具软件是建立在模具设计实践中归纳总结出来的大量知识上。
具有智能化意义。
在智能化软件的支持下，CAD不在是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论的指导下，充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。
新一代模具软件以立体的思想，直观的感觉来设计模具结构，所以生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数据加工过程仿真以及信息流的组织与管理方面已达到相当完善的程度并具有较高的集成化水平。
新一代软件已能具有面向装配的功能，因为模具的功能还有通过装配结果才能体现出来，而新一代模具软件可为模具设计人员提供多种途径来建立模具的装配模型。
采用南向装配的设计方法后，模具装配不在是几个零件的简单拼装，起数据结构既能描述模具的功能，又可定义模具零部件间相互关系的装配特征，实现零部件的关联，因而能有效地保证模具的质量，目前，车内模具企业中已有相当多的厂家引进了较高档次的CAD/CAM/CAE系统，诸多软件在中车模具工业中应用。
1.7Pro/ENGINEER软件介绍
随着模具技术的发展，涌现出了很多设计和制造模具的优秀的软件。
有：
CADAM软件包（Computer-graphicsAugmentedDesignandManufacturing,计算机图形增强设计与制造）、CATIA软件包（Computer-GraphicsAidedThree-DimensionalInteractiveApplications,计算机辅助三维图形交互应用软件包）、Autodesk公司的AutoCAD系统、EDS公司的Unigraphics系统、PTC公司的Pro/ENGINEER系统。
这些软件的出现，使模具的设计和制造过程变的更为方便和快捷。
本设计采用的软件是Pro/ENGINEER。
Pro/ENGINEER自1988年问世以来，10年间已成为全世界及中国地区最普及的3D、CAD/CAM系统。
Pro/ENGINEER在今日俨然成为世界3DCAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。
Pro/ENGINEER可谓是个全方位的3D产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体。
Pro/ENGINEER是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。
1.参数化设计和特征功能
Pro/ENGINEER是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
2.单一数据库
Pro/ENGINEER是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。
换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；
组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。
这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
Pro/ENGINEER具有包括Pro/DESIGN、Pro/MECHANICAL、Pro/MOLDESIGN等27个模块，本设计使用的主要是Pro/DESIGN、Pro/MOLDESIGN模块。
Pro/MOLDESIGN模块用于设计模具部件和模板组装，它包括如下功能：
（1）采用参照设计模型的方法，自动生成模具型腔几何体。
（2）对单一、多面类似或者多面不同的型腔，采用Pro/ENGINEER的组装命令及花样组来定出型腔。
（3）对复杂的多面/注模，提供Slider/CAMMED移动功能。
（4）用不同的缩减补偿方式，修改造型几何体。
（5）在模拟过程，采用干扰核查的方法支定度及模似模具开口及MoldingEjectionSequence.
（6）备有ACTechnology的C—Flow/EZ分析软件，提供空腔冲填及AIRTRAPPING模拟、Front、ram速度、weld线及流体速度（Flow）。
（7）直接取得Pertinent模具设计工程的信息，包括冲填器皿及型腔表面积等信息。
（8）可生成模具的特定功能，包括浇口（Sprue）、浇道（Runner）、浇槽（Gates）、冷凝线（coolingline）及分离线。
（9）标准化的模具组装及元件。
第2章注塑零件的设计
2.1材料特性
给定材料：
尼龙66
2.1.1使用性能
尼龙66具有坚韧，耐磨性好，耐疲劳，耐水，抗霉菌，强度高等特点，主要适用于制作一般的机械零件，减磨耐磨零件，传动零件，以及化工、电器、仪表等零件。
2.1.2成型性能
1.结晶料，熔点较高，熔融温度范围较窄，熔融状态稳定性差。
料温超过300℃、滞留时间超过30分钟时，即会分解；
2.较易吸湿，成型前须预热干燥，并应防止再吸湿，含水量不得超过0.3%。
吸湿后流动性下降，易出现气泡、“银丝”等。
高精度塑件应经调湿处理；
3.流动性好，易溢料，溢边值为0.02mm左右。
用螺杆式注射机注射时，螺杆应带止回环，宜用自锁式喷嘴，并应加热；
4.成型收缩范围和收缩率大，方向性明显，易发生缩孔、凹痕、变形的弊病，成型条件应稳定；
5.融料冷却速度对结晶度塑件结构性能有明显的影响，故成型时要严格控制模温，一般按塑件壁厚在20～90℃范围内选取。
料温不宜超过300℃，受热时间不得超过30分钟，料温高则收缩大，易出现飞边。
注射压力高，易出飞边，收缩减小，方向性强，注射压力低，易发生凹痕、波纹。
成型周期的长短视塑件壁厚而定。
为了减少缩孔、凹痕、缩孔，宜取低模温，低料温。
树脂粘度小时，高压注射及冷却时间取长；
6.增大浇道和浇口截面尺寸可改善缩孔及凹痕。
2.2塑料制品结构设计
1.件几何形状
塑件的几何形状与成型法，模具分型面选择，对塑件是否能够顺利成型和脱模有直接关系。
由给定的二维图，利用Pro/E软件的实体造型功能进行造型，塑件的形状如下图所示。
图2-1塑件视图一
图2-2塑件视图二
2.塑件壁厚的确定
塑件壁厚首先决定塑件的使用要求，即强度，结构，重量，电气性能，尺寸稳定性以及装配等各项要求，另外还应尽量使壁厚均匀，避免太薄，否则应会因引起收缩不均塑件变形产生气泡，凹陷等问题。
（1）尼龙加强制品壁厚可以查《塑料注射成型技术》（金盾出版社）表。
尼龙料温200—300℃注射压力（kgf/m2）800—2000。
模温40—60℃，壁厚1.0—4.0mm
以上是推荐值，现在文里还有一种确定壁厚的方法。
（2）经验公式计算法
δ=（L/100+0.4）×
0.9=（172/100+0.4）×
0.9=1.908mm
考虑到尼龙冲击强度高，韧性好，再结合实际设计要求，取壁厚为1.8mm
第3章模具设计
3.1塑料的成型工艺特性
塑料制件设计视塑料成型方法和塑料品种性能不同而有所差异。
本节主要讨论塑料制件品中产量最大的注射成型模具的设计。
塑料在常温下是玻璃态，若加热则变为高弹态，进而变为粘流态，从而具有优良的可塑性，可以用许多高生产率的成型方法来制造产品，这样就可以节约原料，节省工时，简化工艺过程，且对工人技术要求低，易于组织大批量生产。
塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑料有其特殊的物理机械性能，因此设计塑料件是必须充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑料件形状应进可能地作到简化模具结构，符合成型工艺特点，在设计塑料件是必须考虑以下几个方面的因素：
1.收缩率
塑料从热的模具中取出并冷却到室温后，其尺寸发生变化的特性称为收缩率。
成型收缩主要表现在以下四个方面：
塑件的线尺寸收缩、收缩方向性、后收缩、后处理收缩。
收缩绿用尺寸相对收缩的百分数来表示。
由于金属与塑料的线胀系数不同，收缩率分为实际收缩率和计算收缩率。
实际收缩率表示模具或塑件在成型温度时的尺寸与塑件在室温时的尺寸之间的差别，而计算收缩率则表示室温时模具尺寸与塑件尺寸的差别。
这两种收缩率的计算可按下列公式求得：
Q实=（a-b）/bх100%
Q计=（c-b）/bх100%
式中Q实为实际收缩率；
Q计为计算收缩率；
A为模具或塑件在成型温度时的尺寸（mm）；
B为塑件在室温时的尺寸（mm）；
C为模具在室温时的尺寸（mm）。
影响收缩率变化的因素主要有以下几个方面：
塑料品种、塑件结构、模具结构、成型工艺。
2.比体积和压缩率
比体积是单位质量的松散塑料所占的体积，以cm3/g计；
压缩率是塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于1。
比体积和压缩率都表示粉状或短纤维状塑料的松散性。
它们都可以用来确定模具或注射机加量的大小。
3.流动性
塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。
流动性过大容易造成溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松，树脂与填料分头聚积，易粘模而使脱模和清理困难以及过早硬化等缺陷；
流动性过小则填充不足，不易成型，成型压力增大。
因此选用塑件的流动性必须与塑件要求，成型条件相适应。
4.吸湿性、热敏性及挥发物含量
5.结晶性
6.应力开裂及熔体破裂
有些塑料在成型时易产生内应力而使塑件质脆易裂，在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。
熔体破裂是指一定熔融指数的塑料，在恒定温度下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面发生明显横向裂纹的现象。
这两种现象既影响塑件的外观质量，又有损塑件的性能。
增加模具的脱模斜度，适当调节模温、料温和注射压力，适当加大喷嘴孔径，减小注射速度都是有效的解决办法
3.2注射机的选择
每付模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产，因此模具设计与所用的注射机关系十分密切。
在设计模具时，应详细了解注射机的技术规范。
才能设计出合乎要求的模具。
从模具设计角度出发，首先应了解的技术规范有：
注塑机的最大注射量、最大注射应力、最大锁模力、最大成型面积、模具的最大和最小厚度、最大开模行程，以及机床模板安装模具的螺钉孔（或T形槽）的位置和尺寸。
1.塑件体积的初估
（1）塑件体积的计算
利Pro/E软件中的模型分析功能,计算出单个塑件的体积为30.14cm3.则塑件的体积为:
V1=2×
30.14cm3=60.28cm3
（2）流道体积的初估
V2=3.14×
0.6162×
6.5×
1.2=9.30cm3
（其中1.2为分流道衬套不规范系数）
（3）注射总体积V0的计算
V0=V1+V2=60.28+9.
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