座椅脚垫注塑模具设计毕业设计论文说明书.docx

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座椅脚垫注塑模具设计毕业设计论文说明书

编号：

　毕业设计（论文）说明书

题目：

座椅脚垫注塑模具设计

学院：

专业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发

年xx月xx日

摘要

本论文是关于座椅脚垫注塑模具的设计制造及分析。

通过对脚垫要实现的功能分析，要求塑件具有高强度、耐冲击、耐磨等性能，综合考虑选择ABS作为该塑件的材料。

首先通过反求工程得到塑件的形状参数，利用软件对塑件的外型实体进行三维建模，将其格式存为STEP格式方便保存三维模型数据,利用SolidWorks2015重新分析并创建出分型面，通过分割形成模具的成型零部件。

然后设计分析浇注系统、侧抽机构、推出机构和冷却系统的结构，再后对模具成型零件和注塑机进行校核，包括型腔壁厚、推出机构强度、装模厚度、注塑机锁模力、注射压力、注塑机行程等，综合运用IMOLDforSolidWorks和SolidWorksmoldbase模架库模块完成模架选型和模具的整体装配，最后用SolidWorks的工程制图模块完成该注塑模具中非标零件的工程图、模具装配图、爆炸图和零件制造工艺卡完成模具的制造。

对于注塑模具进行的CAE分析，该设计是使用SolidWorks模具模块，在软件使用过程中根据塑件的结构对浇注系统进行结构优化和对冷却水道进行恰当布局，防止或降低零件出现各种缺陷。

通过对多组有效的数据进行整理，再对得到的结果多次比较、修整、改进、再分析，得到模具的最优化设计方案；

关键词：

注塑模；座椅脚垫；方案优化；SolidWorks；CAE；

Abstract

Thispaperisaboutthedesignandmanufactureofseatpadinjectionmolddesignandanalysis.Throughthefootpadtoachievethefunctionalanalysis,requiringplasticpartswithhighstrength,impactresistance,wearandotherproperties,consideringthechoiceofABSastheplasticmaterial.

Firstly,theshapeparametersoftheplasticpartsareobtainedbyreverseengineering.Thesoftwareisusedtomodeltheappearanceoftheplasticparts.The3DformatissavedintheSTEPformat.TheSolidWorks2015isusedtoanalyzeandcreatethepartingsurface.Byformingtheformingpartsofthemold.Andthendesignandanalysisofpouringsystem,sidepumpingmechanism,theintroductionofinstitutionsandcoolingsystemstructure,andthenthemoldformingpartsandinjectionmoldingmachinetocheck,includingcavitywallthickness,theintroductionofmechanicalstrength,moldthickness,injectionmoldingmachineclampingforce,Injectionpressure,injectionmoldingmachinetravel,etc.,theintegrateduseofIMOLDforSolidWorksandSolidWorksmoldbasemodulelibrarymoduletocompletethemoldselectionandmoldtheoverallassembly,andfinallywithSolidWorksengineeringdrawingmoduletocompletetheinjectionmoldnon-standardpartsofthedrawing,Moldassemblydrawings,explosionmapsandpartsmanufacturingprocesscardstocompletethemanufactureofmolds.

CAEanalysisofinjectionmolds,usuallyusingMoldflowPlasticAdvisers,inthecourseofthesoftwareaccordingtothestructureoftheplasticpartsofthecastingsystemtooptimizethestructureandtheappropriatelayoutofthecoolingwaterwaystopreventorreducethepartsofthevariousdefects.Throughthegroupofeffectivedatatosortout,andthengettheresultsofmultiplecomparisons,finishing,improvement,analysis,sothatdesignersgetthemoldoftheoptimaldesign;

Keywords:

injectionmold;seatpad;Programoptimization;SolidWorks;CAE;

1绪论

1.1本课题的研究内容及意义

1.1.1本论文研究的内容

本论文是关于座椅脚垫注塑模具的设计，利用Solidworks2015和MoldflowPlasticAdvisers。

其中Solidworks2015是对模具的结构设计造型和对模架选型以及导入。

MoldflowPlasticAdvisers是Moldflow公司开发的快速设计、分析、试模和方案优化软件，可以对模具进行注塑仿真，对塑件进行产品细节优化，能帮助设计人员在模具设计开发的早期发现并处理问题。

通过分析产品的壁厚、浇口位置、材料、几何形状的影响选择合适的模具设计方案包括：

凹模、凸模、流道优化设计及冷却系统的设置。

内容包括在开题报告、设计说明书和工艺图纸中。

在座椅脚垫注塑模具设计过程中，应用MoldflowPlasticAdvisers软件进行模流分析，使模具的设计能避免一些难以确定的错误，如浇口位置选择不当，排气系统设计不佳，冷却系统布局不当，模具周期控制与估算不精确，压力损失计算不准等等。

了解内容后设计出能进行批量生产座椅脚垫的注塑模具。

其中座椅脚垫必须具备的性能：

强度高、抗冲击性能好、韧性好、耐磨等。

座椅脚垫的主要作用：

通过脚垫使座椅与地面之间形成隔离并方便移动。

需要选择合适的塑料满足座椅脚垫的特点及要求，脚垫的使用功能有：

（1）在使用中支撑人体并可滑动；

（2）防止金属座椅脚挂伤地板；

（3）大幅度降低座椅脚与地面摩擦产生的尖锐噪音；

（4）自由度高方便使用者移动；

1.1.2选题的意义

21世纪是各行各业迅速发展的时期。

其中以现代制造技术的和计算机技术科学技术的发展尤为突出，而随着现代科技的进步，模具作为产品，在设计中要大量借助于现代设计方法。

模具作为工业之母，掌握了模具设计就好比掌握了在现代消费生产中的克隆技术一般。

在汽车制造、电机零件、仪表零件、电子制造、通信领域、家电制造和轻工业等行业中，65%～85%的零件都要依据模具成型。

随着近年来，从九十年代至今，模具行业发展迅猛，市场消费大，从而对模具的需求量也加大，特别是对加工精度要求高、生产效率高，结构复杂的模具十分迫切。

在塑料产业中模具的地位是不可代替的，是生

产各种塑料零件不可缺少的集各种高端制造技术与一身的工艺装备。

特别是在塑料制品生产中，模具及其塑料的广泛应用，使得模具在现代制造技术中越来越重要。

本论文要求设计座椅脚垫的注塑模具，由于模具的成本较高且具有特定性、专一性和刚性制造的特点，在设计时应主要考虑到企业现有的设备参数、塑料件的数量及模具的使用寿命。

该座椅脚垫为大批量生产，由于该塑料制件外形复杂，模具成型部件型芯、型腔的形状较复杂，同时模具加工制造的成本也会提高，根据需要注塑的塑件数量，要保证在大批量注塑的过程中，模具维修次数少，使用可靠，寿命长，久必须对模具成型部件的材质要求和热处理要求较高。

座椅脚垫是一个功能件，外形尺寸及外观均要求不高，由于其使用环境和工作中受到较大的冲击力，所以对塑料的材料性能要求较高，同时对安装时的配合度要求不能有较大间隙，因此在设计时在能顺利成型出塑料制品的情况下，要保证模具凹凸模的形状尺寸精度。

在模具设计的过程中，要综合考虑完成模具制造的现有条件和可利用资源。

在完成毕业设计的同时提高了自己的学习、查阅文献、独立思考、解决问题的能力。

因为本题目对我来说是一个新的知识领域，所以我选择了座椅脚垫注塑模具设计作为大学几年的知识和能力的一次全面的考核，主要意义有：

（1）通过利用自己在大学期间掌握的理论知识，将所学理论知识与在企业实习实践相互结合。

（2）熟悉模具种类及复杂的内部结构，通过查阅文献资料，进一步学习在学校没有了解到的模具知识并掌握设计的关键部分。

（3）方便以后能快速融入模具企业的职场环境。

（4）在模具设计的工程中锻炼自己对三维软件的运用能力和在设计过程中对遇到的困难的独立分析和处理能力。

（5）提高自己在撰写专业学术论文的能力，以便以后在各学术网站上发表自己的科研成果和技术经验。

1.2国内外模具发展现状

中国的模具行业越来越受到人们的关注。

早在上世纪八十年代末，中国政府就对模具制造业高度重视并在颁布的《关于现行产业政策点的决定》，并将模具制造技术作为机械工业技术转型顺序第一的地位。

模具制造业的发展虽然有多方面的局限性，但是模具几乎涉及到我们生活的方方面面，是不可代替的产业。

它不仅是技术产业化的重要领域，而且它在人们的日常生活中上演着越来越重要的角色。

模具越来越多地被用作非标机械制造、电子通讯行业、轻工业、汽车制造业、纺织业、航空航天技术等行业中应用最广泛的工艺设备之一。

其部分生产加工的零件和产品占据制造业的60％至90％。

目前据有关信息统计，2016年中国模具进出口总额为679,293.89万美元，同比上年下降10.3%。

其中进口总额为200,281.12万美元，同比上年下降19.4%；出口总额为479.012.78万美元，同比上年下降5.8%[1]。

年全球模具市场相比2016年，模具的进出口量虽然有些下降，这正表明，我国的模具设计制造技术越来越成熟，同时国外的模具设计技术也在不断提高。

中国模具制造业生产的模具通常体积较小而且精度等级低，对于大型模具的制造技术，中国仍然不是很成熟。

但中国模具制造业数量大，生产加工水平可观，人工成本相比国外低。

我国一些成熟的模具制造企业在制造模具过程的中，先进的加工设备对模具制造特别是复杂模具的制造起着决定性的作用。

在市场作用下，各企业相互竞争，不断完善其自身的管理制度和技术研发。

为了保证产品适应市场竞争和产品的质量，企业需要提高模具性能和精度；为了保证产品的上市时间，就得提高模具和产品的制造效率，长此以往模具制造技术将持续提高。

模具设计制造技术越成熟，产品性价比越高，这将会提高人们的消费积极性和生活质量，对促进国民经济发展具有特别的意义。

模具制造加工精度与产品的精度要求直接相关，由于塑件使用的环境和条件不同，一些塑件对表面质量、刚度、强度和寿命等要求高，，所以模具的设计和制造需要严谨对待。

随着中国逐渐步入世界工业4.0和中国智造2025，模具的高效全自动化加工设计将随之而来[2]，也就是说有能自动化生产能力的模具生产链，这种柔性制造系统将便于产业化管理和大幅降低模具的生产成本。

通常产品的制造是从没有到有、由想法到制作的创新设计方式，这种方式已经很难在如今迅速发展的的市场竞争中站立脚跟，所以该座椅脚垫注塑模具的设计是建立在RE逆向工程的基础上。

由于塑料产品的外形是由模具的凹凸和工艺决定，所以当产品需要更新到决定生产时，首先要对该塑件的成型模具进行设计制造。

1.3模具CAE

CAD/CAE/CAM即计算机辅助设计（ComputerAidedDesign）、计算机辅助工程（ComputerAidedEnnee）和计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing）的简称，它指的是以人为本，以计算机辅助手段来进行产品的设计、分析和制造。

CAD/CAE/CAM技术具有高智力、高效益、知识密集、更新速度快、综合性强等特点，它是科技领域中的重要课题之一，也是当今先进技术——计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）的核心技术基础[3]。

CAE技术通过仿真分析获得重要的设计参数，如应力分布、环境温度、剪切速率、剪切应力、加速度等，设计师可由CAE获取诸如流道形式、熔合纹与气穴的设置位置、注射机应有的注射压力和锁模力大小、流向与纤维取向关系、冷却时间估算与冷却水道布局、零件最终成型情况等信息。

作为设计工具，CAE可以帮助模具设计人员优化模具设计方案，其主要包括流道系统和模具结构设计，帮助产品设计人员从过程的角度提高产品形状，根据经验及三维分析软件引导设计师设定合理的工艺方案。

一般在设计师在设计和优化自己的设计方案时，会利用各种三维分析软件对其进行模拟分析。

优化设计方案的软件非常多，每款CAE分析软件都有自身的优点，比如3DMAX适合渲染和视觉优化；UniGraphics适合曲面建模和数控编程；SolidWorks适合对模型的参数管理多用于机械设计；CATIA适合大型工程的三维建模和航空航天领域；Moldflow适合对流体进行分析等等；所以设计师要根据企业条件和现有资源，选择最实用，最适合自己的分析软件。

在模具设计中，CAE软件分析可以从多种成型方式对注塑结果的问题进行评估和对比，可以得到最优设计方案。

于此同时，CAE软件也是一种学习工具，通过对注塑成型工艺的各个阶段的仿真及参数分析，可学到更多知识。

CAE软件可以帮助设计人员熟悉熔体的流动预测，掌握熔体流动的参数分析、压力分析、结晶分析，帮助和教导设计新手克服了设计的难关和经验的不足，为经验丰富的工程师确定设计方案的可行度和注意设计过程中那些容易被忽视的细节。

设计者应使模具在被制造和生产产品的过程中追求产品质量及生产效率[4]，模具的设计应：

（1）尽可能缩短成型周期。

（2）尽可能缩短设计周期。

（3）尽量降低模具的制造成本。

（4）最大程度的使模具具有应变能力。

（5）最大程度满足客户的要求。

1.4模具设计流程及流程图

1.4.1模具设计流程

（1）产品设计和三维模型重建

模具工程师根据客户提供的产品资料及要求后，利用三维软件重新建模，此模型也可能是客户要求改进后的模型,然后选材料、计算公差、收缩率、制作精确的塑件图纸，为模具设计做好基础。

（2）模具设计过程

①设定塑料制品的浇口位置和模具分型面；

②确定型腔数目和排列方式；

③浇注系统设计；

④型芯、型腔结构设计；

⑤侧抽芯机构设计和推出机构设计；

⑥加热系统设计和冷却系统设计；

⑦出模具零件图和装配图。

（3）模具制造

根据企业或单位现有的设备参数规格进行工艺设计，并用图纸表达。

在初步模具设计完成后，利用三维软件建模画出模具的成型零部件，在装配没有干涉后，出工程图用于加工。

工程图包括：

模具总装图和零件图。

图纸完成后，经过一系列的加工、制造、热处理、修改和装配等工艺，完成模具的制造。

（4）模具调试

一般在模具设计并出图完成后，需要拿到机加工部门去加工和热处理零部件，然后对模具进行复杂的装配，最后把装配好的模具加上各种润滑剂和喷漆并安装到选定的已经完成注塑参数调整的注塑机上进行注塑试模。

若试模没有问题出现，就要对试模过程中生产的塑件进行测量，判读测量的各个数据是否符合相应的尺寸公差[5]。

检查其是否符合设计意图的公差范围内。

若在试模中发现模具本身存在干涉、配合误差和形状误差等问题，这时需要判读是哪个零件出现的问题，并把该零件返回加工车间给钳工维修，维修好后继续装配试模，能成型出符合设计要求的塑料零件为止。

因此，修模、试模是一个考验耐心的过程。

其繁琐、复杂程度是整个模具制造中最大的。

在每次修模前设计师必须考虑修模去材料后的后果。

在每次试模失败的的时候，设计师必须找出失败的原因，并总结经验避免下次试模失败。

反复修模将导致模具的性能就越低，甚至会报废。

从上面的分析可以看出，模具的设计制造应该把重心放在模具的设计上，如果设计上存漏缺，特别是在设计非常复杂，成本又非常高的模具时，这些漏缺将会导致严重的后果，并会在试模中暴露。

所以这时，CAE软件对模具的分析就显得十分重要。

在如今，计算机以成为不可或缺的工具，在现在的模具设计中大部分设计师已经能够利用计算机完成整个模具的设计方案流程的全部管理，其中有通过计算机对模具的成型零件的编程管理，对大型复杂模具的结构管理，通过仿真对模具成型的过程管理，对工艺图纸管理等。

1.4.2模具设计流程图

流程图的绘制是严格按照模具设计流程并经过严密的逻辑顺序整理后绘出，由上述流程可以得到如下图所示的流程图。

该流程图清晰直观地表达了模具设计的整个顺序流程，使长篇的文字表达经过图像更清晰[6]。

如图1-1.

图1.1模具设计流程图

2塑件分析

2.1塑件图形

图2.1塑件图形

本制件是应用SolidWorks2015来建立的。

建立本零件的三维模型并不是很复杂，只需要利用：

拉伸/切除凸台、倒圆角、扫描并标注尺寸即可得到该零件的三维模型，多注意尺寸，由于SolidWorks是一个面对对象的三维软件，在与其它三维软件如UG、PROE、CATIA、CAD相比在对模型的参数管理是十分强大并占有优势的，这也是我选用SolidWorks的原因之一[8]，其二是SolidWorks对工程图的制作与管理非常优异，与别的软件相比十分能很大程度提高制图效率。

上面是座椅脚垫的二维及三维图形。

2.2塑件材料的选择

一般来说，每种材料都有其使用的环境和各种条件，即每种材料都是有用的，一些塑料不能用来注塑，貌似没用，其实它可以作为添加剂或者搭配材料，搭配后的塑料性能会得到很大的改善。

所以只有搭配错误的材料，没有无用的材料。

选择和搭配原材料种类和各材料的成分比是注塑模具设计过程中十分重要的一个步骤，因为各种塑料的性能、成型条件、成本等各种不同因素决定了注射成形参数的设置及模具设计中型芯型腔的拔模角度等，所以要保证塑件的性能和满足设计的要求，需要考虑塑料的诸多因素。

首先考虑到该塑件是功能性零件，而且需要配合在座椅上，要实现这些功能及配合，满足其性能，就必须慎重选材。

材料性能主要包括三个方面：

特性及使用范围、力学性能、热性能，然后在众多的常用材料中粗步选出几种材料进行对比，除了考虑塑件的功能和性能，我们还要考虑该塑件需要生产的数量、完成该数量所需要的时间、原料成本、成型难易程度、经济效益等因素，最终选择ABS作为座椅脚垫塑件的材料。

ABS英文名称:

AcrylonitrileButadieneStyrene；中文名称：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。

为丙烯氰成分比：

20%~42%、丁二烯成分比：

10%~30%和苯乙烯成分比：

29%~60%，三种成分共聚而成的聚合物，简称ABS[7]。

ABS是较为环保的塑料，其无毒无味，常温下为一种浅黄色的固体。

成型的塑件光泽度高，具有良好表面物理性能和稳定的化学性能。

熔融的ABS塑料在注射过程中，尺寸稳定，成型后易后期加工，常作为工程塑料。

ABS性能参数见表2-1。

表2-1ABS性能查阅表

ABS塑料

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯

物理特性

密度1.02-1.16g.cm-3比体积0.86-0.98cm.g-1

吸水性0.2-0.4%收缩率0.4-0.7%

熔点130-160°c热变形温度90-108°c

抗拉屈服强度830-1030Pa拉伸弹性模强5000Pa

弯曲强度180Pa硬度9.7HBS

断裂伸长率15-50泊松比u=0.35

物料性能

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.

ABS注射成形工艺参数

注射机类型：

螺杆式螺杆转速：

30-60r/min

料筒温度：

后段150-157°c

中段165-180°c

前段180-200°c

喷嘴温度：

170-180°c预热温度：

80-85°c

模具温度：

50-80°c注射压力：

70-100Pa

注射时间：

20-90s高压时间：

0-5s

冷却时间：

20-120s

成型性能

1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥（80-90摄氏度）,3小时以上。

2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解（分解温度为大于270摄氏度）。

对精度较高的塑件,模温控制在50-60摄氏度,对表面要求高的塑件模具温控制在60-85摄氏度。

3、如需解决夹水纹和熔接痕，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变冷却水道的设置位置。

4、ABS有一定的强度和尺寸稳定性，经过调色处理，可配成任何颜色。

2.3ABS塑料优点及缺陷

ABS可根据原材料的不同总成分比和添加剂，使ABS塑料在使用时，不仅表面光滑减摩，而且由于材质物理性能好，能在使用过程中耐磨和抗冲击强，化学稳定性好，常作工程材料。

（1）与别的塑料相比，ABS塑件的表面可镀性高；

（2）在大多数常用塑件相比,贴漆性高；

（3）高耐热、阻燃，使用较安全；

（4）柔韧性好；

（5）在注塑时由于ABS一般注塑温度为200℃，此时的ABS熔接性好，所以在旋转式双色模具中ABS是最常用塑料原料，用于注塑多种颜色的塑件[10]。

（6）根据使用要求，按不同的成分比例和添加剂在高温下融合后可以使其具有透明效果。

其主要缺陷：

在注塑成型的过程中，ABS容易产生溢料飞边、气泡、对模具冲蚀大、熔接痕明显、烧焦、黑纹和光泽不高；消除缺陷的措施：

①增大注射机工作压力。

②提高成型温度。

③加排气槽。

④注意充分预干燥。

2.4塑件结构分析

2.4.1塑件的表面质量分析

该塑件要求外观质地均匀不翘曲，不允许有气孔、成型凸点、云纹、冷疤和熔接痕等，转角处不能有飞边，且中间φ7.5孔须和滚轮轴隙配合。

对座椅脚进行抽样测量，选取新座椅测量其脚垫中间孔径的尺寸，其φ