中北大学毕业设计说明书

1引言

1.1注塑模具国内研究现状及发展趋势

模具是工业生产中的重要工艺装备，且模具工业是国民经济发展的重要基础之一。据了解，在汽车、仪器仪表、家用电器、交通、通信和轻工等各行业的产品零件中，有70%以上是采用模具加工而成，而塑料模约占模具的40~60%[1]。我国塑料模具开发研究与应用起步较晚。在塑料制品生产中，注射成型是最常用的方法之一。虽然注射成型得到了较为广泛的应用，但是在实际生产中经常出现由于设计经验不足、塑料件结构复杂、注射成型工艺影响因素多等原因造成塑料件不合格[2]。然而注射模自身具有众多的优点，如：可以一次成型各种结构复杂、尺寸精密和带有金属嵌件的制品，且制品可满足较高的表面要求，成型周期短，可一模多腔，生产率高，大批生产时成本低廉等[3]。我国塑料模具发展十分迅速，20世纪80年代中期，国内部分大中型企业先后引进一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。注塑模具智能化设计的基本流程一般是先构建出塑料件三维造型，再构建出模具构件，然后调用自行开发的注塑模智能专家设计系统中的标准模架及标准零件库[4]。目前，塑料模具占整个模具行业的比重约为30%，而注塑模的产量又约占塑料成型模具总产量的50%，因此我国对注塑模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，目前拥有了华中理工大学开发的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系统HscZ0，郑州工业大学研制的2-MOLD分析软件等一批拥有自主版权的软件，随着这些软件的推广、使用及逐步完善，我国注塑模CAD技术及应用水平很快提高[3,5]。

运用塑料注射成形模拟CAE技术，对模具设计进行模拟和分析，以代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷并进行修改，可使设计人员设计中避免盲目性，有针对性地优化设计方案、模具结构和工艺参数[6]。

近些年来，我国快速成型技术及Moldex3D等模流分析软件的应用与普及[7]，进一步推动了模具行业向着现代化自动化的方向发展。不过我国塑料模具的发展仍有许多亟待解决的问题，如我国模具生产厂家工艺条件的参差不齐，严重影响了模具精度和质量比如精密热处理环节，模具材料的不同使得国产模具在外观质量和使用寿命上难以与国外产品匹敌；国产模具多采用2Cr13和3Cr13，而国外则采用专用模具材料，其综合机械性能，耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度更为优越；再者标准化水

平有待提升，中国模具标准化工作起步晚，标准件的生产、销售、推广和应用工作相对落后，目前模具标准件的使用覆盖率约40%~45%，而国际上一般高于79%，中小模具则更在80%以上[8]。

为此我国将进一步加大模具人才的培养力度，规范化职业教学标准；加快塑机向着能够生产轻量化、节约资源能源，能够生产再生循环利用制品的机械设备的专业化方向发展；模具产品结构向着实现大型、精密、复杂、长寿命模的总的发展方向调整；加快模具标准件发展速度；加大投入使骨干企业拥有数控加工设备，实现模具制造的全自动加工；加大国内高校在推动技术进步方面的作用，并通过推进产学研合作强化创新力等[9]。

塑料注射模主要用来成型热塑性塑料件，但近三十多年来也广泛地应用于成型热固性塑料件。注射模具具有生产适应性强、生产效率高和容易实现自动化等特点，在塑料件的生产中起着至关重要的作用。目前它约占整个塑料件成型模具的一半以上。因此对塑料注射模实现最优化的设计具有非常重要的现实意义[10]。

1.2注塑模具国外研究现状及发展趋势

自1878年英国印刷员Hytt将赛璐璐注入一个拥有主流道、分流道和浇口的模具中，以获得最早的塑料制品，国外注塑模技术已有了上百年的历史。20世纪70年代以后通用塑料转向工程塑料，以求实现“以塑代钢”，“以塑代木”。如今世界工程塑料正以年10%以上的速度增长，工程塑料80%用以注塑，其产品占制品总量的20%，工程塑料，塑料合金，塑料复合制品的注塑成型对注塑模具和注塑技术提出了更高的要求，由此涌现了热固性塑料注塑、反应注塑、气辅注塑、微注塑等一些新的注塑方法[11]。新材料也不断的应用于注塑模具制造加工之中，例如2010年3期的中国机械工程学报介绍了一种应用于模具工业的透气钢材料，这种由粉末冶金方法制得的多孔类材料有较好的透气性，可使依赖复杂透气系统的模具设计得到简化，提高制品成型质量和效率[12]。同时国外研究人员对注射过程中各方面的影响因素也进行了深入研究，如：Angstadt and Coulter[13]研究了工艺条件和制品质量的关系；Titomanlio[14]等研究了模内收缩率对最终制品尺寸和残余应力分布的影响。

Pro/E是美国参数技术公司（PTC）于1988年首先推出的使用参数特征造型技术的大型CAD/CAM/CAE的集成化软件。在模具设计与加工过程中，采用Pro/E 软件可进行产品造型、模具设计、注射模拟到模具加工。目前采用Pro/E软件进行

模具设计正逐渐成为塑料模具设计的发展趋势[15]。

对于注塑模具，其发展趋势是：（1）使模具更容易实现全自动操作，缩减成型周期，采用更高效的冷却结构，同时配合高速全自动操作的成型设备和合理的工艺条件，以提高产品质量，生产效率，并降低成本[16]。（2）提高注塑模具精度，并使模温均匀，精确易控，以提高模具使用寿命，获得高精度塑件[17]。（3）发展大型腔模具，以满足注塑建筑、仪器等大型塑件制品的需求。（4）促进计算机技术与模具技术更完美的结合，利用CAD软件（Pro/E、UG等）完成制件设计的绘图工作，对制品或模具进行力学分析，利用CAE软件对注塑的注射、保压、冷却等主要过程进行模拟，分析预测注塑过程中可能出现的问题[18]。（5）进一步推进电加工技术的发展，电加工技术为塑料模型腔加工带来了巨大方便，目前用计算机程序控制电火花加工是一项正在发展的高效率，高精度型腔加工新技术，同时CAD/CAE/CAM 一体化技术将使塑模型腔达到±0.0001%的重复加工度和±0.002%的准确性[19]。（6）开展简易模具工艺的研究，以及时更新产品种类，降低成本，适应小批量生产要求。（7）继续推进模具标准化，以缩短模具设计和制造周期，提高质量[20]。（8）加快特种塑料成型模具的研制，在模具制造上才采用特殊的模具专用钢，满足特种塑料制品注塑成型的需求[21]。

1.3倾斜抽芯类模具设计现状及新思路

随着现代制造业的发展，对塑件要求不断提高，导致塑件结构也随之复杂，常见塑件外侧有孔洞、凸台或凹穴。而当这些结构的轴线与注射模分型面不垂直时，就产生斜抽芯问题，模具的复杂性在一定程度上体现在此处的设计。现今常用的斜抽芯结构有4种：（1）斜销滑块斜抽芯结构，机构利用斜销、滑块等零件把开模力传递给侧型芯，使之产生倾斜于开模方向的运动，完成抽芯。按照侧型芯抽芯方向不同可分为往动模一侧斜抽芯和往定模一侧斜抽芯。其特点是模具结构简单紧凑，动作安全可靠，加工制造方便，广泛使用于抽芯力不大，抽芯角小于10°，抽芯距小于60~80mm的场合。（2）弯销斜销斜抽芯结构，结构利用开模力，使弯销带动滑块和型芯固定板外移，通过固定在滑块上的斜销带动型芯滑块和侧型芯抽芯。其特点是结构紧凑，体积小，成本低，便于维修，适用的场合是抽芯距小于70~80，抽芯角75°≤β≤90°。（3）齿轮齿条斜抽芯结构，结构利用开模力，使斜销驱动滑块和固定在滑块上的齿条外移，通过与该齿条啮合的齿轮带动齿条滑块和固定在齿条