塑料肥皂盒注塑模具的CADCAM設計【一模兩腔】【說明書+CAD】

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畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目 塑料肥皂盒注塑模的CAD/CAM 專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 填 表 日 期 2011 年 3 月 17 日 一、選題的依據(jù)及意義： 塑料已成為當今家庭、辦公室，以及產(chǎn)業(yè)中不可缺少的存在。在包裝行業(yè)，注塑工藝越來越受到人們的青睞。其原因在于人們使用了多層模具。這是熱留道技術上的一個進步，通過采取薄壁注塑工藝，能寄生原材料的費用。塑料包裝材料，特別是在食品工業(yè)領域，由于其特點，為提高我們今天的生活水平做出了很大的貢獻。所以從整體上看，在過去幾年里整個塑料包裝市場，主要是深拉包裝塑料薄膜得到了快速增長。其中，注塑包裝材料，如包裝箱或杯子，正處于上升階段，并逐漸取代熱成型包裝材料。 本課題將以塑料產(chǎn)品中最簡單，日常生活中經(jīng)常用到的塑料肥皂盒作為例子，從理論上了解注塑模的設計過程，并結(jié)合Mastercam軟件對模具型面進行模擬加工并生成數(shù)控加工程序，以便更好的掌握模具設計，加工的方法，為以后的工作奠定更好的基礎。 作為一名在校大學生，我能有這一機會接觸如何設計和制造模具，理應珍惜，并為此達到以下要求： 1） 能較好的培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練自己綜合運用機械和其他先修課程的基礎理論，并結(jié)合生產(chǎn)實際進行分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、深化和擴展自己有關機械設計方面的知識。 2）通過對模具設計過程的理解，樹立正確的設計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科學的工程設計的能力。 3）在畢業(yè)設計的實踐中對自己進行設計基本技能的訓練，培養(yǎng)自己查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及相關技術資料的能力以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、計算機輔助設計等方面的能力。 4）培養(yǎng)自己對一門模具設軟件的自學能力，并熟練掌握它。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： 目前我國模具工業(yè)的技術水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟建設中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 1.模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀 按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計算,目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。 我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，精度達到3～5um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。 我國的塑料成形模具設計，制作技術起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達70％以上，仍占主導地位。一模多腔精密復雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達到了80年代中期至90年代初期的國際先進水平。 2.模具工業(yè)技術結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國模具工業(yè)目前技術水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有較大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術設計與制造模具方面，無論是應用的廣泛性，還是技術水平上都存在很大的差距。在應用CAD技術設計模具方面，僅有約10%的模具在設計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應用CAE進行模具方案設計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應用CAM技術制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設備（包括近10多年來引進的先進設備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設備近年來才開展這項工作；在應用CAPP技術進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎工作；在模具共性工藝技術，如模具快速成型技術、拋光技術、電鑄成型技術、表面處理技術等方面的CAD/CAM技術應用在我國才剛起步。計算機輔助技術的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設備簡陋，能耗高。設備更新速度緩慢，技術改造，技術進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。缺乏技術素質(zhì)較高的模具設計、制造工藝技術人員和技術工人，尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復合型人才。中國模具行業(yè)中的技術人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術人員和技術工人的總體技術水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術人員和技術工人知識老化，知識結(jié)構(gòu)不能適應現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學技術。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設計、制造的技術水平難以提高。 3.模具工業(yè)配套材料，標準件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關部委已多次組織有關材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點，但因渠道不暢、技術服務支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應用不多。模具加工的輔助材料和專用技術近年來雖有所推廣應用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術，大多仍還處于試驗摸索階段，如模具表面涂層技術、模具表面熱處理技術、模具導向副潤滑技術、模具型腔傳感技術及潤滑技術、模具去應力技術、模具抗疲勞及防腐技術等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關鍵、重要的技術也還缺少知識產(chǎn)權的保護。 我國的模具標準件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標準化程度及標準件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標準凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應，模架及零件生產(chǎn)供應渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。 4.模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術改造后不能很快收回其投資，甚至負債累累，影響發(fā)展。 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術力量強，設備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設備利用率低。 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩藴始?，干標準件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?，F(xiàn)象存在，極大地挫傷了模具企業(yè)（包括模具車間和分廠）職工的積極性。這也是模具行業(yè)留不住人才，青年技術人員和青年工人不愿學技術的原因之一。 5．模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展 （1）模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、工業(yè)設計高級渲染、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。 （2）模具設計、分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設計已越來越不適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術要求。模具設計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關等特點，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設計軟件，可進行交互式3D型腔、型芯設計、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設計。 6．模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展 （1）模具檢測設備的日益精密、高效 精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標測量機，還擁有數(shù)碼攝影光學掃描儀，率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程，成功實現(xiàn)了逆向工程技術的開發(fā)和應用。這方面的設備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司的TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復合化等特點。 （2）數(shù)控電火花加工機床 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術。 （3）高速銑削機床(HSM) 銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心，其機床定位精度可達8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達2500mm×5000mm×1800mm，轉(zhuǎn)速達20500r/min，切削進給速度達20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達0.01mm。 7．快速經(jīng)濟制模技術 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術相比，快速經(jīng)濟制模技術具有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟效益比較顯著的模具制造技術，具體主要有以下一些技術?！? (1)快速原型制造技術(RPM)。它包括激光立體光刻技術(SLA) ；疊層輪廓制造技術(LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(SLS) ；熔融沉積成形技術(FDM) 和三維印刷成形技術(3D-P)等。 (2)表面成形制模技術。它是指利用噴涂、電鑄和化學腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細花紋的一種工藝技術。 (3)澆鑄成形制模技術。主要有鉍錫合金制模技術、鋅基合金制模技術、樹脂復合成形模具技術及硅橡膠制模技術等。 (4)冷擠壓及超塑成形制模技術。 (5)無模多點成形技術。 (6)KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術。 (7)模具毛坯快速制造技術。主要有干砂實型鑄造、負壓實型鑄造、樹脂砂實型鑄造及失蠟精鑄等技術。 (8)其他方面技術。如采用氮氣彈簧壓邊、卸料、快速換模技術、沖壓單元組合技術、刃口堆焊技術及實型鑄造沖模刃口鑲塊技術等。 8．模具材料及表面處理技術發(fā)展迅速 模具工業(yè)要上水平，材料應用是關鍵。因選材和用材不當，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用鋼有預硬鋼(如美國P20)、時效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2，日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等；覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等，大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面，其主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復合滲(如TD法)發(fā)展；由一般擴散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強化、輝光離子氮化技術及電鍍(刷鍍)防腐強化等技術也日益受到重視。 三、研究內(nèi)容及實驗方案： 1. 分析肥皂盒塑件以及塑件成型工藝和過程。 2. 設計肥皂盒塑件圖，利用注塑成型原理對肥皂盒塑件進行成型分析，并設計和繪制注塑模模具裝配圖及型腔、型芯等部分零件圖。 3. 利用Mastercam軟件對模具型腔、型芯進行三維曲面造型與數(shù)控仿真加工，同時生成數(shù)控加工程序。 4. 設計過程可利用計算機模擬加工檢驗。 四、目標、主要特色及工作進度 1．目標 設計并繪制注塑模裝配圖及模腔、模芯零件圖并用Mastercam軟件對模具進行CAD造型及生成數(shù)控加工程序,系統(tǒng)的把大學里的專業(yè)知識復習應用到實際設計和生產(chǎn)中去，提高自己的動手能力和創(chuàng)新能力，掌握造型軟件，鍛煉自己的自主能力和查閱資料的能力,以此提高自己的綜合素質(zhì)來適應社會發(fā)展的需求。 2．主要特色 ⑴模具通用簡單、制造成本較低。 ⑵注射成型工藝可由機床按照一定程序完成，便于實現(xiàn)自動化, 生產(chǎn)效率高，適于大批大量生產(chǎn)。 ⑶注射一般可一次成形，減少了制品再加工程序。 ⑷注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射，節(jié)約材料。 ⑸操作易于掌握，不需要等級較高的技術操作。 3.工作進度 查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫開題報告 3月1日～3月10日 2周 設計并且繪制塑料肥皂盒塑件圖 3月11日～3月17日 1周 設計并且繪制模具型腔，型芯零件圖 3月18日～4月18日 4周 設計并且繪制塑料肥皂盒注塑模裝配圖 4月19日～5月10日 3周 熟練掌握三維CAD/CAM軟件的應用比起技能型曲面造型設計 5月11日～5月30日 3周 利用三維CAD/CAM軟件生成模具型面數(shù)控加工程序 5月31日～6月6日 1周 編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 6月7日`6月25日 3周 畢業(yè)設計審查，畢業(yè)答辯 6月26日`7月2日 1周 五、參考文獻 [1].嚴烈主編. 《Mastercam 8模具設計超級寶典》. 北京:冶金工業(yè)出版社，2000. 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