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i 繼電器外殼注塑模具設計 摘要 模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關(guān)注 模具式工業(yè)生 產(chǎn)的基礎工藝裝備 也已經(jīng)取得了共識 在電子 汽車 電機 電器 儀器 儀表 家電和通信等產(chǎn)品中 60 80 的部件都要依靠模具成 型 本論文介紹的是電磁繼電器外殼的注塑模具設計 本論文詳細介紹了整個模具的設計過程 對各機構(gòu)和系統(tǒng)進行了詳 盡的分析 包括模具結(jié)構(gòu)設計 澆注系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)設計 脫模 機構(gòu)設計 排氣系統(tǒng)設計 抽芯機構(gòu)設計 合模機構(gòu)設計 導向機構(gòu)設 計等 除此之外還介紹了注塑材料成型工藝和性能 以及注塑機的選用 和對部分參數(shù)的校核 此設計多采用標準件 結(jié)構(gòu)設計緊湊 目的為了降低模具的制造成 本 提高生產(chǎn)效率 設計過程中使用了 AutoCAD UG 等計算機輔助軟件 繪制了各主要零件圖 制品圖 以及大量結(jié)構(gòu)設計圖 大大縮短了設計 的周期 關(guān)鍵詞 注塑模具 PS 繼電器外殼 目錄 1 引言 1 1 模具生產(chǎn)的重要性 1 1 2 我國塑料模具技術(shù)現(xiàn)狀 1 1 3 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 2 2 電磁繼電器外殼注塑模具設計 2 1 制品工藝性能分析 7 2 2 PS 的加工工藝及成型性能 9 2 3 分型面的選擇 10 2 4 型腔數(shù)目的確 定 11 2 5 澆注系統(tǒng)的設計 11 2 5 1 澆注系統(tǒng)的組 成 11 2 5 2 澆注系統(tǒng)的布 置 12 2 5 3 主流道的設 計 12 2 5 4 分流道的設 計 13 2 5 5 澆口的設 計 13 2 6 注塑機的選 擇 14 2 6 1 最大的注塑 量 14 2 6 2 注塑壓 力 14 2 6 3 鎖模 力 15 2 6 4 模板尺寸的確 定 16 2 6 5 模具安裝板的校 核 17 2 6 6 開模行程的校 核 17 2 7 側(cè)抽芯與側(cè)分型面機構(gòu)的設 計 17 2 8 排氣問 題 18 2 9 合模導向機構(gòu)的設 計 19 2 9 1 導向機構(gòu)的作 用 19 2 9 2 模架的選 擇 20 2 9 3 導柱導向機構(gòu)的設 計 20 2 10 頂出機構(gòu)的設 計 21 2 10 1 頂出機構(gòu)的驅(qū)動方 式 22 2 10 2 頂出機構(gòu)的設計原 則 22 2 10 3 頂出行 程 23 2 10 4 頂出位置的設 置 23 2 10 5 脫模力的計 算 24 2 10 6 導向裝 置 24 2 10 7 頂桿的形 式 24 2 11 復位機構(gòu)的設 置 24 2 12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對塑料件質(zhì)量的影 響 25 2 13 模具的作用原 理 27 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻 30 Relay shell mold design Abstract The development of die and mould industry Increasing attention and concern The mold type industrial production process equipment foundation has achieved consensus In electronics automobile motor electric appliances instruments and meters home appliance and communication products 60 80 of its molding part should rely on This paper introduces the electromagnetic relay is the shell injection mold design This paper introduced the design process the mould of organizations and system for a detailed analysis including the design of die structure and the design of gating system cooling system design design exhaust system demoulding mechanism design core pulling mechanism design mould design the design of steering mechanism etc In addition also introduces the injection molding technology and material performance as well as the selection and injection of some parameters of the check This design is used more compact structure design mould in order to reduce the cost of manufacture improve production efficiency The design process using AutoCAD UG software rendering such computer aided the major parts graph products and design structural design greatly shorten the cycle Keywords Injection mold PS Relay shell 沖壓模具設計中側(cè)壁起皺的分析 F k Chen and Y C Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中 起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時 這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁 在沖壓一個有錐 度的方形杯子時 當發(fā)生起皺時 比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影 響通過有限元模擬方法被檢查到 模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大 起皺的就越明顯 而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制 在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起 皺時 發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分 在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖 頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的 為減少起皺 一個最適宜的沖模設計 方法就是利用有限元分析法 在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使 有限元分析法生效 而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢 關(guān)鍵詞 側(cè)壁起皺 沖模 階梯的矩形杯子 帶有錐度的主形杯子 1 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一 由于性能和視察的原因 在產(chǎn)品中起皺 往往不能被接受 在金屬板料成形過程中 有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生 邊緣起 皺 側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲 在沖壓一個復 雜形狀零件的操作時 側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺 由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料 相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量 側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑 制更難 很明顯 在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺 而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺 但是過度的拉力會通過裂痕 導致失敗 因此 沖壓力必須處于一個狹小的范圍 一方面 要高于抑制起皺的力 另一方面 要低于產(chǎn)生破裂的力 沖壓力的狹小范圍很難計算 對于沖壓一個復雜 形狀的零件 當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時 有意義的沖壓力范圍甚至不存在 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu) Yoshida et al 發(fā)明了一種測試 在這種測試里 一 塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸 他們也計劃一個近似的理論模型 在這 種模型里面 起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲 Yu et al 從實驗性和分析性上研究起皺問題 通過理論分析 他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周 波的起皺可能發(fā)生 然而 實驗結(jié)果顯示是四到六個 當通過一個有錐度的模具畫 出金屬板料時 Narayanasamy 和 sowerby 用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板 料的起皺 他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上 例如 一個圓形的杯子 在 90 年代早期 金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包 括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能 在當前的研究中 三維有限元分 析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中 產(chǎn)生起皺的金屬流動制 造參數(shù)上 一個帶有階梯的方形杯子 在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁 在帶有錐度的 杯子也相應的存在傾斜的側(cè)壁 在沖壓過程中 側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐 因此 這個部位更容易起皺 在當前的研究中 起皺過程中的各種不同的制造參數(shù) 的影響都在被研究 在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時 就像圖 1B 顯示的一樣 可 以觀測到另一種形式的起皺 為了評估分析的效力 在當前的研究中 一個確切階 梯幾何形狀的物體被檢測 通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺 起皺的原因被確定 在觀測一個實際產(chǎn)品成形時 通過有限元分析法得到的模具設 計方法得到證實 圖 1 帶有錐度方形杯子的拉伸 a 和帶有階梯的矩形杯子的拉伸 b 2 有限元模型 包括沖頭 模具和毛壞固定器等工具幾何學是用 CAD 或 PRO E 軟件來設計的 同樣 用 CAD 軟件 三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng) 對 于有限元模擬來說 工具被認為是剛硬的 而且對應的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學 而不是壓力分析 同樣 CAD 軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼 圖 2 顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料 由于對 稱條件 方形杯子的四分之一被分析 在模擬中 板形壞料放在壓力機上 沖模向 下移動 逆著壓力機夾緊板形壞料 然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形 圖 2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法 金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入 數(shù)據(jù)的一部分 在當前的研究中 拉深成形的金屬板料也被用來模擬 為在飛機上 切割下的樣本測試被進行 它們依次從 0 度的旋轉(zhuǎn)方向到 45 度的旋轉(zhuǎn)方向 再到 90 度的旋轉(zhuǎn)方向進行著 平均的流動力 計算方程為 0 2 45 90 4 因為每一個方法真實應變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓 就如 圖 3 顯示的那樣 當前研究中所有的模擬利用有限元程序 PAM STAMP 涉及 SGI Indigo2 工作站 為 了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設置 沖頭的速度一般設置在 10m s 庫侖摩擦系數(shù)設 置在 0 1 圖 3 金屬板料的應力應變關(guān)系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖 1a 顯示的那樣 草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸 方形沖頭每一 面的長度 2W P 模腔的尺寸 2W d 和高度 H 被認為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸 在當前研究中 模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙 記作 G G Wd WP 相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙 起皺假想通過增加 沖壓力來被抑制 相對于沖壓一個錐度方形杯子 沖模間隙和沖壓力兩方面的影響 在接下來的部分被研究 3 1 沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響 在沖壓一個錐度方形杯子時 分別用 20mm 30mm 50mm 大小的沖模間隙進行模擬沖壓 在每次模擬沖壓中 模腔的尺寸 都是固定在 200mm 而且杯子拉深的高度都是 100mm 三次模擬中使用的金屬板料都 是 380X380 的方形尺寸 厚度也都是 0 7mm 金屬的應力應變曲線如圖 3 所示 圖 4 G 50mm 的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象 沖模間隙為 50mm 沖壓出來的杯子模擬 形狀如圖 4 從圖 4 中可以看出 起皺分布在側(cè)壁 側(cè)壁拐角尤其明顯 這就說明 在沖壓過程中 起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐 同樣 由于沖模間隙不 一樣 沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣 由于橫向壓力的存大 在沖頭和模腔 中拉深成形的金屬板料越來越不牢固 在壓縮下 側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是 起皺的主要原因 為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品 兩個主要的應變比率 被介紹 min max 這里的 min 和 max 分別是主要的和次要的應變 Hosford 和 Caddell 已經(jīng)展示了 的實際值比 的評論值大 假設當起皺發(fā)生時 的實際值越大 起皺的可能性就越大 在三個沖模間隙不同的沖壓中 同一側(cè)壁高度 沿著橫截面 M N 的 值在圖 4 中 標記出 在圖 5 中畫出 圖 5 中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處 而對三個沖模 間隙不同的沖壓 在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺 還說明了沖模間隙越大 的實際值 就越大 因此 增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性 3 2 沖壓力的影響 眾所周知 在沖壓過程中 增加沖壓力可以幫助排除起皺 為了研究增加沖壓力 的影響 沖模間隙為 50mm 與起皺是有關(guān)聯(lián)的 用沖模間隙為 50mm 的模具沖壓帶有 錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了 沖壓從 100KN 增加到 600KN 這兩個力 分別產(chǎn)生 0 33Mpa 和 1 98Mpa 在上述部分 剩下的模擬條件與給定的是一樣的 處于中間的 300KN 也被用來模擬 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺 在圖 4 中已標出 沿著橫截面 M N 的 值與沖壓力為 100KN 和 600KN 的 值作比較 模擬結(jié)果指出 兩種情況下 沿著橫截面 M N 的 值是一樣的 為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形 狀 正如圖 4 和圖 6 標出的那樣 側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面 從 圖 6 可以看出 兩個外殼的波浪形橫截面是相似的 這就說明在沖壓帶有錐度的方 形杯子時 沖壓力不影響起皺的發(fā)生 這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓 力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐 沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模 式并沒有影響 圖 5 沿著橫截面 M N 不同沖模間隙的 值 4 階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時 起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要 輪 廓 1 顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖 在這張草圖中 側(cè)壁 C 沿臺階 D E 而行 在近期的研究中 在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀 這種產(chǎn)品使用的原 材料的厚度是 0 7mm 從拉力測試中獲得的應力應變關(guān)系如圖 3 所示 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉 在這種深拉過程中 沒有焊 縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動 但是 由于沖頭拐角處的半徑過小和其 復雜的幾何形狀 如圖 7 顯示的那樣 在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂 在真實產(chǎn)品 的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺 從圖 7 中可以看出 皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上 但是在階梯邊 緣拐角處最為嚴重 就像圖 1 b 中 A D B E 顯示的那樣 在沖頭的上部邊緣 金屬往往被拉裂 就像圖 7 所示 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形 誕生了一種有限元的方法 這種有限 元模擬方法被在最初的設計中 部分的模擬形狀如圖 8 所示 從圖 8 中可以看出 零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深 皺紋分布在側(cè)壁上 類似真實零件中的那樣 圖 6 從圖 a 的 100KN 到圖 b 的 600KN 不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖 7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖 8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖 1 b 就像 A B 邊緣半徑和沖孔拐角處 A 的半徑一樣 沖孔的半徑也很小 這被認為是拉裂的最主要原因 但是 根據(jù)有限元分析的結(jié)果 拉裂可以通過增加 以半徑來避免 這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實 個別的嘗試也被用來消除起皺 第一 沖壓力加到原來的 2 倍 但是 就像在拉 深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣 沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果 通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論 于是我們推測 這種起皺不能通過增 加沖壓力來得到抑制 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域 往往會因為大量的金屬流動而起皺 一種通 過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料 為了多余 的金屬能有效的被吸收 掛鉤應該平衡的加在起皺位置 基于這種理念 兩個掛鉤 被加在鄰近在壁上吸收多余的材料 如圖 9 如示 模擬結(jié)果顯示 階梯拐角處的起 皺正如想象的那樣被吸收 但是 一些起皺仍然沒被吸收 這說明在側(cè)壁處需要更 多的掛鉤來吸收所有過量的材料 但是這在模具設計中是不允許的 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被 監(jiān)測 而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的 對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān) 測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形 直到板料接觸到如圖 1 b 階 梯 D E 邊緣才形成起皺 起皺的形狀如 圖 9 加到側(cè)壁的起皺 圖 10 顯示的那樣 這就為模具設計的改進提供了有價值的信息 圖 10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖 11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生 最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍 A 和階梯拐角處范圍 D 之間 的金屬板料處于不平坦的拉深 就如圖 1 b 所示 階梯拐角處被切主要是為了改 善拉深條件 這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖 11 所示 從 而使得模具設計的改進得到發(fā)展 但是 杯子側(cè)壁處仍然有起皺 這就意味著起皺 是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的 不僅僅是沖頭拐角處和階梯 拐角處之間的不平坦 為了證實這種說法 兩種改進過了的模具設計被用來實驗 為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作 一種是切去整個階梯 而另一種是增加更 多的拉深操作 前一個方法的模擬形狀所圖 12 所示 自從更低的階梯被切去后 拉 深工序與圖 12 中的矩形杯子拉深工序性很相似 從圖 12 中可以看出起皺現(xiàn)象已被 消除 在這兩種操作的拉深工序中 板料最初是被拉到很深的階梯處 如圖 13 a 所 示 然后 較低的階梯在第二步拉深操作中成形 同是 如圖 13 b 所示的想象 形狀也得到了 從圖 13 b 可以清晰的看出 通過兩步拉深工序可以造出沒有起 皺的階梯矩形杯子 同時也說明在兩步拉深工序中 如果相應的順序被應用 則更 低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形 如圖 1 b 中的 A B 因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔 圖 12 改善模具設計的模擬形狀 圖 13 兩個操作步驟中的 a 第一步操作 b 第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產(chǎn)品的沖壓模具設計是很難完成 的 但是 由于額外的模具費用和操作費用 兩個操作的制造費用是很高的 為了 保持較低的制造費用 零件的設計師對形狀做出了合適的改變 而且通過有限元模 擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設計 如圖 12 所示 隨著設計方法的改 進 產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來 而且零件還沒有起皺 如圖 14 所示 通過有 限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果 有限元模擬分析法得到的沿橫截面 G H 的厚度分布如圖 14 所示 這與產(chǎn)品的尺寸做了比較 比較的結(jié)果顯示在圖 15 從 圖 15 可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相 符合的 這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率 圖 14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖 15 G H 處模擬和測量厚度 5 概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺 而且還檢查了其起皺的 原因和消除起皺的方法 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上 這種起皺的原因是 因為沖模間隙過大 沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距 當金屬被拉至 模腔中 在沖頭和型腔中有一有害的拉深時 大的沖模間隙導致金屬板料的大面積 區(qū)域不被支撐 因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺 有限元模擬分析法顯示這種起 皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中 起皺往往發(fā)生 在臺階以上的側(cè)壁 甚至沖模的間隙不是足夠的大 通過有限元模擬法得知 這種 起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸 在模具設計過程中 通過有 限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺 切除了臺階的模具被建立 通過無缺 陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用 有限元模擬分析法得到的結(jié) 果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性 還證實了用 有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于 NSC 86 2212 E002 028 編號才 使得這個項目得到發(fā)展 他們也希望感謝 KYM 提供了產(chǎn)品零件 參考文獻 1 K Yoshida H Hayashi K Miyauchi Y Yamato K Abe M Usuda R Ishida and Y Oike 在金屬板料 皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2 T X Yu W Johnson 和 W J Stronge 圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形 機械學 雜志 26 pp 131 148 1984 3 W J stronge M P F Sutcliffe 和 T X Yu 在沖壓期間 圓形碟子的塑性起皺 實驗的 技巧 pp 345 353 1986 4 R Narayanasamy 和 R Sowerby 當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺 材料處 理技術(shù)雜志 41 pp 275 290 1994 5 W F Hosford 和 R M Caddell 金屬成形 機械和冶金 1993 年第二季 畢業(yè)設計 論文 開題報告 題目 繼電器外殼注塑模 一 選題的依據(jù)及意義 模具生產(chǎn)水平的高低已成為衡量一個國家產(chǎn)品水平高低的重要標志 因為模具在 很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益 和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 隨著我國加入 WTO 我國 模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn) 我國的模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關(guān)注 模具式工業(yè)生產(chǎn)的基礎工 藝裝備 也已經(jīng)取得了共識 在電子 汽車 電機 電器 儀器 儀表 家電和通信 等產(chǎn)品中 60 80 的部件都要依靠模具成型 用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度 高復雜程度 高一致性 高生產(chǎn)效率和低消耗 是其它加工制造方法所不能比擬的 模具又是 效率放大器 用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品價值 往往是模具自身價值的幾十倍 上百倍 目前全世界模具年產(chǎn)值約為 1000 億美元 日 美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè) 產(chǎn)值已超過機床工業(yè) 近幾年 我國模具工業(yè)一直以每年 15 左右的增長速度發(fā)展 2009 年 我國模具總產(chǎn)值超過 800 億元人民幣 二 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 含文獻綜述 1 國內(nèi)外研究概況 1 塑料模 今年來 我國塑料模有很大的進步 在大型塑料模方面 已能生產(chǎn) 34 英寸大屏幕 彩電塑殼模具 6kg 大容量洗衣機全套塑料模具及汽車保險桿和整體儀表板等塑料模具 在精密塑料模具方面 已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具和 600 腔塑封模具 還能生產(chǎn) 厚度僅為 0 08mm 的 1 模 2 腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等 內(nèi)熱式或 外熱式熱流道裝置得以采用 少數(shù)單位采用了具有世界先進水平的高難度針閥式熱流 道模具 完全消除了制件的澆口痕跡 氣體輔助注射技術(shù)已成功得到應用 在精度方 面 塑料模具制造精度可達 0 02 0 05mm 國外可達 0 005 0 01mm 分型面接觸間隙為 0 02mm 模板的彈性變形為 0 05mm 型面的表面粗糙度值為 Ra0 2 0 25 g 塑料模具壽 命已達 100 萬次 國外可達 300 萬次 模具制造周期仍比國外長 2 4 倍 這些標志 著模具總體水平的參數(shù)指標與國外相比尚有較大差距 2 模具 CAD CAE CAM 模具 CAD CAE CAM 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù) 能顯著縮短模具設 計與制造周期 降低生產(chǎn)成本 提高生產(chǎn)質(zhì)量 它使技術(shù)人員能借助于計算機對產(chǎn)品 模具結(jié)構(gòu) 成形工藝 數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化 以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為 代表 陸續(xù)引僅了相當數(shù)量的 CAD CAM 系統(tǒng) 實現(xiàn)了 CAD CAM 集成 并采用了 CAE 技 術(shù)對成型過程進行計算機模擬等 數(shù)控加工的使用率也越來越高 取得了一定的經(jīng)濟 效益 促進和推動了我國模具 CAD CAE CAM 技術(shù)的發(fā)展 近年來 我國自開發(fā)的有上海交大的沖裁模 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)絡模具工程研究中心的沖壓 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 為進一步普及模具 CAD CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好條件 目前我國計算機輔助技術(shù)軟件開發(fā) 尚處于較低水平 需要知識和經(jīng)驗的積累 3 模具標準件 模具標準件對縮短模具制造周期 提高質(zhì)量 降低成本 能起很大作用 因此 模具標準件越來越廣泛地應得到采用 模具標準件主要有冷沖模架 塑料模架 推桿 和彈簧等 新型彈性元件如氮氣彈簧亦已在推廣應用中 4 模具材料與熱處理 模具材料的質(zhì)量 性能 品種和供貨是否及時 對模具的質(zhì)量和使用壽命以及經(jīng) 濟效益有著直接的重大影響 近年來 國內(nèi)一些模具鋼生產(chǎn)企業(yè)已相繼建成和引進了 一些先進工藝設備 使國內(nèi)模具鋼品種規(guī)格不合理狀況有所改善 模具鋼質(zhì)量有較大 程度的提高 但國產(chǎn)模具鋼鋼種不全 不成系列 多品種 精料化 制品化等方面尚 待解決 另外 還需要研究適應玻璃 陶瓷 耐火磚和地磚等成型模具用材料系列 模具熱處理使關(guān)系能否充分保證模具鋼性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 國內(nèi)大部分企業(yè)在模具 淬火時仍采用鹽熔爐或電爐加熱 由于模具熱處理工藝執(zhí)行不嚴 處理質(zhì)量不高 而 且不穩(wěn)定 直接影響模具使用壽命和質(zhì)量 近年來 真空熱處理爐開始廣泛用于模具 制造 2 發(fā)展趨勢 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網(wǎng)絡化發(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 同時個功能模塊采用同一 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 Deleam 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) 逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等 集成化程度高的軟件還包括 Pro E UG 和 CATIA 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(shù)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 E UG 和 CATIA 等軟件具備參數(shù) 化 基于特征 全相關(guān)等特點 從而使模具并行工程成為可能 另外 Cimatran 公司 的 Moldexpert Deleam 公司的 Ps mold 及日立造船的 Space E mold 均是 3D 專業(yè)注射 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 澳大利亞 Moldflow 公司的三維真實感流動模擬軟件 Moldflow Advisers 已經(jīng)受到用戶廣泛的好 評和應用 面向制造 基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要 標志之一 如 Cimatron 公司的注射模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型 面 生成與制品相對應的型芯和型腔 實現(xiàn)模架零件的全相關(guān) 自動產(chǎn)生材料明細表 和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進行智能化加工參數(shù)設定 加工結(jié)果校驗等 3 模具軟件應用的網(wǎng)絡化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭 合作 生產(chǎn)和管理等方面的全球化 國際化 以及計算機 軟硬技術(shù)的迅速發(fā)展 模具軟件應用的網(wǎng)絡化的發(fā)展趨勢是使 CAD CAE CAM 技術(shù)跨地 區(qū) 跨企業(yè) 跨院所在整個行業(yè)中推廣 實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合 使虛擬設計 敏 捷制造技術(shù)成為可能 美國在其 21 世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略 中指出 到 2006 年要實現(xiàn)汽 車工業(yè)敏捷生產(chǎn) 虛擬工程方案 使汽車開發(fā)周期從 40 個月縮短到 4 個月 2 模具檢測和加工設備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 1 模具向著精密 復雜 大型的方向發(fā)展 對檢測設備的要求越來越高 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 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)了逆向工程的開發(fā)和應用 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器驅(qū)動的 AQ325L AQ550LIS 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 還采用混粉加工工藝 微精 加工脈沖電源及模糊控制 FC 等技術(shù) 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 HSM 主要用于大 中型模具 加工 如汽車覆蓋件模具 壓鑄模 大型塑料模等曲面加工 4 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展 國外已出現(xiàn)了模具自動加工系統(tǒng) 這也是我國長遠發(fā) 展的目標 模具自動定位夾具或定位盤 有完整的機具 刀具數(shù)控庫 有完整的數(shù)控 柔性同步系統(tǒng) 有質(zhì)量檢測控制系統(tǒng) 3 快速經(jīng)濟制模技術(shù)的廣泛應用 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(shù)相比 快速 經(jīng) 濟制模技術(shù)具有制模周期短 成本較底的特點 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(shù) 快速原型制造 RPM 技術(shù)是集精密機械制造 計算機技術(shù) NC 技術(shù) 激光成型技 術(shù)和材料科學與一體的新技術(shù) 是當前最先進的零件及模具成型方法之一 RPM 技術(shù)可 直接或間接用于模具制造 具有技術(shù)先進的概念設計到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所 需時間的 1 3 和成本的 1 4 左右 現(xiàn)在是多品種 少批量生產(chǎn)的時代 到下一個世紀 這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的 比例將達 75 以上 一方面是制品使用周期短 品種更新快 另一方面制品的花樣變化 頻繁 均要求模具的生產(chǎn)周期越快越好 因此 開發(fā)快速經(jīng)濟模具越來越引起人們的 重視 例如 研制各種超塑性材料 環(huán)氧 聚脂等 制造 或其中填充金屬粉末 玻 璃纖維等 的簡易模具 中 低熔點合金模具 噴涂成型模具 快速模架 快速凸模 等也將日益發(fā)展 另外 采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置 快速試模技 術(shù)也會得到發(fā)展和提高 4 模具材料及表面處理技術(shù)的研究 因選材料和用材不當 致使模具過早失效 大約占失效模具的 45 以上 在整個模 具價格構(gòu)成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 因此 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應用的表 面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要 對于模具鋼來說 要采用電渣重熔工 藝 努力提高鋼的純凈度 等向性 致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的 模具鋼 如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速鋼等 粉末高速鋼解決原來高速鋼冶煉 過程中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析 從而影響材質(zhì)的問題 其碳化物微細 組織均 勻 沒有材料方向性 因此 它具有韌性高 磨削工藝性好 耐磨性高 長年使用尺 寸穩(wěn)定等特點 特別對形狀復雜的沖件及高速沖壓的模具 其優(yōu)越性更加突出 是一 種很有發(fā)展前途的鋼材 模具鋼品種規(guī)格多樣化 產(chǎn)品精細化 制品化 盡量縮短供 貨時間亦是重要發(fā)展趨勢 熱處理和表面處理是能否充分發(fā)展模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 模具熱處理的主要 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 PVCD 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(shù)及電鍍 刷鍍 防腐強化等技術(shù)也 日益受到重視 5 模具研磨拋光將向自動化 智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工中未能很好解決的難題之一 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽 命 制件外觀拋光為主 不僅效率低 約占整個制造周期的 1 3 且工人勞動強度大 質(zhì)量不穩(wěn)定 制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展趨勢 日本已研制了數(shù)控研磨機 可實現(xiàn)三維曲面模具研磨拋光的自動化 智能化 另外 由于模具型腔形狀復雜 任 何一種研磨拋光方法都有一定局限性 應發(fā)展特種研磨與拋光 如擠壓磨 電化學拋 光 超聲波拋光以及復合拋光工藝與裝備 以提高模具表面質(zhì)量 6 模具標準件的應用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期 而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造 成本 因此 模具標準件的應用必將日漸廣泛 為此 首先要制定統(tǒng)一的國家標準 并嚴格按標準生產(chǎn) 其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn) 提高標準件質(zhì)量 降低成本 再次是 要進一步增加標準件規(guī)格品種 發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng) 保證供貨迅速 7 壓鑄模 擠壓模及粉末鍛模比例增加 隨著汽車 車輛和電機產(chǎn)品向輕量化發(fā)展 壓鑄模的比例將不斷提高 對壓鑄模的 壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求 同時擠壓模及粉末鍛模比例也將有不同程 度的增加 而且精度要求也越來越高 8 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式 在成形 型 工藝方面 主要有沖壓模具多功能復合化 超塑性成形 型 塑 性精密成形 型 技術(shù) 塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù) 高壓注射成形 型 技術(shù)等 另一方面 隨著先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高 在模 具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設計 生產(chǎn) 管理理念與模式 具體主要有 適應模具單件生 產(chǎn)特點的柔性制造技術(shù) 創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神 精益生產(chǎn) 提高快速應變 能力的并行工程 虛擬制造及全球敏捷制造 網(wǎng)絡制造等新的生產(chǎn)哲理 廣泛采用標 準件 通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式 適應可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保要求的綠色設計與制造等 三 研究內(nèi)容及實驗方案 1 課題研究的主要內(nèi)容 本課題主要是繼電器外殼注塑模的設計 分析繼電器外殼注塑模的制造工藝 分 流道 注塑量等工藝的計算 課題研究的實驗方案 1 繼電器外殼注塑模設計的初步方案 盡可能利用校內(nèi)外所有的條件 并由指導老師講解 對及其工藝流程的認識 計算 出有效尺寸 然后繪制出繼電器外殼注塑模的裝配圖和零件圖 2 繼電器外殼注塑模各部件的初步設計方案 該模具包含澆注系統(tǒng) 合模導向機構(gòu)的設計 頂出機構(gòu)的設計以及復位等機構(gòu)的設 計 要使得設計的價格低廉 成型性能較好 四 目標 主要特色及工作進度 1 目標 設計出一個能夠滿足社會生產(chǎn)要求的 具備結(jié)構(gòu)相對簡單 成本較低 安裝和 拆卸操作方便 故障率低 常見故障易處理 維護方便的繼電器外殼注塑模 并且能 根據(jù)市場的要求 應用模具設計的基本原理和方法 學會擬定繼電器外殼注塑模的設 計方案 設計出高效 實用 經(jīng)濟 提高結(jié)構(gòu)設計能力 在合模導向機構(gòu)的設計過程 中熟悉并應用有關(guān)手冊 圖表等技術(shù)資料的能力以及進一步培養(yǎng)識圖 制圖 編寫技 術(shù)文件等基本技能 2 主要特色 1 熟練應用 UG 及 AutoCAD 計算機繪圖軟件 2 了解模具的基礎知識 3 與實際聯(lián)系緊密為今后走上崗位打下良好基礎 3 工作進度 1 開題報告 2 周 2 總體設計 2 周 3 常規(guī)設計 9 周 4 編寫畢業(yè)設計說明書 3 周 5 外文資料翻譯 1 周 五 參考文獻 1 秦蕊 塑料模具設計 西北工業(yè)大學出版社 1988 12 2 唐志玉編 大型注塑模設計基礎 成都科技大學出版社 1987 3 于華編 注塑模具設計技術(shù)及實例 機械工業(yè)出版社 1999 5 4 塑料模設計手冊 編寫組 塑料模設計手冊 第三版 機械工業(yè)出版社 2002 年 8 月 5 張文華 塑膠模具設計制圖實務 航空工業(yè)出版社 1999 年 5 月 6 丁浩 塑料工業(yè)實用手冊 下冊 化學工業(yè)出版社 1996 3 7 王以華 李明堯 榮焯 陸鎮(zhèn)毅 現(xiàn)代模塑成形手冊 上海交通大學出版社 1993 3 8 楊可楨 程光蘊 機械設計基礎 高等教育出版社 第四版 1999 4 9 德 G 曼格斯 P 墨蘭 李玉泉 譯 張蔭朗 校 塑料注射成型模具的設計與 制造 中國輕工業(yè)出版社 1993 2 10 邱建新 李發(fā)根等 模具工業(yè)發(fā)展終述 CAD CAM 與制造業(yè)信息化 2003 12 11 周永泰 模具產(chǎn)品目前水平及今后發(fā)展趨勢 1998 2 12 周雄輝 現(xiàn)代模具設計制造理論 上海交通大學出版社 2000 年