模具毕业论文概述

模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。1、中国模具市场前景广阔模具应用领域的不断扩大、已应用领域对模具提出的更多和更高要求2、模具产品市场竞争力不断提升当前，我国面临发达国家的技术优势和发展中国家价格优势的双重压力。3、模具行业发展速度持续增长我国国民经济在“十一五”期间将继续保持较快的发展速度，给模具行业的发展提供了可靠的宏观支持。4、模具行业机遇和挑战并存一方面国际国内形势为模具行业发展提供了前所未有的发展空间，二、模具行业发展趋势分析1、模具市场全球化，模具生产周期进一步缩短2、模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展

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第一章绪论 第一章绪论 选题依据 模具在产品制造过程中占据重要地位。模具设计水平的高低，在很大程度上 决定了生产率的高低。有效的模具设计可以降低资源调整次数和调整时间，为生 产计划与调度提供更大的优化空间，以达到提高生产效率的目的[1]。模具设计是工 装系统的重要组成部分，它影响着产品生产的效率和质量。对模具设计进行深入 的研究有着重要意义。 模具行业是工业的基础行业，工业的各个领域都广泛地使用模具[2l。在电子、 汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%一8%0的零部件都要依 靠模具成形。用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高 生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”， 用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生 产技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力， 并且己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志[3]。模具作为工业生产的基 础工艺装备，在国民经济中占有重要的地位。近10年来，模具CAD技术发展很快， 应用范围日益扩大。模具CAD技术给模具的设计和制造提供了一个高效、经济而 且快速的方法，大幅度地提高了模具的质量，缩短了模具的设计和制造周期，降 低了模具成本[’]。 目前国内外己经有许多模具CAD系统，这些系统虽然具有较强的分析计算能力 与图形处理能力，可以提供交互式设计5]l。但是在这些系统中，模具设计过程主要采 用人机交互方式进行，大多数的设计是依靠操作者的设计经验，计算机只是进行一 些规则匹配以及计算工作，而对于前人成功设计的模具不能有效的利用，造成模具 设计周期很长，成本较高，开发效率很低。 基于实例推理技术(Case一basdeReasoning，CBR)的模具设计可以使设计者利 用以往的设计经验，通过组合、修改以往的设计方案来构造新的设计方案;同时在 现实生产中，己积累有许多模具零件的类型以及装配关系完全相同的模具族，可 以成为新设计的基础6]I。cRB技术抛弃了以往对抽象的知识规则的构建和演算操作， 直接借助己有实例来解决问题，通过对旧实例的证实和修正来达到对新模具的设 计[7]。在基于实例推理系统中，以前的经验是以实例的形式按照某种组织结构保存 于实例库中8]t，当要解决一个新问题时，通过相关属性采用适当的算法检索实例库， 找出与新问题最相似的一个或几个实例，再修改实例来达到对新问题的解决[9l。 在模具设计中应用CRB方法，利用计算机模具人脑在设计中的思维活动，完 成了以往由设计师完成的任务，不仅充分利用了模具专家的设计经验，适合工程 中的实际情况，也符合人类的思维习惯。同时，用这种方法得到的模具基于以前 已经设计成功的实例，因此减少了新模具不能正常工作的可能性，并且缩短了开 发周期。 模具CAD发展现状和趋势 模具CA。系统国内外发展概况 模具CAD系统是随着以D技术以及现代设计理论与方法的发展而不断发展的， 从最初的以二维图形技术为基础的系统发展到了目前以三维图形技术及特征构型 为主要特点的阶段110，川。 国外于20世纪60年代末开始模具以D研究，70年代初已投入生产中使用。 如美国Diecomp公司于1973年研制成功计算机辅助设计级进模的PDDc系统[’21。 该系统中已经包括产品图形与材料特性的输入:在输入的基础上，再进行模具结 构类型选择，凹模排样、凸模和其他嵌件设计;最后绘制模具总装图和零件图以 及NC编程。 1978年，日本机械工程实验室研制成冲裁级进模CAD系统，该系统由产品图 输入、模具类型选择、毛坯排样、条料排样、凹模布置、工艺计算、绘图等10个 模块组成。 进入20世纪80年代随着计算机技术的发展，使用模具CAD技术的厂家大大 增加。在弯曲成型级进模和汽车覆盖件模具CAD系统中，应用了塑性成形模拟技 术。代表是日本日立公司于1982年研制成弯曲级进模以D/以M系统，采用人工与 计算机设计相结合的批处理方式。 20世纪90年代出现了许多商品化CAD/CAM系统如Pro/E，SolidWorks等。 由于我国计算机技术发展较晚，20世纪80年代才开始模具CAD研究。华中科技大 学、机电研究院、上海交通大学等单位相继展开冲裁模系统的研究。20世纪90年 代中期，华中科技大学的基于特征的设计的级进模CAD系统是这个时期的代表产 口 口口。 模具CAO的发展趋势 近年来，全球制造业正向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地 [3]l。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将推动CAD技术的发展; 网络技术应用的普及将在更大程度上改变我们的生活，改变制造业的模式。随着 我国加入WTO，要求我们的产品要有创新性，并且具有更高的质量、更低的成本， 并在更快的时间内提供给用户[4l1。作为产品制造的重要工艺装备，国民经济的基 础工业之一的模具工业将直面竞争的第一线。模具工业除需要“高技艺”的从业 人员外，还需要更多的“高技术”来保证。 (1)协同创新设计将成为模具设计的主要方向 制造业垂直整合的模式使得世界范围内产品销售、产品设计、产品生产和模 具制造分工更明确。为了缩短产品上市周期，使模具设计充分理解产品设计的意 图，在产品的设计阶段，模具设计也同时开始，产品设计工程师和模具设计工程 师需尽早进入协同设计状态。另外，模具制造商需要的模具标准件一般都由模具 标准件厂提供，最好在模具设计阶段就参照各类标准，充分利用模具标准件厂提 供的数据进行设计。由于在制造流程中各个环节所采用的CAD系统不一定相同， 这就要求以D系统要具备协同的能力，能够随时交换上下游的数据，能够处理彼 此的数据，数据产生及处理标准化。 目前，模具制造商己经较广泛地采用数控加工技术。为了保证加工质量、提 高加工效率、改进制造流程，相当一部分的模具制造商开始使用多坐标数控加工、 高速铣削加工以及基于快速原型的模具制造等方法。因为制造设备的丰富，制造 信息的增加，今后的制造信息将不仅仅是数控编程加工的代码，更重要的是，从 设计开始就考虑制造过程，即提供模具制造的工艺流程，其中不仅包含工艺表格、 加工参数，还包括模具加工的夹具设计、加工的装夹过程及各工序的代码。各工 序过程均进行仿真，并利用网络实现共享。 (2)模具CAD技术的ASP模式将成为发展方向 今天的模具行业己经成为高技术密集的行业。任何一个企业，要掌握全部先 进的技术，成本都将非常高昂，要培养并且留住掌握这些技术的人才也会非常困 难。于是，模具CAD的APS模式就应运而生了，即由拥有各种专门技术的应用服 务单位为模具企业提供技术服务。这样整个社会就形成了一个大的模具制造企业， 按照价值链和制造流程分工，将制造资源最优发挥。应用服务包括如、快速原型 制造、数控加工外包、模具设计、模具成型过程分析等。 近20年来，由于不断采用新技术，制造模具已经远不是人们印象中的“手工 作坊”了。 模具CAO系统的特点和优越性 (1)模具设计的特点 与传统的单个零件的设计不同，模具是多个零件的装配体，模具设计是一个 极为复杂的过程，包括产品建模、工艺性分析、制定模具方案、选择模架、模具 总装图设计、工作部件设计、辅助装置设计和零件详细设计等部分，要求最终能 够生成总装图、部装图及模具零件图.模具造型的特殊性有以下几点: a.大多数模具是进行复杂零件加工的，模具造型较复杂。 b，一般模具加工零件的工序比较少，大部分是一次成型，所以模具的外形必 须要有加工零件的所有细节描述。 C.模具设计的反复机率高，所以模具CAD几何模型应能反复更新并能及时修 复。 (2)模具cAD的造型特点[4] 模具CAD造型技术是精确造型技术，可分为实体造型和曲面造型: a.实体造型技术对于结构简单的模具来说己经能够满足设计要求，但对于结构 复杂、细节描述精度要求高的零件来说就显得不够，如在拔模面、面圆角过渡、 型腔设计上受到了一定的限制。 b.曲面造型技术是由不同的曲面构造特征，产生光顺的曲面模型。主要包括多 曲面的等变圆角过渡处理技术、曲面自动修剪技术、曲面编辑、曲面分析技术和 光顺处理等核心技术，它能辅助实体造型技术完成模具设计中所有细节描述的设 计。曲面造型技术适合于外形复杂和细节描述精度要求高的产品的模具设计。 (3)模具CAD的优越性[’“} 模具CAD的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和广泛应用。 无论是在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，以D 技术的优越性是传统的模具设计方法所不能比拟的。 可提高模具设计质量。在计算机系统内存储了各有关专业的综合性的 技术知识，为模具的设计和工艺的制定提供了科学的依据。计算机与设计人员交 互作用，有利于发挥人一机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。 可以节省时间，提高生产率。设计计算和图样绘制的自动化大大缩短 了设计时间。质量提高，可靠性增强，装修时间明显减少，模具的交货时间大大 缩短。 可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运行和自动绘图大大节省了劳 动力。优化设计带来了原材料的节省。 技术将技术人员从繁冗的计算绘图中解放出来，从事其他创造性的劳 动。 论文的研究内容 系统地提出基于实例推理的模具设计的理论与方法，对CRB技术在模具设计 上的应用进行了深入的研究。在理论研究的基础上，开发了基于实例推理的模具 设计系统，有力地证实了应用CRB技术可以提高模具设计效率。本文研究内容主 要包括: 第一章绪论:概述了论文的研究意义，介绍了课题的来源与选题背景，简要 的描述了CRB技术在模具设计中的应用，研究了模具CAD的国内外概况和发展趋 势。 第二章模具CAD系统总体设计:主要包括对模具CAD的流程分析，系统需求 分析，以及体系结构的定制和功能模块的划分。 第三章基于实例推理的关键技术:描述了基于实例推理技术，详细介绍了实 例的表示，实例的检索策略以及实例的存储等一些关键技术。 第四章基于实例的模具设计:介绍了模具实例的表示内容以及方法，并对模 具实例的存储于检索提出了方案。 第五章原型系统开发:介绍了UG开发平台和开发工具，对系统业务流程进 行了描述。 第六章结论与展望。对本文的研究内容进行总结和展望

握论文的要素，以写事为主的应明确写什么事，写人为主的应明确写什么样的人。(2)把握关键性语句，揣摩作者为什么要写这些人，事。

通过对课程塑料模具制造的过程我了解了以下下内容：1、产品设计；2、模具设计（用软件分模，选用模架及标准件并设计滑块）；3、工艺安排；4、按工艺顺序进行加工；5、钳工装配（主要配分型面）；6、试模。下面主要讲述上面每个过程的重点和要注意的问题。 、产品设计 这个过程中我们应注意的问题有：不能随意改变产品的结构（用户特殊要求除外）；不能随意改变产品大小（用户特殊要求除外）；在交图前应检查各尺寸是否正确及是否注明产品材料。 、模具设计 （一）首先必须要拟定模具结构形式： A、分型面位置确定：分型面应选在塑件的最大截面处；不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件，更要注意分型面对外观影响；有利于保证塑件的精度要求；有利于模具加工，特别是型腔加工；有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置；便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边(有的塑件需要定模推出的例外)；尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力；便于嵌件的安装；长型芯应置于开模方向。 B、型腔数量的确定：型腔数量主要是根据塑件的质量、投影面积、几何形状（有无抽心）、塑件精度、批量大小以及经济效益来确定，这些条件互相制约的，在确定设计方案时，须进行协调，以保证满足其主要条件。 C、型腔排列方式、模具结构形式的确定：型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口的位置有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计结构。1）中大型塑件或带有侧向分型与抽芯（几个方向分型或抽芯）、且抽芯机构在动模时的小型精密塑件采用单型腔单分型面模具；2）塑件外观质量、尺寸精度要求高而采用点浇口时，用单型腔多分型面模具；3）尺寸精度要求一般的中小型塑件用多型腔单分型面或多型腔多分型面模具。 （二）塑料模具钢的选用： A、塑料模具钢的性能要求（1）要求材料有较高的硬度、好的耐磨性，其型面硬度应为30~60HRC，淬硬性>55HRC，有足够的硬化深度，材料中心部位有足够强韧性，以免脆断、塑性变形等。（2）要求材料具有一定的抗热性，能在150~250 C的温度下长期工作，且不氧化、不变形，尺寸稳定性良好。（3）要求材料具有一定的耐腐蚀性。（4）要求材料的焊接性能、锻造工艺性能良好。 B.、塑料模具钢的选用 冷压成型塑料模具多以低碳钢为主，型号可选用20、20Cr、12CrNi3A、40rC或DTI等。切削成型塑料模具，多以调质钢为主，先进行调质处理后再后再加工，型号可选用40、50、3Cr2Mo、4Cr3MoSiV、5CrNiMo、4Gr5MoSiV1或 4Cr5W2SiV1等。磨损强烈的热塑性和热固性塑料模具选用冷作模具钢制造，如Cr12、9Mn2V、Cr6 WV或7 Cr Mo NiMo等。高级塑料模具可选用超低碳马氏体时效钢，如18Ni（250）、18Ni（300）或18Ni（350）等。 （三）模架及标浇口设置所要考虑的因素： A、浇口的设置应达到平衡充模 B、浇口应位于厚壁处 C、浇口应远离薄壁特征 D、浇口的设置应实现同向流动 E、必要时增加浇口以减少充模压力 F、增加浇口以防止过保压 G、所用模具的类型，是2板式还是3板式模具？ H、热流道还是冷流道，或者混合流道 I、所希望的浇口类型，如边缘浇口、潜伏式浇口等 J、由于制件的功能而对浇口位置的限制 没有固定的原则来决定浇口应该或不应该设在制件的什么位置。设计师不同，他所认可的浇口最佳位置可能不同。本节将讨论浇口位置设计的一些原则，与制件充模流动分析相关的人员应对这些原则予以重视。 （四）模架及准件的选用： 在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件（包括通用标准件及模具专用标准件两大类，通用标准件如紧固件等，模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件），因为标准件有很大一部分随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本极其有利。模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其是对大型模具，这一点尤为重要。 、工艺安排前我们应先对塑料成型工艺的可行性分析： （1）接受设计任务（塑件产品零件工作图，若是实物零件，应绘制成二维工程图），在产品零件工作图上应注明所用塑料的品种、批量大小、尺寸精度与技术条件，产品的功用及工作条件。 （2）对产品图纸或提供的样品进行详细地分析和消化，注意检查以下项目。 A、产品尺寸精度及其图纸尺寸的正确性； B、脱模斜度是否合理； C、塑件厚度及其均匀性； D、塑料种类及其收缩率； E、塑件表面颜色及表面质量要求。 （3）了解该塑件材料的机械性能和物理性能，以及与注射工艺有关的参数。 （4）审核塑件的成型工艺性，讨论壁厚、肋板、圆角、表面粗糙度、尺寸精度、表面修饰、脱模斜度和嵌件安放的可行性，如果产品结构设计的成型工艺性不佳，可与设计者商榷，在不影响产品性能的前提下，由设计者对产品结构进行修改，以满足注塑成型工艺的需要。 （5）计算塑件的体积和质量。 、按工艺顺序进行机加。在模塑公司模具加工中心，加工模具主要有以下几种方法：车床加工、铣床加工、磨床加工、CNC加工、放电加工、线切割加工等。 几种模具加工方法的比较： 1）、车床加工 加工精度： 加工特性：适合孔、台阶、槽等一系列成型加工，可加工范围比较广。 2）、铣床加工 加工精度： 加工特性：适合孔、台阶、槽等一系列成型加工。 3）、磨床加工 加工精度： 加工特性:适合圆弧、斜面、槽等精密成型加工 4）、CNC加工 加工精度： 加工特性：适合公母模座、3D模仁及各类电极的粗精加工。 5）、放电加工 加工精度： 加工特性:适合于加工槽类、孔类及复杂成型类工件，可镜面加工。 6）、线切割加工 加工精度： 加工特性：加工精度高、光洁性好、操作方便，可加工上下异形工件。 、在模具制造过程中装配主要由钳工来完成 装配技术分为“分离”和“集成”两种类型。集成装配：A、焊接 B、固定 C、粘接 D、嵌入技术 E、90度角卡扣；分离装配包括： A、小于90度角卡扣 B、螺扣装配 C、中心装配 D、压机装配。压件装配：压件装配可以使塑料组件在最低的成本下进行高强度装配。例如对卡扣装配来说，由于应力松弛，高压装配的拉力强度随着时间的流逝而减少（见图3）。设计计算必须把它考虑进去。另外，必须作使用温度周期变化的试验，以保证设计的可行性；螺纹装配：螺纹装配由分离型、组合型螺杆或整体螺杆嵌件的运用组成。材料的挠曲模量给螺件的合理装配提供了指导。 例如， 带螺纹的螺丝的弯曲模量可以达到2800Mpa。如果需要使用公制的螺丝，或者螺纹装配需要多次来完成，这就需要采用金属的细纹嵌件。 、试模前我们应该了解该塑料件的机械性能和物理性能，以及与注射工艺有关的相关参数。公司里用的塑料最多就是聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。除此之外，我们还要确定成型设备。 (1)常用塑料的特性： （一）聚丙烯(PP) 聚丙烯（PP）作为热塑塑料聚合物于1957年开始商品化生产，是有规立构聚合物中的第一个。其历史意义更体现在，它一直是增长最快的主要热塑性塑料，1991年它的世界总产量达到240亿磅。它在热塑性塑料领域内有十分广泛的应用，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面。 化学和性质 PP是以金属有机有规立构催化剂（Ziegler－Natta型），使丙烯单体在控制的温度和压力条件下合成的。因所用催化剂和聚合工艺不同，所得聚合物的分子结构有三种不同类型的立体化学结构，数量也不一样。这三种结构是指等规聚合物、间规聚合物和无规聚合物。在等规聚丙烯（最常见的商品形式）中，甲基原子团都处在聚合物骨架的同一侧，这一结构很容易形成结晶态。等规形式的结晶性赋予它良好的抗溶剂和抗热性能。在前十年期间所用的催化剂技术使非等规异构体的生成达到最少程度，消除了对无价值的无规组分进行分离的必要性，简化了生产步骤。 （二）苯乙烯树脂ABS 三元聚合物ABS从本世纪40年代开始商业化，销量逐年增长，现已成为全球销量最大的工程热塑性塑料，仅美国的销量就于1989年超过了12亿磅。在大宗商品塑料与高性能工程热塑性塑料之间，ABS占据了独特的“过渡”聚合物的位置。 化学和性质 ABS的多能性来自于它的三个单体结构单元——丙烯睛、丁二烯和苯乙烯。每个组分都为最终聚合物提供了一套不同的有用的性能。丙烯睛主要提供了耐化学性和热稳定性；丁二烯提供了初度和冲击强度；苯乙烯组分则为ABS提供了硬度和可加工性。 有三种生产工艺——乳液法、连续本体法或悬浮法，任一种工艺方法所制得的ABS原料中的苯乙烯含量均为50％甚至更高。通常至少两种工艺结合使用，以使最终产物最佳化。ABS树脂属于两相体系：苯乙烯一丙烯睛共聚物（SAN）为连续相，丁二烯衍生橡胶为弹性体分散相。 实际上还有少量苯乙烯和丙烯睛在丁二烯橡胶上发生共聚合反应（接枝），本来不相容的硬SAN和橡胶相容起来。因此，人们可把ABS看作是第一个在商业上取得成功的聚合物合金之一。 （三）丙烯酸-苯乙烯-丙烯睛（简称ASA） ASA聚合物是无定形材料，可以采用挤塑和注塑加工制成对气候影响有极好抵抗力的产品。三元共聚物ASA的机械性能通常类似于ABS树脂，不同的是ASA的性能受室外气候的影响要比ABS树脂小得多。 化学和性能 三元共聚物ASA可以用拥有专利权的专利反应工艺，或接枝工艺来生产。在反应法中，ASA是通过在苯乙烯和丙烯睛（SAN）的聚合反应过程中接技一种丙烯酸酯弹性体而制得，弹性体细粉末均匀地分散入并接校在SAN分子链上。 ASA杰出的耐候性来自于丙烯酸酯弹性体。对许多塑料而言，在日光辐射特别是在光谱的紫外线一端辐射与大气中氧气共同作用下，会发生脆化和变黄。ASA部件发生这种变化所需的时间比其它塑料长得多。 (2)选择成型设备： 根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。 要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 通过这么长时间的学习，运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺等先修课程的知识，分析和解决塑料模具设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；使我逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养出了分析问题和解决问题的能力；通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行塑料模具设计全面的基本枝能训练，为毕业打下一个良好的基础。