毕业论文（设计）开题报告
题 目 基于CAD/CAE的活塞塑件注射模具设计
学生姓名 学号 **********
所在学院 材料学院
专业班级 材控1201班
指导教师 李雷权
2016年 3 月 18 日
| 题 目 | 基于CAD/CAE的活塞塑件注射模具设计 |
| 一、选题背景、目地、及研究意义 选题背景 80年代以来，在国家产业和与之配套的一系列国家经济的支持与引导下，我国模具工业发展速度，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。现代模具制造企业中，CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。在实际模具设计制造流程环境下，设计人员更多的使用CAD/CAM平台来完成复杂的模具设计工作。UG、pro/E、Maxcam和Cimatron等综合设计平台已经完全走进模具设计、制造的各个环节[1]。在先进的CAM平台支持下，利用先进的数控加工机床已经取代了许多需要电火花放电加工工位，大大提高了模具加工效率，缩短了模具制造时间。 选题目的 通过本次设计可以使我掌握注射模的模具结构机构的设计，对CAD、PRO/E等一系列软件的应用熟练，让我们能更快适应生产工作。培养自己综合运用自己综合运用所学基础和专业基本理论、基本方法分析和解决相关专业工程实际问题的能力，在思考、工作能力方面获得培养和提高。培养自己综合运用所学基础和专业基本理论、基本方法分析和解决测量与控制及其它相关工程实际问题的能力，在思考、工作能力方面获得培养和提高。加之通过毕业设计实习调研，完成该课题可对我们大学四年期间所学的知识进行一次较为全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学的知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，为我们以后走上工作岗位打下一个良好的基础。 研究意义 模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经一个国家制造业水平的重要标志之一，随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各个行业广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。参阅了多本资料书籍，注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法 ,世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的50%以上。注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品 ,适合高效率、大批量的生产方式 ,以发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法，一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产 ,这种传统的生产方式不仅使产品的生产周期延长 ,生产成本增加 ,而且难以保证产品的质量。要解决这些问题,必须以科学分析的方法 ,研究各个成型过程的关键技术,为实现注塑产品的更新换代,提高企业的竞争能力 ,必须进行注塑模具设计与制造，及成型过程分析的CAD/CAM/CAE集成技术的研究。国外注塑模CAD/CAM/CAE 技术研究的成果有关统计数据表明:采用注塑模CAD/CAE/CAM 技术能使设计时间缩短50%,制造时间缩短30%,成本下降10%,塑料节省7% 注塑模计算机模拟技术正朝着与CAD/CAE无缝整体集成化方向发展 ,注塑CAD所构造的几何模型为实现注塑模CAE技术提供了基本的几何拓扑信息和特征信息,注塑模 CAE的目标是通过对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模拟和分析,为塑料制品的设计、材料选择、模具设计、注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提供科学依据 。现时国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UG等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等[2]。 | |
研究现状
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
所谓的模具就是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸、成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型物品的工具。
汽车、摩托车业是国民经济五大支柱产业之一。占全国总模具量的22％。汽车换型时约有80％的模具需要更换，一个车型需模具4000多套，价值可达2亿至3亿元。每一型号的摩托车将近千副模具，价值千万元[3]。此外，一台电冰箱需用400万元模具；一台全自动洗衣机需3千万元模具；单台彩电共需模具700万元。还有别的行业每年也需要大量的模具。
模具技术水平的高低，是衡量制造业水平高低的重要标志。在日本，模具被称为“进入富裕社会的原动力”；在德国，模具则被称为“金属加工业中的帝王”。
模具所形成的最终商品的产值是模具自身产值的上百倍。用模具生产制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。因而，模具又被称为“效益放大器”。有人还把模具比作“印钞机”。
模具制造业在中国是新兴行业，作为一个行业来发展，仅仅有20多年的历史，正处于青春期。由于历史短，还没有培养出坚实可靠的模具技术人才队伍。从业人员中不知所以然者有之，知识和技术落后但必须一个萝卜顶一个坑者有之，水平不高但被挖来挖去者更是不计其数。水平高的人才非常抢手，不仅仅是技术人才，管理和技术销售人才也同样严重缺乏。人才短缺是人人都在喊的口头禅。
发展趋势
注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。
美国上市公司 Moldflow 公司是专业从事注塑成型CAE 软体和谘询公司，自 1976 年发行了世界上第一套流动分析软体以来，一直主导塑胶成型CAE软体市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。利用 CAE 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以後再返修模具。这不仅是对传统塑胶模具的设计方法一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。
塑胶模具设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用 CAE 技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕後，通常需要几次试模，发现问题後，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料模具设计制品和塑胶模具的设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期[4]
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| 三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明 设计思路 本次塑料模具设计主要采用理论与实践相结合的方式，运用所学理论知识，以及几次课程设计的经验，在辅导老师的指导和帮助下完成本次毕业设计。 在开始设计阶段，收集和查阅有关本次设计的相关资料；分析设计制品的结构，初步完成该制品模具设计的基本结；学习和熟练掌握AUTOCAD和PRO/E软件，完成本次模具设计的3D开模图和2D的总装图以及若干零件图；对前面所有的设计过程进行小结，完成毕业论文的写作。 需解决的问题 ①塑件成型工艺性（原材料、结构和尺寸，收缩率）分析； ②计算塑件的体积和重量以及塑件收缩率（包含初选注射机型号）； ③塑件注射工艺参数的确定； ④注射模的结构设计（选择分型面、确定型腔数量和排列方式、浇注系统设计、成型零件结构设计、侧向分型结构设计等）； ⑤模具设计的有关计算（包含注射机有关参数的校核）等。 设计方案 1.分型面的确定: 模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，是动定模的分界面。分型面受塑件在模具中的成型位置，浇注系统设计，塑件结构工艺性及尺寸精度的位置，塑件的推出，排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，以选出较为合理的方案[5]。 2.成型零件的设计: 模具采用1模４腔的布置形式，采用整体嵌入式，这种结构效率高，装拆方便，容易保证形状和尺寸精度。为了加工上的方便和模具的维护，采用型芯与型芯固定板分别加工。 3.浇注系统设计: 零件采用轮辐式浇口，这种浇口多用于底部有大孔的圆筒形或壳型塑件。将主浇道设计成圆锥形，锥度为4度。 4.温控系统设计: 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡[6]。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。 5.脱模机构设计: 塑件要顺利而不影响质量地从型芯口脱模，必须设置合适的脱模机构。本模具采用推杆推出机构，用推杆定距，首先由弹簧使定模板随动模部分一起移动，以便拿出浇注凝料。为了使顶出机构顺畅，设有导向装置，导柱同时也作支柱用，提高支承板的刚度。 |
| 四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明 [1] 杨占尧. 塑料模具标准件及设计应用手册[M],化学工业出版社，2008. [2] 杨占尧. 塑料模具典型结构设计实例[M],化学工业出版社，2008. [3] 黄晓燕. 塑料模典型结构100例[M],上海科学技术出版社，2008. [4] 徐佩弘．塑料制品与模具设计．北京中国轻工业出版社．2001．7． [5] 李志平. 复杂壳体塑件的优化与成型研究[D]. 四川大学硕士学位论文, 2005. [6] 《塑料模具设计手册》编写组. 塑料模具设计手册[M], 机械工业出版社，2002 |
五、毕业设计进程安排 1）2016年1月10日到3月18日，查阅与典型塑件成形与摸具设计方面相关的文献资料，明确本课题研究的目的及意义，目前的现状及存在的问题，完成开题报告，并准备开题答辩；翻译一篇与本课题或与本专业相关的外文资料1~2篇。 2）2016年3月19日到4月30日，利用软件对成形过程进行模拟，检验模具设计的合理性。 3）2016年5月1日到5月31日，完成塑件的模具设计，并绘制相应的模具装配图及零件图。 4）2016年6月1日到6月13日，整理设计资料，撰写设计说明书并完成毕业设计答辩。 |
| 六、指导教师意见 1．对开题报告的评语
2．对开题报告的意见及建议
指导教师（签名）： 年 月 日 |
| 所在院（系）审查意见： 负责人签字(盖公章)： 年 月 日 |
