毕业设计开题报告机械设计制造及其自动化关于注射模具结构设计1前言1.1 CAD发展概况CAD即计算机辅助设计的英文简称(Computer Aided Design)。

计算机的应用，使得设计人员在设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务；而设计人员集中精力进行有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、评介、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程.对于机械行业来讲，通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运的是，AutoCAD是个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用Autolisp，ADS，ARX甚至采用VB语言等，现今的高华CAD、天目CAD就是在该软件的基础上开发的机械专业CAD。

由于二次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。

在国外，塑料机械工业中大量使用CAD技术始于七十年代末期．首先是在模具(die and mould)设计和制造部门。

目前国外的模具CAD／CAM技术已经达到相当高的水平。

据前西德联邦贸易部在1981年的报导，西德25%的模具(机头)是采用CAD／CAM技术设计和生产的。

美国塑料行业的CAD／CAM 技术的发展也极为迅速，其CAD软件销售量以每年30%的增长率上升。

英国67%的塑料模具是用CAD技术设计的。

而我国塑料模具CAD仅仅处于开发使用初期，目前还是以软件引进为主[4]。

1.2 模具工业及鞋模制造概况作为工业生产基础工艺装备的模具，在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

我国模具工业在政府十分重视及关怀下，并提出相应的优惠政策进行模具技术开发，在模具工业中大量采用先进技术和设备，努力提高模具设计和制造水平，取得显著的经济效益。

另外，从资料获悉，目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。

模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。

据各国报导，模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业”，如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化和商业化，因而深受赞誉。

美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”。

在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金”，新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威经理称为“模具是印钞机”。

可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。

模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

鞋楦是制鞋的模具，也是鞋样设计的基础。

鞋的款式翻新，造型美观与否及穿着舒适性都直接依赖于鞋楦。

随着人们生活水平的提高，对鞋各方面的要求也不断提高，因而对鞋楦设计与制造提出了更高的要求。

鞋类生产属劳动密集型产业，是关系到人民群众日常生活的重要产业。

据统计，全国由轻、化工部归口的制鞋企业有1990家，年产量在10亿双左右，数量相当可观，扩大鞋类出口具有广阔的前景。

模具是确保胶鞋质量，提高劳动生产效率的重要配套设备。

以前国内的二次硫化鞋鞋模基本上还是采用手工方式刻制，或是从国外引进现成模具。

自1985年起，潜心研究应用计算机辅助手段解决胶鞋模具的国产化问题，终于取得了具有实用价值的成果[5]。

2注塑模具技术发展现状2.1 注塑模三维成型零件的生成研究2.1.1 设计过程注塑模的成型零件包括型芯、型腔和成型杆，型腔用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节[6]。

成型零件的设计思想是：用定义的分型面切割包围经过尺寸转换的塑料制品的虚拟型腔，得到模具的型芯和型腔。

设计过程如下:1.载入塑料制品;2.对制品进行尺寸变换, 即放收缩率;3.如果需要多型腔, 排列塑料制品;4.生成包围塑料制品的长方体, 并确定分型方向;5.把长方体和塑料制品作布尔减运算得到虚拟型腔;6.如果需要成型杆, 首先设计成型杆;7.定义分型面;8.用分型面切割虚拟型腔得到型芯、型腔。

2.1.2 关键技术的实施从上面的设计过程可以看出, 在注塑模的设计过程中, 包括了以下的设计信息: 实体信息( 如塑料制品、分型面等) 、精度信息( 如塑料收缩率) 和辅助信息( 如分型方向) 。

运用基于特征的方法, 可以有效地管理设计的进程[7]。

对注塑模式成型零件设计过程中的特征分类如下:2.2 鞋楦三维扫描精度影响因素研究在计算机辅助鞋靴三维款式设计系统中，关键技术之一是鞋楦物理模型的输人与编辑，即通过三维扫描的方式得到鞋楦三维数据模型并进行编辑、展平等处理，为后续鞋靴三维款式造型及二维样版设计提供准确的鞋楦数据模型。

目前，较为先进的方法是采用非接触式的光学测量方法，其优点在于快速、全面反映被测对象的实际，因而得到了一定的应用，但由于其硬件价格昂贵从而在鞋楦扫描中受到一定限制。

英国Delcam PS—Shoemaker制鞋软件提供了鞋楦工程Last Engineering模块，结合Miero Scribe接触式三维扫描仪进行鞋楦三维数据的输入，并可进行鞋楦编辑及展平处理等工作。

其扫描方法及过程较为简便，只需掌握一定的技巧即可得到满足后续设计要求的鞋楦数据模型[8]。

实现鞋楦物理模型三维扫描的主要过程包括：①选择鞋楦并在其表面绘制网格线；②夹持鞋楦，进入扫描程序并设定扫描参数；③依次逐点扫描各网格交点得到鞋楦三维数据模型；④鞋楦编辑及展平处理；⑤三维数据保存与输出。

在鞋楦三维扫描过程中，楦面网格线走势、鞋楦肉体特征、网格线分段数目和扫描误差等四项因素对鞋楦扫描精度影响较大。

实践中应仔细分析鞋楦肉体特征分布，合理绘制网格线并确定分段数目，减少扫描误差，才能有效提高鞋楦三维扫描精度。

2.3 鞋楦底部棱边提取与底面展平在制鞋工艺中棱边十分重要，直接影响到制鞋的质量。

随着鞋楦CAD／CAM 技术的发展，有效、快速提取鞋楦棱边信息对于鞋楦CAD／CAM具有重要意义。

在鞋楦数字化过程中，棱边上的采样点称为尖点，也称为拐点。

一系列的尖点构成了棱边。

许多文献提出了识别尖点的方法。

张文景等人提出了通过在尖点的支撑区域定义曲率角，并根据曲率角及曲率的符号，采用模板匹配技术及附加抑制条件识别出尖点的方法．彭志牛等人用圆弧逼近的方法求解曲率半径，对曲率半径设公差带，从而识别出尖点。

刘冬等在极坐标系中求解曲率，设立曲率阈值。

识别出鞋楦尖点。

以上的方法是通过求解曲率或曲率半径而识别尖点。

从鞋楦三维面形光电自动测量系统获取的鞋楦三维数据点模型出发，提出了一种基于二阶差分的尖点识别方法，进而获得了鞋楦底部棱边的信息，并在此基础上给出了展平鞋楦底面的方法，得到了鞋楦底面的展平图。

手工复楦方法和面积计算方法均表明楦底棱边提取具有较高精度[9]。

2.4 转盘及其驱动装置转盘是安装模具并实现转位的工作装置。

转盘分上下两层以支柱连接。

上部安装铝楦模及其升降机构；下部安装边模、底模及锁模机构以及和这个机构相联系的液压阀、管路、电器设备等。

转盘及其上面所安装的模具按照每个工位的加工工艺要求，有节奏地间歇性旋转运动。

每转过一个工位停转的时候，注射头自动推进，对准模具的注射孔开始注射其它的工位有的是硫化过程（指注胶），或冷却过程（指注塑），有的在装卸制品（即脱鞋或套鞋）。

能实现转盘步进运动的机构比较多，如槽轮机构、棘轮机构、液压驱动机构等。

转盘的推进机构和注射头推进机构配合动作的程序如下：(1) 定位缸的射销拔出；(2) 转盘推进缸推动，牵引圈空转到另一工位；(3) 定位缸射销射入定位孔；(4) 转盘推进缸缩回，牵引圈推动转盘作一个工位行程；(5) 注射头推进缸推进（注射）；(6) 注射头推进缸后退（完成一个工作循环）。

按照以上六个程序循环动作，可完成电器控制系统的设计。

2.5 模具及其开、合模装置模具型腔决定产品形状，注射成型机用的模具主要由边模、楦模和底模组成，注射孔的位置大部分安排在后跟，个别产品也有安排在边模侧面的，立式注射机的模具是底朝上由上向下注射。

模具按照产品的样式设计，模具如何安装应考虑以下几点：(1) 安装的位置和连接的方法。

(2) 模具与锁模机构、升降机构的联系。

(3) 模具与液压系统（或气动系统）的联图(4) 按照注射材料考虑加热或冷却系统线路和管路的联系。

(5) 模具与电器控制系统的联系。

(6) 模具的安装、拆卸及校对的方法。

(7) 工作时清理模具内残渣的措施。

开、合模具装置是保证模具可靠地闭合、开启并取出制品的机构，要求其动作迅速、准确、安全，提供足够的合模力。

一个完善的模具开、合模装置，应具备以下三个基本条件：(1) 足够的锁模力，使模具在熔料压力（即模腔压力）作用下，不致有开缝现象发生。

(2) 足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸的制品的成型要求。

(3) 模板的运行速度应是合模时先快后慢，开模时慢—快—慢，以防止模具的碰撞，实现制品的平稳顶出并提高生产能力。

2.6 数控加工对于模具的数控加工，根据其制造特点和工艺要求，通常上、下模的数控加工分两次进行。

第一次数控加工是对模具型面以外的结构构造面的数控加工，如模座的安全平面、导柱、导套平面、镶块安装面、弹簧窝孔、导板安装平面及各功能凸台面等的数控加工。

这部分数控加工主要靠数控操作者根据二维图样提供的信息进行加工。

加工效率主要与操作者的熟练程度及理解图样的能力相关。

一般节约不出太多的时间。

第二次数控加工主要是对成形部分进行的曲面加工，这部分主要靠编程人员的工作完成。

这部分也是整个模具加工的主要部分，同时也是体现加工效率和模具质量的部分。

提高程序本身的及时性、可靠性和高效性是提高数控加工效率的重中之重。

及时性是指编程工程师在接到任务后，及时地消化图样与数模并建立数控加工模型，及时进行刀具路径的编制并生成加工程序；可靠性是指加工程序能够保证加工过程中不出现过切、撞刀、机床非机械性故障报警等现象；高效性是指合理编排加工工艺路线、减少装夹次数、合理使用加工策略、编制合理的刀具路径。

根据不同机床、不同模具材料使用不同的加工方法、切削参数和切削刀具等[10]。

3总结作为工业生产基础工艺装备的模具，在国民经济中占有重要的地位，而注射成型在整个制造业的生产中更是十分的重要。

据估计，注射成型的制品约占所有模具塑料制品总产量的三分之一，注射模约占塑料成型模具数量的二分之一以上。

注塑模具在模具工业中的重要性显而易见。