1、毕业论文 文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 ProE 的塑料整理箱模具设计 一、 研究现状和发展趋势： 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、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。计算机辅助工程（ CAE）技术已成为解决塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途径。同传统的模具设计相比， CAE 技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方 面，都具有很大优越性。近几年， CAE 技术在汽车、家电、电子通讯、化工
2、和日用品等领域逐步地得到了广泛应用。 系统结构初见端倪，将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题， CAD/CAM 软件的智能化程度也将逐步提高。塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。与此同时，还要加强研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程的研究。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模具 CAD/CAM 的关键技术之一，研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是 实现逆向工程的必要前提。 国外发达国家模具标准化程度为 70% 80%，而我国只有 30%左右。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具
3、设计制造周期 25% 40%，并可减少由于使用者自制模具标准件而造成的工时浪费。应用模具 CAD/CAM 技术设计模具已较为普遍，推广使用模具标准件，能够实现部分资源共享，这会大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展CAD/CAM 技术、提高模具的精密度有重要意义。以往的模具即使只损坏了一个部件，也将无法使用。由于不是标准件，市场上很难有相应产品，要到生产厂家去更换部件，费时费 力。而如果采用标准件，则可以很方便的维修、更换，这将大大提高模具的使用寿命。 现在，国内企业已认识到了模具标准化的重要性，目前有一定生产规模的模具标准件生产企业有 100 余家。主要产品有塑料模架、侧冲装置、推杆推
4、管等，其中塑料模架已可生产较大型产品，为发展大型精密模具打下了基础。 家电行业近期所需模具量年增长率约为 10%。一台电冰箱约需模具 350 副，价值约400 万元；一台全自动洗衣机约需模具 200 副，价值 3000 万元；一台空调器仅塑料模具1 就有 20 副，价值 150 万元；单台彩电大约共需模具约 140 副，价值约 700 万元。则仅彩电模具每年就有约 28 亿元的市场。 汽车、摩托车工业是中国国民经济五大支柱产业之一，增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元；每一型号的摩托车将近千副模具，价值 1000 多万元。据估计汽车、摩托车行业每
5、年需要 100 多亿元的模具，而我国大型精密模具的制造能力不足。据介绍，目前我国中高档轿车的覆盖件模几乎全部为进口产品。因此，发展自己的科技含量高的大型精密汽车覆盖件模具是今后的重要工作。 国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具 。有关数据表明，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量已超过 3000 万台；到 2010 年，在建材行业，塑料门窗的普及率为 30%，塑料管的普及率将达到 50%。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。 二、 研究成果： 2005 年，中国第一汽车集团公司技术中心李康
6、;李康 ;陈海娥 ;霍福祥等研究成果名称 汽车发动机 CAE 研究及应用，该课题灵活运用 GT-POWER、 FLOWMASTER、 FLUENT、STAR-CD、 NASTRAN、 ABAQUS、 TYCON、 HYDSIM 及 ISIGHT 等国际先进软件 ,解决了发动机换气系统、燃烧系统、冷却系统、润滑系统、喷油系统、配气系统、运动件及主要结构件等开发问题。该课题所开发的技术已应用到 CA6DE、 CA6DF、 CA488、CA498、 CA6DL、 JM1、 TA1、 CA4GB、 JM2 及 CA4DB 等发动机的开发 ,为提高产品的技术水平发挥了重要的作用。经多个机型验证 ,该技术
7、具有足够的准确度及分析 。 2006 年，宁波大学李红林 ;邓益民 ;贺华波 ;孙宝寿 ;刘军等研究成果名称基于 CAE 模拟的气体辅助注射成型一体化设计技术的研究，气体 辅助注射成型 ,简称气辅成型 ,是在20 世纪 70 年代 ,人们为了克服传统注射成型不能成型大型、复杂、薄厚不均的塑件 ,并消除用传统注射成型生产塑件通常所具有的缩痕、翘曲等缺陷而发明的一种成型方法。与传统注射成型相比 ,气辅成型有更多的影响参数需要确定和控制 ,并且这些参数之间往往相互影响和牵制 ;对材料选择、塑件和模具设计及成型过程的控制都有特殊的要求 ,而且这些要求之间不是彼此孤立的 ,而是相互作用的。目前 ,气辅技
8、术在国内应用覆盖面小 ,推动该项技术的应用可以提高国内塑料制品加工技术的档次。 2009 年，上海交通大学印飞 ;徐 德平 ;王国祥 ;徐景雍 ;罗思东在传统的活塞金属型设计与制造中 ,活塞铸件模具制造、试模和修模的周期很长。该项目研究中 ,结合以前的研2 究经验 ,使用国际先进的 CAD/CAE/CAM 软件 ,以上海科尔本施密特活塞有限公司生产的四种类型活塞铸件模具为对象 ,开发具备活塞铸件模具工艺分析和工艺设计、铸件充填和凝固过程数值模拟、计算机辅助模具数控加工全套功能的通用活塞铸件模具CAD/CAE/CAM 集成系统。该项目的研究在国内尚属首次。该项目的研究成功 ,可以使中国的活塞铸件
9、生产提高到一个新的水平。 三、 存在问题： 1.塑件结构设计 的问题 （ 1）在材料的选择上要充分考虑塑件的功用及塑件材料的物理化学性能，使塑件在强度，刚度，韧性，弹性等各方面性能均能满足其功能要求。要根据设计实际，充分发挥塑件本身的优点，避免或补偿其缺点。 （ 2）要注意塑件的成型工艺性。如流动性，成型收缩率及收缩率的各向差异等。塑件的形状应有利于成型时充模，排气，补缩。 （ 3）塑件结构应能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模机构。使模具零件符合制造工艺的要求。 2.注射模具设计过程中的注意问题 （ 1）根据塑件熔体的流变行为和流道，型腔内各处的 流动阻力通过分析
10、得出充模顺序。同时考虑塑料熔体在模具型腔内被分流及重新熔合的问题和型腔内原有空气的导出问题，分析熔接痕的位置，决定浇口的数量及方位。 （ 2）根据塑料熔体的热学性能数据，型腔形状及冷却水道的布置，分析得出保压和冷却过程中塑件温度场的变化情况，解决塑件收缩率及补缩问题，尽量减少由于温度和压力不均，结晶和取向不一致而造成的残余内应力和翘曲变形。 塑件脱模和横向分型抽芯的问题可通过经验和理论计算分析来解决这方面的问题。 （ 3）决定塑件的分型面，决定型腔的镶拼组合。模具的总体结构和零件形状不单要满足充模 和冷却等工艺方面要求，同时成型零件还要具有适当的精度，粗糙度，强度和刚度，易于装配和制造，制造成
11、本低。 参考文献 1 模具实用技术丛书编委会塑料模具设计制造与应用实例北京：机械工业出版社，2004 2 申开智塑料成型模具北京：中国轻工业出版社， 2003 3 云杰媒体工作室 Pro/ENGINEER 零件设计初级指南北京：北京大学出版社， 2003 4 葛正浩 Pro/ENGINEER 塑料模具设计入门与实践北京：化学工业出版社， 2004 3 5 孙江宏，陈秀梅 Pro/ENGINEER2001 数控加工教程北京：清华大学出版社， 2003 6 郝利剑 Pro/ENGINEER 工程图制作与钣金件设计北京：北京大学出版社， 2002 7 何忠保，陈晓华，王秀英典型零件模具图册北京：机械
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