1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 塑料压力盖模具设计与制造 一、前言 模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业化水平和产品的开发能力。近年来，塑料模具工业发展迅速，体现在模具产品向着大型化、精密化、复杂化的方向发展，综合技术含量不断提高以及模具制造周期不断缩短 1。但与国外塑料模具的先进水平相比，依然存在一定差距。 在我国，塑料模具发展不平衡，总体水平较低、工艺装备落后，组织协调能力差、大多数企业开发能力弱、供需矛盾短期内难以缓解、体制和人才问题的解决 尚需时日 2。 与传统的机械设计相比，模具设计又有自己的特点。主要体现在模具是用于批量生产的基础设备，其
2、加工的产品一般为最终产品，模具型腔必须要有拔模模角以及圆弧过度，专业化程度高。 在整个产业链大批量生产 中 , 设计、制造模具代表着重 要 的环节 ， 因为几乎所有 零件的 生产过程 ,都使用了 模具。因此 ,质量、成本和订货至交货的时间模具模具和生产的经济影响了大量的组件 ,组件和组件 ,尤其是在汽车工业。因此 ,模具制造商被迫制定和实施最新技术和工艺设计部分包括过程建模快速、快速成型、模具 ,优化刀具路径生成和高速切削加工、机械切削 工具、表面涂装和维修以及误差修正 和 电火花加工 等 3。 模具设计一般都是借助于 CAD/CAM 软件。比较常用的有 AutoCAD ,UG, Pro/E
3、以及 Solid works。2l 世纪模具制造行业追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计周期及制造周期，降低生产成本、最大限度的提高模具制造业的应变能力满足用户需求。随着各种 CAD/CAM 软件的越发成熟，模具产业将会不断的向着集成化、智能化、柔性化和网络化发展 4】 。 二、研究动态及现状 塑料具有密度小、质量轻而强度高、刚度大、绝缘性着色性好、成型方便等优点， 成为20世纪发展最快材料之一。模具材料的研究开发、强韧化处理，特别是新型材料的开发和引进对模具行业的发展注人了新的活力。目前模具的寿命分为五等，分别为 100万次以上、 50-100万次、 30-50万次、 10-30万次
4、和 10万次以下。当模具寿命达到的时候主要的实效形式表现在表面磨损、变形和断裂。 在模具使用过程中 由于表层热软化模具使用寿命大大缩短 ,因为 他们高热负荷下之间的接触的时间 长 ,其 材料 变形 量大而 模具使用寿命 也 依靠磨损 。同时， 模具塑性变形很大程度上取决于有限元分析、磨损和热软化测试 ， 这是一些的主要限制因素影响 模具 准确性和模具使用寿命 。目前该项研究中已经提出了利用模具寿命估算 热锻磨蚀塑性变形量及应用预测 5】 。 而模具材料的选择和寿命密切相关，选取材料时必须得使模具满足工作条件要求（耐磨性、强韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐冷热疲劳性能和耐蚀性），工艺条件要求（可
5、锻性、退火工艺性、切削加工性、氧化退碳敏感性、淬硬性、淬透性、淬火变形开裂倾向和可磨削性）和经济条件 6。模具材料种类繁多，按工作条件和材料使用范围，可分为冷作模具用材料，热作模具用材料，塑料模具材料。冷作模具钢主要用于制造冲压、剪切、辊压、冷镦、冷挤压 等模具，热作模具钢用于制造锻压、压铸、热挤压、热镦锻等模具，塑料模具钢应具有材料组织均匀致密，优良的切削加工性能、良好的热导性、较高的耐腐蚀性和耐热性等特点。而冷作模具用材料，热作模具用材料和塑料模具材料根据热处理工艺和化学成分不同又可分为各种不同用处的种类，可见在模具材料选择方面非常讲究 7。用于生产塑料模具的塑料模具钢必须具有高纯净度，组
6、织均匀致密，无网状及带状碳化物，无孔洞疏松及白点等缺陷、具有良好的热加工工艺性能，热处理变形小，尺寸稳定性好、淬透性高，热处理后具有高的强韧性、高的硬度和耐磨性，等向 性能好、在硬化状态下具有良好的镜面抛光性及花纹图案蚀刻性预硬后具有良好的切削加工性以及具有良好的耐氟氯腐蚀性和一定的耐热性 8。我们在新模具钢的开发方面并不落后于国外，几乎在每一个领域，都有我们自己开发的新钢种，但是我们仍不得不从国外大量进口模具钢。主要原因表现在国产模具钢质量差、质量不稳定、科研生产脱节和索赔制度与国际脱节 9。 塑料件大部分都是用塑料模具进行成型的， 因此，塑料模具的成型尺寸和精度，直接关系到用模具生产出的塑
7、料件的尺寸和精度。目前国内大部分的模具设计教材、手册和著作均没有论述清楚对塑 料模具的成型尺寸计算方法。脱模斜度的存在使得塑料件的外形尺寸和内形尺寸有差错，则可能会造成塑料件尺寸不合格。同时， 由于模具是单件生产的，故设计时可以考虑对部分设计尺寸在试模时进行修正 10。 模具的制作必须有合理的浇口及浇道的设计。因为浇口是连接分浇道和型腔的桥梁，它具有两个功能：第一，对塑料熔体流入型腔起控制作用：第二，当注塑压力撤销后，浇口固化，封锁型腔，使型腔中尚未冷却同化的塑料不会倒流 11。浇口的种类繁多，而阀门式采用较多，原因在于阀门式的结构精妙，效果显著，能够提高产品的质量。 随着塑胶制 品日益广泛的
8、应用，对塑胶模具的表面质量要求也越高，往往要求达到镜面抛光度。表面光洁度越好，浇注系统的表面质量越高，注射的流动阻力越低；易于塑胶制品的脱模；提高模具接合面精度，防止树脂渗漏；防止出现沾粘和提高成形性能；减少模具由于聚然高温或疲劳而产生断裂开裂的危险。往往模具的几何形状首先是用肉眼来判断，但是肉眼判断平整的东西实际上并非平整光洁，所以对于复杂的情况下，需要借助仪器来检测。模具的光洁度和工具钢的品质，热处理工艺以及抛光技术密切相关，再好的材料，如果没有良好的抛光技术，也不能够达到满足条件的光洁度 12。工程上，常用的抛光技术有机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光和磁研磨抛光。根据模
9、具需要达到的光洁度不同选用不同的抛光技术，这对产品的质量以及制造的成本都是密切相关的 13。不同硬度的材料以及工件表面的状况都会给抛光工艺带来不同的影响，直接影响到模具的质量。 塑料模具的设计直接影响到塑件的生产率和成型质量。要想获得优质的塑件，模具必须有良好的结构工艺性。影响塑件成型的因素很多，可能对操作难易、模具结构、塑件质量、成型周期及模具制作等产生较大的影响。各个因素也可能同时对塑件的某一性能产生 影响， 比如充填不足可能是可能是壁厚过小，可能是模具温度的问题，材料本身流动性的问题或可能浇注系统设计不合理等等 14。依靠传统的模具制造出的较为落后的产品已无法满足当代市场的要求，而 Pr
10、o E软件的孕育而生为模具设计增加了动力，它能够设计现代产品复杂的外形与结构 15。由于 Pro E软件使用全新的基于特征的参数化造型方法概念写成的，以致使其造型效率明显超过其它传统的造型方法，从设计到加工制造已全面铺开，是一套 CAD CAMCAE软件的代表产品。在模具设计中，充分发挥软件的强大功能，就能使模具设计结构 更加合理，同时节省大量的时间 16。将 Pro E充分运用到模具设计中可提高设计者对模具图的认识能力和设计能力。同时软件能够实现零件设计、模具设计、计算机仿真等工艺过程，改变了传统的设计理念，能使设计人员创建、修改、仿真分析模具构件 17。 例如使用 Pro/E设计生活中常见
11、的婴幼儿奶瓶盖，设计模具的第一步便是对塑件的结构及成型工艺性分析选择材料，由于塑件的体积小故而采用一模四腔的三板式模具结构，紧接着进行模具的结构设计，采用 Pro/E绘制三维图，进行塑件分型面的确定以及浇注系统的设计，完成浇注系统的设计后 进行顶出结构以及凝料推出部分的设计，采用了斜滑块的形式来设计模具。斜滑块的设计形式同时解决了螺纹成型问题和制件脱出问题。而凝料推出部分的设计采用球形头拉料杆，在成型过程中，塑料熔体会填充拉料杆的球头下方，然后逐渐冷却凝固。随着模具开模，拉料杆将流道凝料拉出。 另外，为了使浇注系统凝料顺利脱出，还采用利用分流道末端斜孔拉断点浇口的措施，这也是模具设计的创新之处
12、。这是一套简单的模具设计流程，并未对模具的成型尺寸进行计算以及模具的抛光处理，但是这个模具设计中利用分流道末端斜孔拉断点浇口措施是一个创新之处，可以用于 借鉴 18。 模具行业在今后的发展中，要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步。 我国在接下来的研究重点将会投入在研究高强度、高韧及耐高温塑料制品的成型工艺与模具加工技术，大力发展节能降耗的制造工艺和模具制造技术，加速塑料金属复合材料注射成型技术的研究，超薄型成型、超精密成型的工艺和高精密模具制造技术的研究
13、，提高模具标准化水平和模具寿命，缩短模具制造周期以及模具智能化生产 的研究。而国外目前许多发达国家的模具制造水平已处于领先地位。 参考文献 1 孙锡红 .我国塑料模具发展现状及发展建议 J.电加工与模具， 2010(03） :31-33. 2 我国塑料模具存在的五大主要问题 J.MC 资讯， 2008（ 3）： 12. 3 S. C. Choi, D. S. Ko, H. Y. Kim, H. J. Kim, S. M. Hong, S. Y. Ryu and Y. S. Shin, Proc. Spring Conf. KSTP, 370 (2008). 4 马斌 .模具 CAD 技术及其发
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