1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 一模两穴塑料模具设计 前言 随着塑料制品在日常生活中的广泛利用，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。国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要技术的改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。模具行业作为制造创业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。 模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。目前全世界的模具年产值在 650 亿美元左右，我国的模具年产值为 40 亿美元左右，据估计到 2005 年我国模具产值将达到 460 亿人民币。目前我国一般模具
2、的 30%，中高档模具的一半以上还依赖进口（其中注塑模占有很大的比例）。由此可见，模具（特别是注塑模具）制造业的落后在某种程度上已经成为阻滞我国制造业发展的瓶颈所在。开发和引进先进制造技术是改变我国注塑模具制造业相对落后和市场需求快速增长的重要途径。 先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其应用于产品的设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产 ，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。先进制造业正在急剧地改变着传统制造业的产品结构和生产模式，注塑模具制造业也不例外 2。 一、 发展概况和应用背景
3、 塑料工业近 20 年来发展快速，早在 7 年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属的年产量总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人们日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然有很多，但是最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及 生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求，在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还需要从国外进口模具。 目前一方面是国内模具市场将继续高速发展，另一方面是国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具的国际采购趋
4、势十分明显，因此展望未来，包括国际国内模具市场总体发展趋势前景美好，良好的市场环境预示着中国模具工业将会有一个继续得到高速发展的机遇期。关键是我们要创造一个良好的、有利于模具发展的环境，特别是国家在政策上的支持，只要各方面政策得当 (包括发展环境、财政和税收政策、人 员培训等 )“ 十一五 “期间，及其到 2020 年我国模具工业不但会在量和质的方面有一个很大提高，而且会在行业结构、产品水平、开发创新能力、企业体制以及技术进步方面都会取得较大进步。 市场发展趋势：随着经济全球化步伐的加快，国内市场日趋国际化，世界上很多著名的跨国公司 (如福特汽车， BBC 公司等 )对我国的模具市场都有很大的
5、兴趣，除商谈购买我们模具，还积极想进行合资合作，目前在国内已有相当一批的模具合资企业，国内很多高档模具都是这些企业制作的，入世以后更加快了外商进入我国模具市场步伐 二、 我国塑料模具的市场情况 虽 然我国塑料模具在数量、质量、技术等方面有了很大的进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、复杂、长寿命地高档塑料模具每年仍需大量的进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，造成极低的利润率。 2003 年，我国塑料模具总产值约 176 亿元，其中出口约 2 亿美元，约合 16.6亿元人民币。根据海关统计资料， 2003 年我国供进口塑料模具约
6、6.5 亿美元，约合 54 亿元人民币。由此可以得出， 2003 年我国塑料模具总需要约为 213.4 亿人民币，国产模具总供给约为 159.4 亿元人民币，市场满足率为 74.7%。在进口的塑料模具中，主要是为汽车配套的各种装饰模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的塑封模具等。出口的塑料模具一中低档产品居多。由于我国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好， 2003年出口比 2002 年增长 33.3%就是一个很好的证明。因此，从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些目前需进口的技
7、术含量高的大型、精密、长寿命模具，并大力开发国际市场。随着我国塑料工 业的快速发展，特别是工程塑料的高速发展，可以预计，我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，今年内增长率将保持 15%以上的水平 7。 三、 我国与欧美模具制造企业的差别 1、欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上市一流的。 将高新技术运用于其中已成为快速制造优质模具的有力保证。CAD/CAE/CAM 的广泛运用，显示了用信息技术劳动和提升模具工业的优越性，在欧美，这些已得到广泛应用。 CAE 技术在欧美也慢慢成熟，在注射模设计中应运 CAE 分析软件，预测成型过程中可能发生的缺陷。 CAE 技术在模具设计
8、中的作用越来越大，意大利 COMAU 公司运用 CAE 技术后，试模时间减少了 50%以上。 2、为了缩短制模周期、提高市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术。 目前，欧美模具企业在生产中广泛运用数控高速铣，三轴联动的比较多，也有些事五轴联动，大大缩短了制模时间。欧美模具企业十分重视技术进步和设备更新。设备折旧期限一般为 4-5 年，增加数控高速铣是模具企业设备投资的重点之一。 3、快速成型技术与快速制模技术获普遍应用。 在欧美模具展上，成型技术与快速制模技术占据了十分突出的位置，有SLA、 SLS、 FDM 和 LOM 等各种类型的快速成型设备，也有专门提供原型制造服务的机构和公司。 四、 我
9、国塑料模具的发展趋势 在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。塑料模具是塑料产品开发中至关重要的一个环节，也是批量产品得以投放市场的先决条件 5。而且国外注射模 CAD 技术发展很快，从 70 年代起，注射模 CAD/CAE/CAM 技术就成为热门的研究课题，注塑流动模拟和冷却分析软件中比较突出的有美国 AC-Tech 公司的 C-MOLD 软件，澳
10、大利亚 Moldflow 公司的 MOLDFLOW软件 :三维模具 CAD/CAE/CAM集成软件中比较突出的有美国的 PTC 公司的 Pro/E 软件、美国 UGS 公司的 UG 软件、法国达索公司的 CATA软件等等。我国在开发注射模 CAD 技术上起步较晚，但经过不断的努力，一些大学和研究所已有长足的进步，并取得了一批科研成果。其中我国的塑料模具发展趋势主要集中在 以下几个方面： 1、 在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越多的用户将交货周期放在首位。 2、 大力增强主动开发能力。模具企业不能等有了合同，才根据用户要求进行模具设计。 3、 随着模具企业的设计和加工水平的提高，
11、模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为主要依靠技术。 4、 模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。 5、 世界上工业发达国家的模具正在加速向我国转移。 五、 注塑模具的分类及优缺点 5.1 注塑模具的分类 基于注塑材料，可将模具分为： 1、热塑性塑料注塑模具； 2、热固性塑料注塑模具； 3、弹 性体塑料注塑模具（如橡胶硅胶模具）； 4、结构泡沫塑料注射模具；而且注塑模具又可分为两板模和三板模；最常用的为热塑性塑料注塑模具。其中两种常用塑料的特点如下： 1）热塑性塑料特点：这类塑料在加热时软化，温度升高至一定程度时呈熔融状态，成为可流动的粘稠流体，借助模具和压力可制成一定形状的制
12、品，冷却后可保持已成型的形状。再次加热时又可变软、熔融、重新塑制成型。它在加热、冷却成型过程中只有物理变化而无化学变化。平时大多数常用的塑料属于此类型，也是塑胶制品的特点决定是否开注塑模具的标准。 2）热固性塑料特点：这类塑料 在第一次受热时软化，冷却后固化成型并呈现出刚硬状态。重新加热时不再软化，当温度升高到一定程度时会发生分解。这是因为在注塑成型过程中塑料产生了化学变化，线形分子变成了体形分子，树脂转变为即不软化又不溶解，不再变化的形状，不再具有可塑性，其质地一般硬且脆。常用的热固性塑料有 PF、 UF、 MF、 EP 、 UP 等 3 5.2 注塑模具特点 与冲压模具、压铸模具等其他种类
13、模具比较，注塑模具制造有 5 个明显的特点，分析如下： （）型腔及型芯呈立体型面。塑件的外部和内部形状是由型腔和型芯直接成型的，这些复杂的 立体型面加工难度较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工，如果采用传统的加工方法，不仅要求工人技术水平高、辅助工夹具多、刀具多，而且加工的周期长。 （）精度和表面质量要求高，使用寿命要求长。目前一般塑件的尺寸精度要求为 IT6-7，表面粗糙度 Ra0.2-0.1m，相应的注塑模具零件的尺寸精度要求达到 IT5-6，表面粗糙度 Ra0.4m 以下。激光盘记录面的粗糙度要求达到镜面加工的水平的 0.02-0.01m 这就是要求模具的表面粗糙度达到 0.04m 以
14、下。长寿命注塑模具对于提高高效率和降低成本是很有必要的，目前 注塑模具的使用寿命一般要求 100 万次以上。精密注塑模要用刚度大的模架，增加模板的厚度，增加支撑柱或锥形定位元件以防止模具受压力后产生变形，有时内压可以达到100MPa。顶出装置是影响制品变形和尺寸精度的重要因素，因此应选择最佳的顶出点，以使用各处脱模均匀。高精度注塑模具在结构上多数采用镶拼或全拼结构，这要求模具零部件的加工精度、互换性均大为提高 1。 （）工艺流程长，制造时间紧。模具专家罗百辉认为，对于注塑件而言，大多是其它零部件配套组成完整的产品，而且在很多的情况下都是在其他部件已经完成，急切等待注塑 件的配套上市。因为对制品
15、的形状或尺寸精度要求很高，加之由于树脂材料的特性各异，模具制造完成后，还学要反复地试模与修正，使开发和交货的时间非常紧张。 （）异地设计、异地制造。模具制造不是最终目的，而是由用户提出最终制品设计，模具制造厂家根据用户的要求，设计制造模具而且在大多数情况下，制品的注射生产也在别的厂家。这样就造成了产品的设计、模具设计制造和制品的生产异地进行的情况。 （）专业分工，动态组合。模具生产批量小，一般属于单件的生产，但是模具需要很多的标准件，大到模架，小到顶针，这些不能也不可能只由一个厂 家单独完成，且制造工艺复杂，普通设备和数控设备使用极不均衡。 5.3 注塑模具的优点 注塑模具的优点如下：由于成型
16、物料的熔融塑化和流动造型是分别在料筒和模腔中进行，模具可始终处于使熔体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期；成型时要先锁模紧模具后才熔料注入，加之具有良好流动性的熔料对模腔的磨损很小，因此一套模具可生产大批量注塑制品；一个操作工常可管理两台或多台注塑机，特别是当成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和脱模等全部成型过程均由注塑的动作完成，从而使注塑工艺过程易于全自动化和实现程序控制 ；由于成型时压力很高，因此可成型形状复杂，表面图案与标记清晰和尺寸精度高的塑件；能过共注可成型对于一种以上的材料较好，可有效地成型表面硬而心部发泡的材料，可以成型热塑性塑料和纤维增强塑料；由于成型可采用
17、精密的模具和精密的液压系统，加之使用微机控制，因此可以得到精度很高的制品；生产效率高，一套模具可包含数十个甚至上百个型腔，因此一次成型即可成型数十个或数百个塑件；成型塑件仅需要少量修整即可使用，在成型过程式中产生的废料可以重复利用，因此，注塑成型时对原料的浪费很少 10。 5.4 注塑模具的缺点 注塑模具 的缺点如下 :注塑成型的关键器具是模具，但模具的设计、制造和试模的周期很长、投入生产缓慢；由于冷却条件限制，因此对于薄壁且变化又大的塑件的成型较困难；由于注塑机和注塑模的造价都比较高，因此启动投资大，故不合适小批量塑件的生产；成型制品的质量受多种因素限制，因此对技术要求较高，掌握的难度较大。
18、 六、 选题的目的和意义 1、 通过本课题的设计，在综合运用所学专业知识以及查阅工程手册，系统的了解模具设计及制造等方面的内容，为以后工作定了更坚实的基础。 2、 培养综合运用所学的专业知识和技能，独立解决本专业一般工程技术问题的能力 ，树立正确的设计思想和工作作风。使能得到充分运用所学知识解决实际生产的能力，从而得到锻炼的机会、 3、 通过这次毕业设计，学会学习新知识和网上检索信息的能力。 模具作为工业之母，其重要性无需多言，包括我国在内的众多国家都是将其单列出来作为一个大的行业，而随着塑料制品的大规模应用，塑料注射模具更在这一行业中占了很大的比例。但很可惜的是，由于历史的原因，我国在这一行
19、业与西方发达国家之间有很大的差距，但这种差距并非不可弥补的，作为 21 世纪的国家青年，我应当为此努力，所以现在，我理所当然的选择了注射模具毕业设 计这一课题。 通过这一课题使我能运用已学的知识，独立进行科学研究活动，学会分析和解决学术问题的方法，锻炼解决某一学术问题的能力。同时也是对我大学四年以来所学知识的一次全面检测，在此过程中我能对所学专业知识进行一次全面系统的复习，对所学软件如 AutoCAD、 PRO/E 等操作更加熟练。在设计、制造模具时，根据实际情况，学习如何充分考虑它们的特点，选用最佳的工艺方案。用所学得理论知识更好的解决实际问题，提高自己的综合分析和解决工程实际问题的能力，为
20、以后的工作奠定良好的基础 9。 总之，中国的 塑料模具具有光辉灿烂的前景。只有那些能够把握机遇、开拓市场、不断发现新的增长点的模具企业和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场中占有一席之地。 参考文献 1朱光立主编：模具设计与制造实训 高等教育出版社 2004 年 2朱光立、万金宝主编：塑料模具设计 清华大学出版社 2004 年 3塑料模设计手册编写组主编：塑料模设计手册 模具手册之二 机械工业出版社 2004 年 4宋玉恒主编：塑料注塑模具设计手册 航天工业出版社 1994 年 5冯炳娆主编：模具 设计与制造简明手册 上海科技出版社 1998 年 6温松明主编：互换性测量技术基础
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