1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 一模四穴塑料模具设计 前言 塑料模具是用于成型具有一定形状尺寸的塑料制品的成型工具。模具是塑件生产的重要工艺装备之一。不同的塑料成型方法使用着不同模塑工艺和原理及结构特点各不相同的塑料模具。对塑件质量的优劣及生产效率的高低，除其他的因素外，模具的因素也是一个重要的因素。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用 1。作为产品生命周期的重要一环 ，模具的质量的好坏直接影响着产品的质量。塑料模具设计与制造是一项综合性的工作，围绕塑件成型
2、生产涉及到成型物料，成型设备，成型工艺，成型模具及模具制造等各个方面，而这些便构成了塑件成型生产的系统。 注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工实现了生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益 2。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效益等方面水平高低，直接影响 产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。 本设计从塑料注射成型的成型物料、成型设备、成型模具几个方面讲述一模四穴塑料模具的设计和制造
3、过程 模具的简介 近年来，由于我国国民经济的高速、稳定的增长，促进了我国模具工业的迅速发展壮大，因此，模具设计与制造专业或者相关的材料成型与控制专业已经成为我国国内具有优势的热门专业之一 4。在日常生活中我们的许多制品都是由模具来生产制造出来的，所以，越来越多的人开始从事模具行业的设计，因此，我国的模具设计水平有了进一步的提高和发 展的空间。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长，模具工业快速发展，必然会带来模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产
4、品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现在已经逐渐的成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志和发展程度的标志之一 5。 模具是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成。不同的模具是通过所成型 材料物理状态的改变来实现，模具是由不同的零件所构成的。它主要是通过所成型材料的物理状态改变来实现物品外形的加工。在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。对于冲裁、成形冲压、模锻、冷模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃
5、口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离，即进行冲裁，用内腔形状可以使坯料获得相应的立体形状。模具一般分为动模和定模两个部分，或着称为凸模和凹模两个部分，它 们可分可合 6。分开时装入坯料或取出制件，合拢时使制件与坯料分离或成形。在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、压制和压塑过程中，分离或成形所需的外力通过模具施加在坯料上。零件的构成形式是多样的，不同的模具由不同的零件构成。模具在挤压、压铸和注塑过程中，外力则由气压、柱塞、冲头等，施加在坯料上，模具承受的是坯料的胀力。模具是用来成型物品的工具，这种工具有很多种。模具除其本身外，还需要模座、模架、导向装置和制件顶出装置等，这些部件一般都制成通用型，
6、适用于一定范围的不同模具，它的精度比较高，尺寸也比较准确。甚至在对于有 些冲裁模的凸模与凹模的间隙能够近于 0，冲压速度快，每分钟冲压数十次至上千次，而且模具的寿命也比较长。 模具是用来成型物品的工具，这种工具有许多种。模具有多个形式复杂的型腔，工作条件恶劣， 1000以上炽红的钢在模具型腔内变形和流动冲刷，镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及模具要承受锻锤的高速冲击或重负载的压力，在使用过程中常处于急冷、急热和冷热交变状态。模具材料应具有很高的强度、韧性和耐磨性，热锻时还须有高的温度强度和硬度，并经过强韧化热处理。 模具的应用极为广泛。大量生产的机电产品，如汽车、自行车、缝 纫机、照相机
7、、电机、电器、仪表等，以及日用器具的制造都应用大量模具。模具基本上是单件生产的，其形状复杂，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求，所以模具生产需要有很高的技术水平。模具的及时供应及其质量会直接影响到产品的质量、成本和新产品研制。 模具设计制作的要求是尺寸精确、表面光洁、结构合理、生产效率高、易于自动化、制造容易、寿命高、成本低、设计符合工艺需要，经济合理。 模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素。模具上的易损件应容易更换。对于塑料 模和压铸模，还需要考虑合理的浇注系统、熔融塑料或金属流动状态、进入型腔的位置与方向。为了提高生产率、
8、减少流道浇注损失，可采用多型腔模具，在一模具内能同时完成多个相同或不同的制品。在大批量生产中应采用高效率、高精度、高寿命的模具。 冲压模应采用多工位级进模，可采用硬质合金镶块级进模，以提高寿命。在小批量生产和新产品试制中，应采用结构简单、制造快、成本低的简易模具，如组合冲模、薄板冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模、锌合金模、超塑性合金模等。模具已开始采用计算机辅助设计 (CAD)，即通过以计算机为中心的一整套系统 对模具进行最优化设计。这是模具设计的发展方向。 模具制造按结构特点，分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。冲裁模利用凸模与凹模的尺寸精确配合，有的甚至是无间隙配合。其他锻模如冷挤压模、压
9、铸模、粉末冶金模、塑料模、橡胶模等都属于型腔模，用于成形立体形状的工件。型腔模在长、宽、高 3 个方向都有尺寸要求，形状复杂，制造困难。模具生产一般为单件、小批生产，制造要求严格、精确，多采用精密的加工设备和测量装置 7。 平面冲裁模可用电火花加工初成形，再用成形磨削，坐标磨削等方法进一步提高精度。成形磨削可用光学投影曲线 磨床，或带有缩仿、修打砂轮机构的平面磨床，也可在精密平面磨床上采用专用成形磨削工具磨削。坐标磨床可用于模具的精密定位，以保证精密孔径和孔距。也可用计算机数控 (CNC)连续轨迹坐标磨床磨削任何曲线形状的凸模和凹模。 型腔模多用仿形铣床加工、电火花加工和电解加工。将仿形铣加工
10、与数控联合应用和在电火花加工中增加三向平动头装置，都可提高型腔的加工质量。电解加工中增加充气电解可提高生产效率。 计算机数控多轴铣床加工、坐标磨削和加工中心机床，是型腔模加工的重要设备。型腔的表面研磨和抛光一般采用电动或风动工具，配以各 种研磨如抛光轮和研磨膏粉，也可采用超声波研磨、挤压珩磨、化学抛光等方法。三坐标测量机和光学投影比较仪是模具制造中常用的精密测量设备。 中国模具行业发展 众所周之中国模具工业在过去的几年中取得了飞速的发展，但是许多模具设计加工方面与工业发达国家相比仍然有非常大的差距。例如，对于精密加工设备的模具设计在模具加工中就处于比较落后的阶段，而这些软肋正是这些年困惑我过模
11、具设计的主要原因，在我国由于这方面的模具设计达不到设计的要求，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具都依赖与从国外进口。这不仅影响了我国的经济发展 也给我国的模具行业带来了前所未有的压力和打击，所以，我们不断的努力奋斗，用我们国家人民的聪明才智去开发模具行业，使我国的模具设计得到进一步的发展，逐渐缩短与发达国家的差距。 近年来，模具行业迅猛发展，其地域分布特色也日渐成形。从地区分布来看，以珠三角、长三角以及安徽等地发展较快。 广东是中国现在最主要的模具市场，而且还是中国最大的模具出口与进口省。全国模具产值有 40%多来自广东，而且模具加工设备数控化率及设备的性能、模具加工工艺、生产专业化水
12、准和标准程度领先国内其它省市。 目前在全国排序前 10 名的企业中 ，广东占有 5 家，世界最大的模架供货商和亚洲最大的模具制造厂都在广东。 随着广东工业产业结构进一步优化，石化、汽车、高新技术等多个产业的发展都对广东的模具制造提出了更高要求。未来几年广东的模具制造将日趋精密、复杂。 上海现有模具企业 1500 余家，从业人员 7 万多人，年产值近 100 亿元，年平均增长率超过 20%。到 2010 年总产值将达到 200 亿元左右；进口额从现在的 2.9 亿元基础上压缩 30%，将为行业增加 7 亿元左右产值，出口额达到 1.3 亿美元，又将为行业增加 6 亿元产值。 上海模具产业将面向
13、6 大产业和重点行业， 特别是信息（ IT）产业和汽车行业，大力发展 IT 行业的精密镁合金压铸模、精密注塑模；汽车业的覆盖件模具、大型零件压铸模、精密冲压件多任务位级进模。 2010 年， IT 行业的模具实现 85%国产化，汽车模具实现 90%国产化。 据初步统计，上海生产汽车中冲压、塑料、压铸等模具企业近 70 家，年产值约 20 亿元，民营企业如华庄、千缘、屹丰、黄燕，合资企业如荻原、伟世通、小纟，台资企业如联恒、宏旭、台丽通等大多年产值在 5000 万元以上，其中有近 7 家企业达亿元的年产值，有个别企业年增长率达 100%，成为上海汽车模具工业中的主力 军。 浙江省模具工业主要集中
14、在宁波市和台州市，宁波市的宁海、余姚、慈溪及鄞州主要生产塑料模具，北仑以压铸模为主，象山和舟山以铸造和冲压模具为主。台州市主要模具生产企业集中在黄岩和路桥，塑料模具占大多数。 浙江模具工业具有一些明显的特点。一是模具生产企业几乎都是私营企业；二是模具企业相对集中，已形成模具市场；三是模具在可满足不同层次用户需求的同时，高水平的模具快速发展，并已占有较大比例；四是通过多次创业，已涌现出了一批高素质的骨干重点企业；五是已自然形成专业化分工，主要企业特色明显；六是模具工业发展对当地 和周边地区工业发展的拉动作用明显。 江苏苏州目前有各类模具厂 1000 多家，模具加工点 1000 多个，模具年销售额
15、约 50 亿60 亿元，模具业成为该市新兴工业之一。 日本、韩国、新加坡、德国、荷兰、美国及我国台湾、香港地区的独资、合资企业很多，民营模具企业也不少；苏州兰佩铸造、远轻模具等企业主要生产汽车发动机及轮毂等部件压铸模和铸模，昆山中大模架、昆山精密模具标准件、昆山华星模具导向件等企业专业生产各种大型模架、模具导向件、模具弹簧等标准件。 目前安徽省拥有一批国内知名度较高的模具产品，如洗衣机和空调器大型 腔注塑模、电冰箱吸塑发泡模、电机定转子叠片高速级进冲模等，有的市场占有率高达 30以上；汽车结构件和内饰件模具已稳定用于上海大众新车型开发；橡胶轮胎模具被国内各大轮胎企业认可；模具标准件、模具材料基
16、地也已形成 8。 一批有活力的民营模具企业正在崛起，模具制造的聚集区域正在形成。滁州市已成为冰箱吸塑发泡模具的重要制造基地；宁国市是橡胶模具的聚集区；宣州市和芜湖市以薄板冲压模具为主，是汽车零部件的重要制造和供应基地；蚌埠市的厚板冲压级进模独具特色；合肥市在注塑模、汽车模具和快速制模上有一定优势。 对未来我国 模具设计的发展和展望 中国是一个模具设计制造的大国，但是我们的基础工作做的并不是那么的好，在未来的模具设计过程中我们首先要注重模具设计的质量。从最基本的工作做起，只有我们的模具设计达到了质量上的合格，才有可能跟国外的模具行业进行比拼。 其次，我国模具行业的发展在有了质量上的保证外，逐渐的
17、自主研究创新，改革。设计出有中国特色的产品，进而可以在国际上有立足的余地。中国有句老话叫物以惜为贵，这个道理是所有人都明白的。所以，有了自己在模具行业的独特设计，就有了自己的立足之地。 再次，模具设计同样是随着社会的发展而逐 渐更新的，我们在模具设计的过程中要坚持不懈的努力，不能有松懈的想法，因为社会是发展的大家都在努力的探索研究，如果我们松懈下来就会被别人给甩在身后面，那么我们与别人的距离就会差的更远，相反只要我们坚持不懈的努力，相信总有一天我国的模具行业可以达到世界的先进水平行列 9。 模具的设计是需要每个人的努力，只要我们每个人都尽心尽力的去努力，相信不久的将来中国的模具一定会有比较显著
18、的进步。 结束语 我国生产的最大模具单套重量已超过 100 吨。 但是，我国模具的制造从总体上看，中高档模具很多还要依赖进口，产品还只是以 中低档为主；企业虽然重视推广应用新技术，但这些新技术应用的水平还不够高。我国模具产品水平总体上与发达国家相差有 10 15 年的差距 14。 再其次 是模具骨干企业队伍已经形成，但还不够壮大。 经过十多年的快速发展，我国模具企业骨干队伍已经形成。它们一般都有较好的生产装备，技术水平较高，产品水平也达到了一定的高度，生产都达到了一定的规模，而且产品有了自己的特点。在各个模具行业骨干企业队伍中也涌现出了本行业的龙头企业。 2006 年中国模具工业协会对各行业的
19、 50 家模具企业授予第一批 “ 重点骨干模具企业 ” 称号 。 中国模具骨干企业队伍目前还在成长之中，各方面都有待进一步提高，管理待加强，技术待进步，产品有待更加适应市场的需求。 参 考 文 献 1 屈华昌 . 塑料成型工艺与模具设计 M. 北京： 机械工业出版社， 1995 2 唐志玉 . 模具设计师指南 M. 北京： 国防工业出版社， 1999 3 塑料模设计手册编写组 . 塑料模设计手册 M. 北京： 机械工业出版社， 1994 4 贾润礼，程志远 . 实用注塑模设计手册 M. 北京： 中国轻工业出版社， 2000 5 黄毅宏 . 模具制造工艺 M. 北京： 机械工业出版社， 1999
20、 6 冯炳尧，韩泰荣，蒋文生 . 模具设计与制造简明手册 M. 上海： 上海科学技术出版社，1998 7 赵如福 . 金属机械加工工艺人员手册 M. 上海： 上海科学技术出版社， 1990 8 徐灏 . 机械设计手册 M. 北京： 机械工业出版社， 1991 9 李德群 ,唐志玉 . 中国模具工程设计大典 (第 3 卷 ). 塑料与橡胶模具设计 M. 北京 :北京电子工业出版社 , 2007. 3 10 B.Ravi and M.N.Srinivasan, “ Decision criteria for computeraided parting surface design” , Compu
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