1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 手机电池充电器注塑模设计 1 前言部分 （阐明课题的研究背景和意义） 模具是以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。随着社会的发展和科技的进步。模具行业越来越被重视，模具技术在国民经济各个部门都得到广泛的应用，它不仅与整个机械行业密切相关。而且与人们的生活密切相关。模具工业是国民经济的基础产业，是“百业之母” ，是永不衰亡的行业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平及产品开发的能力 1、 2。“ 十五”规划指出，模具生产各种工业产品的重要基础工艺装备，国民经济的五大支 柱产业一机械、电子、汽车、石化、建筑等都要求模具工业的发展与之相适应。当前，我
2、国制造业快速发展，特别是受汽车制造业发展的拉动，国内模具市场不断扩大，跨国集团到我国进行模具国际采购不断增加。而且国际上将模具造逐渐向我国转移的趋势十分明显。由于模具行业的发展速度较其他行业更快，在国民经济中的地位日益上升。模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融埋料被注人成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再 闭合进行下一次注塑，整个注素过程是循环进行的。注塑成型是现代塑料工业中极为重要的一种加工技术。它能成型形状复杂、精度要求高的制品 , 具有生产效率高、成本低、产品质
3、量好等优点 , 在汽车、家用电器、仪器仪表等行业中得到了广泛应用 3、 4 。注塑模是一种可以重复地大批量地生产塑料零件或者制品的一种生产工具。注塑成型也称注射成型，是成形热塑性塑料的主要方法 5 。注塑成型原理是将塑料颗粒定量加入到注塑机的料筒内，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐步熔化呈粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推挤 下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中。由于模具的冷却作用，使模腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开启模具便可从模腔中推出具有一定形状和尺寸的注塑件。上述过程大致可归为： 加料塑料熔融注塑冷却定型塑件脱模 6 。 2
4、 主题部分 （阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述） 为了提高塑料模具的质量，缩短模具的设计和制造周期，发达工业国家从 20世纪 80年代中期就已经广泛使用计算机对塑料模具进行辅助设计，即CAD/CAM/CAE。模具 CAD/CAM/CAE技术在模具 行业的广泛应用，将彻底改变传统的模具设计、制造方式，其优越性主要表现在下列几个方面 7 ： (1)提高模具质量； (2)缩短模具制作周期； (3)大幅度降低成本； (4)充分发挥设计人员的主观能动性； (5)提高企业的管理水平。 从模具设计和制造技术方面来看，注塑成型模具的发展始终是以提高模具精度、设计效率和降低成本为目标的。
5、高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期；气体辅助注射成型以提高注塑件的质量；热流道浇注系统以提高塑件的生产率和质量。高速自动化的注射成型机配以先进 的模具，对改善制件质量、提高生产效率、降低产品成本起了很大的作用。大型、超小型及高精度集成化， CIMS(Computer Intergrate Manufacture System)是模具 CAD/CAE/CAM一体化技术集成发展的必然趋势，是未来模具企业自动化生产发展的方向。工程数据库是系统集成的关键技术之一，在注塑模中进一步建立和完善面向对象的工程数据库，将模具模架、塑料材料、注塑机等参输入至工程数据库中
6、，供模具 CAD/CAE/CAM系统共享。网络化，网络化是模具一体化技术发展的方向，同一模具企业，将各部 门所有的计算机联网，以便信息共享；另外模具企业必须与外部公共网络联接 8、 9 。 随着塑料工业的迅速发展和 CAD技术应用的日益广泛，国外注塑模 CAD技术发展很快，已经进入了大规模开发和实用阶段。 20世纪 80年代中期注塑模CAD/CAE/CAM进入实用阶段，出现了许多商品化注塑模 CAD/CAE/CAM软件，比较著名的有： 澳大利亚的模具流动公司 (Mold flow PTY UD)的 Mold flow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型模块 SNO
7、D，有限元网格生成模块 FMESH，流 动分析模块 FLOW，冷却分析模块 COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示模块 FRES以及翘曲分析模拟模块。美国CRATEK公司的注射模 CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状。 美国 Comell大学机械和航空工程学院 K K Wang教授领导的 CIMP研究小 组，在注塑 CAD方面开展了卓有成效的研究工作。先后建立了注塑成型过程的流动、保压、冷却的数学模型，开展了塑料熔体流变性能和热性能的实验研究，并建立了相应的数据库。目前，很多注塑模 CAD商品化软件都采用了该课题组所建立的理论和 研究成果。描述模块 OPTI
8、MOLD II，二维注射流动分析模块 SIMUFLOW，三维有限元流动分析模块 SIMUFLOW 3D，冷却分析模块 SIMUCOOL，标准模架 (美国DME标准 )选择模块 OPTIMOLD等部分。德国 IKV塑料工程研究所的 CADMOULD。可用于注塑模的流动、冷却分析和力学性能的校核。 美国 SDRC公司的流动分析软件 POLYFILL和冷却分析软件 POLYCOOL2。 加拿大 McGill大学 M R Ka mal教授领导的塑料成型科研组，建立了注塑工艺过程计算机模拟的集成化系统 MCKAM。 我国在开发注塑模 CAD技术方面起步较晚。 70年代后期才开始，当时主要是研究开发二维流
9、动软件和三维稳态冷却系统分析。“八五”期间由轻工业部组织轻工业部模具中心、郑州工业大学、北京航空航天大学、华中理工大学、成都科技大学、北京塑料研究所、天津轻工业学院等单位共同完成了“塑料注射模具设计制造技术的研究 “国家攻关项目，首次全厩系统地开发注塑模 CAD/CAE/CAM系统。 我国在注射模 CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有： 浙江大学基于工作站的 UGII系统开发出精密注射模 CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。上海交通大学从 1983年开始，对注射模CAD进行了多方面的研究。在
10、国内首次将人工智能技术引入注射模 CAD系统中，并于 1988年开发出集成化注射模智能 CAD系统。现在在工作站 UG平台上进一步开发智能 CAD/CAE/CAM系统 10 。 在“八五”攻关项目的基础上，郑州工业大学模具计算机辅助工程国家工程研究中心独立开发了具有自主版权的注塑模计算机辅助分析软件 (Z-MOLD)，Z-MOLD可以模拟各种产品设计、模具设计及成型条件对产品的影响。利用该软件可以在制造模具前预测出熔体在型腔内的流动和冷却情况，给出每个时刻熔体的速度、压力、温度分布，预测出注射压力、锁模力及熔接线和气穴位置等，供设计人员检验设计是否合理，利用 Z MOLD系统提供的信息修改设计
11、，直到设计满意为止 11 。 华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模 CAD/CAD/CAM系统的单位之一，自 80年代中期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模 CAD/CAE/CAM系统 HSC-I。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用，取得较好效果，现已实现商品化。 注塑模热流道技术是一种无浇注系统凝料的注塑成型技术。其原理是对模具的浇注系统进行加热，使塑料熔体在流道中一直保持熔融状态，以避免在成型周期中产生浇注系统凝料。热流道技术是一门先进的热塑性塑料
12、注塑成型技术，与普通流道成型技术相比，热流道技术具有节省原料、产品质量稳定、成本低廉，尤其是模塑制品的内在品质较普通模塑制品高，其应用日渐广泛。热流道系统依靠持续的 加热来维持塑料在流道中的熔融状态，为了使流道内熔体温度保持与料筒内已塑化物料大体相同的温度，以及整个流道板的温度分布均匀和恒定，避免局部过热，必须对流道板与喷嘴热量平衡作详细的计算，对加热方法与加热理论进行深入的研究。很多情况下出现的热量不平衡、焦料、降解以及流道堵塞都是由于不合理的加热所导致。在实际应用中，应该合理地设置加热元件，确保加元件与流道板或喷嘴的配合间隙，尽量减小热损失，同时应尽量选择较为先进的子温控器，以满足温控要求
13、，从而获得最佳的温度分布 12、 13 。 对于注塑模自动分模技术，由于塑件结构 的复杂性和多样性，而且分型设计是一个经验性比较强的过程，从而导致了其实现的困难性，从国内外公开发表的文献资料来看，对这方面的研究论述并不多见，自动分模技术算法的研究进展比较缓慢，尽管国内外学者针对这方面的研究已经取得了一定的成果，但是大多都集中在理论研究阶段。 Tann等的研究是首先选择一个合理的脱模方向，然后对塑件的表面进行三角剖分，并把这些三角面片分为可见面、不可见面和退化面。再用塑件上的可见面与不可见面的公共边构成分型线的组成边，并通过重组这些边得到分型线。该方法由于涉及塑件体表面的三角面片划分，因此算 法
14、复杂，效率不高。 Huin射在其两篇文章中提出采用遮挡的概念来逐步判别侧凹特征，并获得主脱模方向、侧抽芯方向和分割抽芯方向，其算法的计算效率比较低。 T Wongn阳提出了对 3D塑件模型进行切片来生成分型线。这种方法在确定分型线之前需正确的判断分型方向，而该方法是把某一主坐标轴作为分型方向，其缺点正是在于此，因为坐标轴的方向并不一定保证是真 J下的或较优的分型方向，这样会给正确分型线位置的选择带来一定的困难。 Ravi B和 Srinivasann提出了计算机辅助分型面设计的 9个确定准则，以帮助用户确定一个合理的分 型面他们还给出了一种确定分型线的方法，即先求出塑件在与脱模方向相垂直的平面
15、上的投影的轮廓，然后沿着脱模方向拉伸轮廓线，分型线即为拉伸体与塑件模型的交线。朱喜林等在 Antonial等人提出的接近锥概念基础上提出用计算的方法确定脱模方向，并利用轨迹运动的方法实现分型面的设计，但该方法只是把分型线做了一个简单的分类。 Nee等人提出通过对组成塑件的内外环来对侧凹特征进行分类，然后根据塑件边界表示对每一类可能的侧凹特征进行脱模方向判别，最后根据可能的侧凹特征数目和侧凹特征体积确定最优的脱模方向。该方法主要基于塑件体的 几何拓扑关系作为判断侧凹特征的准则，并对曲面体进行了分析。他们还提出通过对塑件面进行分组并抽取最大边坏来自动生成分型线的方法，该方法具有较高的效率，其不足之
16、处在于它在对面进行分类时没有排除对确定分型线无贡献的分型线无关面，也没有考虑当分型线不完全由塑件边组成时的特殊情况，并且只确定一种分型线。周振勇等在 Nee等的研究基础上进行了改进，对注塑件的所有非侧凹面进行分组，然后抽取不同面组的最大边环自动确定注塑件分型线 15、 16、 17 。 3总结部分 （将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出 预测） 综合上述，先今我国的模具虽然得到了长足的发展但是离发达国家还是有不小的差距，为了适应国家的发展，注塑模面临着进一步完整结构和加速国产化。因此，立足于国情，着重发展模具行业中的关键、共性技术，不断加大新技术的开发和推广应用力度，
17、不断提高行业的自主创新能力，用信息技术带动和提升模具行业的技术水平，使我国模具行业向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展，推动我国模具行业再上新台阶。 我国塑料机械工业总产值虽不大，但是与关联产业的发展结合紧密。因此，把塑料机械作为“新材料”产业链中重要 的一环。强化“产业链系统”观念，将塑料机械向上游石化产业、下游制晶加工业延伸。甚重与国家重大需求、装备制造业振兴紧密结合起来，从这个高度认识塑料机械工业，对其发展是有利的。 4 参考文献 1蒋桂芝 模具技术在国民经济中的地位 J 机电产品开发与创新 2009年 03期 ： 31-32 2 罗继相 . 浅析我国模具行业现状及发展趋势和
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