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XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
專業(yè)名稱
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
20xx年 03月 05日
注塑模具設(shè)計(jì)與制造
摘要
本文介紹注塑模具的發(fā)展趨勢，注塑模具的材料，注塑模具的加工工藝，以及通過我們對現(xiàn)代的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)借助新一代模具設(shè)計(jì)軟件CAD/CAM/CAE，PRO/E的智能化，集成化，自動(dòng)化使得模具的設(shè)計(jì)與制造變得更加方便與簡單,且能夠大大降低其生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的認(rèn)識(shí)。使我們對注塑模具的一些知識(shí)有一個(gè)大致的了解，同時(shí)也為設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞：注塑模具，材料，加工工藝，智能化，集成化，自動(dòng)化
Abstract
This article describes the development trend of the injection mold, the material of the injection mold, injection mold process, as well as through our modern mold design and manufacturing technology with the new generation of die design software, CAD / CAM / CAE, PRO / E, intelligent, integrated, automated mold design and manufacturing has become more convenient and simple, and can greatly reduce their production costs, improve production efficiency and product quality awareness. We have a general knowledge of the injection mold, but also for the design ready.
Keyword：Injection molds, materials, processing, intelligent, integrated, automated
前言
注塑模具又稱注射模具，塑料注射成型是在金屬壓鑄成型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由注射機(jī)將受熱融化后的塑料材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成形品的裝備。塑料注射成型是塑料成型生產(chǎn)中自動(dòng)化程度最高，采用最廣泛的一種成型方法。注塑模通常適合于熱塑性塑料了成型，熱固性塑料的注射成型正在推廣和應(yīng)用中。模具的出現(xiàn)極大的提高了生產(chǎn)的效率，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，有利于產(chǎn)品對市場的占有，提高了核心競爭力?，F(xiàn)代塑料成型生產(chǎn)中，塑料制件與塑料成型模具、塑料成型設(shè)備和塑料成型工藝這三項(xiàng)因素密切相關(guān)。在這三項(xiàng)要素中，塑料成型模具質(zhì)量最為關(guān)鍵，它的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的形狀、性能、質(zhì)量；冷卻并推出成型的制件[1~3]。模具是決定最終產(chǎn)品性能、規(guī)格、形狀及尺寸精度的載體，塑料成型模具是使材料成型生產(chǎn)過程水里進(jìn)行、保證塑料成型制件質(zhì)量不可缺少的工藝裝備。故此本文通過對注塑模具的設(shè)計(jì)與制造使我們了解它的設(shè)計(jì)流程和制造工藝，同時(shí)了解了CAD/CAE/CAM技術(shù)以及PRO/E等軟件在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，為我們在今后的設(shè)計(jì)提供了便利。同時(shí)也讓我們對今后模具向復(fù)雜化、精密化、大型化與智能化方面發(fā)展有了新的認(rèn)識(shí)。
1 注塑模具的發(fā)展趨勢
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，是衡量國家生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。
隨著改革開放和國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，推動(dòng)的模具技術(shù)和模具工業(yè)的新發(fā)展，塑料模具占模具總量的很大的比例，近40%，而且這個(gè)比例還在不斷的上升。在塑料成型生產(chǎn)中，先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)、高質(zhì)量的模具制造、合理的加工工藝和現(xiàn)代的成型設(shè)備等是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件?，F(xiàn)代的模具設(shè)計(jì)與制造已進(jìn)入信息化時(shí)代，在信息社會(huì)和經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展的進(jìn)程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方面發(fā)展[4~6]。伴隨著產(chǎn)品技術(shù)含量的不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化方面發(fā)展。大量的智能化軟件應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造中，使得模具數(shù)字化，精密化和自動(dòng)化程度提高。同時(shí)也使得模具的設(shè)計(jì)與制造有了新的方法，比如，對于復(fù)雜的自由曲面理念的設(shè)計(jì)采用快速測量技術(shù)和逆向工程技術(shù)可以進(jìn)行快速的和精確的設(shè)計(jì)。同樣也提高了模具的標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具的成型技術(shù)與新工藝不斷得到創(chuàng)新[7]。
2 注塑模具的材料
隨著模具地位的提高，模具行業(yè)已經(jīng)是不可或缺的。塑料制品已在工業(yè)級(jí)日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。因此對模具的要求也在不斷地提高，首當(dāng)其沖是對模具的材料的要求也越來越高。因選材不當(dāng)和用材不當(dāng)，致使模具過早的失效，大約占失效模具的45％以上。在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占的比重并不大，一般在20％～30％，因此，選用合適的優(yōu)質(zhì)的鋼材和應(yīng)用合適的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要了。
塑料鋼的性能應(yīng)根據(jù)塑料的種類、制品用途、成型方法和生產(chǎn)批量大小而決定。一般要求塑料模具鋼具有良好的綜合性能，對其強(qiáng)度和韌性要求不如冷作和熱作模具高，但對材料的加工工藝性能要求較高，塑料模具鋼所要求的基本性能如下：（1）綜合力學(xué)性能：成型模具在工作過程中要受到不同的溫度、壓力、侵蝕和磨損作用。因此要求模具材料應(yīng)組織均勻，無網(wǎng)狀及帶狀碳化物出現(xiàn)，熱處理過程應(yīng)具有較小的氧化、脫碳及畸變傾向，熱處理以后應(yīng)具有一定的強(qiáng)度。為保證抗磨性能，許多模具還要經(jīng)調(diào)質(zhì)后，進(jìn)行滲碳或鍍鉻等表面強(qiáng)化處理。（2）切削加工性能：對于大型、復(fù)雜和精密的注射模具，為了便于切削加工常加入S、Co等切削元素改善預(yù)硬的切削加工性能。從而可排除熱處理變形、氧化和脫碳的缺陷。（3）鏡面加工性：對表面粗糙度要求高的制品，其模具的型腔的粗糙度要求更高一級(jí)，模具鋼的鏡面加工性能與鋼的純度、組織、硬度和鏡面加工技術(shù)有關(guān)。鏡面拋光性要求要求高的塑料模具鋼采用真空熔煉、真空除氣。（4）圖案蝕刻性能：某些塑料制品表面要求呈現(xiàn)清晰的圖案花紋，這就要求模具鋼的純度要高，組織要嚴(yán)密，硬度要高。（5）耐蝕性能：含氯和氟的樹脂以及在ABS樹脂中添加抗燃劑時(shí)，在成型過程中將釋放有腐蝕的氣體，因此，這類模具鋼要耐腐蝕，或鍍鉻，或采用鎳磷非晶態(tài)涂層。另外模具鋼還要求良好的預(yù)硬性能、較高的冷壓性能和補(bǔ)焊性能等。因此模具鋼有滲碳性、預(yù)硬化性、耐蝕性、時(shí)效硬化性和冷擠壓成形型。熱處理和表面處理是發(fā)揮模具鋼材的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此對于不同種類的模具鋼采用相應(yīng)的熱處理方法[8,9]。
3 注塑模具的加工工藝
模具的加工方法包括直接成型和堆積涂層，但以去除部分材料的剝蝕方法為主，其中又區(qū)分以電加工為主的特種加工，和使用最多的機(jī)械切削加工。模具的傳統(tǒng)加工，大多采用普通切削速度仿型銑、數(shù)控銑或電火花加工進(jìn)行粗加工和半精加工，然后通過曲線磨削、電火花加工以及人工完成精加工。模具的加工工藝直接影響到模具的精度和塑件的質(zhì)量，因此合理的安排模具的加工工藝決定了模具的精度以及塑件的質(zhì)量。由于不同的工件對其加工工藝的要求也不相同，因此工藝的安排根據(jù)工件的作用來決定。每種加工工藝的特點(diǎn)和精度不同?，F(xiàn)對幾種模具加工工藝進(jìn)行介紹。
3.1 電火花加工
電火花加工又稱放電加工，是利用兩極（工具電極和工件電極）之間的脈沖性的火花放電產(chǎn)生的局部、瞬時(shí)高溫將金屬蝕除，使零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達(dá)到預(yù)定的要求的加工方法。電火花加工按工具電極和工件的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不同，可分為電火花穿孔成形加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花展成加工、電火花表面強(qiáng)化和電火花刻字等。其中電火花穿孔成形加工和電火花線切割在模具加工中應(yīng)用最為廣泛[10]。
電火花加工的質(zhì)量和效率不僅與極性選擇有關(guān)，還與電規(guī)準(zhǔn)（電加工的主要加工參數(shù)）、工作液、工件，以及電極的材料、放電間隙等因素有關(guān)。電火花加工適合于加工難以切削加工的材料。
電火花加工的局限在于：（1）只能用于導(dǎo)電材料的加工；（2）加工速度較慢；（3）存在電極損耗。不同的電極材料所達(dá)到的精度不同，因此根據(jù)精度要求選擇不同的電火花及不同的電極材料。例如，通常電火花線切割的精度能達(dá)到0.01～0.02mm（高速走絲）和0.002～0.005mm（低速走絲）的要求。
3.2 模具的研磨與拋光
模具的研磨與拋光時(shí)以降低零件的表面粗糙度、提高表面形狀精度和表面光澤為主要目的，屬于光整加工。塑料模具型腔研磨、拋光后，極大的提高了型腔表面質(zhì)量及成型性能，滿足了塑件成型質(zhì)量的要求，使塑件易于脫模。澆注系統(tǒng)經(jīng)研磨、拋光后，可降低注射時(shí)塑料的流動(dòng)阻力。還可以提高模具結(jié)合面的精度，防止樹脂滲漏，黏結(jié)等。
研磨可以降低表面粗糙度值，使形狀精度高，還可以改善工件表面的力學(xué)性能，并且對研具的要求不高。研磨的尺寸精度高，其加工精度可達(dá)0.1～0.01μm。
拋光時(shí)利用柔性拋光工具、微細(xì)磨料顆粒或其他拋光介質(zhì)對工件表面進(jìn)行的修飾加工，以去除前面工序留下的加工痕跡，如刀痕、磨紋、麻點(diǎn)、毛刺等。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的。拋光可分為普通拋光和精密拋光。根據(jù)其精度要求選擇相應(yīng)的拋光的工藝順序，依此是粗拋、半精拋、精拋。
4 利用現(xiàn)代軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造
模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識(shí)[11,12]。
4.1 模具軟件功能集成化
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試與生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳利益的目的。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)與GT、CE、CAE、CAPP、PDM等技術(shù)密切相連，組成一個(gè)有機(jī)的整體建立一個(gè)統(tǒng)一的全局模具產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，在模具開發(fā)中、模具設(shè)計(jì)中，提供全部的信息，使信息共享、交換處理和反饋，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)，并行技術(shù)和管理技術(shù)，最終將發(fā)展成為CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）[13]。
4.2 模具軟件智能化
模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的智能化是指有模具CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)和人類專家共同組成的人體一體化系統(tǒng)，它能再模具生產(chǎn)過程中進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動(dòng)，有效地實(shí)現(xiàn)了人與模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有機(jī)融合及人的智能的充分發(fā)揮[14]。近年來，人工智能在模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中在知識(shí)工程的引入和模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)開發(fā)上。
4.3 模具軟件的自動(dòng)化
隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的軟件在設(shè)計(jì)上更智能化，自動(dòng)化。應(yīng)用于快速成型技術(shù)縮短了產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本和風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上利用PRO/E可以對其三維造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中可以體現(xiàn)到軟件的自動(dòng)化，例如曲面的生成以及分型面的生成；然后通過軟件可以自動(dòng)生產(chǎn)模具的型腔以及選擇相應(yīng)的模架。
4 總結(jié)
通過對畢業(yè)設(shè)計(jì)前大量文獻(xiàn)的閱讀，使自己對注塑模具有了更深的理解，也讓我知道了模具設(shè)計(jì)的一些方法和注意事項(xiàng)，特別是在分型面的選擇、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、脫模機(jī)構(gòu)以及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面有了更深刻的認(rèn)識(shí)。且認(rèn)識(shí)到模具材料的選擇及模具的加工工藝對塑件的質(zhì)量和模具的壽命起決定作用，是模具設(shè)計(jì)中必不可少的一部分。了解到智能化、自動(dòng)化在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是以后模具設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，同時(shí)對設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用也有了更深得的體會(huì)。更重要的是培養(yǎng)了我正確的設(shè)計(jì)理念和分析問題、解決問題的能力，同時(shí)養(yǎng)成查閱手冊及相關(guān)資料的習(xí)慣，使設(shè)計(jì)過程達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，為我們從事模具設(shè)計(jì)相關(guān)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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