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注射模具中熱量控制評估
B. A. McCalla1, P. S. Allan*1 and P. R. Hornsby2
摘要：
注射模具的熱量控制和管理對于獲得最佳的生產(chǎn)工藝來說是一個重要的條件。本文介紹的是一個關(guān)于傳統(tǒng)的模具冷卻和一個稱為“間歇冷卻技術(shù)”的新技術(shù)的對比調(diào)查報告。間歇冷卻技術(shù)的原則是：是在注射成型周期中利用冷卻介質(zhì)流量的間歇性來精確控制模具型腔表面的溫度。
一個測量型腔壓力，型腔表面溫度和模具背面溫度測量的儀表是用來對本課題進行研究的。結(jié)果表明，傳統(tǒng)的冷卻方法和“間歇冷卻技術(shù)”的對比中，聚丙烯（PP），聚碳酸酯以及填充的鋁粉的滑石粉起著重要作用。當使用“間歇冷卻技術(shù)”而未填充聚丙烯（PP）時比傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)多22%的時間。
關(guān)鍵詞：注塑、模具冷卻、脈沖冷卻、模具溫度控制
引言：
注射模具溫度控制系統(tǒng)的目的是使型腔表面溫度循環(huán)保持一致，而這在注射模具中是必須的。型腔表面溫度的周期變化可以導(dǎo)致性能的變化，如：收縮、內(nèi)應(yīng)力、變形和表面質(zhì)量的保證。冷卻系統(tǒng)的效率是主要因素
將影響整個周期時間，因為模具從注射溫度冷卻的可以開模的溫度是成型周期中時間最長的。模具材料的熱性能、冷卻通道的設(shè)計,鑄件壁厚,冷卻介質(zhì)的屬性都將影響成型效率。眾多的產(chǎn)品設(shè)計采用熱塑性材料來提高冷卻效率。比如：（1）具有高導(dǎo)熱系數(shù)的鈹銅已用于制造模具鑲件。（2）正形的冷卻通道已用來實現(xiàn)復(fù)雜模具零件的均勻散熱。（3）冷卻探頭以及一些特殊的設(shè)計用來在冷卻介質(zhì)中創(chuàng)造湍流。
所有的這些特點都對模具的冷卻的重要的作用，但他們在模具中沒有特定的熱管理。
在工業(yè)行業(yè)中傳統(tǒng)的冷卻方法是在一副模具中利用冷卻液來冷卻。用于控制溫度的傳感器可以設(shè)在模具中或控制單元中。這種冷卻方法的特點是冷卻液不斷流動，通常只有一個傳感器用于模具。
在過去15年來，在模具傳熱中熱管理已經(jīng)得到發(fā)展?！懊}沖冷卻技術(shù)”利用脈沖在模具中公開不同的冷卻區(qū)域。它還可以利用注射熔體的熱量來控制模具的溫度，因此只有從來源處的多余的熱量被提取了?！伴g歇冷卻技術(shù)”的簡單操作如下：（1）模具最先得到的熱量來源于設(shè)計過程中的聚合物。此外該工具可以初步使用輔助加熱系統(tǒng)。（2）當模具到達設(shè)定溫度將由脈沖冷卻控溫接管。在模具各處的表面溫度將決定冷卻液的需求。（3）只有當傳感器發(fā)出需要冷卻液的指令時“間歇冷卻技術(shù)”控制系統(tǒng)才會提供冷卻液。（4）當模具表面溫度在冷卻循環(huán)中達到一致的步調(diào)時，這個過程將有率地運行。
“間歇冷卻技術(shù)”的特點是型腔表面的溫度來決定冷卻液的供給?！伴g歇冷卻技術(shù)”要做是，去除由聚合物提供的多余的熱量以及在整個周期中精密地控制模具表面的溫度。“間歇冷卻技術(shù)”的一個顯著的特點 是利用受控的脈沖來控制冷卻液以降溫而傳統(tǒng)的冷卻方法是不能這樣的。
正如前面所說“間歇冷卻技術(shù)”已經(jīng)存在于這個行業(yè)15年，但是在那個時候整個過程還沒有制定一個詳細的評估。這個研究的目的是評估“間歇冷卻技術(shù)”以及將它和傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)對比。為了實現(xiàn)這個目的，我們設(shè)計一副注射模具用來提供給傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)和“間歇冷卻技術(shù)”。本文給出了兩種冷卻方法的評價和關(guān)于它們的周期，冷卻的一致性和設(shè)置運行的簡單化。
實驗
模具工具
本副試驗?zāi)＞呒扔袕V泛應(yīng)用于聚合物加工行業(yè)中的直接冷卻方法，又有英國可再生能源推廣有限公司的“間歇冷卻技術(shù)”
圖1模具原理圖，圖中央顯示了模塑組件。圖中插入了一個聚丙烯（PP）的照片。
這個模塑組件包括三個部分：一個2毫米厚的中空箱，一個兩毫米厚的中空管，兩個ISO力學(xué)測試機。
圖2 流道，澆口，四個型腔壓力傳感器的位置
如圖2所示，該塑件從三個地方澆注，而且三個澆口設(shè)計成從任何一個澆口都可以澆注。該型腔儀器包括四個6190A型壓力溫度傳感器，6190A是由5049A型智能放大器控制。該型壓力是由相反的澆口處記錄到的。該模具需要三個獨立溫度控制區(qū)域：固定板，推板，核心部分。圖3A和圖3B三個熱敏電阻是三個溫度的區(qū)域的位置。
圖3A是常規(guī)操作的冷卻水道圖。為了直接比較“PCT”和傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，傳統(tǒng)的有三個加熱\冷卻系統(tǒng)，每一個都控制一個溫度區(qū)間。傳統(tǒng)的冷卻包括主要加強板中的水道。每個區(qū)域溫度的監(jiān)測由三個探針傳導(dǎo)。
圖3B顯示的是“PCT”的安排。這表明：標記為“未使用”的水道可以在成型前加快預(yù)熱。當開始成型和“PCT”的開關(guān)標記為開是這些水道是不工作的。三個區(qū)域的溫度是由冷卻液脈沖的閉環(huán)控制利用三個傳感器連接到“PCT”控制器中來控制。該控制器只有在探頭溫度高于設(shè)定溫度時才會供給冷卻液。
圖3 A為傳統(tǒng)冷卻技術(shù)的管道B為脈沖冷卻技術(shù)的管道：在圖3A中所有的通道采用典型的安裝。必須指出在冷卻區(qū)1等3都是活躍的。圖3B中標有“不使用”的通道作為初始加熱用，但他們在成型過程中并不使用。
所有的溫度和壓力傳感器都連接到Adept Strawberry Tree Data Shuttle Express和一個采集分析數(shù)據(jù)的電腦中。
注塑
該實驗的評估來源于一個帶有以下樹脂化合物的注射模具（DEMAG 150 NCIII）
（1）聚碳酸酯，未填充(GE Plastics LEXAN141R)
(2) 聚丙烯,未填充(Moplen SM 6100 from Basell)
(3) 聚丙烯,添加了10%，20%，30%的滑石粉
（4）基于導(dǎo)電化合物的聚丙烯，添加44%的導(dǎo)電材料
填充的PP復(fù)合材料的滑石粉是由PP粉末制成的。該模具為傳統(tǒng)冷卻技術(shù)及“脈沖冷卻技術(shù)”而設(shè)計（圖2）。當一次成型中基本成型條件已經(jīng)達到，由于壓力傳感器將開關(guān)置于保壓而得到優(yōu)化。這套注射成型機被設(shè)置成全自動的，而且在讀數(shù)從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中記錄之前可以強化。當注射條件被設(shè)置成需要特定的樹脂化合物，相同的條件也被用于傳統(tǒng)冷卻技術(shù)及“脈沖冷卻技術(shù)”。這意味著，這兩套模具在成型周期中的任何差異都將影響到模具冷卻方法的選用。典型的模具型腔壓力和溫度如圖4A所示。模具的冷卻時間從型腔充滿開始，（即從注射壓力到保壓壓力的變化）到型腔壓力降低到大氣壓。周期時間由溫度傳感器建立，如圖B所示。這套模具可以用于不同溫度下直接冷卻和脈沖冷卻。對于脈沖冷卻技術(shù)，冷卻液的溫度設(shè)置在11度。建立這套模具的原則是間歇冷卻，如下程序：
（1） 模具所需的溫度是由間歇冷卻技術(shù)控制的。
（2） 當溫度超過設(shè)定的溫度時這個工具開始加熱。
（3） 繼續(xù)成型，間歇冷卻技術(shù)控制器可以使型腔表面溫度從開始成型一直保持穩(wěn)定。
在直接（傳統(tǒng)）實驗中有三個水加熱器，設(shè)定的溫度的達到方法是由水加熱器單獨控制直到達到三個傳感器的溫度。但是應(yīng)該指出，這些傳感器用于正常的工業(yè)實踐中。收集了不同溫度下的由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集到的溫度的十套模具。
圖4 A為PP在模具溫度為50度時采用直接冷卻時型腔壓力。B為為PP在模具溫度為50度時采用直接冷卻時澆口1和3（圖2中）附近的型腔表面溫度
機械測試
ISO標準的拉伸樣本建立在所有實驗拉伸速度都為交差的速度。圖5顯示的最大拉伸壓力（A）和拉伸模量的結(jié)果。從結(jié)果中可以看出，間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻拉伸模量的性能的差異不大。通常間歇冷卻技術(shù)中拉伸模量和最大應(yīng)力值比傳統(tǒng)的要低。間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻的冷卻時間保持一致。
圖5 溫度從20度到50度的PP模具采用傳統(tǒng)冷卻和脈沖冷卻時最大拉伸應(yīng)力（a）和拉伸模量（b）
結(jié)果與討論
聚丙烯樹脂：
PP模具溫度與冷卻時間變化的比較 如表（1），圖形形式如（6）所示。
值得注意的是，為了達到這個值，直接冷卻實驗的冷卻液溫度比所需模具溫度低。在成型過程中冷卻液溫度根據(jù)反應(yīng)區(qū)溫度記錄而設(shè)置的，這種做法在工廠是不正常的。然而，在直接冷卻和PCT技術(shù)這個過程設(shè)定模具溫度是直接允許來做比較。
這些成型實驗所記錄的冷卻時間明顯證明脈沖冷卻比直接冷卻更有效率。其主要原因是 PCT技術(shù)的冷卻液溫度比直接冷卻技術(shù)來的低。因此，模腔冷卻液和直接冷卻最佳溫度比較，證實PCT技術(shù)更有效率。
圖6 采用傳統(tǒng)冷卻和脈沖冷卻時的冷卻時間及模具溫度
圖7顯示的是模具澆口對面溫度傳感器的接收的平面圖。這些曲線給出確切的成型測量周期，并顯示型腔溫度為50度的PP注射模中，PCT技術(shù)的成型周期比傳統(tǒng)的成型周期縮短22%。
圖6證明在溫度變化范圍，PCT技術(shù)的成型周期最佳效率在模具溫度的最低處，而當模具溫度超過55度是就沒有什么意義了。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是，當模具溫度升高時，由于對流、輻射和傳導(dǎo)，模具中熱量損失比例可能會增高。因此大量的熱供到樹脂成型模具傳導(dǎo)給周圍環(huán)境熱量比低溫模具來的多。所以采用PCT技術(shù)要求減少模具溫度的增加。模具溫度最終將不變當樹脂成型模具熱供給與成型過程環(huán)境熱量損失相持平。圖6表示這個研究中在溫度為60度時，PP混合物模具成型的情況。
它也預(yù)計PCT的效益將減少當PCT冷卻液溫度保持在11度但模具溫度卻降低。其原因是直接冷卻方法中冷卻液的溫度和PCT技術(shù)一樣，從而導(dǎo)致在PCT中使用冷卻劑比傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢就不存在。我們應(yīng)該可以恢復(fù)PCT技術(shù)在低模具溫度成型過程的優(yōu)勢如果冷卻液的溫度進一步降低。然而這個冷卻設(shè)備可能伴隨著凝結(jié)問題。
圖7模具表面溫度被設(shè)置成50度時傳統(tǒng)冷卻等脈沖冷卻成型周期的比較
聚丙烯復(fù)合導(dǎo)熱：
聚丙烯導(dǎo)熱的結(jié)果都顯示的圖8和圖9.圖8顯示在50度時稀釋的比純的PP節(jié)省冷卻時間60%。
圖8 在模具溫度為50度時Konduit-PP采用直接冷卻和脈沖冷卻的冷卻時間圖9在模具溫度為50度時填充有鋁的PP的直接冷卻等脈沖冷卻的冷卻時間的不同點
圖9顯示的是稀釋的結(jié)果，其表明直接冷卻和間歇冷卻的差異隨著熱導(dǎo)率的增加而降低。
事實上在整個過程中傳統(tǒng)冷卻技術(shù)和間歇冷卻技術(shù)在稀釋過時的冷卻時間變化很小。這一結(jié)果意味著隨著熱導(dǎo)率的增加，冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的冷卻作用變成了一個不太重要的因素。為了進一步解釋PP和鋁（最主要的添加劑）的導(dǎo)熱能力。從中表明，純的聚丙烯的熱量比稀釋過的多8%?，F(xiàn)重要的是稀釋過的導(dǎo)熱系數(shù)約為純聚丙烯的5.5倍。所有的結(jié)果表明如預(yù)期，稀釋過的散熱速度會明顯比純的聚丙烯快（約5.5倍）。從成型試驗結(jié)果表明，稀釋過的冷卻時間比純的聚丙烯約少4倍（圖8所示）。圖9表明在50度時，PP中導(dǎo)電填料（鋁）的體積分數(shù)對傳統(tǒng)冷卻技術(shù)和間歇冷卻技術(shù)的影響。因此人們相信，隨著導(dǎo)電填料的增加熱量的散發(fā)增加最終將變得太快而使得間歇冷卻無法有效地做出反應(yīng)。這在圖10中進一步表明從其他實驗?zāi)＞咧械玫浇Y(jié)果。事實上傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)和間歇冷卻技術(shù)在稀釋過的冷卻時間在整個成型溫度范圍變化很小
圖10 Konduit-PP復(fù)合材料的冷卻時間及模具溫度：對純凈的Konduit可以看出采用直接冷卻和脈沖冷卻的冷卻時間幾乎沒有變化
結(jié)論是：PP成型中間歇冷卻將有時間比傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)更加有效地散熱，但是稀釋過的散熱率太快以至這種優(yōu)勢不能成為優(yōu)勢。
必須指出，控制傳感器的位置在模腔表面下21毫米。如果這個距離可以減小使間歇冷卻控制器的反應(yīng)時間減小而且間歇冷卻的反應(yīng)也將變得比這個實驗的記錄更加明顯。
填充滑石粉的聚丙烯：
圖11和圖12表明了填充有滑石粉的聚丙烯的實驗結(jié)果。冷卻時間的趨勢和konduit化合物的趨勢相似。雖然上一節(jié)中所說的填充的導(dǎo)電化合物的金屬的效果沒有如預(yù)期那樣，但是填充物的增加還是使得冷卻時間減短。填充了30%的質(zhì)量的滑石粉的PP的冷卻時間比純PP的減少40%。圖11結(jié)果表明，填充了了10%的滑石粉的PP在用間歇冷卻技術(shù)時不順應(yīng)這一趨勢。所有的實驗的結(jié)果都是相同的。對于這種情況在本項目中是無法給出解釋的。然而同時證明，關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)滑石片具有較高的各向異性。然而依然很難解釋填充了滑石粉顆粒的各向異性的結(jié)果。
圖11填充有滑石粉的PP的在模具溫度為40度時直接冷卻和脈沖冷卻的冷卻時間
圖12填充有滑石粉的PP的冷卻時間及模具溫度
聚碳酸酯：
圖13顯示了聚碳酸酯的結(jié)果。它顯示出隨著模具溫度的增加冷卻時間也相應(yīng)地變長。對于PP的話，間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻之間的比較差異比較小。對于PP實驗，有個事實可以證明熔體提供給模具的溫度在高溫時比在低溫時散發(fā)到周圍的熱量比例更高。跟傳統(tǒng)冷卻技術(shù)相比，在80度時對于樹脂化合物間歇冷卻技術(shù)在整個循環(huán)時間沒有明顯的優(yōu)勢。但也有其他的好處，間歇冷卻技術(shù)將提供給所有的冷卻液更好的條件，這將在下一節(jié)中討論。
圖13在不同溫度時聚碳酸酯采用直接冷卻和脈沖冷卻的比較
間歇冷卻技術(shù)的其他好處
傳統(tǒng)冷卻中沒有的間歇冷卻技術(shù)提供的其他好處跟模具的生產(chǎn)和整個系統(tǒng)的效率有關(guān)。據(jù)指出傳統(tǒng)的方法在本文中不能作為一個系統(tǒng)但是在工業(yè)行業(yè)中卻是十分正常的。這個安排使用的是三個獨立的溫度控制單元。為了有效地運行控制器控制的傳感器必須在這個位置安裝有間歇冷卻的單元。隨著模具中溫度區(qū)域的增加傳統(tǒng)冷卻的獨立冷卻單元將變得更加不切實際。然而間歇冷卻控制器對于大量的溫度區(qū)域也可以變得很緊湊。
間歇冷卻也被期待成比傳統(tǒng)冷卻更加有效率。這個的基礎(chǔ)是基于傳統(tǒng)冷卻一直不變的冷卻液而間歇冷卻僅僅工作于間歇性的冷卻液的這個原則。另外一個關(guān)于間歇冷卻技術(shù)“增強聚合物加工程序”表明用間歇冷卻技術(shù)將比傳統(tǒng)冷卻技術(shù)節(jié)省23%的能量。
結(jié)論
從上面的研究中可以得出以下結(jié)論。
1.間歇冷卻技術(shù)可以比傳統(tǒng)冷卻技術(shù)減短成型周期。在模具50時，PP材料用間歇冷卻技術(shù)將減少22%的時間。
2.間歇冷卻技術(shù)可以縮短時間的原因是間歇冷卻技術(shù)的冷卻液的溫度可以明顯地低于傳統(tǒng)冷卻技術(shù)。
3.間歇冷卻技術(shù)可以提供比傳統(tǒng)冷卻技術(shù)更加緊湊的設(shè)備。用間歇冷卻控制器時，一個中央冷卻單元可以讓多個成型裝置工作。控制器提供同樣的溫度卻可以控制設(shè)定成不同溫度的模具。
4.作為一個單獨的模具輔助工具間歇冷卻已被證明比傳統(tǒng)冷卻更加有效率。這個效率可以時一步地被利用因為一個單一的間歇冷卻控制器對于相同的成型機器可以控制多個冷卻工具而傳統(tǒng)的冷卻卻需要一個復(fù)雜的控制器。
5.跟傳統(tǒng)冷卻相比間歇冷卻的好處減少模具溫度的升高和聚合物中添加的導(dǎo)電材料。然而我們相信如果間歇冷卻控制器的傳感器的位置被制造成更加接近模具表面的話間歇冷卻的效果將得到加強。
6.在本實驗中用間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻在機械性能方面沒有明顯的區(qū)別。
致謝
作者在此感謝EPSRC為建立在布魯內(nèi)的布拉德福德皇后大學(xué)的“增加聚合物程序”而提供的財政支持，筆者還要感謝John Guest Ltd, UK設(shè)計和制造模具工具，Rowland Evans of R. E. Promotion Services Ltd, UKBradford University 和 Queens University Belfast在在間歇冷卻技術(shù)上的技術(shù)合作。
參考文獻
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9. A. L. Kelly, P. D. Coates and R. Evans: Proc. Ann. Tech. Conf.,
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任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計的背景：
注射成型具有成型周期短、能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬嵌件或非金屬嵌件的塑料制件，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。實際生產(chǎn)中有32%的塑料制品都是利用注射機注射成型的。我國的注塑模具起步比較晚，與國外相比有相當?shù)牟罹唷，F(xiàn)階段，注塑模的設(shè)計制造與以往有了長足的進展，學(xué)好三維軟件能夠使企業(yè)跟上國外注塑模具的發(fā)展。
2．畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容和要求：
畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容：
分析塑件制品的工藝性，選擇注射機并校核，確定分型面及型腔數(shù)目，設(shè)計型腔型芯的形狀并計算模板的厚度，設(shè)計流道系統(tǒng)和推出機構(gòu)，設(shè)計模具的冷卻系統(tǒng)，選擇模架、模具零件的制造。
畢業(yè)設(shè)計的要求：
1.與課題有關(guān)的外文文獻翻譯不少于5000漢字；
2.設(shè)計說明書的字數(shù)不少于20000字，圖紙總量不少于3張A0圖紙
3.主要參考文獻不少于15篇（包括2篇以上外文文獻）
3．主要參考文獻：
[1]夏江梅主編.塑料成型模具與設(shè)備.機械工業(yè)出版社,2005.
[2]張維合主編.注塑模具設(shè)計實用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[3]張孝民主編.塑料模具技術(shù).機械工業(yè)出版社,2003.
[4]付偉主編.注塑模具設(shè)計原則、要點及實例解析.機械工業(yè)出版社，2010.
[5]葉久新，王群主編. 塑料成型工藝及模具設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2008
4．畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃(以周為單位)：
第1、2周 調(diào)研實習(xí)，查閱文獻，整理收集資料。明確課題任務(wù)，完成開題報告和外文翻譯
第3、4周 對塑件進行工藝性分析、選擇注射機、理解注射工藝參數(shù)，確定分型面、型腔的數(shù)目、型腔型芯的確定，選擇合適的模架、設(shè)計澆注系統(tǒng)，確定脫模方式，確定冷卻系統(tǒng)
第5-10周 繪制裝配圖和零件圖
第11、12周 編寫設(shè)計說明書
第13周 整理設(shè)計資料，完善并提交設(shè)計成果，準備答辯。
教研室審查意見：
室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院審查意見：
教學(xué)院長簽名： 年 月 日
開題報告
課題名稱
塑料碗注塑模具設(shè)計
課題來源
B.社會生產(chǎn)實踐
課題類型
工程設(shè)計類
1．選題的背景及意義：
背景：市場競爭的日趨激烈，使得產(chǎn)品的功能日趨多元化，產(chǎn)品的生命周期不斷縮短，塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨多樣化和復(fù)雜化，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。這在一定程度上決定了模具設(shè)計和注射成型過程的復(fù)雜性，有些注射成型問題連有經(jīng)驗的模具設(shè)計師和注射工藝師都很難把握。而傳統(tǒng)的注射模設(shè)計首先考慮的是模具結(jié)構(gòu)本身的需要，之后考慮的才是注射制品的需要。模具試模周期過長、試模成本過高嚴重影響了企業(yè)的競爭力。
意義：通過本次設(shè)計可以使我掌握注塑模的模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對cad，pro/e等一系列的軟件的應(yīng)用熟練，讓我們能更快的適應(yīng)生產(chǎn)工作，培養(yǎng)自己綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基本理論，基本方法分析和解決測量與控制及它相關(guān)工程實際問題的能力，在獨立思考，獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)與提高
2．研究內(nèi)容擬解決的主要問題：
（1）塑料碗的材料選擇和工藝性分析：查詢常見的塑料的性能選定塑料碗的材料，根據(jù)塑件的尺寸，精度，表面粗糙度等要求分析其注塑工藝性，初步確定注塑機和工藝參數(shù)。
（2）對塑料碗充型過程模流分析。利用模流分析軟件MOLDFLOW通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬,預(yù)測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化、流動時間、氣穴和熔接痕的位置等,幫助改變壁厚、制件形狀、澆口位置和材料選擇來保證制件工藝性。
（3）塑料碗成型模具設(shè)計型腔的數(shù)量和布置： ①選擇注射機型號及其參數(shù) ②注射量的計算 ③注射機有關(guān)參數(shù)的校核 ④鎖模力的計算 ⑤確定分型面。
（4）澆注系統(tǒng)選擇和設(shè)計： ①主流道的設(shè)計 ②分流道的設(shè)計澆口的設(shè)計 ③注射行程的校核。
（5）模具成型部件的設(shè)計： ①計算型芯 ②動模型腔計算 ③定模型腔計
3．研究方法技術(shù)路線：
本次塑料模具設(shè)計主要采用理論與實踐相結(jié)合的方式，運用所學(xué)理論知識，以及幾次課程設(shè)計的經(jīng)驗，在輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助下完成本次畢業(yè)設(shè)計。
技術(shù)路線：
（1）在開始設(shè)計階段，收集和查閱有關(guān)本次設(shè)計的相關(guān)資料，加深理解，為后續(xù)做準備；
（2）利用社會實踐，實地觀察并測繪塑料件的產(chǎn)品圖；
（3）進行塑件的特點分析和成型該塑件模具的結(jié)構(gòu)分析，初步完成該制品模具設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)；
（4）學(xué)習(xí)和熟練掌握計算機的CAD和PRO/E 等軟件，在軟件上初步完成本次模具設(shè)計的3D開模圖和2D的總裝圖以及若干零件圖，之后在老師的輔導(dǎo)下修正完善
（5）對前面所有的設(shè)計過程進行小結(jié)，完成畢業(yè)設(shè)計說明書，準備答辯。
4．研究的總體安排和進度計劃：
第1、2周 調(diào)研實習(xí)，查閱文獻，整理收集資料。明確課題任務(wù)，完成開題報告和外文翻譯
第3、4周 對塑件進行工藝性分析、選擇注射機、理解注射工藝參數(shù)，確定分型面、型腔的數(shù)目、型腔型芯的確定，選擇合適的模架、
設(shè)計澆注系統(tǒng)，確定脫模方式，確定冷卻系統(tǒng)
第5-10周 繪制裝配圖和零件圖
第11、12周 編寫設(shè)計說明書
第13周 整理設(shè)計資料，完善并提交設(shè)計成果，準備答
5．主要參考文獻：
[1]夏江梅主編.塑料成型模具與設(shè)備.機械工業(yè)出版社,2005.
[2]張維合主編.注塑模具設(shè)計實用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[3]張孝民主編.塑料模具技術(shù).機械工業(yè)出版社,2003.
[4]付偉主編.注塑模具設(shè)計原則、要點及實例解析.機械工業(yè)出版社，2010.
[5]葉久新，王群主編. 塑料成型工藝及模具設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2008.
指導(dǎo)教師意見： 對“文獻綜述”的評語：對總體安排和進度計劃的評語
選題難度適中，具有一定的社會現(xiàn)實意義，擬采取的研究方法合理，研究的總
體安排和進度計劃合理。同意開題。
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
教研室意見：
通過，同意開題
教研室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院意見：
教學(xué)院長簽名： 年 月 日
課題申報表
指導(dǎo)教師
職稱
教研室
機械設(shè)計制造及其自動化
申報課題名稱
塑料碗注塑模具設(shè)計
課題類型
工程設(shè)計類
課題來源
B.社會生產(chǎn)實踐
課
題
簡
介
塑料制品已在工農(nóng)業(yè)、國防和日常生活中的各方面得到廣泛應(yīng)用。相對于金屬、石材、木材，塑料制品具有成本低、可塑性強等優(yōu)點，產(chǎn)品性能要求高質(zhì)量的塑料模具和塑料。塑料注射模主要用于熱塑料制品的成型，已成功的用于成型熱固塑性塑料制品，它是塑料制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。注射模的基本組成：定模機構(gòu)、動模機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向裝置、頂出機構(gòu)、冷卻和加熱裝置、排氣系統(tǒng)等。
課題要求
（包括所具備的條件）
1）學(xué)生應(yīng)具備相應(yīng)的機械制造專業(yè)的相關(guān)知識、AUTOCAD或PRO/E軟件的操作和一定的英語的翻譯能力。
2）教師提供相關(guān)零件圖，相關(guān)參考書、工具書、設(shè)計手冊等書目。
課題工作量要求
1）與課題有關(guān)的外文文獻翻譯不少于4000字；
2）設(shè)計說明書的字數(shù)不少于20000字；
3）畢業(yè)答辯圖紙總量不少于3張A0圖紙；
4）主要參考文獻不少于15篇（包括2篇以上外文文獻）。
教研室
審定意見
課題符合教學(xué)大綱要求，難度適中，工作量合適；同意作為畢業(yè)設(shè)計課題。
室主任簽字：
學(xué) 院
審定意見
同意
教學(xué)院長簽字：
任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計的背景：
注射成型具有成型周期短、能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬嵌件或非金屬嵌件的塑料制件，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。實際生產(chǎn)中有32%的塑料制品都是利用注射機注射成型的。我國的注塑模具起步比較晚，與國外相比有相當?shù)牟罹唷，F(xiàn)階段，注塑模的設(shè)計制造與以往有了長足的進展，學(xué)好三維軟件能夠使企業(yè)跟上國外注塑模具的發(fā)展。
2．畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容和要求：
畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容：
分析塑件制品的工藝性，選擇注射機并校核，確定分型面及型腔數(shù)目，設(shè)計型腔型芯的形狀并計算模板的厚度，設(shè)計流道系統(tǒng)和推出機構(gòu)，設(shè)計模具的冷卻系統(tǒng)，選擇模架、模具零件的制造。
畢業(yè)設(shè)計的要求：
1.與課題有關(guān)的外文文獻翻譯不少于5000漢字；
2.設(shè)計說明書的字數(shù)不少于20000字，圖紙總量不少于3張A0圖紙
3.主要參考文獻不少于15篇（包括2篇以上外文文獻）
3．主要參考文獻：
[1]夏江梅主編.塑料成型模具與設(shè)備.機械工業(yè)出版社,2005.
[2]張維合主編.注塑模具設(shè)計實用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[3]張孝民主編.塑料模具技術(shù).機械工業(yè)出版社,2003.
[4]付偉主編.注塑模具設(shè)計原則、要點及實例解析.機械工業(yè)出版社，2010.
[5]葉久新，王群主編. 塑料成型工藝及模具設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2008
4．畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃(以周為單位)：
第1、2周 調(diào)研實習(xí)，查閱文獻，整理收集資料。明確課題任務(wù)，完成開題報告和外文翻譯
第3、4周 對塑件進行工藝性分析、選擇注射機、理解注射工藝參數(shù)，確定分型面、型腔的數(shù)目、型腔型芯的確定，選擇合適的模架、設(shè)計澆注系統(tǒng)，確定脫模方式，確定冷卻系統(tǒng)
第5-10周 繪制裝配圖和零件圖
第11、12周 編寫設(shè)計說明書
第13周 整理設(shè)計資料，完善并提交設(shè)計成果，準備答辯。
教研室審查意見：
室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院審查意見：
教學(xué)院長簽名： 年 月 日
開題報告
課題名稱
塑料碗注塑模具設(shè)計
課題來源
B.社會生產(chǎn)實踐
課題類型
工程設(shè)計類
1．選題的背景及意義：
背景：市場競爭的日趨激烈，使得產(chǎn)品的功能日趨多元化，產(chǎn)品的生命周期不斷縮短，塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨多樣化和復(fù)雜化，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。這在一定程度上決定了模具設(shè)計和注射成型過程的復(fù)雜性，有些注射成型問題連有經(jīng)驗的模具設(shè)計師和注射工藝師都很難把握。而傳統(tǒng)的注射模設(shè)計首先考慮的是模具結(jié)構(gòu)本身的需要，之后考慮的才是注射制品的需要。模具試模周期過長、試模成本過高嚴重影響了企業(yè)的競爭力。
意義：通過本次設(shè)計可以使我掌握注塑模的模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對cad，pro/e等一系列的軟件的應(yīng)用熟練，讓我們能更快的適應(yīng)生產(chǎn)工作，培養(yǎng)自己綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基本理論，基本方法分析和解決測量與控制及它相關(guān)工程實際問題的能力，在獨立思考，獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)與提高
2．研究內(nèi)容擬解決的主要問題：
（1）塑料碗的材料選擇和工藝性分析：查詢常見的塑料的性能選定塑料碗的材料，根據(jù)塑件的尺寸，精度，表面粗糙度等要求分析其注塑工藝性，初步確定注塑機和工藝參數(shù)。
（2）對塑料碗充型過程模流分析。利用模流分析軟件MOLDFLOW通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬,預(yù)測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化、流動時間、氣穴和熔接痕的位置等,幫助改變壁厚、制件形狀、澆口位置和材料選擇來保證制件工藝性。
（3）塑料碗成型模具設(shè)計型腔的數(shù)量和布置： ①選擇注射機型號及其參數(shù) ②注射量的計算 ③注射機有關(guān)參數(shù)的校核 ④鎖模力的計算 ⑤確定分型面。
（4）澆注系統(tǒng)選擇和設(shè)計： ①主流道的設(shè)計 ②分流道的設(shè)計澆口的設(shè)計 ③注射行程的校核。
（5）模具成型部件的設(shè)計： ①計算型芯 ②動模型腔計算 ③定模型腔計
3．研究方法技術(shù)路線：
本次塑料模具設(shè)計主要采用理論與實踐相結(jié)合的方式，運用所學(xué)理論知識，以及幾次課程設(shè)計的經(jīng)驗，在輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助下完成本次畢業(yè)設(shè)計。
技術(shù)路線：
（1）在開始設(shè)計階段，收集和查閱有關(guān)本次設(shè)計的相關(guān)資料，加深理解，為后續(xù)做準備；
（2）利用社會實踐，實地觀察并測繪塑料件的產(chǎn)品圖；
（3）進行塑件的特點分析和成型該塑件模具的結(jié)構(gòu)分析，初步完成該制品模具設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)；
（4）學(xué)習(xí)和熟練掌握計算機的CAD和PRO/E 等軟件，在軟件上初步完成本次模具設(shè)計的3D開模圖和2D的總裝圖以及若干零件圖，之后在老師的輔導(dǎo)下修正完善
（5）對前面所有的設(shè)計過程進行小結(jié)，完成畢業(yè)設(shè)計說明書，準備答辯。
4．研究的總體安排和進度計劃：
第1、2周 調(diào)研實習(xí)，查閱文獻，整理收集資料。明確課題任務(wù)，完成開題報告和外文翻譯
第3、4周 對塑件進行工藝性分析、選擇注射機、理解注射工藝參數(shù)，確定分型面、型腔的數(shù)目、型腔型芯的確定，選擇合適的模架、
設(shè)計澆注系統(tǒng)，確定脫模方式，確定冷卻系統(tǒng)
第5-10周 繪制裝配圖和零件圖
第11、12周 編寫設(shè)計說明書
第13周 整理設(shè)計資料，完善并提交設(shè)計成果，準備答
5．主要參考文獻：
[1]夏江梅主編.塑料成型模具與設(shè)備.機械工業(yè)出版社,2005.
[2]張維合主編.注塑模具設(shè)計實用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[3]張孝民主編.塑料模具技術(shù).機械工業(yè)出版社,2003.
[4]付偉主編.注塑模具設(shè)計原則、要點及實例解析.機械工業(yè)出版社，2010.
[5]葉久新，王群主編. 塑料成型工藝及模具設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2008.
指導(dǎo)教師意見： 對“文獻綜述”的評語：對總體安排和進度計劃的評語
選題難度適中，具有一定的社會現(xiàn)實意義，擬采取的研究方法合理，研究的總
體安排和進度計劃合理。同意開題。
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
教研室意見：
通過，同意開題
教研室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院意見：
教學(xué)院長簽名： 年 月 日
XX工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)手冊
設(shè)計（論文）題目： 塑料碗注塑模具設(shè)計
PLASTIC BOWL INJECTION MOLD DESIGN
學(xué)生姓名 學(xué)號
年 級 專業(yè)（全稱） 機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師 所在學(xué)院 機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)記錄
第一次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第二次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第三次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第四次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第五次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第六次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第七次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第八次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第九次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第十次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第十一次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第十二次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第十三次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第十四次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
第十五次指導(dǎo)記錄：
指導(dǎo)地點 年 月 日
XX工程學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期匯報表
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號
設(shè)計（論文）題目
塑料碗注塑模具設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）前期工作小結(jié)
1、在開題的基礎(chǔ)上進行了更詳細的計算和設(shè)計，己優(yōu)化了結(jié)構(gòu)方案，并進一步的完成了模具裝配草圖的繪制。2、通過計算塑料件的體積及查閱相關(guān)模具設(shè)計手冊完成了注塑機的選擇。3、確定主流道的形式和尺寸。4、確定模腔數(shù)量及其排列方式、澆口形式。5、計算并校核型腔部分的強度和剛度。6、完成了對模具工作部分尺寸及公差進行設(shè)計計算。7、完成了模具零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。比如:導(dǎo)柱、導(dǎo)套、拉料桿、復(fù)位桿等等。8、繪制了部分零件圖9、后期工作安排： ①完善模具結(jié)構(gòu)裝配圖，并完成所有零件圖的繪制工作。 ②完成模具零件的選材、工藝規(guī)程的編制。 ③對所有圖紙進行校核，編寫設(shè)計說明書，所有資料提請指導(dǎo)教師檢查,準備答辯。
指導(dǎo)教師意見
該生能夠在規(guī)定的時間里完成畢業(yè)設(shè)計的撰寫、修改等工作，總體基本符合設(shè)計要求，在查閱資料方面能夠多角度、全方位去查詢；在語言表達上，設(shè)計說明書內(nèi)容、語言需要進一步錘煉，爭取做到語言簡潔、表達清晰；在材料組織上，能夠合理引用材料，并就一些具體問題提出了自己的見解。不過，在設(shè)計說明書格式上還存在一些細節(jié)問題，希望進一步改正。
簽名：
年 月 日
XX工程學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期情況檢查表
學(xué)院名稱： 機電工程學(xué)院 檢查日期： 年 月 日
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師
設(shè)計（論文）題目
塑料碗注塑模具設(shè)計
工作進度情況
該生畢業(yè)設(shè)計進度基本符合于任務(wù)書的進度安排，后期需加快進度方可完成畢業(yè)設(shè)計。
是否符合任務(wù)書要求進度
是
能否按期完成任務(wù)
能
工作態(tài)度情況
(態(tài)度、紀律、出勤、主動接受指導(dǎo)等)
該生工作態(tài)度較為端正，基本能遵守學(xué)校的有關(guān)規(guī)章制度，按照指導(dǎo)教師規(guī)定的指導(dǎo)時間出勤，對不會的問題能主動地聯(lián)系指導(dǎo)教師進行請教，具有查閱文獻獲取知識的能力，具有一定的分析解決問題的能力，能熟練使用計算機軟件，動手能力較強。
質(zhì)量
評價
(針對已完成的部分)
已完成的總體方案基本可行，計算基本正確，完成了一定的圖紙工作量。
存在問題和解決辦法
1. 論文內(nèi)容：撰寫剩余部分，并需要進一步修改完善； 2. 論文格式：文字、標點、圖、表等需要按照學(xué)校畢業(yè)設(shè)計規(guī)范進行修改； 3. 圖紙：裝配圖、零件圖抓緊時間完成，尺寸標注、技術(shù)要求等需進一步完善； 4. 基礎(chǔ)知識需進一步提高，繼續(xù)完善畢業(yè)設(shè)計為答辯做好準備。
檢查人簽名
教學(xué)院長簽名
XX工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱表
學(xué)院： 機電工程學(xué)院 專業(yè)：機械制造及其自動化 學(xué)生： 學(xué)號：
題目： 塑料碗注塑模具設(shè)計 ?
評價
項目
評價要素
成績評定
優(yōu)
良
中
及格
不及格
工作
態(tài)度
工作態(tài)度認真，按時出勤
√
能按規(guī)定進度完成設(shè)計任務(wù)
√
選題
質(zhì)量
選題方向和范圍
√
選題難易度
√
選題理論意義和實際應(yīng)用價值
√
能力
水平
查閱和應(yīng)用文獻資料能力
√
綜合運用知識能力
√
研究方法與手段
√
實驗技能和實踐能力
√
創(chuàng)新意識
√
設(shè)計
論文
質(zhì)量
內(nèi)容與寫作
√
結(jié)構(gòu)與水平
√
規(guī)范化程度
√
成果與成效
√
指導(dǎo)
教師
意見
建議成績
70
是否同意參加答辯
同意
評語：
該生在設(shè)計過程中設(shè)計態(tài)度端正，具有一定的分析解決問題的能力，該生設(shè)計方案比較合理、論文結(jié)構(gòu)比較正確、圖面質(zhì)量較好。能提出較正確合理的設(shè)計依據(jù)，能較熟練應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和基本技能。
? ?
? ?
? ?
指導(dǎo)教師簽名：
年 5 月 22 日
XX工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱表
學(xué)院：機電工程學(xué)院 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生： 學(xué)號：
題目： 塑料碗注塑模具設(shè)計?
評價
項目
評價要素
成績評定
優(yōu)
良
中
及格
不及格
選題
質(zhì)量
選題方向和范圍
√
選題難易度
√
選題理論意義和實際應(yīng)用價值
√
能力
水平
查閱和應(yīng)用文獻資料能力
√
綜合運用知識能力
√
研究方法與手段
√
實驗技能和實踐能力
√
創(chuàng)新意識
√
設(shè)計
論文
質(zhì)量
內(nèi)容與寫作
√
結(jié)構(gòu)與水平
√
規(guī)范化程度
√
成果與成效
√
評閱
教師
意見
建議成績
70
是否同意參加答辯
同意
評語：
選題難易適中，具有一定的理論意義和實用價值。該生具有較強的查閱和應(yīng)用文獻資料能力,有一定的綜合應(yīng)用知識能力。論文設(shè)計方案比較合理、論文結(jié)構(gòu)正確、內(nèi)容充實、格式規(guī)范。同意答辯。
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評閱教師簽名：
年 5 月 24 日
XX工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及綜合成績評定表
學(xué) 院
機電工程學(xué)院
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
設(shè)計論文題 目
塑料碗注塑模具設(shè)計
答辯時間
年 5 月 29日 16時 00分至 16時 20分
答辯地點
敬本樓A104
答辯小組成 員
姓名
職稱
答辯
記錄
提問人
提問主要內(nèi)容
學(xué)生回答摘要
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答辯記錄人簽名：
答辯
小組
意見
答辯評語：
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答辯成績：
答辯小組組長簽名：
綜合
成績
評定
指導(dǎo)教師評定成績
評閱教師評定成績
答辯成績
綜合評定成績
答辯委員會主任簽名：
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年 月 日
?
27