塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設(shè)計(jì),塑料,齒輪,注塑,模具設(shè)計(jì) 立體光照成型的注塑模具工藝的綜合模擬 立體光照成型的注塑模具工藝的綜合模擬 [1] Wang KK (1980) System approach to injection molding process.Polym-Plast Technol Engmolding process design.14(1):75–93. [2] Shen SF (1984) Simulation of polymeric flows in the injection molding process. Int J Numer Methods Fluids 4(2):171–184. [3] Agassant JF, Alles H, Philipon S, Vincent M (1988) Experimental and theoretical study of the injection molding of thermoplastic materials. Polym Eng Sci 28(7):460–468. 摘要:功能性零部件都需要設(shè)計(jì)驗(yàn)證測試，車間試驗(yàn)，客戶評價(jià)，以及生產(chǎn)計(jì)劃。在小批量生產(chǎn)零件的時(shí)候，通過消除多重步驟，建立了有快速成型形成的注塑模具，這種方法可以保證縮短時(shí)間和節(jié)約成本。這種潛在的一體化由快速成型形成注塑模具的方法已經(jīng)被多次證明是可行的。無論是模具設(shè)計(jì)還是注塑成型的過程中，缺少的是對如何修改這個(gè)模具材料和快速成型制造過程的影響有最根本的認(rèn)識。此外，數(shù)字模擬技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為模具設(shè)計(jì)工程師和工藝工程師開注塑模具的有用的工具。但目前所有的做常規(guī)注塑模具的模擬包已經(jīng)不再適合這種新型的注塑模具，這主要是因?yàn)槟＞卟牧系某杀咀兓艽?。在本文中，以完成特定的?shù)字模擬注塑液塑造成快速成型模具的綜合方法已經(jīng)發(fā)明出來了，而且還建立了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目前這個(gè)方法非常適合處理快速成型模具中的問題。 關(guān)鍵詞:注塑成型；數(shù)字模擬；快速成型；注塑模具；模擬系統(tǒng) 1 引言 在注塑成型中，聚合物熔體在高溫和高壓下進(jìn)入模具中。因此，模具的材料需要有足夠的熱性能和機(jī)械性能來經(jīng)受高溫和高壓的塑造循環(huán)。許多研究的焦點(diǎn)都是直接有快速成型形成注塑模具的過程。在生產(chǎn)小批量零件的時(shí)候，通過消除多重步驟，直接由快速成型形成的注塑模具可以保證縮短時(shí)間和節(jié)約成本。這種潛在的有快速成型形成注塑模具的方法已經(jīng)被證明成功了?？焖俪尚湍＞咴谛阅苌鲜怯袆e與傳統(tǒng)的金屬模具。主要差異是導(dǎo)熱性能和彈性模量（剛性）。舉例來說，在立體光照成型模具中的聚合物的導(dǎo)熱率小于鋁制的工具的千分之一。在用快速成型技術(shù)來制造鑄模時(shí)，整個(gè)模具設(shè)計(jì)和注塑成型工藝參數(shù)都需要修改和優(yōu)化，傳統(tǒng)的方法是改變徹底的刀具材料．不過，目前還沒有對如何修改這個(gè)模具材料的方法有根本的了解．在當(dāng)前的模具中，僅僅改變一些材料的性能是不能得到一個(gè)合理的結(jié)果的。同樣，使用傳統(tǒng)方法的時(shí)候，實(shí)際生產(chǎn)的零件也會有出先次品。因此，研究出一個(gè)快速成型過程，材料和注塑模具之間的互動(dòng)關(guān)系是非常火急的。這樣就可以確定模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和快速模具的注塑的技術(shù)。 此外，計(jì)算機(jī)模擬是一種預(yù)測模塑件的質(zhì)量的有效的方法。目前，商用仿真軟件包已經(jīng)成為模具設(shè)計(jì)師和工藝工程師在注塑過程中例行性的工具。不幸的是，目前常規(guī)注塑成型的模擬程序已經(jīng)不再適用于這個(gè)快速成型模具，因?yàn)樗鼧O大的需要不同的刀具材料。例如，利用現(xiàn)在的仿真軟件在鋁和立體光照模具之間做個(gè)實(shí)驗(yàn)比較一下，雖然鋁模具模擬植的部分失真是合理的，但是結(jié)果是不可以接受的，因?yàn)檎`差超過了百分之五十。在注塑成型中，失真主要是由于塑料零件的收縮和翹曲，模具也是一樣的。對于通常模具，失真的主要因素是塑料件的收縮和翹曲，這個(gè)在目前的模擬中能測試準(zhǔn)確。但是對于快速成型模具，潛在的失真會更多，在當(dāng)前的測試中，其中就會有些失真會被忽視。例如，用一個(gè)簡單的三步驟模擬分析模具變形的時(shí)候，就會出現(xiàn)很多偏差。 2 綜合仿真的成型過程 2.1 方法 為了在注塑成型過程中模擬立體光照模具的功能，反復(fù)的試驗(yàn)中得到了一個(gè)方法。不同的軟件組已經(jīng)開發(fā)出來了，而且也已經(jīng)做到了這一點(diǎn)。主要的假設(shè)是，溫度和負(fù)載邊界條件造成立體光照模具的扭曲，仿真步驟如下： 1部分幾何模型則作為一個(gè)實(shí)體模型，這將通過流量分析軟件包被翻譯到一個(gè)文件 中。 2模擬光聚合物模具中熔融體填充的過程，然后輸出溫度和壓力的資料。 3在前一步獲得了熱負(fù)荷和邊界條件，然后對光模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，其中失真的計(jì)算是在該注塑過程中進(jìn)行的。 4如果模具的扭曲收斂了，那么直接進(jìn)行下一步．否則，扭曲的型腔（改動(dòng)扭曲后的型腔的尺寸）返回第二個(gè)步驟，以熔體形式模擬注入扭曲的模具中。 5然后注射成型零件的收縮和翹曲模擬就開始應(yīng)用了，算出該成型零件最終的扭曲部分． 上述的模擬流動(dòng)中，基本上是三個(gè)仿真模塊。 2.2 模具結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)分析的目的是預(yù)測在填充過程中，模具由于熱和機(jī)械壓力而產(chǎn)生的變形。這個(gè)模型是基于一個(gè)三維熱邊界元法。邊界元法是比較適合這個(gè)應(yīng)用的，因?yàn)橹挥凶冃蔚哪＞弑砻娌庞羞@樣的信息。此外，邊界元法有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是在計(jì)算變形的模具的時(shí)候，它的計(jì)算是不會白費(fèi)的。 模具在所受載荷超過彈性范圍的時(shí)候會產(chǎn)生應(yīng)力。因此，在決定模具變形的時(shí)候，模具材料是一個(gè)基準(zhǔn)。模具的熱性能和力學(xué)性能是各向同性的，而且溫度也是獨(dú)立的。 盡管這個(gè)過程是循環(huán)的，但是相同時(shí)間的溫度和熱流都是可以用于計(jì)算模具變形的．通常情況下，在模具里面每個(gè)瞬間溫度都局限于型腔的表面和噴嘴的頂端。在觀察距離的時(shí)候，瞬間的衰減變化是很微笑的，小于２.５毫米．這說明在模具的噴嘴處的變形是很小的，因此，忽略這個(gè)影響也是合理的．穩(wěn)態(tài)溫度場滿足拉普拉斯方程?2T = 0的邊界條件。 至于機(jī)械邊界條件，型腔表面受到熔體的壓力，模具的表面會連接到工作臺上的，而其他的外部表面將會假設(shè)是自由的.熱邊界的推導(dǎo)方程是大家都知道的，這是由于： (2-1) 其中uk, pk和Ｔ分別是位移，牽引力和溫度。α, ν是代表材料的膨脹系數(shù)和泊松比。Ulk是在ＸＹ方向上基本的位移。在一個(gè)三維空間中，各向同性彈性區(qū)域中，由一個(gè)單元產(chǎn)生的負(fù)荷主要集中在xl方向上，它是以下面的形式產(chǎn)生的： (2-2) 其中δlk是Kronecker三角函數(shù)，μ是該模具材料的剪切模量。Plk的基本收縮都是在模具表面的每個(gè)Ｎ節(jié)點(diǎn)處測量的，可以表示為： (2-3) 整個(gè)Ｎ將分散在模具的表面上，轉(zhuǎn)變?yōu)榉匠蹋? (2-4) 其中Γn是指在這個(gè)區(qū)域上的表面成分。把恰當(dāng)?shù)木€性函數(shù)代入方程，得到的線性邊界方程就是模具的方程． 這個(gè)方程適用于每個(gè)離散的模具表面，從而組合成線性方程組，其中Ｎ是節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有八個(gè)相關(guān)數(shù)量，三個(gè)位移組成部分，三個(gè)牽引組成部分，還有溫度和熱流量。在穩(wěn)態(tài)熱模型中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的溫度和磁場是已知的，余下的６個(gè)量中，三個(gè)必須是已知的。此外，在若干個(gè)節(jié)點(diǎn)處的位移值的方程必須消除剛體運(yùn)動(dòng)和剛體自轉(zhuǎn)的奇異系統(tǒng)。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)方程式是一個(gè)集合起來的綜合矩陣，它可以為有限元方法求解。 基于方程的注塑假設(shè)，下面將給出元件的應(yīng)力和應(yīng)變： (2-5) 該偏元件的應(yīng)力和應(yīng)變分別是： (2-6) 用類似的方法可以預(yù)測在回火玻璃中的殘余應(yīng)力了。以積分的形式在平面上分析粘性和彈性結(jié)構(gòu)關(guān)系時(shí)，可以表示為以下公式： (2-7) 其中G1是材料的的剪切模量。擴(kuò)張的應(yīng)變的情況如下： (2-8) 其中Ｋ是材料體積的彈性模量，α和θ的定義是： (2-9) 如果α(t) = α0，那么結(jié)果則為： (2-10) 同樣的，利用方程消除應(yīng)變εxx(z, t)，得到： (2-11) 利用拉普拉斯變化方程，輔助系數(shù)R(ξ)由下面的方程得出： (2-12) 利用上述方程，并簡化在模具中的應(yīng)力和應(yīng)變的形式，那么注塑中殘余的應(yīng)力在冷卻階段中，由下面的方程獲得： (2-13) 方程可以通過梯形正交被解決。由于材料的時(shí)間在快速的變化，所以需要一個(gè)準(zhǔn)數(shù)控程序來檢測。輔助模量是檢測數(shù)控梯形的規(guī)則。 關(guān)于翹曲分析，節(jié)點(diǎn)位移和曲率將以殼單元表達(dá)為： (2-14) 其中[ k ]單元?jiǎng)偠染仃?，[Be]是衍生算子矩陣，ievbyqtbdd是位移，{re}是面的方程得出： (2-15) 使用完整的三維有限元分析法的好處就是可以準(zhǔn)確知道翹曲的結(jié)果。但是，當(dāng)零件的形狀很復(fù)雜的時(shí)候，它也是相當(dāng)麻煩的。在本文中，在殼體理論基礎(chǔ)上介紹了一種二維有限元分析方法。這種方法被大量使用是因?yàn)榇蠖鄶?shù)注塑模具的零件都有一些部分幾何的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他部分。因此，那些部分則可以被作為一個(gè)集會的單元來預(yù)測翹曲。每三個(gè)節(jié)點(diǎn)殼單元組合成一個(gè)恒應(yīng)變?nèi)菃卧鸵粋€(gè)離散克?；舴蛉窃?，如圖1所示，因此翹曲可以分為平面伸展變形ＣＳＴ和板彎曲變形ＤＫＴ。并相應(yīng)的以單元?jiǎng)偠染仃噥砻枋雎N曲的拉伸剛度矩陣和彎曲剛度矩陣。 圖1 a-c是殼單元在局部坐標(biāo)系統(tǒng)里的變形分解．a(chǎn)是平面伸展元素，b是平面彎曲元素，c是殼單元 三 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 對提出的模型進(jìn)行了評定和發(fā)展，最后核查是非常重要的。從模型模擬中得到的扭曲數(shù)據(jù)將和文獻(xiàn)8中的立體光照模具數(shù)據(jù)比較。如圖2所示，有一個(gè)注塑尺寸36 × 36 × 6毫米和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中是相同的。薄壁和加強(qiáng)筋的厚度都是1.5mm，這個(gè)注塑材料是聚丙烯。注塑機(jī)的型號是ARGURYHydronica320-210-750，它的工藝參數(shù)是，熔解溫度是250°，模具溫度是30°，注塑壓力是13.79Pa，保壓時(shí)間是3s，冷卻時(shí)間是48s。立體光照模具材料使用杜邦SOMOSTM6110樹脂，能抵御高達(dá)300°的高溫。如上所述，熱傳導(dǎo)是區(qū)分立體光照模具和傳統(tǒng)模具的一個(gè)重要因素。模具中的熱量轉(zhuǎn)移會產(chǎn)生溫度的不均勻分布，所以導(dǎo)致了成型零件的翹曲．立體光照成型模具的周期是可以預(yù)測的。以高的熱傳導(dǎo)率金屬為背面做的薄殼立體光照模具將會增加自身的熱傳導(dǎo)率。 圖3 不同的熱傳導(dǎo)率下，在Ｘ方向上的扭曲失真比較 圖4 在不同的熱傳導(dǎo)率下，在Ｙ方向上的扭曲失真比較 圖5 在不同熱傳導(dǎo)率下，在Ｚ方向上扭曲失真比較 圖6 不同熱傳導(dǎo)率下各個(gè)捻度變量的比較 對于這個(gè)部分，扭曲包括三個(gè)方向上的位移和捻度（兩個(gè)最初的平行邊的夾角的誤差）．如圖3到圖6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些數(shù)值也包括通過傳統(tǒng)注塑模具模擬系統(tǒng)預(yù)測的扭曲值和報(bào)道［3］中的三步驟。 ４ 結(jié)論 本文介紹了一個(gè)綜合模擬的快速成型模具的方法，并且建立了相應(yīng)的仿真系統(tǒng)。為了驗(yàn)證這個(gè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了快速焊接立體光照成型模具。很明顯，立體光照模具也會出現(xiàn)傳統(tǒng)的注塑模具模擬軟件一樣的故障．假設(shè)由于注射中的溫度和負(fù)載荷引起了扭曲．那么用三步驟完成的話，結(jié)果也會出現(xiàn)比較多的誤差。 不過更先進(jìn)的模型會使結(jié)果更接近與實(shí)驗(yàn)。立體光照模具改進(jìn)了熱傳導(dǎo)率極大的增加了零件質(zhì)量．由于溫度比壓力（負(fù)載）對模具的影響更大，所以改進(jìn)立體光照模具的熱傳導(dǎo)率可以更顯著的提高零件質(zhì)量。無論零件多么復(fù)雜，快速成型技術(shù)可以使人們造型更快，更便捷，更便宜．在快速成型穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)上，快速制造也將隨之而來，并且需要更多的精確工具來確定工藝過程的參數(shù)．現(xiàn)行的模擬工具不能滿足研究者研究模具相對的變化。正如本文中所述，對于一個(gè)綜合模型來說，要預(yù)測最后零件質(zhì)量是相當(dāng)重要的。在不久的將來，我們期待看到通過快速成型擴(kuò)展到快速模具制造的模擬程序。 參考文獻(xiàn) [1] Wang KK (1980) System approach to injection molding process.Polym-Plast Technol Engmolding process design.14(1):75–93. 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Dissertation,University of Delaware,Newark, DE. 10 塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目 塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設(shè)計(jì) 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 主要內(nèi)容：以塑料雙聯(lián)齒輪為設(shè)計(jì)對象，從塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程考慮，基于計(jì)算機(jī)軟件平臺完成對產(chǎn)品的造型、模具設(shè)計(jì)、成型工藝、成型質(zhì)量預(yù)測等工作。 基本要求： 1．查閱文獻(xiàn)資料不少于15篇（列入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中），其中外文文獻(xiàn)不少于2篇。根據(jù)查閱的文獻(xiàn)資料情況，寫出文獻(xiàn)綜述，字?jǐn)?shù)不少于3000字；翻譯外文文獻(xiàn)一篇，譯文字?jǐn)?shù)不少于3000字，并分別單獨(dú)裝訂成冊。 2．應(yīng)安排一定量的計(jì)算機(jī)應(yīng)用，使學(xué)生掌握現(xiàn)代研究手段，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量； 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)分設(shè)計(jì)（說明書）或論文兩類，畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生必須獨(dú)立完成一定數(shù)量的工程圖，其中工程圖至少要有1張是計(jì)算機(jī)繪圖，一份12000字以上的設(shè)計(jì)說明書（論文）；畢業(yè)論文篇幅一般為2萬字左右。 主要參考資料： [1] 齊衛(wèi)東.塑料模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京：高等教育出版社，2004.6:8-9. [2] 鄒繼強(qiáng).塑料模具典型結(jié)構(gòu)圖冊[M].深圳：《模具制造》雜志社，2001.4:13-15. [3] 李海梅.注射成型及模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.2:23-27. 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[12] Menges G,Mohren P.How to make injection molds :Second edition[J].Munich:Hanser Publishers,1993.7:49-57. 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 開題報(bào)告表 課題名稱 塑料雙聯(lián)齒輪的注塑模具設(shè)計(jì) 課題來源 課題類型 指導(dǎo)師 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的目的和要求： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的目的: 本課題是關(guān)于塑料雙聯(lián)齒輪的注塑模具設(shè)計(jì)。要求運(yùn)用所學(xué)知識,通過查閱相關(guān)資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，能很好的對注塑模具進(jìn)行設(shè)計(jì).達(dá)到熟練的掌握注塑模具的設(shè)計(jì)知識,并能對注塑模具設(shè)計(jì)有更高層次的認(rèn)識的目的。為今后實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求： 該課題的設(shè)計(jì)要求通過基于現(xiàn)代CAD技術(shù)的注塑模設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)過程中掌握模具設(shè)計(jì)的一般規(guī)律,對于運(yùn)用現(xiàn)代CAD技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和應(yīng)用,完成塑料s雙聯(lián)齒輪注塑模具設(shè)計(jì).，從而達(dá)到對其理論的研究。 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的設(shè)計(jì)思路 : 1. 明確塑件設(shè)計(jì)要求 仔細(xì)閱讀模具相關(guān)文獻(xiàn)，認(rèn)真進(jìn)行市場調(diào)研，從制品的塑料品種，塑件形狀，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考慮注塑成型工藝的可行性和經(jīng)濟(jì)性；必要時(shí)，要考慮塑件的材料種類與結(jié)構(gòu)修改的可能性。 2.運(yùn)用proe及CAD軟件完成模具設(shè)計(jì)。 運(yùn)用proe建立三維模具圖，再使用CAD繪制二維模具圖。 3. 畢業(yè)設(shè)計(jì)思路 1 緒論 2 塑件分析 3 模仁模架選取 4 成型零部件設(shè)計(jì) 5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 模具總裝配圖 3、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的預(yù)期成果 了解proe cad 制圖軟件,完成模具設(shè)計(jì)，在預(yù)計(jì)時(shí)間內(nèi)做完雙聯(lián)塑料齒輪注塑模具設(shè)計(jì)。 四：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的時(shí)間安排： 第1周到第2周：查閱相關(guān)資料；完成開題報(bào)告，文獻(xiàn)綜述，文獻(xiàn)翻譯。 第3周到第4周：確定塑料件產(chǎn)品，繪制相關(guān)圖形。 第5周到第9周：繪制模具三維圖，完整模具設(shè)計(jì)。 第10周到第11周：完成工程二維圖的繪制，整理設(shè)計(jì)說明書。 第12周到15周：完成初稿審閱，準(zhǔn)備答辯。 五、參考文獻(xiàn) [1]王鑫.注塑模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社,2013.7：12-56. [2]閔志宇,方世杰,沈俊芳. 雙聯(lián)圓柱直齒輪注塑模具設(shè)計(jì)[J]. 工程塑料應(yīng)用,2010.5:34-45. [3]屈繁敏. 基于Pro/E的齒輪注塑模CAD系統(tǒng)的研究和開發(fā)[D].太原理工大學(xué),2010.9:66-90. [4宋滿倉. 注塑模具設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化體系的研究[D].大連理工大學(xué),2005.4:23-32. [5]劉小元. 基于Pro/E的齒輪注塑模設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[D].太原理工大學(xué),2006.8:58-74. [6]徐淑姣,董祥忠,林旭東. 塑料注塑模CAE的現(xiàn)狀和發(fā)展前景,2008.10:46-65. [7]趙素淵,李愛軍. 基于Solid Works注塑模具的塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 煤礦機(jī)械,2005.11:112-134. [8]劉小元. 基于Pro/E的齒輪注塑模設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[D].太原理工大學(xué),2006.4:98-103. [9]王萍,徐德紅. 注塑齒輪及其模具設(shè)計(jì)[J]. 鑄造技術(shù),2011.5:230-254. [10]劉巖,高國安,夏永勝. 齒輪注塑模具CAD系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造,1998.7:76-98. [11]K.Miyata, Y.Tawara, Y.Matui and K.Ohashi: "Optimum design for magnetic resonance imaging circuit using permanent magnet", ibid., 9, 115 (1990). [12]H.Siebold: "Design optimization of main, gradient and RF field coils for MR imaging", IEEE Trans.Magnetics, MAG-26, 2, 841 (1990). [13] 馮曉曾等.模具用鋼和熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.1:77-98. [14] 胡志炎等.模具失效分析手冊[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1989.2:67-89. [15] 梁耀能.機(jī)械工程材料[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002.4:90-121. [16] 崔忠圻主編.金屬學(xué)記熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.5:210-232. 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究； （2）X——真實(shí)課題；Y——模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 文獻(xiàn)綜述 題 目 塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 系 （部） 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時(shí)間 塑料注塑模具設(shè)計(jì) 摘要：我國塑料模具工業(yè)起步晚,底子薄,與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比存在很大的差距。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度，注射成型是當(dāng)今市場上最常用、最具前景的塑料成型方法之一，注塑模具作為塑料模的一種，就具有很大的市場需求量。因此我國今后塑料模具的發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具生產(chǎn)企業(yè)在向著規(guī)?；同F(xiàn)代化發(fā)展的同時(shí)，專和精仍舊是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢[1]。 關(guān)鍵字:塑料模具；雙聯(lián)齒輪；設(shè)計(jì) 1 前言 塑料是由聚合物和某些助劑結(jié)合而成的高分子化合物，是高分子材料中最大的一類。它在一定的溫度和壓力下具有流動(dòng)性，可以被成型為具有一定幾何形狀和尺寸的制品。塑料的機(jī)械性能和加工性能優(yōu)良，而且具有重量輕、耐腐蝕、電絕緣性能好、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、家電、儀器儀表、建筑裝飾等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并有以塑代鋼、以塑帶木的趨勢[2-4]。 注塑成型在整個(gè)塑料制品生產(chǎn)行業(yè)占有非常重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年注塑制品產(chǎn)量約占整個(gè)塑料制品總產(chǎn)量的30％，而其中每年生產(chǎn)的塑料注射模占所有塑料模具總數(shù)量的50％。在我國，塑料工業(yè)隨著國民經(jīng)濟(jì)整體穩(wěn)定健康發(fā)展實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，連續(xù)十年經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)步大幅遞增，總產(chǎn)值居輕工行業(yè)第三位，出口居第五位，已成為中國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 模具是由塑料、橡膠、金屬、粉末、玻璃、玻璃鋼等模具材料經(jīng)加工設(shè)備加工而成的基礎(chǔ)工藝裝備，屬于生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品，用于最終產(chǎn)品的生產(chǎn)。模具加工是材料成型的重要方式之一，與機(jī)械加工相比，具有工序少、材料利用率高、能耗低、易生產(chǎn)、效益高等優(yōu)點(diǎn)，因而在汽車、能源、機(jī)械、電子、信息、航空航天工業(yè)和日常生活用品的生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。根據(jù)成型方法的不同，則可分為注射模、沖壓模、壓鑄模、鍛壓模。根據(jù)加工精度不同，最終可將模具統(tǒng)分為普通精度模具和精密模具兩大類[5]。 國內(nèi)模具行業(yè)的市場規(guī)模情況我國模具行業(yè)盡管起步較早，但初期一直作為下游生產(chǎn)企業(yè)的附屬企業(yè)，模具商品流通率較低，限制了模具企業(yè)的發(fā)展。直至1987年,模具才作為產(chǎn)品被列入機(jī)電產(chǎn)品目錄。經(jīng)過20多年的發(fā)展,中國的模具工業(yè)已有了長足的進(jìn)步。 塑料齒輪由于噪音低、慣性小、耐腐蝕、成型工藝好、成本低、具有自滑潤性能，因此廣泛應(yīng)用于儀器儀表和各種家用電器的機(jī)械傳動(dòng)中。本文通過對塑料雙聯(lián)齒輪注塑模具的設(shè)計(jì)及制造的分析，探討提高塑料齒輪成型精度的方法及途徑。 2 模具研究現(xiàn)狀概述 模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)裝備，被稱為“工業(yè)之母”。75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50%的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型。作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，模具涉及機(jī)械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個(gè)行業(yè)，應(yīng)用范圍十分廣泛。模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因此模具工業(yè)的發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力。 80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2002年我國模具總產(chǎn)值約為360億元，其中塑料模約30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。 目前，我國塑料模具行業(yè)日趨大型化，而且精度將越來越高。10年前，精密塑料模具的精度一般為5μｍ，現(xiàn)在已達(dá)2～3μm。不久，1μｍ精度的模具將上市。隨著零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在1μｍ以下，這就要求發(fā)展超精加工[6-7]。 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛，模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用能極大地影響模具制造周期。使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。同時(shí)，快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊。由于人們要求模具的生產(chǎn)周期越短越好，因此開發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具越來越引起人們的重視。例如研制各種超塑性材料來制作模具；用環(huán)氧、聚酯或在其中填充金屬、玻璃等增強(qiáng)物制作簡易模具。 3 塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 近年來，我國的模具工業(yè)雖然有了較大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比， 在許多方面仍然有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備較少，先進(jìn)技術(shù)的普及率不高，大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具的制造技術(shù)還不完善，這些都需要在今后的發(fā)展中逐步予以充實(shí)。 從塑料模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造成本出發(fā)，我國塑料模具的發(fā)展主要可以從以下的幾個(gè)方面考慮。 (1) 在塑料模具設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù) 當(dāng)前，CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，塑料制品及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過程中3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。在今后的塑料模具研究方向中，CAD/CAM軟件的智能化程度將得到進(jìn)一步提高。 (2) 應(yīng)用熱流道技術(shù)，發(fā)展氣體輔助成型 由于熱流道模具成型后的制品沒有殘留的凝料，所以，這種成型方法可以節(jié)省大量的塑料制品的原材料，而且利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。在這種成型方法中，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，在這方面的研究中，需要著力于氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件的研究。 (3) 發(fā)展快速成型制造技術(shù)，縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期，降低生產(chǎn)成本。 (4) 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，提高模具壽命和質(zhì)量，降低塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 (5) 提高塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 在工業(yè)生產(chǎn)中采用標(biāo)準(zhǔn)化，可以較好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化的商品化程度已達(dá)到70%~80%，但是在我國還不足30%，我國的模具生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度方面與一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大的差距[8]。 目前,我國的塑料消費(fèi)費(fèi)量已居世界首位，但人均消費(fèi)量僅為工業(yè)發(fā)達(dá)國家的1/7，工業(yè)中等發(fā)達(dá)國家的1/4，預(yù)計(jì)要達(dá)到工業(yè)中等發(fā)達(dá)國家的水平還需20年。這無疑為我國塑料工藝和塑料模具產(chǎn)業(yè)提供了非常大的發(fā)展空間。因此實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化推動(dòng)了我國塑料模具加工工業(yè)的發(fā)展，并將繼續(xù)為我國塑料模具生產(chǎn)企業(yè)提高技術(shù)水平、增強(qiáng)競爭實(shí)力、加快融入國際大市場的步伐提供必要的技術(shù)保障。通過對模具專業(yè)的學(xué)習(xí)，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，以達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)一般模具的要求。在模具制造方面，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。先進(jìn)制造技術(shù)對注塑模具制造產(chǎn)生了重大的影響，反過來，注塑成型新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展也對制造技術(shù)不斷提出了新的要求[9]。將信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)應(yīng)用于制造全過程，未來注塑模制造將是以計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)，以資訊流暢作為首要備件的有極強(qiáng)應(yīng)變能力與競爭力的技術(shù)。 4 總論 在機(jī)械工業(yè)和機(jī)械裝備快速發(fā)展的今天, 齒輪作為運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞者, 齒輪的需求量急劇增加,以傳統(tǒng)齒輪加工的方式生產(chǎn)制造齒輪受到機(jī)床加工設(shè)備和生產(chǎn)效率的制約。 高精度塑料齒輪產(chǎn)品不僅要在設(shè)計(jì)階段精確計(jì)算, 還必須制造出高精度的齒輪模具, 同時(shí)再配以合理的注塑工藝才能實(shí)現(xiàn)。注塑齒輪的發(fā)展前景相當(dāng)樂觀。材料不斷獲得巨大改進(jìn), 注塑機(jī)械越來越精密, 檢測設(shè)備已能對這些獨(dú)特的注塑齒輪進(jìn)行高精度測量[10]。將來, 可以期待那些不能采用金屬齒輪, 而塑料齒輪卻有用武之地的使用場合和領(lǐng)域。 參考文獻(xiàn) [1] 王鑫.注塑模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].電子工業(yè)出版社,2013.7:23-87. 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