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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
文獻(xiàn)綜述
注塑模具技術(shù)
摘 要：通過(guò)翻閱相關(guān)的參考資料和文獻(xiàn)，本文介紹了注塑模具的發(fā)展和主要研究成果；注塑模具的成型原理、影響因素、組成；注塑模具的發(fā)展趨勢(shì)、存在的問(wèn)題，這些對(duì)注塑模具技術(shù)有一個(gè)大致的了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)注塑模設(shè)計(jì)提供了方向性的指導(dǎo)和準(zhǔn)備。
關(guān)鍵字：模具先進(jìn)制造技術(shù)，注塑模具，精密制造
前言
隨著時(shí)代的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，越來(lái)越多的新產(chǎn)品、新事物出現(xiàn)，人們的物質(zhì)極大的滿足，制造行業(yè)也得到極大地發(fā)展，特別是模具行業(yè)。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的模具事業(yè)也得到了迅速發(fā)展，模具事業(yè)已從過(guò)去的單純仿制、加工粗糙，發(fā)展到現(xiàn)在已大量運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和理論知識(shí)， 并且積累了豐富的制模經(jīng)驗(yàn)。更重要的是這已不是個(gè)別的企業(yè)， 而是涌現(xiàn)出大批具有相當(dāng)水平的模具企業(yè)， 是我國(guó)模具水準(zhǔn)的整體提升。模具水準(zhǔn)的提高不僅需要先進(jìn)的制造技術(shù)和成熟的經(jīng)驗(yàn)，更要依賴優(yōu)秀的質(zhì)量管理體系，具備所有這些條件才能使我國(guó)的塑料模具一步一步走向世界，走向成功。為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求，各院校都比較重視模具課程在機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的開(kāi)設(shè)，使培養(yǎng)的學(xué)生懂得模具設(shè)計(jì)方面的技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)代模具技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航空航天、商業(yè)、旅游、醫(yī)藥衛(wèi)生、辦公自動(dòng)化及生活服務(wù)等眾多領(lǐng)域獲得了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。模具技術(shù)，尤其是模具加工技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，使整個(gè)制造業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)都發(fā)生了和正在發(fā)生著翻天覆地的變化。模具技術(shù)可以從某個(gè)角度折射出一個(gè)國(guó)家的科學(xué)水平和綜合國(guó)力。由于社會(huì)的需求，造就了一批從事設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和模具加工技術(shù)的高級(jí)人才。而設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)和控制理論等的理解和掌握，才能較好的使用其中的資源來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
先進(jìn)制造技術(shù)是指微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來(lái)的種種變化與新型系統(tǒng)。具體地說(shuō)，就是指集機(jī)械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體所產(chǎn)生的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。主要包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、集成制造系統(tǒng)等。先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)企業(yè)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必要條件之一，但并非充分條件，其優(yōu)勢(shì)還有賴于能充分發(fā)揮技術(shù)威力的組織管理，有賴于技術(shù)、管理和人力資源的有機(jī)協(xié)調(diào)和融合。先進(jìn)制造業(yè)正在急劇地改變著傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)模式，注塑模具制造業(yè)也不例外。
1注塑模具的發(fā)展和成果
1.1 注塑模具的發(fā)展史
1943年位于葡萄牙馬立尼亞.格蘭特市一家小型玻璃模具廠股東阿尼巴爾萌發(fā)了生產(chǎn)注塑模具的構(gòu)想。由于未能獲得其他股東的支持，他不得不出售自己擁有的公司股份以籌集資金，并開(kāi)始專注于注塑模具的研發(fā)和制造。兩年后，他成功地制造了第一只注塑模具。此后，隨著國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)越來(lái)越多的模具企業(yè)出現(xiàn)，注塑模具行業(yè)已從傳統(tǒng)的熱塑成型逐漸向高效、精確、尖端發(fā)展，大量使用高精度數(shù)控設(shè)備，并在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中普遍使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家憑借先進(jìn)的信息技術(shù)支持，內(nèi)部已實(shí)現(xiàn)了模具項(xiàng)目設(shè)計(jì)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)快速交換，并進(jìn)一步加強(qiáng)了客戶同生產(chǎn)企業(yè)間的交流與溝通。隨著技術(shù)的發(fā)展與日臻完善，模具企業(yè)專業(yè)化程度不斷提高，不少企業(yè)已逐步向模胚、拋光、大型模具或高精度模具等特定專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。
1.2 主要研究成果
我國(guó)塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)彩電塑殼注射模具、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。成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如成功地在計(jì)算機(jī)機(jī)外殼以及一些厚壁零件上運(yùn)用氣輔技術(shù)。
2 注塑模具成型特點(diǎn)、原理、影響因素及組成
2.1 注塑模具制造的特點(diǎn)
(1)型腔及型芯呈立體型面。塑件的外部和內(nèi)部形狀是由型腔和型芯直接成型的，這些復(fù)雜的立體型面加工難度比較大，特別是型腔的盲孔型內(nèi)成型表面加。
(2)精度和表面質(zhì)量要求高，使用壽命要求長(zhǎng)。一般塑件的尺寸精度要求為IT6～7，表面粗糙度Ra0.2～0.1μm，相應(yīng)的注塑模具零件的尺寸精度要求達(dá)到IT5～6，表面粗糙度Ra0.1。
(3)工藝流程長(zhǎng)，制造時(shí)間緊。對(duì)于注塑件而言，大多是與其它零部件配套組成完整的產(chǎn)品，模具制造完成后，還需要反復(fù)地試模與修正，使開(kāi)發(fā)和交貨的時(shí)間非常緊張。
(4)異地設(shè)計(jì)、異地制造。由用戶提出最終制品設(shè)計(jì)，模具制造廠家根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)制造模具，制品的注射生產(chǎn)在別的廠家。這樣就造成了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)制造和制品的生產(chǎn)異地進(jìn)行的情況。
(5)專業(yè)分工，動(dòng)態(tài)組合。模具生產(chǎn)批量小，一般屬于單件的生產(chǎn)，但是模具需要很多的標(biāo)準(zhǔn)件，大到模架，小到頂針，這些不能也不可能只由一個(gè)廠家單獨(dú)完成，且制造工藝復(fù)雜，普通設(shè)備和數(shù)控設(shè)備使用極不均衡。
2.2 注塑模的成型原理及作用
注塑塑料注射成型機(jī)簡(jiǎn)稱注射機(jī)或塑料注塑機(jī)是將注塑熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種注塑形狀的塑料制品的主要注塑成型設(shè)備。注塑注射成型是通過(guò)塑料注塑機(jī)和模具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。盡管注塑塑料注塑機(jī)的類型很多，但是無(wú)論那種注塑塑料注塑機(jī)，其基本功能有兩個(gè)：
（1） 加熱塑料，使其達(dá)到熔化狀態(tài)；
（2） 對(duì)熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。一般注塑模具主要有以下幾部分構(gòu)成：
注塑系統(tǒng)，注射系統(tǒng)是塑料注塑機(jī)最主要的組成部分之一，其作用是，在注塑料機(jī)的一個(gè)循環(huán)中，注塑模具能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將一定數(shù)量的塑料加熱塑化后，在一定的壓力和速度下，通過(guò)螺桿將熔融塑料注入模具型腔中。
合模系統(tǒng)，合模系統(tǒng)的作用是保證模具閉合、開(kāi)啟及頂出制品。
液壓系統(tǒng)，注塑設(shè)備液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)塑料注塑機(jī)按工藝過(guò)程所要求的各種動(dòng)作提供動(dòng)力。
2.3注塑模具成型影響因素
塑料材料的選擇。塑料是以高分子合成樹脂為主要成分，加入適量的添加劑組成的。即使是成分相同的塑料，由于生產(chǎn)廠家，出廠時(shí)間和環(huán)境條件的不同，注射成型的塑件還會(huì)存在形狀與尺寸穩(wěn)定性的差異問(wèn)題。因此，注塑成型的塑料除了要求具有良好的流動(dòng)性能和成型性能之外，還要求用它們成型出的制品能夠具有形狀和尺寸方面的穩(wěn)定性。
1） 模具設(shè)計(jì)的好壞。設(shè)計(jì)注塑模具時(shí)除考慮一般模具的設(shè)計(jì)要素(塑料材料、注塑模具、注塑工藝、注塑設(shè)備)外，還應(yīng)注意以下幾方面：
合理確定注射模的設(shè)計(jì)，由于塑料制品本身精度高，必須充分考慮到模具制造公差要求、塑料收縮率的波動(dòng)。
考慮成型收縮的均勻性，由于成型收縮率的波動(dòng)對(duì)塑件精度及精度的穩(wěn)定性影響很大，正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是最有效的途徑。
避免制品在脫模時(shí)的變形，由于精密注射塑料制品一般尺寸小、壁薄，有時(shí)還帶有薄肋，易產(chǎn)生變形，因此模具結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制品脫模，最好采用脫模板脫模。
合理選擇模具成型零件的結(jié)構(gòu)，對(duì)于復(fù)雜塑件成型型腔的精加工可采用鑲拼結(jié)構(gòu)，這樣既便于精加工又減小了熱處理變形，同時(shí)又利于排氣和維修。
2） 工藝條件收縮的控制。在模塑過(guò)程中產(chǎn)生收縮的有熱收縮、相變收縮、取向收縮和壓縮收縮。這幾種收縮特性與模溫、注射壓力、注射速度有關(guān)。因此，注射成型時(shí)必須選擇最佳的成型工藝參數(shù)并確保工藝條件的穩(wěn)定性。
3） 注塑機(jī)的性能。注塑成型一般都需要在專門的注塑機(jī)上進(jìn)行。在技術(shù)參數(shù)、控制精度、液壓系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)方面有其獨(dú)到要求。
總之，影響精密注射成型的因素是多方面的，只有從塑料材料、模具設(shè)計(jì)制造、注塑工藝及注塑設(shè)備等方面不斷完善，才能更好地發(fā)揮注射成型技術(shù)在塑料制品成型生產(chǎn)中的作用，成型出高精度、高性能、高品質(zhì)的塑料制品。
2.4 注塑模具的組成
注塑模的基本結(jié)構(gòu)都是由定模和動(dòng)模兩大部分組成的。定模部分安裝在注塑機(jī)的注塑模固定板上，動(dòng)模部分安裝在注塑機(jī)的移動(dòng)板上。根據(jù)模具上各部件的作用不同，一般注塑?？捎梢韵聨讉€(gè)部分組成：
1） 澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)是熔融塑料從注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所流經(jīng)的通道，它由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。
2） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分為動(dòng)模與定模之間的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和頂出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩類。
3） 脫模機(jī)構(gòu)，用于開(kāi)模時(shí)將塑件從模具中脫出的裝置，又稱頂出機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的有頂桿脫模機(jī)構(gòu)、推板脫模機(jī)構(gòu)和推管脫模機(jī)構(gòu)等。
4） 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，當(dāng)塑件上的側(cè)向有凹凸形狀的孔或凸臺(tái)時(shí)，就需要有側(cè)向的凸模或型芯來(lái)成型，使側(cè)向凸模或側(cè)向型芯移動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。
5） 加熱放冷卻系統(tǒng)，為了滿足注塑工藝對(duì)模具的溫度要求，必須對(duì)模具溫度進(jìn)行控制，常常設(shè)有冷卻系統(tǒng)并在模具內(nèi)部或四周安裝加熱元件。
6） 排氣系統(tǒng)，在注塑成型過(guò)程中，常常需要開(kāi)設(shè)排氣系統(tǒng)，通常是在分型面上有目的的開(kāi)設(shè)若干條溝槽，或利用模具的推桿或型芯與模板之間的配合間隙進(jìn)行排氣。
7） 其他零部件如用來(lái)固定、支承成型零部件或起定位和限位作用的零部件等。
3 注塑模具的發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題
3.1 注塑模具的發(fā)展趨勢(shì)
(1)注塑模開(kāi)發(fā)能力的大大提高。隨著社會(huì)需求的增加，變被動(dòng)為主動(dòng)，模具開(kāi)發(fā)企業(yè)根據(jù)用戶的需求直接介入到用戶的產(chǎn)品中，甚至在尚無(wú)明確用戶對(duì)象之前進(jìn)行開(kāi)發(fā)。目前，電視機(jī)和顯示器外殼、空調(diào)器外殼、摩托車塑件、手機(jī)和電話機(jī)等已采用這種方法，這種做法打破了長(zhǎng)期以來(lái)模具廠只能等有了合同，才能根據(jù)用戶要求進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的被動(dòng)局面。
(2)注塑模具從依靠鉗工技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽楷F(xiàn)代技術(shù)。隨著模具企業(yè)設(shè)計(jì)和加工水平的提高，注塑模具的制造正在從過(guò)去主要依靠鉗工的技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽考夹g(shù)。這一趨勢(shì)使得模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高，模具精度越來(lái)越高，生產(chǎn)周期越來(lái)越短，鉗工比例越來(lái)越低，促進(jìn)了模具工業(yè)整體水平不斷提高。與此趨勢(shì)相適應(yīng)，生產(chǎn)模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)型人才是必然要求。
(3)模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會(huì)中，模具企業(yè)只依靠CAD/CAM 的應(yīng)用是不夠的。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了AutoCAD、Catia、CAXA、Inventor、Pro/E、UG、SolidWorks等技術(shù)及其它先進(jìn)制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
(4)注塑模向更廣的范圍發(fā)展。隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，模具必然會(huì)向更廣泛的領(lǐng)域和更高水平發(fā)展。并且隨著市場(chǎng)的發(fā)展，塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會(huì)不斷發(fā)展，如氣體輔助成型、 推拉成型模具、 熱流道模具、 熔芯注射成型用模具、注射/壓縮成型模具、疊層模、 層狀制品注射模、模具滑移成型、鋁材模等。
因此，對(duì)模具的要求也越來(lái)越高。為了滿足市場(chǎng)需要，未來(lái)的塑料模具無(wú)論是品種、結(jié)構(gòu)、性能還是加工都必將有較快發(fā)展。超大型、超精密、長(zhǎng)壽命、高效模具；多種材質(zhì)、多種 顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。更高性能及滿足特殊用途的模具新材料將會(huì)不斷發(fā)展，隨之將產(chǎn)生一些特殊的、更為先進(jìn)的加工方法。各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補(bǔ)、研磨和拋光等新工藝也會(huì)不斷得到發(fā)展。
3.2 注塑模具存在的問(wèn)題
模具快速發(fā)展的今天，我國(guó)模具制造業(yè)的前景并不快樂(lè)觀。首先，模具制造商對(duì)模具制造的認(rèn)識(shí)還不夠，對(duì)模具新技術(shù)的應(yīng)用力度不大，對(duì)在模具制造過(guò)程中模具標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)還沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，還停留在老的手工制作又一有經(jīng)驗(yàn)的模具師傅帶隊(duì)的水平線上，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家模具制造，把標(biāo)準(zhǔn)化的模具設(shè)計(jì)放在了最重要的位置上；其次，企業(yè)的設(shè)備、管理，有的企業(yè)設(shè)計(jì)人員占到了80%，讓加工的人能更專心做他該做的事，從設(shè)計(jì)圖上做到按圖施工，用規(guī)范的設(shè)計(jì)來(lái)保證模具加工的速度、質(zhì)量，避免了重復(fù)作業(yè)，重復(fù)反修的難題?？傊?，由于我國(guó)模具行業(yè)起步比較晚，與國(guó)外相比，有一定的差距，主要表現(xiàn)在：
(1)模具設(shè)計(jì)人員缺乏，模具人才的培養(yǎng)需要較大規(guī)模的硬件設(shè)備和高水平的師資力量。模具設(shè)備動(dòng)輒上百萬(wàn)，投入大，回收慢，而且?guī)熧Y缺乏。更重要的是，培訓(xùn)周期較長(zhǎng)，，而且模具制造環(huán)境臟且累，很少有年輕人選擇學(xué)這個(gè)行當(dāng)。當(dāng)然，懂繪圖軟件，會(huì)看圖紙，會(huì)使用AUTOCAD和PRO/E等繪制模具圖紙和加工圖紙，有一定經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)人才和懂加工工藝，會(huì)使用MAST-ERCAM和UG編寫套路，有一定經(jīng)驗(yàn)的數(shù)控加工人才，是社會(huì)較缺乏，企業(yè)最急需的人才。
(2)模具制造水平檔次低。國(guó)內(nèi)模具制造廠家，制造工藝條件參差不齊，不少?gòu)S家因?yàn)樵O(shè)備不配套，很多工序依靠手工完成，嚴(yán)重影響了精度和質(zhì)量。國(guó)外模具材料，其綜合機(jī)械性能，耐磨耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)材料。這從根本上影響了國(guó)產(chǎn)模具的外觀質(zhì)量和使用壽命。而且，國(guó)內(nèi)模具廠因要求交貨時(shí)間短，試模設(shè)備局限，修模受時(shí)間和場(chǎng)地的限制，往往難以調(diào)試出最佳的狀態(tài)。
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