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0引言
在现代化工业生产中,60%~90%的工业产品需要使用模具加工,模具工业已成为工业发展是基础,许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产,特别是汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。
而作为制造业基础的机械行业,据国际生产技术协会预测,21世纪机械制造工业的零件,其粗加工的75%和精加工的50%都将依赖模具完成。
因此,模具工业已成为国民经济的重要基础工业。
模具工业发展的关键是模具技术的进步,模具技术又涉及到多学科的交叉。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。
世界上许多国家,特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发,大力发展模具工业,积极采用先进技术和设备,提高制模制造水平,已取得了显著的经济效益。
美国是世界超级经济大国,也是世界模具工业的领先国家,早在20世纪80年代末,美国模具行业有一万二千多个企业,从业人员有十七万多人,模具总产值达64.47亿美元。
日本模具工业是从1957年开始发展起来的,当年模具总产值仅有106日元,到1988年总产值已超过4.88万亿日元,在短短的40余年内增加了460多倍,这也是日本经济能飞速发展并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。
1塑料的概念、分类及性能
1.1塑料的概念
塑料是以合成树脂(或化学改性的天然的高分子化合物)为基本成分,可在一定的条件下(主要是温度和压力)塑化成型,产品最后能保持形状不变的材料。
组成:
聚合物合成树脂(40~100%)。
辅助材料:
增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材料。
辅助材料作用:
改善材料的使用性能与加工性能,节约树脂材料(贵)。
塑料有300余品种,常用的是40余种,名称是以所使有的合成树脂作为名称来称呼:
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、氧树脂,俗称:
电木(酚醛树脂),有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂),玻璃钢(热固性树脂用玻璃纤维增强);
英文名称:
尼龙(聚酰胺)PA聚乙烯PE。
1.2塑料的分类
(1)按塑料用途可分为通用塑料、工程塑料和特殊塑料;
(2)按受热、冷却时树脂呈现的特性可分为热塑性塑料和热固性塑料。
1.3塑料的性能
(1)密度小、质量轻;
(2)比强度和比刚度高;
(3)化学稳定性好;
(4)电气性能优良;
(5)减摩、耐磨和自润滑性好;
(6)成型和着色性能好;
(7)光学性能好;
(8)多种防护性能。
2塑料成型工艺性能
塑料成型的工艺性能包括收缩性、流动性、结晶性、热敏性、水敏性、吸湿性、水分和挥发含量、应力敏感性、相容性、压缩比、比体积以及硬化特性等。
3塑料成型方法简介
(1)注塑成型
注塑成型是使用注塑机(或称注射机)将热塑性塑料熔体在高压下注入到模具内经冷却、固化获得产品的方法。
注塑也能用于热固性塑料及泡沫塑料的成型。
注塑的优点是生产速度快、效率高,操作可自动化,能成型形状复杂的零件,特别适合大量生产。
缺点是设备及模具成本高,注塑机清理较困难等。
(2)压缩成型
压缩模塑又称模压,是模塑料在闭合模腔内借助加压(一般尚须加热)的成型方法。
通常,压缩模塑适用于热固性塑料,如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料等。
压缩模塑的主要优点是可模压较大平面的制品和能大量生产,其缺点是生产周期长,效率低。
(3)压注成型
压注成型又称传递成型,传递模塑是热固性塑料的一种成型方式,模塑时先将模塑料在加热室加热软化,然后压入巳被加热的模腔内固化成型。
传递模塑对塑料的要求是:
在未达到固化温度前,塑料应具有较大的流动性,达到固化温度后,又须具有较快的固化速率。
能符合这种要求的有酚醛、三聚氰胺甲醛和环氧树脂等。
(4)挤出成型
挤出成型也称挤压模塑或挤塑,它是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。
挤出法主要用于热塑性塑料的成型,也可用于某些热固性塑料。
挤出的制品都是连续的型材,如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。
此外,还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。
挤出成型机由挤出装置、传动机构和加热、冷却系统等主要部分组成。
挤出机有螺杆式(单螺杆和多螺杆)和柱塞式两种类型。
前者的挤出工艺是连续式,后者是间歇式。
(5)吹塑成型
借气体压力使闭合在模具中的热型坯吹胀成为中空制品,或管型坯无模吹胀成管膜的一种方法。
该方法主要用于各种包装容器和管式膜的制造。
凡是熔体指数为0.04~1.12的都是比较优良的中空吹塑材料,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酸纤维素和聚缩醛树脂等,其中以聚乙烯应用得最多。
4注塑模CAD/CAM软件简介
4.1注塑模CAD软件简介
Unigraphics(简称UG)是由美国EDS公司推出的一个功能强大的应用软件,是当今世界上最先进和紧密集成的,面向制造业的交互式CAD/CAE/CAM高端软件。
UG是一个全三维双精度系统,该系统的CAD模块提供了一个三维设计环境,允许设计师精确地描述几乎任何几何形状,通过各种形状的组合,可对产品进行设计、分析和建立工程图等。
通过三维实体建模、装配建模功能,可生成直接可观的数字虚拟产品,并能够对其进行运动分析、干涉检查、制造应用、仿真运动及载荷分析等操作。
UG的功能被分成许多具有特定功能的应用程序模块,而MoldWizard模块就是UG中的一个外挂模块,它可以完成整套注塑模具的三维设计,整合了模具专家的经验,有效地帮助用户完成型腔、型芯的建立,模架的选用,浇口、冷却系统、滑块、顶出装置和嵌件的设计等,然后再通过UG软件的CAD/CAM集成性,将型腔、型芯的数字信号直接提供给CAM模块,即可完成零件的数控加工程序的编制。
4.2注塑模CAM软件简介
MoldFlow软件是美国MOLDFLOW公司的产品,该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场。
近几年,在汽车、家电、电子通信、化工和日用品等领域得到了广泛应用。
MoldFlow软件包括两部分:
MoldFlowPlasticAdvisers(产品优化顾问,简称MPA):
塑料产品设计师在设计完产品后,运用MPA软件模拟分析,在很短的时间内,就可以得到优化的产品设计方案,并确认产品表面质量。
MoldFlowPlasticsInsight(注塑成型模拟分析,简称MPI):
对塑料产品和模具进行深入分析的软件包,它可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析,包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩,以及气体辅助成型分析等,使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率。
5.我国塑料模具的发展现状及前景
5.1塑料模具的发展现状:
据新近有关统计资料表明,在国内外模具工业中,各类模具占模具总量的比例大致如下:
冲压模、塑料模各占35%~40%;
压铸模占10%~15%;
粉末冶金模、陶瓷模、玻璃模等其他模具占10%左右,因此,塑料成型模具的应用在各类模具的应用中占有与冲压模并驾齐驱的“老大”位置。
随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设持续稳定发展,塑料制件的应用快速上升,模具设计与制造和塑料成型的各类企业日益增多,塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响日益重要。
目前,我国模具生产厂点约有3万多家,从业人数80多万人。
2005年模具出口7.4亿美元,比2004年的4.9亿美元增长约50%,均居世界前列。
2006年,我国塑料模具总产值约300多亿元人民币,其中出口额约58亿元人民币。
除自产自用外,市场销售方面,2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币,国产模具总供给约为230亿元人民币,市场满足率为73.5%。
在我国,广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。
广东占我国模具总产量的四成,注塑模具比例进一步上升,热流道模具和气辅模具水平进一步提高。
注塑模具在量和质方面都有较快的发展,我国最大的注塑模具单套重量己超过50吨,最精密的注塑模具精度己达到2微米。
制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产,多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模,高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。
在CAD/CAM技术得到普及的同时,CAE技术应用越来越广,以CAD/CAM/CAE一体化得到发展,模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现,特别是汽车、家电等工业快速发展,使得注塑模的发展迅猛。
整体来看我国塑料模具无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步,但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比,差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
5.2中国塑料模具行业和国外先进水平相比,主要存在以下问题
(1)发展不平衡
产品总体水平较低。
虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平,但总体来看,模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。
包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
(2)工艺装备落后,组织协调能力差
虽然部分企业经过近几年的技术改造,工艺装备水平已经比较先进,有些三资企业的装备水平也并不落后于国外,但大部分企业的工艺装备仍比较落后。
更主要的是,企业组织协调能力差,难以整合或调动社会资源为我所用,从而就难以承接比较大的项目。
(3)供需矛盾短期难以缓解。
近几年,国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%,其中大型、精密、长寿命模具满足率更低,估计不足60%。
同时,工业发达国家的模具正在加速向中国转移,国际采购越来越多,国际市场前景看好。
市场需求旺盛,生产发展一时还难以跟上,供不应求的局面还将持续一段时间。
(4)大多数企业开发能力弱,创新能力明显不足。
一方面是技术人员比例低、水平不够高,另一方面是科研开发投入少;
更重要的是观念落后,对创新和开发不够重视。
模具企业不但要重视模具的开发,同时也要重视产品的创新。
这既要求塑料机械企业在技术人才、技术创新方面要具有雄厚的实力,也要求企业能在第一时间内准确把握客户的个性化需求。
5.3注塑模的发展前景
(1)大力提高注塑模开发能力;
将开发工作尽量往前推,直至介入到模具用户的产品开发中去,甚至在尚无明确用户对象之前进行开发,变被动为主动。
目前,电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法,手机和电话机模具开发也已开始尝试。
这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同,才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。
(2)注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术;
随着模具企业设计和加工水平的提高,注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。
这不仅是生产手段的转变,也是生产方式的转变和观念的上升。
这一趋势使得模具的标准化程度不断提高,模具精度越来越高,生产周期越来越短,钳工比例越来越低,最终促进了模具工业整体水平不断提高。
目前我国已有10多个国家级高新技术企业,约200个省市级高新技术企业。
与此趋势相适应,生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。
(3)模具生产正在向信息化迅速发展
在信息社会中,作为一个高水平的现代模具企业,单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。
目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等,这些都是信息化的表现。
向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。
(4)注塑模向更广的范围发展
随着人类社会的不断进步,模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。
现在,能把握机遇、开拓市场,不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火,利润水平和职工收入都很好。
因此,模具企业应把握这个趋向,不断提高综合素质和国际竞争力。
随着市场的发展,塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展,因此对模具的要求也越来越高。
为了满足市场需要,未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展。
超大型、超精密、长寿命、高效模具;
多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。
更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展,随之将产生一些特殊的、更为先进的加工方法。
各种模具型腔表面处理技术,如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。
5.4结束语
模具生产技术水平的高低不仅是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,而且在很大程度上决定着这个国家的产品质量、效益及新产品开发能力。
我国目前的模具开发制造水平比国际先进水平至少相差10年,特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的产需矛盾十分突出,已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。
模具是工业的基础工艺装备,在电讯、汽车、摩托车、电机、电器、仪器、家电、建材等产品中,80%以上都要依靠模具成形,用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产力和低消耗,是其它加工制造方法所不能比拟的。
因此,我们应该认清形势,认准方向加快发展速度,而不是永远依靠进口产品。
当然,近年来我国的注塑模行业发展速度也不可小觑,我们应该以此为契机,在最短的时间内赶上发达国家。
塑料模具尽管成为时下最为诱人的“奶酪”,但樱桃好吃树难栽。
由于塑料零配件形状复杂、设计灵活,对模具材料、设计水平及加工设备均有较高要求,并不是人人都可以轻易涉足的。
专家认为,目前中国与国外水平相比还存在较大差距,眼前需尽快突破制约模具产业发展的三大瓶颈:
一是加大塑料材料与注塑工艺的研发力度;
二是塑模企业应向园区发展,加快资源整合;
三是模具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上,否则塑料模具发展将受到制约。
(格式要调整)
参考文献
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毕业设计(论文)开题报告
2.开题报告:
一、课题的目的与意义;
二、课题发展现状和前景展望;
三、课题主要内容和要求;
四、研究方法、步骤和措施
开题报告
1、课题的目的与意义
本课题是外支架注塑模设计及成型过程仿真分析,是我们完成学业的最后一个重要环节,它既是对所学知识的全面总结和综合应用,又为今后走向社会的实际工作打下良好的基础。
(1)通过该课题的设计训练,提高并巩固我们所学的理论知识培养我们综合运用所学理论知识和技能,分析并解决计算机软件中遇到的问题。
(2)培养我们独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际工程技术问题的能力,结合课题的需要更应注意培养学生独立的获取新知识的能力。
(3)培养我们掌握文献检索、资料查询的基本方法。
(4)学会运用MoldFlow仿真软件对整个注塑过程进行模拟分析,包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩,以及气体辅助分析等。
同时分析各工艺参数对零件成型过程及质量的影响。
(5)充分认识课题实践中的不足和需要提高的内容。
二、课题的发展现状和前景展望
2.1课题的发展现状:
整体来看,中国塑料模具无论是在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步,但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比,差距仍很大。
近年来,塑料模具工业迅速发展,体现在模具产品向着大型、精密、复杂的方向发展,综合技术含量不断提高,模具制造周期不断缩短。
但与国外塑料模具的先进水平相比,依然存在一定差距。
(1)模具材料和标准件
国内大多数冶金厂设备、工艺较落后,大多采用电炉冶炼钢的纯度差,表面脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。
钢材的冶金质量低、成材率低,一般质量的模具钢多,高质量的模具钢材少。
而国外模具钢生产80%以上采用真空精炼和电渣重熔生产,钢材纯度、等向性高。
我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。
国外常用的塑料模具钢已形成较完整的系列,如美国塑料模具钢有7个钢号,形成完整的P系列,日本日立金属公司有15个钢号:
日本大同特殊钢13个钢号。
国外模具的标准化率可达85%(如德国、日本),中小模具的局部结构标准化程度高(如日本的手机模具)。
德国的保险杠模具,模架是标准的,热流道是标准的,和国内相比,周期快,成本降低30%。
国内模具企业大型模具的标准化程度约为25%~30%。
模具的标准化程度已成为制约国内模具制造周期的瓶颈之一。
(2)模具的精度、寿命和模具制造周期
国外的汽车企业都在实施“2mm”工程,在国内,单一零件还能够做到,几百个零件装配到一起就没有保证了。
零件精度低造成修配量大,整模故障率高、稳定性差。
德国的模具制造周期在2周~20天,备料4~5天,试模2~3天。
日、韩的模具周期要求2周,原因是他们有专门的模具配件城,滑块、顶杆、浇口套组件等均可以买到,型腔件加工好装上就行了。
国内配件标准化做不到,零件加工精度做不到。
(3)加工设备、模具制造工艺和测量技术
德国、日本模具企业的加工设备先进,基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴~5轴联动的高速加工机床,能实现模具型面的镜面加工。
而国内模具企业的4轴~5轴联动的高速加工机床占的比例有限,高光模具的加工与国外相比差距较大。
德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化,制品精度高、制造周期短。
精密模具零件的加工均采用在线测量,这方面国内至少差15~20年。
(4)新工艺、新材料研究和创新能力
一个国家的创新、研发能力体现了国家的综合基础实力。
国外企业对新产品开发很重视,模具厂经常会与材料厂商、产品厂共同开发新产品和模具,注射机厂会与材料厂商共同研发新机型,名牌塑料供应商会与名牌汽车公司联合研制以塑代钢的新塑料和新产品(如BAYER与宝马合作开发全塑赛车、GE与克莱斯勒共同开发全塑轿车)。
这种强强合作,使企业具有很强的研发能力。
2.2课题的前景展望
(1)在塑料模具设计和制造中应用CAD/CAM/CAE技术
当前,CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的技术,塑料制品及模具的3D设计与成型过程中3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
在今后的塑料模具研究方向中,CAD/CAM软件的智能化程度将得到进一步提高。
(2)应用热流道技术,发展气体辅助成型
由于热流道模具成型后的制品没有残留的凝料,所以,这种成型方法可以节省大量的塑料制品的原材料,而且利于实现自动化,提高产品的生产率。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。
在这种成型方法中,模具设计和控制的难度较大,在这方面的研究中,需要着力于气体辅助成型流动分析软件的研究。
(3)发展快速成型制造技术,缩短模具的设计制造周期,降低生产成本。
(4)应用优质材料和先进的表面处理技术,提高模具寿命和质量,降低塑料产品的生产成本。
(5)提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率
在工业生产中采用标准化,可以较好地保证产品质量,缩短生产周期,降低生产成本。
目前,工业发达国家模具标准化的商品化程度已达到70%~80%,但是在我国还不足30%,我国的模具生产的标准化程度方面与一些工业发达国家相比,仍有较大的差距。
三、课题的主要内容和要求
1.开题报告一份,结合毕业设计课题,论述课题主要内容和要求、研究方法、设计步骤和保证措施;
2.采用CAE方法分析工艺合理性,绘制模具装配图,要求结构合理,充分考虑模具设计、制造、装配、使用等环节;
3.绘制模具所有零件图(标准件除外),要求视图正确,结构工艺性好,标注齐全,采用仿真分析的方法分析各工艺参数对零件成型过程及质量的影响;
4.三千字左右的本专业国内外的现状和发展趋势的综述报告一份;
5.编写设计说明书一份(1.2万字左右);
6.毕业设计课题调研实习报告一份(翔实的外出实习笔录);
塑件三维图如下图1、2所示
图1塑件正面图
图2塑件反面图
四、研究方法、步骤和措施(写得不错)
4.1研究方法
运用CAD/CAM/CAE相结合的设计方法。
先用AutoCAD/UG/Solidworks等软件正确的绘出外支架的工程图和三维图。
然后将三维图通过软件转换格式为IGES导入MoldFlow进行注塑成型性分析。
预测成型过程中的缺陷并提
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