毕业设计（论文）文献综述-金属散热器风扇架的模具设计.doc

注塑模具的发展现状及塑料材料在电子行业的应用前景一、引言模具是工业生产的基础工艺装备 ,被称为“工业之母”。 75%的粗加工工业产品零件、 50%的精加工零件由模具成型,绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业 ,模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业 ,应用范围十分广泛。模具技术水平的高低,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力 ,因此模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求 ,也为其发展提供了巨大的动力。这些年来 ,中国模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展 ,年模具生产总量仅次于日、美之后位居世界第三位。但目前我国模具生产厂点多数是自产自用的工模具车间 (分厂 ),商品化模具仅占 1/3左右。从模具市场来看 ,国内模具生产仍供不应求 ,约 20%左右靠进口 ,特别是精密、大型、复杂和长寿命的高档模具进口比例高达 40%。由此可见 ,虽然我国模具总量目前已达到相当规模 ,模具水平也有很大提高 ,但在模具产品水平和生产工艺水平总体上要比德、美、日、法、意等发达国家至少落后十年,主要表现在模具精度、寿命、复杂程度、设计、加工、工艺装备等方面与发达国家有较大的差距。国内模具的使用寿命只有国外发达国家的 1/2至 1/10,甚至更短 ,模具生产周期却比国际先进水平长许多。此外 ,模具的标准化、专业化、商品化程度低 ,模具材料及模具相关技术比较落后 ,也是造成与国外先进水平差距大的重要原因。 CAD/CAE/CAM一体化先进技术已经在国内部分模具企业得到应用 ,但要得到推广和普及仍很困难1。而近几年塑料随着科学的进步，在电子类消费品中发挥着越来越重要的作用，其涉及领域已从电子产品的外壳制造延伸到电子产品的内部，并且成为制造某些电子元器件产品的重原料之一，广泛应用于数码相机、存储器、电子计算机芯片等产品中。 数码相机产品在外观设计上贴近传统光学相机的造型，呈现出向小巧、轻便发展的趋势，多采用塑料部件可有效减轻相机机身质量。业内人士认为，数码相机将进一步增加用工程塑料制成的外壳数量，以达到轻便实用的目的。因为优质高档的工程塑料可以提高机身强度，减轻整机质量，并容易提供更好的密封性能来增强相机在恶劣环境下的耐用性，但这需要高精密度的塑料模具，目前国内还无法生产。据预测，中国数码相机的市场容量将突破100亿元。如此巨大的数码相机消费市场，对国内塑料模具生产厂家、塑料加工企业是机遇也是挑战。 存储介质是数码相机的一个重要组件，同样追求更小更轻更易携带。目前，常见的移动硬盘盒用料一般有塑料、铝以及铝镁合金三种。塑料材料制成的移动硬盘盒具有价格低廉、质量孝抗震效果佳的优点，但是散热性能较差，这个缺点可以通过设计散热孔来弥补。另外，在移动硬盘盒的壳体安装防滑塑料垫可以增大壳体的摩擦，防止硬盘盒无意中从手中脱落，还能起到缓冲的作用。闪存的外壳也有使用工程塑料的，而且它的内部材质也将向塑料化方向发展。目前英特尔公司正在加紧开发一种采用聚酯材料生产的塑料内存产品，可能会替代传统闪存。它采用3D存储技术，数据被存储在成千上万的聚酯层内，其成本只有常规闪存的10%左右，但内存容量却相当的大，很有市场潜力。 不仅如此，未来的处理器、内存也将是塑料制的。多年以来，硅晶体一直在电子材料领域居于龙头老大的霸主地位，新崛起的塑料能够向硅晶体的霸位发起冲击，主要是具有成本优势，其价格仅为硅芯片的1%10%，极具市场竞争力。这对于那些对成本比较敏感的消费电子产品行业无疑是一个福音。而且塑料的质量孝柔韧性好、易成型，它可以比硅制品做得更小，并克服了硅晶体易碎的缺陷。据预测，到2004年，全球塑料芯片行业的平均销售额将达到100亿美元，塑料芯片将成为未来极有发展潜力的新一代芯片。目前，已有多家IT业巨头宣布成立塑料芯片的专门研究机构。如IBM、三菱、日立、朗讯、施乐、飞利浦公司等，已经研制出集成了几百只电子元器件的塑料芯片样品，探索出能够批量生产的集成度较低的塑料芯片，使塑料芯片在将来能够与硅芯片平分秋色。 塑料向电子产品领域扩展的又一前沿阵地是显示器产品。在传统显示器方面，由于同质化情况日趋严重，厂商要提升产品的市场竞争力，设计个性化非常关键。塑料外壳良好的可塑性、鲜艳多姿的色彩为厂家的设计提供了更为广阔的空间。但在外壳塑料模具方面，国内模具还存在着制模周期长、高精度模具难以生产的缺点。在个性化显示器日渐受欢迎的今天，对国内塑料模具厂家也提出了新的要求。现在塑料已更深刻地进入了显示器领域，不仅只是用来制作外壳。飞利浦公司已研制出一种塑料质地的计算机显示器，这种显示器使用具有柔韧性的塑料半导体元器件而不是传统的硅芯片，每秒更新速度为100次。不过这种显示器的清晰度还有待改进。塑料显示器的出现，使寻找纸张替代品的工作取得了巨大进展。塑料显示器可以制成轻雹柔软、便于携带和阅读的“电子纸”，这种“纸”可以方便地更新内容，可以被成千次地使用，如传真、电报等临时需要或阅读一到两次就被抛弃的文件，都可以用电子纸来生成和重新使用，它将显著地减少办公室和家庭的纸张消费，一旦投入市场，将产生巨大的经济效益。 如今，塑料正越来越多地渗透到人们生活的方方面面，不断替代各类传统材料。在石油、森林等自然资源日益匮乏的今天，发掘塑料的更多性能对解决能源问题具有重大意义。计算机、网络、手机，这些在几年前还不为人所知的东西，现在已走进了人们的生活。在科学技术日新月异的今天，塑料芯片、电子纸也并非不可能像光盘、手机那样迅速普及。二、模具简介及简单分类模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具就是是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。按所成型的材料的不同，模具可分为金属模具和非金属模具。金属模具又分为：铸造模具（有色金属压铸，钢铁铸造）、和锻造模具等；非金属模具也分为：塑料模具和无机非金属模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分为：砂型模具，金属模具，真空模具，石蜡模具等等。其中，随着高分子塑料的快速发展，塑料模具与人们的生活密切相关。塑料模具一般可分为：注射成型模具，挤塑成型模具，气辅成型模具等等。模具其他分类：合金模具、钣金模具、塑料模具、冲压模具、铸造模具、挤出模具、压铸模具、汽车模具、滚丝模具等1。三、注塑模具的地位由于塑料具有质量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、可成型任意形状、成本低等优点。因此塑料成型模具的塑料制品得到了广泛的应用，塑件已深入到国民经济的各个部门中，零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现全塑产品，在很多方面，它已成为金属制品的替代物。塑料模具作为成型方式中的一种，是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。由于塑料模具成型方式具有生产效率高，产品质量稳定，可节约材料及生产成本低等特点，发展塑料模具工业已成为当代促进塑料制品及机电产品优质廉价生产的重要手段。而注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。注射成型又称注射模塑或注塑, 是塑料加工中重要的成型方法之一, 其技术已发展得相当成熟, 且应用非常普遍, 注塑制品已占塑料制品总量的30%以上, 在国民经济的许多领域有着广泛的应用。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的，因此作为注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。四、注塑模具制造的特点型腔及型芯呈立体型面。塑件的外部和内部形状是由型腔和型芯直接成型的，这些复杂的立体型面加工难度比较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工，如果采用传统的加工方法，不仅要求工人技术水平高、辅助工夹具多、刀具多，而且加工的周期长。精度和表面质量要求高，使用寿命要求长。目前一般塑件的尺寸精度要求为IT67，表面粗糙度Ra0.20.1m，相应的注塑模具零件的尺寸精度要求达到IT56，表面粗糙度Ra0.1m以下。激光盘记录面的粗糙度要达到镜面加工的水平的0.020.01m这就要求模具的表面粗糙度达到0.01m以下。长寿命注塑模具对于提高高效率和降低成本是很必要的，目前注塑模具的使用寿命一般要求100万次以上。精密注塑模要用刚度大的模架，增加模板的厚度，增加支承柱或锥形定位元件以防止模具受压力后产生变形，有时内压可以达到100MPa。顶出装置是影响制品变形和尺寸精度的重要因素，因此应该选择最佳的顶出点，以使各处脱模均匀。高精度注塑模具在结构上多数采用镶拼或全拼结构，这要求模具零部件的加工精度、互换性均大为提高。工艺流程长，制造时间紧。对于注塑件而言，大多是与其它零部件配套组成完整的产品，而且在很多的情况下都是在其它部件已经完成，急切等待注塑件的配套上市。因为对制品的形状或尺寸精度要求很高，加之由于树脂材料的特性各异，模具制造完成后，还需要反复地试模与修正，使开发和交货的时间非常紧张。异地设计、异地制造。模具制造不是最终目的，而是由用户提出最终制品设计，模具制造厂家根据用户的要求，设计制造模具而且在大多数情况下，制品的注射生产也在别的厂家。这样就造成了产品的设计、模具设计制造和制品的生产异地进行的情况。专业分工，动态组合。模具生产批量小，一般属于单件的生产，但是模具需要很多的标准件，大到模架，小到顶针，这些不能也不可能只由一个厂家单独完成，且制造工艺复杂，普通设备和数控设备使用极不均衡。五、CAD/CAE技术在注射模设计中的应用 1、塑料模具CAD 技术CAD（Computer Aided Design）技术是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称，是一项综合性技术。注射模具CAD 大多采用Pro/ E( Engineer)软件作为产品及模具设计的开发平台,Pro/ E 软件是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,可对塑料制品进行三维造型设计。利用Pro/ E 的Mold design 模块可进行分型面的定义、抽取模具元件生成模具型腔和型芯、浇注系统的设计、冷却系统设计、生成模具成型零件的三维实体模型,利用Pro/ E 系统的布局及装配模块,可以进行模具的顶出系统和三维的总装配设计,并最终利用工程图模块生成二维工程图。其间将使用Pro/ E 的外挂软件EMX4. 0 来进行模具标准元件的导入,以使设计更快速,修改更方便4。由于注射模具结构复杂,要求各部件运动自如,互不干涉,且对模具零件的顺序动作以及行程有严格的控制,Pro/ E 可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真,从而检查出模具结构设计的不合理处,并及时更正,以减少修模时间。Pro/ E 软件的这些功能模块在注射模具设计中的优势体现得更加淋漓尽致。2、塑料模具CAE 技术CAE(Computer Aided Execution) 技术即计算机辅助工程技术,它是计算机辅助设计/ 计算机辅助制造(CAD/ CAM) 技术向纵深方向发展的要求。注塑成型CAE 技术是根据高分子流变学、弹性力学、计算机技术,采用有限元计算方法来模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品质量的影响,它可以模拟塑料制品在注塑成型过程中的流动,保压和冷却过程以及预测制品中的应力分布、分子取向、收缩和翘曲变形等,帮助设计人员及早发现问题,及时修改模具设计,提高一次试模成功率,帮助企业缩短产品上市周期,增强市场竞争能力。美国上市公司Mudflow 公司是专业从事注塑成型CAE 软件和咨询公司,Mudflow 公司是塑料成型分析软件的创造者,自1976 年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直主导着塑料成型CAE 软件市场。近几年,在汽车、家电、电子通讯、化工、日用品等领域得到了广泛应用。传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的直觉和经验,模具设计加工完以后往往需要经过反复的调试与修正才能正式投入生产,发现问题后,不仅要重新调整工艺参数,甚至要修改塑料制品和模具,这种生产方式制约了新产品的开发。利用CAE(Mudflow) 分析软件在模具加工之前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力、收缩以及气辅成型和热固性材料流动分析,找出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率,以达到降低生产成本、缩短生产周期的目的。塑料模具的设计不但要采用CAD 技术,而且还要采用CAE 技术。这是必然趋势7。注塑成型分两个阶段,即:开发/ 设计阶段(包括产品设计、模具设计、模具制造) ;生产阶段(包括购买材料、试模、成型) 。传统的注塑方法在正式生产前由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕后,通常需要几次试模,发现问题后,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需要修改塑料制品和模具设计,这势必增加生产成本,延长产品开发周期。采用CAE 技术,可以完全代替试模,CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模具制造之前,预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程,帮助研判潜在的问题,有效地防止问题发生,大大缩短了开发周期,降低生产成本。现代注塑成型CAE 技术的作用在于:(1) 优化塑料制品设计塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成败和质量关系重大。以往全凭制品设计人员的经验来设计,往往费力、费时,设计出的制品也不尽合理。利用Mudflow 软件,可以快速地设计出最优的塑料制品。(2) 优化塑料模设计由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性,传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用mudflow 软件,可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸、冷却系统等进行优化设计,在计算机上进行试模、修模,可大大提高模具质量,减少试模次数。(3) 优化注塑工艺参数由于经验的局限性,工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数,选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。Mudflow 软件可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等,以注塑出最佳的塑料制品来。3、基于CAD/ CAE 技术的注射模设计流程运用CAD/ CAE 软件设计注射模的具体步骤如下。(1) 应用Pro/ E 软件完成制品的造型。(2) 成型方案确定后,可进行浇口分析,得出最佳浇口位置。(3) 模具初始方案的设计,包括型腔数目、浇注系统、冷却系统管道设计。(4) 在模具初始方案确定后,用Moldflow 软件进行流动、保压、冷却和翘曲等分析,以确定合适的浇注系统、冷却系统等。如果分析结果不能满足生产要求,那么可根据用户的要求修改注射制品的结构或修改模具的设计方案。(5) 在完成CAE 分析和方案评价后,可用Pro/ E 软件进行模具的详细结构设计。(6) 模拟模具开模、推件、合模的过程,并进行模具的干涉检查。(7) 加工信息的提取,用CAM 软件进行数控加工模拟和自动生成型腔、型芯的NC 代码。如需要,完成三维图向二维工程图的转换6。六、塑料注射模具的未来发展趋势从总体看, 塑料注射模具的基本发展趋势是朝高效率、高精度、高寿命方向发展。为提高塑料制品生产效率, 在模具结构上将向多型腔、自动装卸料、节能省料方向发展。日本、德国已普遍采用热固性注塑模和低压传递模, 一模多腔, 型腔数可有几个, 几十甚至上千个。为了充分发挥注塑机的潜力, 发展了多层多腔模具, 多工位多腔模具。热流道模具应用范围正在逐渐扩大。已发展应用于微型注射件, 热敏性材料的注射成型等等, 以及多层多腔注射模, 热流道装置已成为专门的商业产品。测温控制系统的发展改善了注射件的尺寸精度和成型效率。冷却系统不单对型腔进行冷却, 对滑块、型芯都进行冷却, 从而构成空间的立体冷却系统。这些技术的应用, 解决了注射成型中模温、模压、溢料等问题, 使产品的内应力分布趋于合理, 减少了废品率。在设计方法上, 用计算机模拟塑料成型时的料流速度, 温度控制, 流动方式以及应力场的分布等, 使模具达到最优的参数和结构选择, 得到最佳的浇注系统和冷却系统, 减少反复试模的工作量。在加工技术上, 机械技术与电子技术日益密切结合, 更多地采用数控、数显、计算机控制, 如采用数控铣床、光学曲线磨床、高精度电火花加工机床和精密铿床、数控雕刻机等高精度、高效率的加工设备。这使模具精度越来越多地由设备来保证, 减少了对人工技巧的依赖性。日本数控机床占整个机床的比例在2000年就达到了86.8%, 美国有1/3的模具制造厂拥有数控机床。一种连续轨道座标磨床不仅能加工圆孔, 还可磨削任意形状的凸模和凹模, 其定位精度很高, 己使立式座标键床退居次要地位。新型电加工工艺已发展成为一种与其它工艺相结合的复合加工工艺。实现高层次的自动化是目前电火化加工的一个发展方向。喷雾电火花加工也是新近发展起来的电火花加工技术。这种新加工方法, 对改变电火花加工后材料表面的金相属性有重要意义, 在实际应用中有较大的价值。数控仿形铣床是近年来工业发达国家较多采用的型腔加工设备, 其使塑料模具的加工在质量上拼效率上产生了一个飞跃。激光加工技术也广泛用子塑料模具的制造。美国一公司开发了一种适用子多种材料加工的激光雕刻机, 按计算机设定的各种文字、模型或符号, 能雕刻铝、钢、陶瓷、钦及各种软硬质材料。在测量方面采用三座标测量机、大型工具显微镜、数显高度尺, 光学投影比较仪等精密测量仪。微机技术、激光技术广泛用于精密测量。我国在这方面写国外相差甚远, 目前主要以卡尺、千分表等手动测量工具进行直接接触测量, 除随机误差外, 量具的示值误差也很大, 这很难适应复杂型腔高精度尺寸要求的模具零件的检测。模具钢材的发展方向是开发新型耐磨, 耐腐蚀、易切削、抛光性好的塑料模具用钢。材料热处理工艺的发展方向是真空热处理和模具的型腔表面强化处理提高模具型腔钢材的基体强度、刚度和韧性提高模具型腔表面强度、耐磨性、耐腐蚀性、提高模具寿命。近年来, 将粉末冶金材料钨、铬、钻合金等用模压成型直接制成塑料模型腔的方法渐被采用。这种方法制得的型腔有较高的耐磨性和抗腐蚀性, 以及较好的传热性和抗压性, 是制作多型腔模具的理想构料。我国模具材料及应用技术较落后,塑料模具的设计、制造水平仅相当于先进工业国家年代中期的水平热处理工艺还停留在采用普通热处理方式, 真空热处理工艺尚不完善。为使我国模具工业有较大发展, 除加强加工与检测设备的研究外, 对材料及其处理工艺的研究也应得到足够的重视。总 结在信息社会和经济全球化发展的进程中 ,模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展 ,技术含量不断提高 ,模具生产向着专业化、信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展;模具业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。针对我国模具工业的现状 ,通过进一步搞好模具行业的结构调整和创新 ,抓住我国模具价格较低的竞争优势,大力提高模具的开发效率 ,增加大型、精密、复杂和长寿命等技术含量高的中高档模具的比例 ,今后我国模具技术的研究重点和主要发展方向应该是 : ( 1)高速、高精、复杂和长寿命模具加工技术的研究与应用。例如超精冲压模具制造技术、精密塑料和压铸模具制造技术等 ; ( 2)优质模具材料的研制和正确选用 ,以及先进表面加工和处理技术的发展与应用 ; ( 3)模具专业化、标准化的发展及进一步推广应用 ;( 4)快速成型与快速制模 (RP/RT)技术的发展与应用 ; ( 5)CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和 CAD/CAE/CAM技术的进一步集成化、一体化、智能化,从而提高模具设计的现代化、信息化和标准化水平。 随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。参考文献 1秦珂 .我国模具工业特点、基本状况及有关情况 J .航空制造技术,2005( 6) :36-38.2黄荣学, 范洪远.我国模具工业发展概述及展望 J .机械工程师 ,2007 (5) :13-15. 3李沪曾 ,赵卫华 ,等.高速切削加工在我国模具制造中的应用推广 J .模具工程 ,2005( 4) :20-23. 4刘细芬，张帆.CAD/CAE技术在注射模设计中的应用 J .现代塑料加工应用,2009( 8) :56-58. 5杨俊秋. 浅谈塑料模具毕业设计 J .模具制造,2005( 7) :38-40. 6李德群 ,肖祥芷 .模具 CAD/CAE/CAM的发展概况及趋势 J .模具工业 ,2005( 7) :9-12. 7陈志明 ,张海鸥 ,王桂兰 .我国模具工业的现状与发展 J .锻压技术 ,2004( 5) :1-4.8Liu Shengguo.The Current Situation and Development of Stamping Die Technology in China.JVo.l 2