开题报告-3合1洗发露瓶体吹塑模具设计.doc

毕业设计(论文)开题报告题 目： 3合1洗发露瓶体吹塑模具设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 学 号： 指导老师： 2012年 4月 20日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述0 引言模具是用来成型零件的工具，这一工具由各种零件组装而成，不同的模具由不同的零件组成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现零件外形的加工。按照所成型零件的材料的不同，模具可以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；非金属模具可分为：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 。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气辅成型等1。 用模具加工成型零件具有效率高质量好成本低省材料稳定性好等一系列优点，因而模具成为现代加工制造业规模生产不可缺少的工艺装备，模具在产品生产各行各业中发挥这极其重要的作用。据统计，飞机坦克汽车拖拉机电机电器仪器仪表等产品零件中的60以上要用模具加工。而近年来随着我国的经济腾飞和产品制造也得飞速发展，特别是加入WTO之后，我国正向世界制造中心的目标迈进2，模具的生产能力已约占世界总量的10，仅次于日美，位列世界第三3。我国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，这也就是近10年来，中国模具工工业一直以每年15左右的增长速度快速发展原因。模具技术特别是制造精密复杂大型长寿命模具技术水平的高低，已经成为衡量一个企业一个国家制造水平的重要标志之一2。 1模具工业的现状模具是制造业是制造业的重要基础工艺装备。用模具生产制件所达到的高精度、高一致性、高生产率和低能耗，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工帝王”、“进入富裕社会的原动力”等等。国内也将模具工业称为“永不衰亡的工业”、“点铁成金的行业”、“无与伦比的效益放大器”等等。现在，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。没有高水平的模具就没有高水平的产品已成为共识4。 由于我国特殊的基本国情，模具工业在中国起步晚，并且长期的以模具制造作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方，因此一直发展缓慢。直到中国改革开放以后，随着改革开放的日益深入，市场经济进程的加快，模具及其标准件、配套件作为产品，制造生产的企业大量出现，模具产业得到快速的发展，规模也得到扩大4。据中国模具工业协会统计，1995年中国模具总产值为145亿元，而2003年已达到450亿元左右，年均增长14。另外据统计2004年中国（不包括台湾、香港、澳门地区）共有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近20000家，约60万从业人员，年模具总产值达1亿人民币以上的有十几家。但是，我国的模具工业现有能力只能满足需求量的60%左右，还不能适应国民经济发展的需求。据有关部门统计，1997年进口模具价值36亿元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997年出口模具仅为780美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。国内已经认识到了模具在制造业中的重要基础地位，许多模具企业十分重视技术发展，增大了用于模具技术进步的投资2。 2 模具材料要求 模具的工作条件不同，对其材料的性能要求也不同，如冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性；冷挤压模具有要求其材料具有高强度、高韧性、高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和切削加工性。模具的各项性能要求有时候是相互矛盾的，一般硬度高，耐磨性就越高。在同样的硬度下，刚才碳含量越高，耐磨性也就越高。因此，在选择模具材料时，应首先考虑模具的某些基本性能必须适应所制造模具的需要。一般情况下，主要是钢的耐磨性、韧性、硬度、热硬性以及热疲劳抗力，这四种性能可以比较全面的反应模具材料的综合性能，可以在一定的程度上决定其应用范围5。 2.1 满足材料性能要求2.1.1 耐磨性耐磨性是指材料在一定摩擦条件下抵抗磨损的能力。模具在工作时，其表面往往要与工件产生摩擦，要保持模具的尺寸精度和表面粗糙度，使其不发生早期的磨损失效，就要求模具材料能够承受一定的机械磨损。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一5。2.1.2 韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性6。2.1.3 硬度和热硬度硬度是冷作模具材料的主要性能指标，模具在工作中必须具有高的硬度和强度，才能保持其原有的形状和尺寸6。2.1.4 抗疲劳性能 热作模具，如热镦模、压铸模等在服役过程中承受周期性的加热和冷却，冷热疲劳破坏是其失效的主要形式6。2.2 满足工艺性能要求 模具的工艺性能是影响模具成本的一个重要因素，改善模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单、易于制造，而且可以有效地降低模具的制造费用。模具材料的工艺性能，经常要考虑有以下几种： 5。2.2.1 加工性模具的加工对模具寿面有着重要的影响。为了减少各种加工手段的不利影响，机加工要保证每道加工工序的加工精度和表面粗糙度，电加工要减少步距偏差、型孔尺寸偏差及粗糙度，钳工装配不得损坏已加工成型的工件基准面和工作面，保证模具的装配精度。2.2.2 淬透性和淬硬性 淬火后能获得较深的淬硬层。对于冷作模具材料大部分要求高硬度，及要求有一定的淬硬性；对于大部分热作模具和塑料模具，对硬度的要求不高，往往更多的考虑其淬透性，须按照模具截面的大小，选择合适的淬透性。 2.2.3 氧化、脱碳敏感性 模具在加热过程中，如果产生氧化、脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，从而影响模具的硬度、耐磨性和使用寿面导致模具早期失效。为了避免和减少模具被氧化和碳化，应针对不同的模具材料采用不同的热处理工艺，增强模具材料的抗氧化和脱碳敏感性。2.4 模具钢的发展和选用 我国各类模具钢、低熔点合金、刚结硬质合金、高温合金等新型模具材料有70余种7。在GB 129985合金工具钢国家标准中，列入了33个钢种，在JB/T605892冲模用钢及其热处理技术条件中，收入了新钢种5个。基本上形成了具有我国特色的模具用材体系。标准中Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9SiCr、5CrMnMo、5CrNMo、3Cr2W 8V和60SiMn等钢种是模具生产中应用较多的材料，约占80%。20、45、38CrM oA lA、T7A、T8A、T12A和T10A钢等材料多用于工作负荷低，要求不高的模具和模架。W18Cr4V钢和W6Mo5Cr4V2钢用于工作负荷大、要求较高的模具8。近年来，随着模具工业的发展，我国又自行开发和研制了一些新的模具钢。这些材料能满足塑料品种在性能上的差异及制品的形状尺寸、质量、精度要求，其模具材料具有适当的综合力学性能，比较好的耐磨性，良好的切割加工性能、抛光性能、花纹图案光蚀性能、耐蚀性及焊接性能9。 2.4.1 冷作模具钢冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属于热处理强化型钢，使用硬度高于58HRC。冷作模具材料应用量大，使用面积广，其主要性能要求由高强度、高硬度、强韧性和很好的耐磨性。近年来碳素工具钢的使用量愈来愈少，而高合金钢模具所占的比例最高5。 2.4.2 热作模具钢 常用的热作模具钢主要有5Cr型，3Cr_3Mo型，Cr-W型和Cr-Ni_Mo及Cr_Mn_Mo型几类。Cr-W型的代表型钢种有3Cr2W 8V钢，被广泛用于做热挤压模和Cu、Al合金压铸模。这种刚热稳定性高，使用温度达650摄氏度，但是其导热性低，冷热疲劳性能较差，已逐渐有被铬系和铬钼系热作模具钢索取代的趋势。Cr-Ni-Mo及Cr-Mn-Mo型热作模具钢主要用于做锤锻模；热挤压模具钢综合性能好，具有良好的冷热疲劳抗力，H13是5Cr热作模具钢的典型钢种，被广泛用做低于600摄氏度的热挤压模和铝合金的压铸模；热稳定性是热作模具钢的重要性能指标，李平安10等人对8种常用的热作模具钢的热稳定性进行了研究，认为热作模具钢的热稳定性受钢中弥散析出的合金化合物的长大过程所制约，这是由于模具表面层受热析出碳化物导致二次硬化，使其硬度很高。72.4.3 塑料模具钢国内塑料成型模具钢尚未形成系列。一般塑料模具常采用正火态的45钢或40Cr钢经调质后制造。硬度要求较高的塑料模具采用CrW Mn或Cr12M oV等钢制造。前者硬度低，耐磨性和表面光洁度差，模具寿命短而逐渐被预硬钢所取代；后者硬度制造复杂模具时，因热处理变形大，往往不能满足要求，近年来在引进国外通用塑料模具钢的同时，我国也自行的研制了一些塑料模具钢。大体上可分为预硬钢、时效硬化钢和冷挤压成型塑料模具钢3类：预硬钢的含碳量为0.3%0.55%，常用的合金元素有Cr、Ni、Mn、Mo、V等，在其中加入S、Ca等元素可以改善其切削性；时效硬化钢常用的是低镍时效钢，这类刚的耐腐蚀和耐磨性能均优于预硬钢，可用于复杂精密的塑料模具或大批量生产用的长寿命模具；冷挤压成型塑料模具钢适用于一些型腔复杂的塑料模具制造7。 3 模具工业的发展趋势及塑性成形技术的研究方向 3.1 模具工业的发展趋势模具是工业生产的重要工艺装备，是工业产品批量生产的有效工具，国民经济中各大产业的发展都离不开模具11。近些年来，模具产业所占的GDP的比重越来越大，保持的良好的发展势头，“行业规模不断扩大，生产效率不断提高，产业结构不断升级，技术水品不断进步” 12。 我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成型。12用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，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向发展。伴随这产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展1。 3.2 塑性成型技术的研究方向塑性成型技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。国内塑性成型技术与国外相比还有一定的差距，加入WTO之后，为了使塑性成型技术逐步达到国际水平，需要如下6各方面不断地研究，不断提高。（1） 塑性成型 有限元分析金属流动，数值仿真金属流动，成型工艺过程模拟，预测缺陷，纳米材料（超细、微细晶粒）成型，微观视塑法、快速原型成型、数字化塑性成型技术。（2） 模具设计 计算机辅助设计，反向工程，并行工程，快速设计，协同设计，人工智能，基于知识的工程，基于实例的推理，基于模型的推理，集成化技术，网络化技术，多学科多功能综合技术，特征技术，数字化模具设计。 （3） 模具结构 标准化模具，模块单元组合模具，基于Web的CAPP体系结构，纳米模具。 （4） 模具材料 a.基本材料：新型模具材料（冷作、热作），钢结硬质合金。 b.表面工程技术：热扩渗技术，热喷涂与热喷焊技术，复合电镀与复合电刷镀技术，化学镀技术，物理气相及化学相沉积技术，高能束（激光束、离子束、）技术，稀土表面工程技术，纳米表面工程技术。（5） 模具制造数控，电火花，线切割，超精加工，高速铣削，计算机集成制造系统，快速模具制造，柔性制造系统，敏捷制造系统，虚拟制造系统，智能制造系统，协同制造系统，精益生产体系，绿色制造系统，信息管理系统，数字化模具制造。（6） 绿色环保技术 无色热锻润滑剂，拉伸润滑剂（可完全挥发的），无噪声技术，消震，隔震技术11。4 模具设计CAD/CAME通常把模具的制造过程分为“设计”和“加工”两个主要阶段。即由设计师进行构思，并给出模具图纸。技术人员拿到模具图纸之后首先要理解图纸的意义，然后决定所用的加工工艺及加工流程，最后加工出模具零件。自从模具制造业进入了用计算机辅助设计（CAD ）和计算机辅助制造（CAM）技术以后，其初级阶段主要由CAD绘制模具图纸及数腔机床进行自动化加工。即在模具设计师进行设计构思的基础上，由CAD系统进行绘图。这样不仅可以大量节省设计师的绘图工作量，还可以将有关资料以信息的方式贮存在计算机中，随时可以使用各种设计参数，各种标准形状、尺寸等。在模具加工中应用数控机床以后，操作人员只要编制出加工程序即可进行自动加工，这样不仅可以提高加工效率，且可以保证加工质量。应用完整的模具CAD/CAM系统加工模具，不再需要绘制图纸，只要将设计构思输入模具CAD/CAM系统以后，由于系统进行各用设计，同时编制出加工程序直接控制CAM系统中的数控机床进行加工。这样不仅消除了操作人员技能对加工结果的影响，也消除了编制程序人员水平结果的影响13。模具CAD/CAM技术的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和广泛应用。无论是在提高生产率、保证质量方面，还是降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性都是传统模具设计制造方法所无法比拟的。随着社会的进步，技术的发展， CAD/CAM技术日益向技术集成化、系统智能化、体系标准化、信息网络化、目标最优化发展，进一步提高产品设计质量、降低产品成本和缩短设计周期15。5 吹塑成型发展现状吹塑，是把加热至高弹态的塑料型体置于模具内，然后闭合模具，吹入压缩空气，是塑料型体膨胀紧贴到型腔表面，经过保压冷却定型后开模取出，从而得到一定形状的中空塑件的塑料成型方法。14吹塑成型起源于19世纪30年代。直到1979年以后，吹塑成型才进入广泛应用阶段。目前吹塑设备已采用微机、固态电子的闭环控制系统，计算机CAD/CAM技术也日趋成熟；且吹塑机械更专业化、更具特色16。不同的吹塑方法，由于原料、加工要求、产量及成本的不同，在加工不同的产品具有不同的优势。中空制品的吹塑主要有三种方法：a.挤出吹塑：主要用于未被支撑的型体加工；b.注射吹塑：主要用于由金属型芯支撑的型体加工；c.拉伸吹塑：它包括挤出拉伸吹塑、注射拉伸吹塑两种方法，可以加工双轴取向的制品，极大地降低了生产成本和改进制品性能16。参 考 文 献1 模具行业飞速发展的机遇。模具工业.20011年第37卷第9期2 李海平.河南工业大学.国内模具工业的现状及研发趋势.科技资讯3 塑料模具_模具业未来的佼佼者4 周永泰.中国模具工业的现状与发展.电加工与模具.2005增刊5 高为国主编.模具材料.第一版.北京：机械工业出版社，2005 6 李尧主编.金属塑性成型.第一版.原理.北京：机械工业出版社，20047周敬恩.模具材料选用、热处理与使用寿命.金属热处理.No.5 19998 王俊宏.我国模具工业发展战略初探.机电新产品导报.1999年第9-10期9于影霞 何柏林 李力.国内外模具材料的现状及发展趋势.热加工工艺.2009年第38卷第2期10 周永泰. 国内模具市场分析与预测. 模具技术 1998.No.211洪慎章，上海交通大学.模具工业的发展趋势及塑性成形技术的研究方向模具制造.2003.No.12总第29期12宫敏利.国内外模具钢生产现状及发展趋势综述.化学工程与装备.2008年第2期13林鹏.塑料模CAE_CAD_CAM14 叶久新王群主编.塑料制品成型及模具设计.第一版.湖南：湖南科技出版社，200515 Siegert K,Ziegler M,Wagner S.Closed loop control of the friction force deep drawing process J，journal of Materials Processing Technology,1997.16 李海梅 高峰 申长雨编著.吹塑成型发展现状.塑胶工业.17 杨俊秋.模具新材料在塑料模中的应用及展望.模具制造，2007年第3期18 李海梅 高峰 申长雨编著.吹塑成型发展现状.塑胶工业.19 刘登发 雷根成.模具材料处理工艺对模具寿命影响分析与研究.模具技术.2008（2）20 Huang Hanxiong,Liao C M. Prediction of parison swell in plastics extrusion blow molding using a neural network methodJ.polymer testing,2002,21(7)；745749毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：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 告图1 瓶身三视图一、课题的目的与意义本课题是关于3合1洗发露瓶体吹塑模设计，图一为本塑件的三维图形。本次课题是以现实生活中实际产品为课题，通过设计一副能够生产结构合理、实用，并能能保证所需制品的精度、表面质量，符合市场需求的塑料模具，能够使我们熟练使用并掌握UG 、AUTOCAD等绘图软件，同时也熟悉和掌握CAD/CAM模具制造技术。本次设计涉及到了塑件结构设计、塑料成型工艺分析、塑料模具数字化设计、塑料模具零件的选材、热处理、塑料模具零件的制造等方面的知识，这是一个让我们温故和熟练所学知识的好机会，同时也让我们在资料的检索、英文的翻译等方面获得综合训练，为今后的工作奠定了良好的基础。在现代化工业生产中，60%80%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已成为工业发展的基础。作为制造业基础的机械行业，据国际生产技术协会预测，21世纪机械制造业的零件，其粗加工的75%和精加工50%都将依靠模具完成。因此模具行业已成为国民经济的重要基础工业。而中空塑料成型机是我国塑料机械的三大主导产品之一，因而中空吹塑模具技术对经济的发展有着不可估量的作用。二、课题发展现状和前景展望自改革开放以来中国的吹塑技术的迅速发展令人瞩目，体现在吹塑产品向着大型、精密、复杂的方向发展，综合技术含量不断提高、工艺装备及管理水平方面逐渐精益，模具制造周期不断缩短。但是，与美国、日本等发达国家的吹塑技术相比依然还存在很大的差距。伴随着市场经济的发展和需求，吹塑技术也有着新的发展趋势，主要表现在在材料、机械、辅助设备、控制系统、软件等方面。 (1) 原材料为满足吹塑制品的功能、性能 ( 医药、食品包装 ) 要求，吹塑级的原料将更加丰富，加工性能更好。如 PEN 类材料，不仅强度高、耐热性好、气体阻隔性强、透明、耐紫外线照射，可适用于吹制各种塑料瓶体，并且填充温度高，对二氧化碳气体、氧气阻隔性能优良，且耐化学药品。 (2) 制品包装容器、工业制品将有较大增长，而且注射吹塑、多层吹塑会有快速的发展。 (3) 吹塑机械及设备吹塑机械的精密高效化；辅助生产 ( 操作 ) 设备的自动化。“精密高效”不仅指机械设备在生产成型过程中具有较高的速度和较高的压力，而且要求所生产的产品在外观尺寸波动和件重波动方面均能达到较高的稳定性，也就是说生产制品各个部位的尺寸和外形几何形状精度高，变形及收缩小，制品的外观及内在质量和生产效率等指标均要达到较高的水准。辅助操作包括去飞边、切割、称重、钻孔、检漏等，其过程自动化是发展的趋势之一。 (4) 吹塑成型模拟吹塑机理的研究更加深入，吹塑模拟的数学模型的合理构建，数值算法的快速、准确是模拟的关键，吹塑成型模拟将会在制品质量预测、控制中发挥越来越重要的作用。三、课题主要内容和要求本次设计洗发露瓶体的塑模的成型工艺及模具设计，此零件主要采用吹塑成型的方法得到，用这种方法的优点是：成型周期短，能一次成型外形复杂的结构，设备造价低，适应性强，可成形性好。1、塑件分析壳体塑件见图【2】，该塑件是一个椭圆柱体的薄壁塑件，小瓶颈式的开口。综合考虑了塑件的特征以及各类塑料的成型特点，通过对该塑件采用挤出吹塑成型是个最可行的方法。 图2 瓶身三维图2、塑件选材本课题是3合1洗发露瓶体吹塑模设计，选用PVC作为吹塑材料，PVC学名为聚氯乙烯，具有良好的拉伸强度，刚度，良好的耐磨性，吸水性。由于它的良好的化学稳定性和电绝缘性，PVC原料已广泛运用于各类产品的包装容器，如：水瓶、化妆瓶、药瓶、广告瓶、洗洁精瓶、洗发水瓶等。聚氯乙烯（PVC）塑料的综合性能如下： 表2 聚氯乙烯（PVC）塑料的综合性能密度/（g/cm3）1.35-145收缩率/s0.6-1拉伸强度/35-62热变形温度/(1.82MPa)54-80硬度/HBR110-120冲击强度/(J/m)22-1083、塑件尺寸和精度要求本课题是3合1洗发露瓶体是一个椭圆状柱体，其尺寸为202mm x80mm x76mm，壁厚为1mm。它是一个在市场应用比较广泛的塑件产品，要求实用和美观，各棱边过度圆角R/T0.8（R为圆角半径，T为壁厚），符合薄壁要求，应力不易集中。此塑件精度要求不高，取IT6级。4、 塑件的成型原理 本课题是3合1洗发露瓶体采用的是吹塑成型技术，其成型原理是：将挤出或注射成型所得的半熔融态管坯(型坯)置于各种形状的模具中，在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得到中空制品的成型方法。5、塑件的工艺性分析目 生产塑料瓶设备的成型方式主要有以下几种：(1)挤出吹塑成型；(2)注射吹塑成型；(3)挤拉吹成型；(4)注拉吹成型。以这四种成型方式生产的产品性能结构均有差别。简单小型塑料瓶采用挤出吹塑成型方式的设备受到客户的普遍欢迎，因为用挤出吹塑成型方式是一种最原始和最简单吹塑成型方法，在生产精度要求一般的瓶体时，挤出吹塑能满足其工艺要求。模具制造简单，成本较其他模具低，从而在低成本的情况下能够制造所需产品，符合物忧价廉的市场原则，在塑件成型后脱模也比较方便。四、研究方法、步骤和措施1、研究方法(1)认识和分析塑件，了解塑件设计的要求，画出塑件的三维图。(2)查找与课题相关的资料：在湖南工程学院图书馆及湖南工程学院图书馆网上的数据库里查找；中文科技期刊数据库、全国硕、博士优秀毕业论文数据库、清华同方数据库等从上面下载大量相关的资料； (3)通过所查阅的资料，确定塑件的成型方法和工艺3、 设计步骤(1)工艺方案的确定列出所有的塑膜成型方法，对比各种成型工艺的优缺点以及常应用领域，综合考虑各