（材料加工工程专业论文）汽车后视镜罩精密注塑模cae研究.pdf

摘要 摘要 本文根据注塑成型理论进行罩壳模具设计，包括确定分型面、浇口位置和形 芯、抽芯机构、脱模形式及冷却系统，分析模具型腔和型芯的精度、制品注塑成 型中的收缩、选择注塑工艺参数等闯题，以保证注塑过程的顺利进行；在建立罩 壳c a d 模具模型的基础上，对注塑成型过程进行数值模拟，预测模具设计和成型条 件对产品的影响及可能出现的缺陷；在对注塑成形过程进行c a d c a e 的研究基础 上，采用a u t o c a d 和p r o e n g i n e e r 等制图软件进行造型设计、模具中的模架、型腔 几何形状、顶出系统设计；然后导入到a n s y s 软件进行c a e 分析，分别对模型进行 了有限元的前置处理，分析计算，后置处理等一系列的分析工作。 本课题的主要研究内容和结论如下： 1 、模具采用定模抽芯，球形型芯内安装点浇口镶块，球形和下面周边的挂钩 采用强行脱模方式，开模时零件与浇口自动分开，零件不需去飞边，可直接与镜 面较好配合，废品率低； 2 、通过对复杂的三维实体分析，可用平面代替一些不必要的曲面，去掉不必 要的结构，使实体模型尽可能简化，对分析的顺利进行和降低时间都很重要； 3 、作有限元分析时，开始应该采用较疏的网格进行分析，在确定优化模型的 有利之处后再采甩较精密的网格划分，提高分析精度及效率； 4 、零件受力的约束部位以及孔槽等位置最容易形成应力集中，尤其尖角处， 因此，应该尽可能采用圆角过渡。 关键词：精密注塑；后视镜罩；模具设计：c a e ； 北京交通大学硕士学位论文 a c c o r d i n g t ot h et h e o r yo f t h ei n j e c t i o nm o l dt oc a r r yo nt h ec o v e r e dh u l lm o l d i n g t o o ld e s i g n , r e a l l yi n c l u d et od e t e r m i n et h et y p et od i v i d i n g - p l a n e ，t or e a l l ys e t t l et h e p o u rm e a t u sp o s i t i o na n df o r m s ，t or e a l l ys e t t l et h ef o r mo ft a k i n go f f f r o mt h em o l d , t o r e a l l ys e t t l et h ec o o ls y s t e m ；a n a l y z et h en i c e t yn o t e so ft h ep r e c i s i o nt ot h em o l dc a v i t y a n dm o u l dc o r eo ft h en i c e t yi n j e c tm o u l d ；c o n s t r i n g e ds o m ep r o b l e m so fp r o d u c i n g ；t h e c h o i c eo f t h ei n j e c t i o nc r a f tp a r a m e t e re t c i ti st oa s s u r a n c et h ei n j e c t e dp r o g r e s s s m o o t h l y i nt h ef o u n d a t i o no ft h eh u l lc a dm o l d , t on o t et h ef l u x i o na n dt ok e e pp r e s s o ft h ei n j e c tm o u l d , c o o l i n ge t c t h ep r o c e s st 均j r i e so nt h en u m b e re m u l a t i o n t h ei m a g e k e e p st h ev i e wg r o u n dt oi m i t a t et om o u l dt h ep r o c e s sp h y s i c a l l y , p r e d i c t i n gt h e m o l d i n g t o o ld e s i g na n dm o u l dt h eb l e m i s ho ft h ei n f l u e n c eo ft h ec o n d i t i o nu p o nt h e p r o d u c ta n dp o s s m l ee m e r g e n c e ；i nt h ef o u n d a t i o no f t h ec a d c a er e s e a r c ho nt h e i n j e c t i o np r o d u c i n g a d o p t i n gt h e a u t o c a da n dp r o e n g i n e e rg r a p h i c ss o i t w a r et o 例 d f o n t h es h a p e d e s i g n t h e 础o f t h e m o l d , t h e g e o m e t r i c a ls h a p e o f t h e m o u l d c a v i t y , t h ee x t r u s i o ns y s t e mw e r ed e s i g n e d ；t h es t a t i ca n a l y s t so ft h em a i nl o a d e dp a r t s o f t h e m o l da 托s t u d i e d b y t h e a n s y s t h e f e a s o f t w a r e t h e s o l i d m o l d s f u r a n a l y s i s w e r eb u i l tb yp m ，es o f t w a r e , a n dt h e nc h a n g et h e mo l df r o m p r tf o r m a tt ot h e d b f o r m a tb ya n s y ss o f t w a r e t h em o l d sw c i 弓d e f i n e db yt h ep r e - p r o c e s s i n gp a r to ft h e a n s y s a n dw e r ea n a l y z e db yt h ea n a l y s i sp a r to ft h ea n s y s t h er e s u l t sw e r ed e a l b y t h ep o s t p r o c e s s i n g p a r t th ea n a l y s i si sb a s e do nt h er e s u l t so t h ep a p e rc a e o p t i m i z a t i o na r t t h em a i na n a l y s i sc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1t h ed i eu s e df i x e dd i eh a l fa n dl o o s ec o r e ，p o i n tp o u t i n g 百u tw a se m p l a c e d i n s i d es p h e r es h a p ec o r e ，t h es p h e r ea n di t ss u b j a c e n tc i r c u m f e r e n c eh o o k e r sw e r e s e p a r a t e db yf o r c e dd e m o u l d i n g - m o d e ，w h e nt h ed i e i ss i n k i n g , c o m p o n e n t sa n d p o u t i n gm o u t hw e r es e p a r a t e da u t o m a t i c a l l y , c o m p o n e n t sc a nh a v eal o wd e f e c t i v e i n d e xw i t ha n df i tw e l lw i t hs m o o t hs u r f a c e ，a n dd i d n tn e e dt oc a tf a s h 2f o rt h ea n a l y s e so ft h ec o m p l i c a t e ds o l i dm o l do ft h r e ed i m e n s i o n s , f li tc a n n o t i n f l u e n c et h ep r e c i s i o no ft h ea n a l y s e s ，s o m eu n i m p o r t a n tc u r v es u r f a c e so ft h em o l d s h o u l db ew i p e do f i nh i sw a yc a na l s og r e a t l yr e d u c et h ea n a l y s i st i m e ； 3i nt h eb e g i n n i n go ft h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s , c o a r s em e s hs h o u l db em a d e f i r s t l y t h ef i n e 咖ds i z ec a nn o tb et a k e nu n t i lw ef i n dag o o do p t i m i z e dm o l d i tc a n a l s og r e a t l yr e d u c et h ea n a l y s i st i m ei nt h i sw a y ； 4t h ep l a c e so fc o n s t r a i na n dh o l ea n ds l o to ft h ep a l ta l ep r o n et oh a v ep e a k s t r e s s , e s p e c i a l l yt h ep o s i t i o nw h e r eh a v es m a l la n g l e s o nt h ec o n d i t i o no fp e r m i s s i o n s m a l la n g e l ss h o u l db er e d u c e da n da d o p tr o u n da n g l e s ； k e y w o r d s ：p r e c i s i o ni n j e c t i o nm o l d ；b a c k w a r dd r i v e rm i r r o rs h e l l ；m o u l dd e s i g n ； c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g 北京交通大学硕士学位论文 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 导颇签名；刳淑武导颇签名；刀p l 汉0 氏 签字日期：口6 年fz 月2 , o e l 北京交通大学硕士学位论文 致澍 本论文是在导师刘汉武副教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究内 容的确定以及相关实验的完成、直到最后的定稿，始终都得到导师的耐心指导和 精心培养。刘老师在学术上严谨求实、踏实钻研和博学敬业的科研态度让我敬佩! 在科研交流中，刘老师的和蔼可亲、友善平等的态度让我感动l 尤其刘老师在生 活上给予了我很大的关心和帮助，我很荣幸能成为刘老师的学生l 在此论文完成 之际，向刘老师表达我最诚挚的感谢和最崇高的敬意l 感谢杜云慧老师、张鹏老师在我困难时候的安慰和鼓励l 他们身上兢兢业业、 严谨求实的科研精神和学识广博、平易近人的师德是我一辈子学不尽的财富，我 从他们行为的点点滴滴中更学会了做人l 感谢在实验室工作和模拟过程中，师兄于江浩、郝志强、肖军、张献功提供 的许多建设性指导，张君、朱成才、李慧芬、姚莎莎、唐丹丹等同学对我科研工 作中的热情帮助，同时使我获得的一生难得的友谊! 感谢在我研究生学习生活期间给与我关心和帮助的所有老师和同学! 感谢父母、弟弟、赵春喜等家人的关心和默默的支持l 我将会在以后学习和 工作中的努力来报答你们无私的爱! 前言 1 1概述 1 前言 长期以来，我国的注射模设计主要依靠设计者的经验和直觉，通过反复试模、 修模修正设计方案，缺乏科学依据，具有较大的盲目性，不仅使模具的生产周期 长、成本高，而且质量也难以保证。对于大型精密、新结构产品，问题更加突出。 随着塑料制品应用的日益广泛，传统的注射模生产方式已不能适应现代社会发展 对塑料制品产量、质量和更新换代速度的需求多年来，人们一直期望能预测注 射成型时塑料熔体在模具型腔中的流动情况及塑料制品在模具型腔内的冷却、固 化过程，以便在模具制造之前就能发现设计中存在的问题，修改图纸而不是返修 模具。注射模c a e 技术的出现使人们的这一愿望能变为现实。 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶工业的迅速发展以及塑 胶制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对 模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量 的要求。电脑辅助工程( c a e ) 技术已成为改善塑胶产品开发，模具设计及产品 加工等薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，c a e 技术无论在提高 生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优 越性。 美国上市公司m o l d f l o w 公司是专业从事注塑成型c a e 软体和咨询的公司， 自1 9 7 6 年发行了世界上第一套流动分析软体以来，一直主导塑胶成型c a e 软体 市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。 利用c a e 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比 分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和 纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及 时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具 设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低 成本等，都有着重大的技术经济意义。 北京交通大学颐士学位论文 塑胶模具的设计不但要采用c a d 技术，而且还要采用c a e 技术，这是发展 的必然趋势。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 和模具制造) 和生产阶段( 包括购买材料、试模和成型) 传统的注塑方法是在 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，甚至还需要修改塑胶制品 和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用c a e 技术，可以完 全代替试模，c a e 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，预测塑胶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。 近年来，c a e 技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用c a e 技术可 以全面解决注塑成型过程中出现的问题。 1 2精密注塑成型国内外研究进展 精密注塑成型一般是指成型制件的精度和表面质量均要求很高的工艺。精密 注塑成型，从严格意义上来说，指的是通过注塑机设备生产出来的塑胶制品的尺 寸精度，可以达到0 0 1 r a m 以下，通常在0 0 1 o 0 0 1 m m 2 间的一种注射成型生产方 式。“精密注射成型”这一概念，主要是区别于“常规注射成型乙随着高分子材 料和微电子技术的高速发展，电子电路高度集成化，使得工业设备零件逐渐发展 为高性能化、高精度化、轻量化、小型化和微型化。工程塑料由于具有一系列的 优异性能和明显的经济效果，应用领域日益广泛。在精密仪器、电子仪表、航空 航天、汽车工业、光学仪器和通信工业等等行业中精密塑料制品都占有很重的地 位，甚至有的行业出现了金属零件塑料化的趋势。模具结构是精密注塑中非常重 要的一部分，制品的尺寸精度与模具设计合理性密切相关，为了达到成型精密注 塑零件的精度要求。精密注塑模具结构设计要求逐步提高。因此，对于他们的精 度要求也就越来越高，而这些精度又往往是普通注塑成型难以达到的，故在此基 础上，精密注塑成型应运而生，并且正在迅速发展和不断完善。 县前，在汽车行业中使用的塑料零部件如线圈骨架、基座、保险丝盒、片时 熔断器、中央配电盒、护套、推动架、簧片排组件及后视镜外罩等大都采用注射 成型。由于这些塑料件本身具有较高的设计精度，因此不能采用常规的注射成型， 必须采用精密注射成型工艺技术。为了保证这些精密塑料件的性能、质量与可靠 性，注射成型出质量较高、符合产品设计要求的塑料制品，必须对塑料材料、注 2 塑设备与模具及注塑工艺进行不断改进。 随着科学技术的日益发展，人们对塑料制件精度的要求越来越高，传统的成型 工艺已很难满足目前高标准的要求，这给精密注塑成型技术的发展提供了强大的 推动力，全世界先进的精密注塑技术不断涌现近年来，随着电脑、手机、光盘及 微电子通讯产品用量急速增长，精密注塑成型开始向高速、超精密及微型化方向发 展：计算机模拟仿真以及计算机辅助设计技术越来越多地应用到产品与模具的设 计加工过程中去， 1 2 1 精密模具的划分 精密注塑成型，至今人们还未做出一个统一、完整的定义，但从注塑成型制 品的实际情况看，所谓“精密”包括两种含义： a ) 几何精度：几何精度是指制品在几何方面的精度要求，这是精密注塑成型 需要解决的一个主要闯题。几何精度包括尺寸精度和形位精度目前精密注塑成 型制品的尺寸精度已能够达到j 髓级，个别电子、光学仪器的模具要求超高精度尺 寸。甚至达到蛳级。相比之下，形位精度，即制品个别要素的形状以及他们之间 位置关系的精度的提高则比较困难，目前还未能满足高精度场合的使用要求。 b ) 机能精度；机能精度是个比较笼统地概念，它是根据几何精度以外其它实 际情况的需求而提出来的。举例说，像光学仪器的一些配件以及装饰品等对制品 的外观、色彩、透明度、透光度、表面光洁程度等方面提出的要求。又如，有些 在受力或特殊工作环境下使用的塑料制品，对刚度、力学强度及内应力均匀性等 都有较高要求。制品在这些方面的精度要求，即所谓机能精度，它也是精密注塑 成型中所要解决的问题。 总之，精密注塑的显著特点是注射压力高，注射速度快，温度控制严格，制 品重量和尺寸精度要求比较高。 1 2 2 精密注塑工艺过程 影响精密注塑制品质量的工艺条件很多，包括注射压力、注射量、注射速度、 料筒温度、保压压力及时问、多级控制、冷却时间、制件的检查等。精密注射工 艺过程包括成型前的准备、注射过程和制品的后处理三个阶段。 1 ：成型前的准备 在材料成型前一般应对塑料原料进行外观检验，如原料的色泽、细度及均匀 度等，必要时应对塑料的工艺性能进行测试。如p e 材料，具有耐低温，韧性好， 3 北京交通大学硕士学位论文 刚柔相济且重量轻等显著优点。在成型前，还应对注射机的料筒进行清洗或拆换， 有时需对模具进行预热。 2 ：注射过程 塑科在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，经模具的浇注系统进 入模具型腔，其过程可以分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。如图： 卜：_ 螺杵逮度 一撼腔压力4 一计量塞埴遘，“ 茹。骞一喷嘴谯警。一主证遣d 一分馥粤 。 ? “：。，卜巍日，。型腔、，： 图1 1熔体经由流道充模 f i 9 1 1 m e l tc h a r g et h em o d e lv i at h e 1 1 n 1 1 e 1 对于螺杆式注塑机，充模是注射机的螺杆从预塑后的位置向前运动开始的。在 液压缸的推力作用下，螺杆头部产生注射压力，迫使料筒计量室中已塑化好的熔 体流经注塑机喷嘴、模具主流道、分流道、最后从浇口处注入并充满模具型腔。 在注射过程中压力随时问呈非线性变化，如下图显示的是在一个注塑周期内 压力随时间变化的曲线图。 ，：，rv ，tr 时间，1 ， 、 图1 2 注射周期中压力时问曲线 f i 9 1 2 p r e s s u r e t i m ec u r v eo fi n j e c t i o np e r i o d 4 由图知：o a 段是塑料熔体在注射压力p 1 作用下从料筒计量室流入型腔始端 的时间；b c 时间段熔体进入压实阶段，此段时间约占制品重量1 5 的熔体被压入 到型腔内，此时熔体进入型腔的速度已经很慢；d c 时间段是保压阶段，此时熔体 流动速度更慢，螺秆只有微小的补缩位移，熔体随着模具的冷却，密度增大面逐 渐成形；f i e 时间段为冷却定形阶段，制品逐渐冷却到具有一定的刚性和强度时脱 模 3 ：制品的后处理 塑料制品脱模后，常需要进行适当的后处理来改善制品的性能和提高制品尺 寸的稳定性。制品的后处理主要是指退火和调湿处理。 目前在精密成型工艺的研究中，人们越来越多地使用了计算机模拟与仿真技 术。通过对实际工矿进行模拟。找出影响制品质量及尺寸精度的因素，并提出改 进的方法 1 2 3 精密注塑模具的设计和制造 普通注塑模具设计，国外先进国家已有经验数据逐步过渡到计算设计，对模 具浇注系统和型腔的熔料流动性及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助设 计而我国仍然采用经验设计为主，计算机辅助设计仅用来帮助分析问题。而精 密注塑模具设计的要求，于普通注塑模具设计相比，更为严格、准确。所以，微 机辅助设计在精密注塑模具设计与制造中的一个应用更为重要，特别是浇注系统 的流动行为和模具温度调节系统的热量分布等设计必须采用微机辅助设计，否则 是不可能设计出合格的精密注塑模具的。为了缩短精密注塑模具设计与制造周期， 在我国逐渐地实施标准化。模架、型芯和型腔等只作最低限度的设计，对原材料 的尺寸等也需要实施标准化。在模具上尽可能采用自动化加工的数控机床群，对 一群加工中心实篪直接数控运转，每台机床每年可达到8 0 0 0 h 的无人操作运行， 这一成果将广为推广。 模具是精密注塑中非常重要的一部分，制品的尺寸精度与模具制造精度以及 模具设计合理性密切相关，只有不断地对精密注塑模具的设计与制造进行研究与 改进，才能达到成型精密注塑零件的精度要求。塑料精密注射成型用的模具为精 密注塑模具。精密注塑成型在注塑成型制品生产中是必不可少的主要工具之一， 渗透到了我们生活中的每个角落。精密注塑模具设计得好坏，决定着精密注塑成 型制品的质量的优劣、精密塑料制品的价格高低，同时其还在很大程度上要靠精 密注塑模具设计的合理性和先进性来保证。先进的精密注塑模具、合理的精密注 塑成型工艺及高精度、高效率的设备是当代精密塑料成型加工中必备的三个重要 5 北京交通大学硕士学位论文 因素，缺一将一事无成。但精密注塑成型制品能够更广泛使用的决定因素，最总 落实到精密注塑模具设计上。目前，世界上许多国家都对模具结构进行了改进， 如；美国儿的l e o p o l di g e m i c k i 、j a m e sw m e g i n l e y 、p h i l i pw s c h o f i e l d 等都 通过对模具进行的改进发明了种精密注塑光纤套圈的方法；新加坡n a t l e 大学 的s u ny f 等人在注射模具的冷却系统中使用了一种u 形铣槽，提高了制品的精密 度；德国的l i n d n e r e 。对c d 光盘注射模具的结构以及工况等各方面进行修正， 使模具型腔的公差保持在几个p m 之内；日本p r o d u c t i o ne n g 。r e s 。l a b 的h i g a s h i y 等人发明的激光辅助高速金属烧结和成型技术制造出的模具，可生产超精密的 塑料制品1 万件以上。大连理工大学的于同敏等人研制出了b m c 塑封电机定子精 密注射模具，成型的电机定子在外观和质量均赶超了国外模具生产的同类产品； 福建厦门联想移动通信科技有限公司研发的导光柱精密注射模具，成功地应用于 成型g 2 1 8 手机面板上的显示导光柱。 当前，世界工业先进国家如日本、德国、美国等都很重视精密注塑模具设计， 我国在引进国外先进设备和技术的基础上，正在起步和完善，精密注塑模具将作 为高科技技术迅猛向前发展。总之，将来精密注塑模具设计与制造，将朝着更短 时间内设计和制造出高精度、高寿命、高效率、更先进精密注塑模具的方向发展。 1 2 4 精密注塑模具的发展趋势 通过对世界上精密注塑先进技术的考察，发现精密注塑成型制品已经有较完 善的理论基础，在2 1 世纪里精密注塑成型必将继续不断地发展和完善。计算机模 拟与仿真设计的精密注塑成型技术将向着更加高速、超精密、微型化及智能化方 向发展。目前世界上先进的精密注塑技术主要集中在德国、日本、美国以及其他 一些西欧国家，东南亚一些国家和地区如韩国、新加坡及我国的香港和台湾地区 发展也较迅速。我国大陆的精密注塑技术近几年也取得了较快的发展，但是与一 些发达国家还有一定的差距，这就需要我们的科技人员不断努力，争取早日达到 国际先进水平。 随着电脑、手机、光盘及微电子通讯产品用量急速增长，精密注塑成型开始 向高速、超精密及微型化方向发展；计算机模拟仿真以及计算机辅助设计技术越 来越多地应用到产品与模具的设计加工过程中去；新型的材料不断涌现，并且通 过对原有材料进行改性使制品精密度得到较大提高。下面从精密注塑机、精密注 塑工艺及精密注塑材料性能研究三方面介绍了国内外精密注塑技术的最新进展。 在注塑机方面：精密注塑机是指具有成型精密制品能力的注塑机。从2 0 世纪7 0 年 代开始，随着电子技术的发展，工业发达国家相继研制出不同种类的精密注塑机。 6 目前世界上最新发明的精密注塑机分别是由我国广东泓利、德国的i k v 和日本的 t o y o 发明的。其中德国i k v 在a g a g a sg m b h 公司的帮助下，发明了一种新的微 型注塑成型机，其最大的特点是使用了i k v 软件c a d m o u l d m e x 来优化喷嘴和 模具的设计，在该机的设计过程中使用最新发明的3 d 软件s i g g a s o f t 来规划塑化单 元的热量，最终提高了塑化效率；日本t o y om a c h i n e r y m e t a lc o 。l t d 的y o s h i y a t a n i g u c h i l 等人发明了一种可进行超精密注塑成型的超精密注塑机，该机装有伺服 机构的各部分，使得树脂计量、共混和注射过程、开合模过程、浇口切割过程、 脱模过程和模型转移过程均能实现精确的反馈控制，在性能不变动的同时，兼具 了成本较低和控制简单的优点；由广东泓利机器有限公司研制成功的“j p h l 0 0 g 高速精密塑料注射成型机”，于2 0 0 3 年8 月1 9 n 通过广东省科技厅组织的科技成果 鉴定，其注射速度和制品质量重复精度分别达到国际先进水平的1 0 6 5 m m s 及0 1 4 。堪称我国塑料机械蓬勃发展史上的一项重大事件，它不但结束了我国只依赖 进口高速超精密注塑机的历史，而且在塑料机械这一领域，对于提高我国注塑机 技术水平具有深远意义从此结束了我国塑料工业长期不利用国产装备生产高精 密塑料制品的历史! 宣告我国塑料制品行业已真正步入精密化、微型化时代1 2 0 0 2 年日本厂家在上海举办的第十六届中国国际塑料橡胶工业展览会上，展出了循环 时间0 6 1 s 的电动一液压复合式精密注塑机，这种复合式结构精密注塑机体现了现 代精密注塑机将朝着高速高效、节能、网络化、智能化的方向发展。 ， 在精密注塑成型工艺方面：台湾c h u n gy u a n 大学的c h e ns c 、l i a w w l 等人研究 的薄壁制品的精密注射螺杆成型，并对其在不同的合模压力下注射速度、熔化温 度、模具温度、填充保压转换和保压压力实现了精密注塑控制；韩国k o r e a a d v a n c e di n s t i t u t eo f s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y 的s 。c 。t 朋等人研发了一个考虑了压 缩的f e m f d m 混合图表来计算流动场的结果，经验证与实验数据吻合得很好： 新加坡南洋科技大学的x u e h o n gl u 等人通过实验研究了在塑料光学透镜的精密注 射成型中加工条件对成型透镜质量的影响；德国n e wb r u n s w i c k 大学i 狗h e a l y a n n a 和d u b a yr i c k y 等人把计算流体动力学( c f d i ) 和主动的过程控制结合起来优化控制 器性能的方法成功应用于注射成形中熔体温度的控制模拟中；广东工业大学材料 系的李江平提出了精密注塑模具设计和提高塑件精度的方法，并总结出精密注塑 模的型腔尺寸设计计算公式 在精密注塑材料性能方面：美 亘d o n n e l l yo p t i c s l 2 发现新型的环状石蜡共聚物 ( c o c s ) 和圆形丙烯酸共聚物( c a c s ) 材料制品，透明性较强、双折射较少，热稳定 性较好；日本m i t s u b i s h ie n g 。p l a s t i c sc o r p 的u e d a m 改变p c 材料性能，提高制品的 精密性；日本h i t a c h il t d 的y o s h i im a s a h i 等人发现聚碳酸酯精密注射成型时与微小 波纹的尺寸关系，成功地指导了对精密注射成型过程；美国m a s s a c h u s e t t s 大学的i j u 7 北京交通大学硕士学位论文 c 等人通过研究工程塑料p e i 和l c p 的精密注射成型的加工变量对塑料制品精密性 的影响规律以及聚合物形态与制品精密度的关系 开始设计精密注塑模具时，只是努力提高模具制造精度来获得较高的精度之 塑件，其实这样做在一定限度内还可以，但最终不会得到精度很高的塑件。当今， 中国塑料工业已步入世界塑料先进大国的行列，塑料机械与模具、塑料制品与应 用，塑料树腊与助剂，总的生产量和消费量都分别跃居世界的第一、第二、第三 位，要想注塑加工高精度的塑件，必须找出影响精密塑件精度的因素，将这些影 响因素加以分析，通过解决其中的主要问题，同时再进行设计精密注塑模具，这 才是获得精密塑件的唯一出路，基于计算机模拟与仿真设计的精密注塑成型技术 将向着更加高速、超精密、微型化及智能化方向发展。 1 2 5 精密制件注塑成型方法 目前用精密注塑成型机来成型精密注塑制品，世界上工业先进国家都已实现 自动化生产，对精密注塑成型机可以进行远距离操作或无人操作，成型机可以根 据生产检测信号实时调整成型工艺条件，从而能从根本上保证塑料制品的成型质 量不发生问题。为了实现这一目标，必须积极开发自控成型设备和高自动化模具。 我国在开发自控精密注塑成型机方面己取得了显著成果，但对于高自动化模具的 研制还需要进一步努力，以尽快实现我国精密注塑成型制品生产自动化 无流道浇注系统是精密注塑中一种新兴的重要成型方法，利用加热或绝热办 法，使熔料从注射机喷嘴起，到型腔入口为止这一段流道中，再生产期间始终保 持熔融状态，从而开模时只需取出熔件，而不必清理浇道凝料把。所以这种模具 又称无料把模具( 或称无流道模具) 。无流道模具是注射成型工艺上一次革命，也 是注射模具设计上的一次革命。这类模具在美国、日本等先进国家，应用己很普 遍，在注塑模具中约占总数的4 0 以上。我国现在处于研制推广阶段，它是今后 注塑模具浇注系统的一个重要发展方向。特别在精密注塑模具设计中，无流道模 具热流道应用范围最广，因为热流道模具优点很多，也较适合精密注塑成型 生产。绝热流道模具与热流道模具相比，热流道模具可省去清理停车凝料把工序。 热流道模具在停机后，下次开机采用加热方法将凝料把熔融即可开始生产。所以 设计时要吸取绝热流道模具之优点( 即绝熟) 补热流道之不足，这样，热流道模 具在以后的设计中将被更多地采用。 8 1 2 6 精密塑件成型模具的设计要点 判断精密注塑的依据是注塑制品的精度，即制品的尺寸公差、行为公差和表 面租糙度。要进行精密注塑必须有许多相关的条件，丽最本质的是塑辩材料、注 塑模具、注塑工艺和注塑设备这四项基本因素。设计塑料制品时，应首先选定工 程塑料材料，而能进行精密注塑的工程材料又必须选用那些力学性能高、尺寸稳 定、抗蠕变性能好、耐环境应力开裂的材料。其次应根据所选的塑料材料、成型 尺寸精度、件重、质量要求给予乡的模具结构选用使用的注塑机在加工过程中， 影响精密注塑制品的因素主要来自模具的精度、注塑收缩以及制品环境温度和温 度变化幅度等方面。 1 ：有效控制塑料制品的收缩率 在精密注塑中，模具是用以取得符合质量要求的精密塑料制品的关键之一， 精密注塑用的模具应切实符合制品尺寸、精度及形状的要求。但即使模具的精度、 尺寸一致，其模塑制品之实际尺寸也会因收缩两差异而不一致。收缩率是塑料生 产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值除与模具的浇口形式、浇口位 置与分布有关外，还与工程塑料的结晶取向性、塑料制品的形状、尺寸、到浇口 的距离及位置有关。影响塑料收缩率的主要因素有：热收缩、相变收缩、取向收 缩、压缩收缩与弹性回复等，丽这些都与精密注塑制品的成型条件或操作条件有 关。 成型收缩率与成型条件的相关性如下表所示： 表1 1 成型收缩与条件的相关性 9 北京交通大学硕士学位论文 2 ：合理确定模具的尺寸及公差 1 9 9 5 年修订的塑料制件尺寸公差标准s j 厂r 1 0 6 2 8 1 9 9 5 将塑料制件分成了1 0 个精度等级。日本近年来在精密注塑技术研究方面处于国际领先水平，无论对塑 料制品还是对注塑设备都提出了“精密成型”的概念和理论。东芝机械公司、日 本制钢所等许多一流的企业相继制订了精密注塑制品的公差等级企业标准，有的 公差只相当于s j y r l 0 6 2 8 1 9 9 5 标准l 级精度的1 2 1 ，3 。日本著名学者村上中雄先 生提出的“塑料制品尺寸精度与模具尺寸精度的关系”理论被广泛认同。对于精 密注塑，如何使成型变化尽可能小是个首要问题。 由于注塑制品的差异，难以推断出完全精确的收缩率，所以必须在试模注塑 之后进行修正。修正模具时，其凹部尺寸可以向大处修，凸部尺寸可以向小处修， 否则，只有重新制作，这是因为在已制成的精密注塑模具型腔中进行修改或焊接、 加镶拼件等都会导致模具磨损或变形，除重新制作外别无它法。所以，在模具设 计中，必须掌握以下要点：( 1 ) 凹部尺寸的收缩率要选的稍小些；( 2 ) 凸部尺寸 的收缩率要选的穗大些；( 3 ) 设计型芯时，从修正型腔孔考虑，收缩率应选得小 些。 3 ：防止生产成型收缩率误差 由于收缩率会因注塑压力而发生变化，因此，对于单型腔模具，型腔内的模 腔压力应尽量一致；至于多型腔模具，型腔之间的模腔压力应相差很小在单型 腔多浇口或多型腔多浇口的情况下，必须以相同的注塑压力注射，使型腔压力一 致t 由于熔体温度和模具温度对实际收缩率产生影响，流道均衡、型腔排列和以 主流道为中心的同心圆状排列等设计措施，对减小各型腔之间的收缩率误差、扩 大形成条件的允许范围以及降低成本都是必要的。精密注塑模具型腔排列方式应 满足流道均衡和以主流道为中心排列两方面的要求，且必须采用以主流道为对称 线的型腔排列方式，否则会造成格型腔的收缩率差异；由于模具温度对成型收缩 率的影响很大，因此除了必须使模具保持在规定的温度范围内外，还要满足模具 温度不能随时间变化而变化；除以上因素外，设计型腔和型芯的冷却回路时应分 别对其进行温度的调节和控制。 4 ：模具精度的保持 尽管型腔、型芯的加工已经达到高精度的要求，而且收缩率也同所预计的一 样，但由于成型时的中心偏移，其所成型的制品内侧、外侧的相关尺寸都很难达 到塑料零部件的设计要求。为了保持动、定模型腔在分型面上的尺寸精度，除了 设计常规模具所常用的导柱、导套来确定中心位置外，还必须增加锥形定位销或 楔形块等定位副，以确保定位精度准确、可靠。 1 0 制作精密注塑模具的材料要选择力学性能高、热蠕变小的优质合金工具钢， 制作型腔、浇道的模具材料要选择经过严格热处理的硬度高、耐磨性好、耐腐蚀 性强、抗热变形的材料，同时还要考虑机械加工、电加工的难易性和经济性。为 防止发生时效变化而改变模具的尺寸精度，必须在设计模具时增加降低模具材料 热处理的残存奥氏体组织的回火处理或低温处理等热工艺处理。 对精密注塑模具的易损零件，尤其是型腔、型芯部位，要在设计时考虑修理 的可能性，以保证模具维修后有较高的精度。 1 ，3现代汽车后视镜结构和设计简介 汽车后视镜是传统的后视装置，是保证汽车行驶安全的重要部件之一，其在 设计、安装、性能检验等方面都有严格的强制性标准我国现行使用的标准是 g b l 5 0 8 4 - - - - 9 5 汽车后视镜的性能和安装要求等。后视镜的最主要功能就是实现 后视，即能达到国标规定和客户所期望的后视视野要求在设计产品时，应考虑 到，为了能够将车侧和车后足够范围内的所有信息及时、准确、方便地传送给驾 驶员，除了应保证视野功能的实现( 后视安全性的指标之一) 之外，还需考虑后视 装置使用及视野范围的调节的方便程度( 操作方便性) 、装置的牢固与安全( 经久耐 用性) 性、与整车的协调及车主的喜好( 美观协调性) 、装置自身不影响行车安全、 对人体不产生意外伤害( 后视安全性的另一个指标) 等要求。 传统后视镜结构简单，主要由镜面、镜框、支架、连接件和其它一些辅助零 部件组成，镜面形状或圆或方。近年来，为了尽可能地增大后视安全性、提高操 作方便程度、满足个性化要求，后视镜的在结构形状上变化很大，结构上增添了 许多机械机构和电子器件，形状也各式各样，如一些新型高档的大客车上的后视 镜呈手臂状。另外，一些智能化的后视系统或装置也已出现。 后视镜镜面材料应满足优良的表面平滑度、表面硬度和光学特性等要求。同 时，由于外后视镜安装在汽车外，长期日晒雨淋，气候条件恶劣，汽车行驶过 程中又要经受颠簸冲击，因此在后视镜组件的材料选用上应满足温度、湿度、强 度与冲击、弯曲性能等方面的要求，并不易老化、耐腐蚀，有较好的注塑、油漆 性能等 后视镜镜面镀层有镀银，镀铝、镀铬、t io 涂层( 俗称“蓝镜”) 四种。镀银、 镀铝镜面反射率较高，虽看的很清晰，成本较低，但长期使用，容易造成眼睛疲 劳，且防腐蚀性能较差，容易产生氧化。镀铬镜面反射率比较适合于对眼部的刺 激，防腐蚀性能较好，目前使用的后视镜大多采用此类镀层方式。t i 0 涂层镜面有 防眩目的功能，以减少眼部的疲劳，目前在中、高档轿车后视镜中采用的比较普 1 1 北京交通大学硕士学位论文 遍，但加工工艺比较复杂，色差的稳定性较难控制。 随着技术的进步和新产品的不断出现，现代汽车后视镜( 装置) 可通常按后 视镜的布置位置( 安装位置) 、镜面形状和调节方式进行分类。按布置位置可分为 内后视镜和外后视镜两种：前者安装在驾驶座前右上方，可观察车内及车后情况； 外后视镜安装在车外两侧的翼子板、车门上方或车身前部，用来观察侧外及车后 方情况。按镜面形状可分为平面镜和凸面镜：平面镜镜面是平面，无曲率，有着 与实物大小显示一样、后视物体无失真、真实反映车后物体的真实外型等优点， 但观察的范围较小；凸面镜可扩大视界，现在普遍使用的有球镜面、双曲率镜面 和变曲率镜面，其中变曲率镜面综合考虑了车型、驾驶员眼点位置与后视镜相对 位置、视野要求三要素，运用光学原理和数据方法，对车辆的前后左右不同视野 角度选择不同曲率半径，能够在满足基本不失真的条件下进一步扩大视野，即满 足了国家强制性标准，又解决了盲区问题2 0 0 1 年上海国际车展上，有厂商展出 了变曲率镜面大视野后视镜，有一款是清华大学开发的实用新型专利产品，能比 一般的汽车后视镜可视角度大2 0 。6 0 。：视野扩大三倍以上，并消除了夜间行 驶时随后车辆灯光照射的反光眩目等问题，同时显示告诉行驶影像清晰连贯不变 形，距离感强。目前，欧洲和日本已经采用了一种全景后视镜来消除驾驶员的盲 点。这种后视镜中间2 3 的面积用平面镜，靠外1 3 的面积用大弧度的凸面镜，使 驾驶员能看到车后的全景，消除转弯时的盲点。按操作对的调节方式可分为固定 式后视镜、直接调节镜面后视镜、拉索在车内操作转动部件来调节镜面的后视镜 及电动后视镜。目前，电动后视镜已进一步发展为记忆储存式后视镜，镜面调节 与驾驶员座椅、转向盘、内视镜构成一个系统，可根据各人身高与驾驶习惯的不 同调节后视镜的最佳视角、座椅、转向盘最佳舒适性，然后进行记忆存储，同时， 还具有加热除霜功能，解除了特殊天气的行车不便。 总之，汽车后视镜技术都是围绕后视安全性( 特别是扩大视野、增强真实感、 防眩目、夜视等) 、操作方便性、经久耐用性和美观协调性等四个方面展开的，在 对传统后视镜进行改进与完善的基础上，运用新的工作原理和技术( 如智能化) 设 计新的后视装置，如雷达倒车系统、电子屏倒车系统等。 在