塑料涂料桶盖成型工艺分析及模具设计-文献综述

毕业设计（论文）文献综述一、前言模具技术是一门综合性很强的学科，是近年来飞速发展的学科之一 1。随着塑料制品几乎已经进入了一切的工业部门以及人们日常生活的各个领域，塑料模具行业得到了快速地发展。但是传统的塑料模具设计往往是依赖设计人员的经验和设计，模具的开发经常需要经过反复的调试和修改。特别是对于大型精密的模具，需要通过多次反复来修正制造缺陷。这不仅难以保证模具质量和精度，而且使得模具开发周期加长，这种模具设计方式已经不能适应现代化工业发展的需要 2。计算机技术的发展使塑料产品和模具设计得到很大的提高。二、计算机技术在塑料模具中应用的现状随着计算机技术的进步及设计人员的参与，计算机已成为现今设计领域发生的最重要的变化标志。计算机对塑料模具设计的变革直接地影响了人类设计的实践活动，改变了长久以来传统的设计程序与设计方式，而且从根本上对人类传统的设计观念提出了挑战 8。2.1 国内计算机技术在塑料模具中应用的现状在我国，注塑模 CAD/CAM/CAE 技术的开发研究与应用起步较晚。但随着塑料制品应用的日益广泛，某些高等院校和科研所开始了注塑模 CAD、CAE系统的研制与开发工作。在“八五” 期间开展了 “大型薄壁深腔注塑模具制造技术” 、 “多型腔小模数齿轮精密模具制造技术” 、 “实用 CAD/CAM 技术在精密注塑模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，以及国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注塑模 CAD/CAM/CAE 集成系统”的开发研究 4。这些项目的实施使我国注塑模 CAD/CAM/CAE 技术得到了迅速发展，并且应用水平得到很大的提高。国内最早进行注塑工艺和模具 CAD/CAE 技术研究和应用的单位之一是上海交通大学模具工程技术研究中心。从 1983 年开始，对注射模 CAD 进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引人注射模 CAD 系统中，并且在1988 年开发出集成化注射模智能 CAD 系统 5。目前在注塑模具的智能设计和并行设计等方面的研究取得了大量的成果。华中理工大学是国内较早自行开发研究注塑模 CAD/CAE/CAM 系统的。从80 年代中期开始，就对注塑模流动分析和冷却循环模拟的研制进行了大量的研究与开发工作 6。现在已经推出了塑料注塑模 CAD/CAE/CAM 软件系统 HSC-2.0。这个系统包涵了塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，并在一些企业单位进行了推广应用，取得了较好的成绩。北京航空航天大学华正模具研究所研制了注塑模 CAD/CAE/CAM 系统。该系统有塑料产品线框造型、曲面造型、流变分析、数控加工和仿真模拟等功能7，具有很高的技术水平与实用价值。浙江大学基于工作站的 UGII 系统开发了精密的注射模 CAD/CAM 系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。合肥工业大学在注塑模结构 CAD 技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模 CAD 图形系统 IPMCAD 和三维造型系统 IPMCAD V3.0。其中的 IPMCAD V3.0 系统采用三维实体模型，使模具设计效率和通用性方面都得到很好的兼顾。目前他们以 Autodesk 公司的 MDT 作为开发环境，进一步采用参数化特征建模技术和装配模型研制了注塑模 CAD 三维参数化系统IPMCAD V4.0，在技术水平和实用性方面达到较高的水平 8。2.2 国外计算机技术在塑料模具中应用的现状国外 CAD/CAM 技术起步早，发展迅速，先后出现了很多通用CAD/CAE/CAM 系统，它们大部分具有良好的二次开发功能，许多研发机构对它们进行二次开发后应用于塑料模具的设计和制造当中 9。美国 SDRC 公司在 1979 年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型 CAD/CAE 软件I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一 CAD/CAE/CAM 的模型表达，给设计带来惊人的方便性。它代表着未来 CAD 技术的发展方向，基于这样的共识，各软件纷纷仿效，一时间实体造型技术呼声满天下 10。美国 Comell 大学机械和航空工程学院的 K.K.Wang 教授领导 CIMP(ComellInjectnin Molding Prgoarm)研究小组，在注塑模 CAE 方面开展了卓有成效的研究和开发。先后进行了一维流道流动的实验研究和数值模拟，建立了塑料性能的实验研究和数据库，注塑成型过程的三维流动、冷却的计算机分析，并开发了用于注塑模 CAE 的几何造型系统 11。CIMP 的研究工作对塑料成型 CAE 领域影响较大，目前许多注塑成型 CAE 商品化软件所采用的数学模型都出自该课题组所建立的理论和研究成果。澳大利亚 Moldflow PTYTLD 公司是较早开发 Moldflow 注塑工艺 CAE 商品化软件的。Moldflow 是目前注塑成型 CAE 系统中影响较大、较有代表性的一个软件，可以精确高效的模拟注塑工艺的全过程：流动分析、冷却分析、保压分析及成型后制件性能分析等。美国 SDRC 公司在有限元、边界元技术和 CADMOD 三维实体造型基础上研制的冷却模拟系统 PolyCool，是目前比较完善的注塑模冷却分析软件 12。利用该软件系统，仅需输入塑件的初始条件、模具外廓边界条件、回路循环及模具开模时间，而无需对模具温度做任何初值假定，即可得出注塑循环时间，塑件、模具和冷却介质的瞬态温度与热流分布，并可预测成型后塑件的翘曲变形、残余应力及表面质量等。德国 IKV 研究所推出的 CADMOJILD 系统，用于注射模流动分析、冷却分析、力学性能校核和确定模具设计原则等。此外，还有许多其它研究机构在注塑模 CAD 方面都做了许多有特色的研究工作。如美国的 CV 公司、AEC 公司、AdrinaR&D 公司、加拿大的 MCGILL大学等。 三、计算机技术在塑料模具中应用的发展趋势塑料模具的设计采用 CAD/CAM/CAE 技术是发展的必然趋势。计算机技术将朝着集成化、智能化、标准化、网络化和最优化发展 13。（1）集成化：产品造型技术：实现参数化特征造型和变量化特征造型，以便建立包含几何、工艺、制造、管理等完整信息的产品数据模型；数据交换技术：积极向国际标准靠拢，实现异构环境下的信息集成；计算机图形处理技术；数据库管理技术等。（2）智能化：人们需将人工智能技术、知识工程和专家系统技术引入到CAD/CAM 领域中，形成智能的 CAD/CAM 系统。专家系统实质上是一种 “知识+ 推理 ”的程序，是将人类专家的知识和经验结合在一起，使它具有逻辑推理和决策判断能力。（3）标准化：指图形软件的标准 14。图形标准是一组由基本图素与图形属性构成的通用标准图形，按功能分，它可大致分为三类：面向用户的图形标准，面向不同 CAD 系统的数据交换标准，面向图形设备的图形标准。（4）网络化：通过计算机网络，不同设计人员可以实现异地信息共享，一个项目也可以由多家企业、多个人在不同地点共同完成。同时，随着 Internet的发展，针对某一项目或产品，将分散在不同地区的人力资源和设备资源迅速组合，建立动态联盟的制造体系，以提高企业对市场变化的快速响应能力，这也是敏捷制造（Agile Manufacturing）模式的理念。（5）最优化：应用仿真技术和成形过程的计算机模拟技术是解决塑料模具可靠性问题的重要途径。利用有限元和边界元等方法模拟材料的流动、分析材料成形过程，从而检验所设计塑料模具是否可以生产出合格制品；同时，用计算机模拟技术检验设计结果，排除不可行方案，有助于获得较优的设计，提高模具的可靠性 15。四、总结计算机技术的应用可以优化塑料模具设计, 利用它可以快速设计模具结构，缩短模具交货期，提高制品成型质量、设计效率，为满足客户需求提供有力的技术支持。五、参考文献1 屈华昌塑料成型工艺与模具设计M北京：高等教育出版社，2006。2 楼建勇，林江，钱雄伟注塑成型模具计算机辅助设计与工艺仿真J轻工机械,2008,26(4) ，24。3 许喜华. 计算机辅助工业设计M.北京：机械工业出版社，2001。4 徐飞注塑模浇注系统 CAD/CAE 集成系统D扬州大学，2002。5 王红伟基于 MPI 的注塑模计算机辅助分析及 CAX 集成技术研究D . 昆明理工大学，2005。6 王春香基于实例的注塑模具 CAD/CAM 关键技术应用研究D.合肥工业大学，2009。7 W. M. Chan，L. Yan ，W. Xiang ，B. T. Cheok. A 3D CAD knowledge-based assisted injection mould design system J. Int J Adv Manuf Technol，2003，22：387-395 。8 倪雪峰基于模拟的标码机导向件注塑模 CAD 系统的开发D江苏大学，2006。9 LouisT.Manzione.Applieations of Computer Aided Engineering in Injeetion MouldingJ.Hanser Publishers，1987 。10源清，肖文 .CAD 技术发展历程概览J.计算机辅助设计与制造，1998, (l):3-6。11张杰,申开智塑料模具 CAD/CAE 技