模具设计与制造论文范文参考关于模具设计与制造的优秀论文范文【10篇】

模具设计与制造论文范文参考关于模具设计与制造的优秀论文范文【10篇】 先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程,对模具行业也是如此.模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求. 随着微加工技术的蓬勃发展,许多产品的轻量化、小型化、微型化、精密化趋势日渐明显.与此同时,传统聚合物挤出成型技术也正在朝着微型化方向发展,出现了聚合物微挤出成型技术,其制品如介入医疗导管、汽车油气路微管、新型塑料光纤等在医疗、汽车、通讯等领域得到了广泛的应用,尤其是高技术含量、高附加值的介入医疗导管.由于介入医疗导管具有尺寸微小、截面形状复杂、几何精度高等特点,使得微挤出模具的设计、制造和成型工艺较为复杂,因而传统的挤出成型技术已经不再完全适用.由于受挤出模具、配套生产工艺等限制,目前我国介入医疗导管及其挤出模具主要依赖进口,其价格昂贵,严重阻碍了我国介入医学的发展.因此,针对介入医疗导管这样较难成型且精度高的微管,本文以聚丙烯(PP)微管的微挤出成型为研究对象,对聚合物微挤出模具的流变学设计、制造方法和成型工艺进行了深入研究.主要研究内容如下： 首先,根据聚合物微管截面型腔的形状以及各型腔在制品截面上分布特点,将微管主要分为中心对称、轴对称和周边均匀分布三大类.并根据这三种类型,制品截面结构由简单到复杂依次分别取最具有代表性的微管进行研究,即中心对称单腔微管、轴对称双腔异型微管和周边均匀分布五腔异径微管.聚合物微挤出模具成型段长度对挤出制品的质量和生产效率起着决定性作用,通过理论推导,建立了微挤出模具成型段长度与流道结构尺寸、聚合物熔体流变学特性之间的关系,确定了微挤出模具成型段长度.针对多腔微挤出模具非对称流道较难实现熔体流动平衡的问题,在挤出流动分析的基础上,结合聚合物熔体流变学理论和优化设计方法,提出了一种基于流动平衡的多腔直角微挤出模具非对称流道结构优化设计方法.该方法以微挤出模具非对称流道内熔体流动平衡性为优化目标,确定模具非对称流道结构关系,以模具转向角为设计变量,建立优化目标函数,对模具流道结构进行优化设计.通过对双腔微管和五腔微管的挤出模具非对称流道进行优化设计,逐步完善了多腔直角微挤出模具非对称流道结构优化设计方法. 其次,针对微挤出模具芯棒微细复杂成型段横截面结构和内部微细注气孔,尤其是多腔直角微挤出模具芯棒微细复杂成型段横截面结构,提出了一种具有细长成型段横截面复杂结构和微细注气孔的微挤出模具芯棒的加工工艺.该工艺针对微挤出模具芯棒成型段细长、易变形、易断裂及其横截面结构微细复杂等难于加工的问题,利用微挤出模具芯棒微细复杂成型段各个截面形状在芯棒轴向相同的共同特点,采用成型电极端面一次性蚀除成型加工技术,实现芯棒成型段的精密加工；同时,针对芯棒内部大深径比微细注气孔难于加工的问题,采用微细电火花阶梯孔渐进式加工方法,实现芯棒内部大深径比微细注气孔的精密加工.通过对单腔、双腔和五腔微挤出模具芯棒成型段的加工,验证和完善了该加工工艺的可行性和通用性.在聚合物微挤出模具装配过程中,装配误差容易导致口模与芯棒成型段处的装配间隙不均匀或挤出成型困难,因而重点研究了芯棒、口模、微调机构和注气管道的装配工艺,装配后的挤出模具能够实现芯棒与口模间隙微调,而不会触及芯棒成型段使其弯曲或断裂,同时,还可实现注气管道高温密封. 最后,针对直径微细、截面复杂、壁厚较薄的微管较容易受挤出工艺影响而难于成型的问题,通过对三类微管,如聚合物中心对称单腔微管、轴对称双腔异型微管和周边均匀分布五腔异径微管的挤出成型实验研究和分析,获得了挤出工艺参数对微管截面的尺寸和形状精度的影响主次顺序和较佳的工艺参数组合,揭示了挤出成型工艺参数对聚合物微管截面的尺寸和形状精度的影响规律.结果表明了型腔注气量对微管截面的尺寸和形状精度尤为重要,注气量大小直接决定了微管截面尺寸及其形状轮廓变化.根据挤出成型工艺规律,在管型腔注气量6ml/min,螺杆转速4r/min,模具温度202,牵引速度28m/min的挤出工艺条件下,挤出了最小直径为0.5,0.02mm的单腔微管；在月牙腔和圆腔的注气量均为6ml/min,螺杆转速12r/min,模具温度218,水箱真空度20%,牵引速度12m/min的较佳挤出工艺参数下,挤出了满足使用要求且最小直径为1.2,0.02mm的双腔微管,其外轮廓椭圆度、月牙腔椭圆度和圆腔椭圆度分别为：0.8%,1.4%和3.0%；在主型腔和次型腔的注气量均为6ml/min,螺杆转速16r/min,模具温度202,水箱真空度0,牵引速度10m/min的较佳挤出工艺下,挤出满足使用要求且最小直径为1.6,0.02mm的五腔微管,其外轮廓椭圆度、主型腔椭圆度和次型腔椭圆度分别是2.9%,2.1%和3.9%.同时,挤出实验也证明了多腔直角微挤出模具非对称流道结构优化设计方法的正确性和实用性. 模具是工业生产中重要的工艺装备,是国民经济各部门发展的重要基础之一.级进模是一种复杂、精密的冲压模具,它具有高效率、高精度和高寿命等优越性,适用于各种冲压行业的自动化生产.级进模涉及冲压成形理论、冲压工艺、模具设计与制造以及模具材料中的许多关键技术.因此,从技术综合方面对级进模进行研究是十分有意义的. 模具是制造业的核心.利用模具生产产品的过程中,往往会遇到排气不畅、温度不易控制、脱模困难等问题.多孔材料因具有渗透特性和强化换热特性,用其制造模具可以顺利解决模具的排气、冷却等问题.解决模具排气问题,可以提高成型件的成品率和质量,提高模具热交换效率,可以缩短单件产品的成型周期,从而提高生产效率,具有重要的理论价值和实际应用的意义.本文对多孔模具制造及模具的高效热交换关键技术进行了系统的研究.提出了一种采用不锈钢短切纤维作为增强相提高烧结不锈钢多孔模具材料性能的方法.发明了一种剪断金属长纤维绳束来制备金属短纤维的方法,并因此研发了一种金属纤维短切装置,其旋转的动刀和静止的定刀作为剪切刀模将金属长纤维绳束短切成金属短纤维,生产的金属短纤维长度可调,效率高,每分钟可剪切获得1681680根金属短纤维,短纤维直径均匀、表面无裂纹、力学强度高,适用于烧结不锈钢多孔模具材料的增强.提出了分层铺设方法,将增强用不锈钢短纤维和不锈钢粉末颗粒层层堆积,实现了短纤维和粉末颗粒较为均匀的混合.设计制造了压制烧结不锈钢多孔材料生坯的可拆卸组合模具,实现了多孔材料生坯无脱模力脱模,生坯成型良好,无掉边、掉角缺陷.改进了大块烧结不锈钢多孔模具材料的真空烧结工艺,保证大块多孔模具材料烧结过程中不开裂.研究了不同材质烧结不锈钢多孔材料的热处理方法,在真空烧结炉中对烧结不锈钢多孔模具材料进行了高温氮气渗氮热处理,实现了烧结不锈钢多孔模具材料的化学热处理强化.将不同粉末目数、不同纤维含量的真空烧结不锈钢多孔模具材料和高温渗氮后的多孔模具材料进行了性能测试和对比,结果表明,不锈钢短纤维和高温氮气渗氮热处理能明显提高烧结不锈钢多孔模具材料的压缩屈服强度,粉末颗粒目数对多孔模具材料的渗透率影响很大,性能参数为烧结不锈钢多孔模具材料在模具中应用提供了理论指导和数据支持.基于多孔材料的渗透性能,提出了烧结不锈钢多孔模具材料制备纤维模塑模具的新方法,其中应用大孔隙率、较大孔隙尺寸烧结不锈钢多孔模具材料制造纤维模塑多孔隙冷压吸滤模具,应用大孔隙率、微小孔隙尺寸烧结不锈钢多孔模具材料制造纤维模塑多孔隙热压整形下模具.分析了加工方法对烧结不锈钢多孔模具材料表面孔隙堵塞的影响,研究了烧结不锈钢多孔模具材料制备纤维模塑模具的设计和加工工艺流程,将制造的多孔隙纤维模塑模具进行纤维模塑产品成型试验,成型产品质量优于传统的“钻孔+覆网”纤维模塑模具成型方法.采用短纤维增强烧结不锈钢多孔模具材料设计制造了多微孔隙注塑模具,进行了ABS塑料/Si C复合材料的注塑成型实验,结果表明,气体可以顺利从烧结不锈钢多孔隙模具材料连通的微孔隙路径排出,复合材料充分填充模具型腔,被成型材料不会堵塞模具材料表面的微孔隙,模具可以重复使用,验证了烧结不锈钢多孔模具材料直接制造成的注塑模具型腔能良好地应用于ABS塑料/Si C复合材料的成型,无需排气槽、排气塞等传统的辅助排气系统.基于多孔金属材料的强化换热特性,在冷却通道内置入泡沫铜强化冷却高温铸造模具,建立了模拟高温铸造模具冷却的实验系统,研究了不同流量下泡沫铜通道和空通道的模具冷却情况.结果表明,当冷却水体积流量0.4 m3/h时,使用泡沫铜通道冷却80 s后,模具冷却通道附近同一位置的温度比空通道冷却低29.4,随着流量增加,使用泡沫铜通道的模具同一位置温度降低、局部温度梯度和热流密度增大,证明冷却通道内置入泡沫铜能够实现铸造模具的快速冷却.在流动阻力方面,置有泡沫铜的冷却通道较光滑管通道的流动阻力明显增大.对烧结不锈钢颗粒多孔材料的单相流压降特性进行试验研究,根据孔隙率的大小选择简单堆积颗粒方式作为模拟的单元模型,在此几何模型上设定对称边界,在孔隙尺度下通过求解标准N-S方程及k-紊流模型对其进行数值模拟.分析了单相流流经烧结不锈钢颗粒多孔材料后的单位压降与等效雷诺数的关系,并基于实验数据拟合出了表征多孔材料流动压降与颗粒直径、流速、孔隙率的Tadrist关系式中的两个常系数.完整的Tadrist关系式可以作为烧结不锈钢颗粒多孔材料内流动压降在宏观尺度上的预测模型. 快速热循环注塑技术是一种基于模具快速加热和快速冷却的注塑成型工艺,其技术特点是在不影响注塑成型周期的前提下实现高模温注塑成型.在快速热循环注塑中,填充阶段的高模具温度可以有效避免模具型腔中塑料熔体的过早冷凝, _消除塑料熔体表面的冷凝层,这将显著提高塑料熔体的流动性,增强塑料熔体转印模具型腔形状的能力.因此,快速热循环注塑工艺可以有效消除常规注塑成形产品易出现的流痕、喷射痕、熔接痕、浮纤、低光泽等表面缺陷,能够注塑成形具有超高流长比的塑件,精确复制模具型腔的微细结构,有效降低注射压力、注射速率、保压压力和锁模力,减小塑件的内应力.由于快速热循环注塑成形的塑件具有极高的外观质量,无需打磨、喷涂、罩光等后续加工,所以该技术可以显著缩短高品质外观塑件的生产流程,有效降低生产成本,减小能源消耗,并避免打磨、喷涂、罩光等工序对环境造成的污染,有利于改善车间工作环境和保护工人身体健康.显然,快速热循环注塑是一种高质量、高精度而又节能减排、环境友好的绿色注塑新工艺,具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力. 本文从快速热循环注塑成型的工艺原理、工艺流程、模具温度控制系统、模具设计与制造、装备及生产线构建、模具热响应分析、模具加热冷却系统优化设计、模具疲劳寿命分析与优化、工艺优化设计、成型机理等方面对快速热循环注塑成型工艺进行了系统研究. 分析了快速热循环注塑工艺原理和模具温度控制原理,提出了蒸汽加热快速热循环注塑工艺和电加热快速热循环注塑工艺,通过对快速热循环注塑周期的深入分析,制定了合理的工艺流程.研发了基于可编程逻辑控制器和触摸屏技术的蒸汽加热和电加热动态模具温度控制系统,研制了大型液晶电视机面板用蒸汽加热快速热循环注塑模具和电加热快速热循环注塑模具,基于热响应分析和试验对模具的热循环效率进行了评估,提出了一种适合于具有三维复杂形状塑件的蒸汽加热快速热循环注塑模具结构和电加热快速热循环注塑模具结构.利用自主研制的动态模具温度控制系统和注塑模具,构建了蒸汽加热快速热循环注塑生产线和电加热快速热循环注塑生产线,实现了液晶电视机面板的高光无熔痕注塑生产, _消除了打磨、喷涂、罩光等二次加工工序.对快速热循环注塑成本和效益进行了对比分析,研制了不同规格不同型号的动态模具温度控制系统和注塑模具,实现了快速热循环注塑成型技术的工程化应用. 分别研究了蒸汽加热和电加热快速热循环注塑过程的传热规律,推导建立了两种快速热循环注塑工艺的热平衡方程,分析了模具加热效率和冷却效率的影响因素,提出了加快模具热循环的有效措施和快速热循环注塑模具结构设计原则.构建了蒸汽加热和电加热快速热循环注塑模具的热响应分析模型,研究了两种加热方式的快速热循环注塑模具型腔表面的热响应规律,分析了模具隔热层、模具材料对模具型腔表面热响应效率和温度均匀性的影响规律,对比讨论了两种快速热循环注塑工艺的加热效率、冷却效率和能量消耗,给出了两种加热方式的快速热循环注塑模具结构设计方法.提出了一种浮动型腔式电加热快速热循环注塑模具结构,有效减小了注塑循环过程中需要快速加热和快速冷却的型腔板的热容量,显著提高了模具型腔表面的热响应效率.基于浮动型腔式模具结构,设计了大型液晶电视机面板的电加热快速热循环注塑模具,解决了与模具设计、加工和装配有关的关键技术.基于传热数值模拟技术,研究分析了加热冷却介质类型、加热冷却介质温度、加热冷却管道布局、模具材料以及塑件厚度对蒸汽加热快速热循环注塑模具热循环效率和温度均匀性的影响规律,建立了加热系统、冷却系统和模具结构的优化设计方法. 基于响应曲面法,结合试验设计和热-结构耦合分析,研究了加热冷却管道布局和电加热元件布局对模具型腔表面的热响应效率、温度分布均匀性和疲劳寿命的影响规律,利用基于最小二乘法的回归分析,建立了模具加热时间、型腔表面最高温度和型腔板承受的最大等效应力的响应曲面模型,通过变异数分析和随机试验,验证了响应曲面模型的有效性.提出了加热效率优先、温度均匀性优先和疲劳寿命优先三种优化设计策略,基于建立的响应曲面模型分别构建了带有约束的优化函数模型,利用自主开发的优化设计程序对目标优化函数模型进行了非线性优化,获得了加热冷却管道和电加热元件的优化布局和尺寸,并模拟验证了优化设计的有效性.通过优化设计可有效提高模具的热响应效率、改善型腔表面温度分布的均匀性和减小模具承受的最大等效热应力.基于响应曲面法和开发的多目标优化设计程序,分别实现了液晶电视机面板蒸汽加热和电加热快速热循环注塑模具型腔板结构的优化设计,研究结果对提高快速热循环注塑工艺的成品率、生产效率和模具使用寿命具有十分重要的作用. 以蒸汽加热快速热循环注塑模具为例,通过三维有限元传热分析和热-结构分析,研究得到了模具加热过程中型腔板内部温度场和应力场的分布规律,试验验证了传热分析结果的有效性.基于应力分析结果,对型腔板进行了疲劳模拟分析,实现了快速热循环注塑模具疲劳寿命的预测和评估,并分析讨论了模拟预测结果与实际结果之间存在一定差距的原因,结合热-结构分析结果和注塑模具的实际疲劳失效形式,揭示了模具的疲劳破坏机制.研究了模具型腔表面温度、锁模力、型腔板固定方式、模具加热系统等对快速热循环注塑模具疲劳寿命的影响规律,为快速热循环注塑工艺参数的合理控制和模具结构的优化设计提供了理论依据和科学指导. 研究了快速热循环注塑工艺的模拟技术,通过对快速热循环注塑工艺和常规注塑工艺的注塑模拟,对比分析了快速热循环注塑工艺对熔体填充能力、塑件形状尺寸精度、表面缩痕、冷却时间和光学性能的影响.针对基于单侧模具快速加热和快速冷却技术的快速热循环注塑工艺存在的塑件翘曲变形问题,分析揭示了塑件翘曲变形的机理,研究了保压控制和模具冷却控制对塑件翘曲变形和缩痕深度的影响规律,提出了优化的保压控制和模具冷却策略,实现了保压参数和模具冷却参数的优化设计.基于优化的保压控制和模具冷却控制策略,进一步研究了快速热循环注塑工艺的注射速率、熔体温度、型芯侧模具温度等工艺参数对塑件翘曲变形和缩痕深度的影响规律,建立了可用于塑件翘曲变形和缩痕深度预测的数学模型,以减小塑件的翘曲变形和缩痕深度为目标,构建了有约束的优化函数模型,利用自主开发的优化设计程序,实现了快速热循环注塑工艺的优化设计.实际生产结果表明,经优化设计的快速热循环注塑工艺有效减小了塑件的翘曲变形和减轻了塑件的表面缩痕,从而显著简化了快速热循环注塑工艺的调试过程,有效提高了快速热循环注塑工艺的成品率. 研制了可生产有无熔接痕标准拉