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大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告调研报告 一、 课题的来源及意义 制造业是一切生产和装配制成品的企业群体的总称，是工业的主体，是现代社会的基石，在当前各国经济发展中占有举足轻重的作用。科技的进步，促使新技术、新材料、新能源、特别是计算机技术的发展，推动了制造业的变革，促进了先进制造技术的产生和发展。 先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology, AMT)是在20世纪80年代末在美国首次提出的概念。先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。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，对注塑模具制造也是如此。质量、成本(价格)、时间(工期)已成为现代工程设计和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与市场竞争。注塑模具设计与制造技术也在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求。二、 我国注塑模具行业的现状及国外的发展趋势1 我国注塑模具工业概况 改革开放以来，我国模具工业发生了翻天覆地的变化。在各大企业中，各种数字化设备，高速加工的先进技术及模具CAD/CAE/CAM技术逐渐增多。在模具标准件的使用率与模具商品化率也也有了极大的提高,对于热流道技术的应用比例也在逐步增加。我国注塑模具在量和质方面也有较快的发展，单套重量达50吨的注塑模具，精度高达2微米注塑模具我国都能自己生产。还有对于制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也都能自己生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模在CAD/CAM技术得到普及的同时，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果也不断涌现，使得注塑模的发展十分迅速。除此之外，注塑模具应用更加广泛，在航空航天、汽车、机电、生物及日用品等领域得到了应用，特别是在生物方面的应用，微型注塑成型机可以应用在医学上，而且其原料的成本低，目前寻找和研制适合微型塑料制件生产的塑料原料，以及开发相应的检测仪器设备，已经成为国内外的研究热点,但我国注塑模今后的最终发展都离不开向两个方向发展：高速、精密、长寿命；短周期、低成本、高产出。整体来说，我国塑料模具无论是在数量上，还是质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与西方发达国家相比，差距仍很大。国内对于在一些大型、精密、复杂的中高档塑料模具仍需依靠大量进口。而对于一些低档的塑料模具却供过于求。2 我国注塑模具发展存在的问题 尽管目前国内模具行业十分流行，模具设计制造已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、制造周期长、寿命短、品种少、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几百万、上千万美元从国外进口，制约了工业的发展速度。 为了提高模具企业的设计水平,我们目前正在向信息化转型，中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的CAD/CAM 系统。但国内优秀的CAD/CAM 系统很少，只有少数适合模具行业应用。而从国外购买具有强大的三维曲面造型能力，强大的计算机辅助制造能力，产品数据管理能力的软件等，价格昂贵，一般企业难以支持。除了许多高新技术及软件应用技术都要依靠进口，自主开发的CAD等辅助软件质量不高，人才缺乏外，有的是凭师傅经验进行设计和加工, 因此模具结构比较落后。在制度管理方面，国内大多数模具企业都是一些中小型的企业，不具备一定的国际竞争能力，还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。3 国外塑料模具的发展趋势目前，国外的注塑机发展主要表现在以下几个方面： (1)微型化与大型化目前在塑料模具的微型化方面达到的成绩有：万分之一克的注射制品成型加工技术装备与直径为1mm的塑料管生产设备；在医学方面，用于替代人体血管的直径小于0.5mm的塑料管生产设备，已为一些国家在研发中。当然，大型化也是今后产品的发展方向之一。目前，用于小轿车车身板生产用的8000kN合模力的注射机，2000mm的塑料管以及宽10m的片材等大型塑料制品生产设备已有商品出现。但是，工业用各种大型塑料制品的生产需求仍很明显，比方说洲际长途输液输气超大直径塑料管的生产。(2)个性化随着模具的发展，塑料机械的机型、功能、规格划，已经不能完全满足市场的需求。在实际生产中，塑料制品生产要求经常变化。比如，有时要求注射机行程最大、注射量小的却要求大合模力大或者大合模力却是小注射量。这不仅要求企业在技术人才、技术创新方面要具有过硬的实力，同时也要求企业能准确及时的把握客户的个性化需求。(3)节能化 节能降耗已经成为注塑机主要的研发趋势，未来在全电动、两板式注塑机方面的开发成为国际主流。三、 注塑模具的基本结构 注塑模具是通过特定形状复制成型塑料制品的一种工艺装备。其注塑成型原理为:将注塑机料筒中的塑料塑化成塑料熔体，然后通过注塑机喷嘴将其注入成型模腔，并经过保压和冷却，固化成一定形状的塑件。注塑模具的结构与塑件结构、注塑机种类、注塑工艺等有很大的关系。一般而言，注塑模具可以分为定模和动模。根据各部分功能的不同，注塑模具可以分为成型模腔、流道系统、导向部件、顶出装置、温控系统、排气系统等等。(1)成型模腔。成型模腔一般由型芯、凸模、凹模等部分组成。根据制作工艺和塑件的不同，型芯、凹模等组合或材料的选用不同。(2)浇注系统。流道系统又称为浇注系统，它主要由主流道、分流道、浇口和冷料穴等组成，其功能是将塑料熔体引向型腔。(3)导向部件。导向部件通常由导柱、导套、导孔等组成，其功能是提高合模过程的准确性。(4)顶出装置。顶出装置一般由推杆、顶管、推板、卸料板、卸料块等构成，它的作用是将塑件或凝料从模具中推出。(5)温控系统。注塑过程对模具的温度具有很高的要求，温度控制系统又可以称作冷却加热系统，其功能就是对模具温度进行调节。(6)排气系统。排气系统是将型腔内的气体排出，其常被设在分型面。注塑模具作为注塑成型的一项重要设备，其设计水平、技术含量的高低对塑料制品的性能有着重要的意义，因此，对模具结构的设计与研究不容忽视，要不断提高模具的制作水平，加快其自动化生产。四、 先进技术在注塑模具中的应用 许多欧美工业发达国家将模具比作“金钥匙”“效益放大器、“进入富裕社会的原动力”、“印钞机”等，可见其对模具行业的重视。注塑模具在整个塑料模具的总量中占50%以上，从目前的发展趋势可以看出，在未来模具市场中，注塑模具的发展将远高于其他模具。随着热流道、逆向工程、高速铣削等新技术在注塑成型中的应用，注塑模具逐渐向标准化、复杂化、自动化、精密化方向发展。新技术的应用对注塑模具的发展产生了重大的影响，同时，注塑模具的发展也对制造技术不断提出了新的要求。（1）高速切削技术 高速切削(High Speed Machining HSM)的概念最早由德国的Salomon博士提出，高速切削技术是一种是通过特定方法和生产设备进行高效、高精度的数控加工方式。使用高速切削技术的注塑模具具有加工平稳、精度高、效率高等优点，因而，随着对注塑模具精度越来越高的需求以及微电子、计算机数字控制机床(CNC)等技术的发展，高速切削技术被广泛应用于注塑模具的加工，如:德国、日本等85%左右的模具采用高速加工代替电火花加工成型技术。我国20世纪90年代开始高速切削技术的研发与应用。 (2)快速成型技术 快速成型(Rapid Prototyping Molding RPM)技术产生于20世纪90年代，它是集数控、激光、新材料、分层制造等现代先进制造技术于一体的科技成果，被称为自数控技术以来的又一次技术革命。快速成型技术通过利用CAD数据，将一层层的材料叠加形成三维实体。目前，使用比较广泛的快速成型技术有:激光立体光刻技术、熔丝沉积成型技术、叠层成型技术、激光诱发热应用成型技术等。快速成型技术对于低成本、高精度、快速的模具制造具有重要的意义，目前已被广泛应用于汽车、家电、航空等领域。 (3)微注射成型技术 微注射成型(Micro Injection Molding MIM)通过螺杆将高聚物塑化，然后将熔体注入计量室，利用计量室对熔体进行精确计算后，将其射入模具。随着高技术和精密技术的快速发展，微注射成型被广泛应用于尺寸小，形状特殊，功能复杂的塑件的生产中。随着电子通讯、精密机械等产业的发展，微注射成型技术也得到了越来越广泛的应用，每年以大约20 %的速度增长。 (4)热流道技术热流道技术在注塑模具中的广泛应用是制造业的一大变革。热流道模具是最早由美国的Inco。公司开发出来，在工业发达国家已有几十年的应用历史。它具有生产成本低、成型周期短、工作效率高等优点，热流道模具在工业发达国家的应用发展较快，很多国家的应用率达到70%以上。同时，热流道模具的制作成本、技术要求、维护费用都比普通模具的要高，因此，需要进一步的研发与改进，使其更广泛地应用于注塑模具的生产中。五、 注塑模CAD/CAE/CAM系统模具CAD/CAE/CAM技术的应用是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程技术。模具CAD/CAE/CAM是以计算机软件的形式，为企业提供一种行之有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对注塑产品的性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。特别是在进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM与RP&M技术的高度集成，更能显著缩短模具设计与制造周期，降低新产品开发创新的生产成本并提高产品质量，增强企业的市场竞争力 CAD/CAE/CAM与R&M技术主要包括以下几个方面:CAD(Computer Aided Design)是指工程技术人员以CAD设计软件和计算机为工具，用自身的专业知识，对模具进行总体设计、绘图、分析等设计活动的总称，是一项综合性技术。CAE(Computer Aided Engineering)是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现模具优化设计的主要支持模块。模具CAE主要是指用计算机对塑料模具产品进行性能与安全可靠性的分析，对其未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计中可能存在的缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性，减少企业投资开发新产品的风险。CAM(Computer Aided Manufacturing)是指对模具加工数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等。模具CAM是指利用计算机实现从模具图样到产品制造过程中的直接和间接活动，包括对物质流动和信息流动的直接控制、管理和监督，也包括工艺准备生产作业、计划、数控程序编制等，其核心内容是实现产品加工过程中的数控编程自动化。PR&M (Rapid Prototyping and Manufacturing)快速原型技术是借助计算机辅助设计，用实体反求的方法采集得到有关零件的几何形状，一次性建立数字化扫描模型，并通过激光选域烧结、激光光敏固化、分层实体制造、熔融沉积制造等方法来达到快速、准确地制造零件的现代化方法。六、 本课题的研究目标与研究内容本课题选用活动圈零件进行模具设计，对该零件进行系统分析和研究，其中包括确定模具浇注系统、推出机构、冷却系统等主要注塑模具设计步骤与环节的设计与应用。通过对塑件进行工艺分析，其中包括确定分型面，成型零件设计，浇注系统设计，侧抽芯机构设计，冷却系统设计，脱模机构的设计与改善等，从而得出一套设计合理的方案，最后得到一张总体装配图，模具装配图，重要零部件图和论文说明书。七、 研究方法和手段课题要求根据已知的活动圈零件图，利用PROE软件完成注塑模具实体图、装配图及零件图设计。目的是培养学生从事模具设计工作所需的基本技能：科技资料查阅；PROE软件应用；注塑工艺及其模具结构设计基础知识，为毕业后的工作打下良好基础。已有活动圈零件图纸、CAD软件。八、 方案的可行性分析根据所学的AutoCAD、Pro/E软件绘出活动圈注塑模具的二维及三维结构，用所学的力学及机构知识对其结构进行校核；通过计算和仿真来优化设计，以达到设计要求。九、 进度安排学生姓名吕天箫专业班级机械135指导教师王春本课题其他人员无题 目活动圈注塑模设计时间计划完成内容第1周确定论文课题，指导老师讲解课题题目，正确理解课题所要研究的内容和目的；根据课题要求，查找相关的中英文资料。第2周到图书馆查阅相关书籍和文献，开始翻译英文资料，了解论文涉及的相关知识并完成对选择英文资料的翻译。相关资料，掌握有关知识，并完成调研报告。第3周在有充足的准备后开始塑件建模，并且进行塑件成型工艺分析以及拟定模具结构等设计第4周开始说明书的主要计算包括浇注系统设计，成型零件设计计算第5周完成说明书剩下的设计过程，确定模架的选择，排气槽设计，脱模推出机构设计，冷却系统设计以及导向与定位结构设计第6周按照要求规范整理设计过程，完成说明书，按照指导老师意见认真修改完善设计计算
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