多腔多方向抽芯注塑模具设计唐磷-开题报告

1、 毕业设计开题报告题 目： 多腔多方向抽芯注塑模具设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 唐磷 学 号： 200702150201 指导老师： 陈国强 2011年 3 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 述一、前言塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家的支柱船业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成型，世界塑料模具市场中塑料成行模具产量中约半数是注

2、塑模具。注塑生产因其生产效率高、产品质量好、材料消耗少，生产成本低而获得广泛应用我国的塑料模具工业特别是注塑模具工业的发展更是迅速，现今，注塑模具的设计生产约占整个塑料模具设计生产的三分之一随着塑料工业生产的发展，特别是90年代以来，塑料工业产品的品种和数量不断增加，产品更新换代加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，使注塑模具需求量增加，对注塑模具质量要求也越来越高，同时力求尽可能缩短注塑模具的设计和生产周期，所以注塑模具技术直接影响着制造业的发展、产品更新换代和企业竞争能力。因此，众多的注塑模具设计生产企业也在积极采用新技术、新方法，力争在产品功能、交货日期、模具质量、价格、售后服务

3、、可持续发展等方面进行改进1。在实际生产中，为提高生产效率、降低生产成本，提高竞争力，中小型制品常采用一模多腔方案. 多型腔多方向抽芯注塑模的设计，既可以采用传统的方法，也可以基于智能设计软件进行设计。其重点于难点是其浇注系统的流动平衡设计以及抽芯机构，这很大程度上决定了模具结构的复杂程度和产品的质量。二、 国内外塑料模具技术的研究现状据统计，全世界每年注塑制品的产量约占整个塑料制品总产量的30，其中塑料注射模具的数量又占所有塑料模具总量的50，注塑成型技术在塑料行业中占有非常重要的地位。2008年大连理工大学的孔吉进行了塑料注射模浇口数量优化模型的研究，建立了一个浇口数量及位置的优化模型，将

4、Kriging模拟算法与注塑数值模拟软件Moldflow相结合，优化填充过程中使熔体同时到达型腔末端，从而达到平衡填充的效果，得到最优的浇口数量及位置2。采用传统的手工设计模具与常规设备加工模具时，模具设计与加工的质量完全取决于人的经验，要经过反复试模才能获得成功，所以设计与制造周期长。20世纪60年代中后期以后，欧美的一些大公司开始重视并投入到CAD/CAM技术的研究和开发中，极大地推动了这种技术的发展。随着模具工业的飞速发展，其逐渐被引入模具工业，并日益受到企业的重视。例如美国UGS公司，针对多工位级进模和注射模分别推出了多工位级进模设计向导CAD系统(Progressive Die Wi

5、zard)和注射模设计向导CAD系统(Mold Wizard)。两系统均无缝地集成于该公司的三维机械CAD/CAM系统UG中，为用户提供了级进模和注射模设计环境与工具，封装了模具设计的专家知识，提供了丰富的标准化的模架库、零件库和镶件库3。自80年代以来，北美和欧洲的许多研究小组对聚合物熔体流经管道、口模和成型设计的各个方面进行了深入的调查、研究，推出了关 于聚合物流动的有限元分析软件HDAP、POLYFLOW、NEKTON和POLYCAD等。90年代，研究重点在材料的粘弹性、复杂三维模拟，以及取 向、残余应力和固化现象等。另外，计算方法在双螺杆挤出、热成型、薄膜吹塑、反应注射成型和气体辅助注

6、射成型的工艺条件设定方面的应用也成为研究热点。华中科技大学模具技术国家重点实验经过10余年的努力，开发出了独具特色的、具有国际先进水平的三维注塑成型仿真系统HSCAE3D。该系统能直接在三维实体模型上划分网络，显示三维分析结果，并把知识工程技术引入系统的开发中，利用人工智能所具有的思维和推理能力，代替用户完成大量工艺参数、制品几何参数、分析结果数据场等信息的分析和处理。CAE在我国模具行业的应用还刚刚起步，只是在经济实力相当雄厚的企业才得到应用4。近20年来以计算机技术为代表的信息技术的突飞猛进，为注塑成型采用高新技术提供强有力的条件，注塑成型计算机辅助软件的发展十分引人注目。1、 浇注系统的

7、研究现状浇注系统可分为普通浇注系统 ( 简称冷流道 )和热流道浇注系统 ( 简称热流道) 两大类。现在，市场越来越趋向于热流道系统。为了确保得到合适的并且最有效益的注塑成型工艺，为此文献5、6对注塑模普通浇注系统和热流道浇注系统的优缺点进行了分析，给出了选择模具流道的一些建议。 在注塑过程中，由流道和浇口构成的浇注系统引导塑料熔体进入型腔，其设计合理与否对塑件的质量和性能都有决定性影响。在实际生产中，为提高生产效率、降低生产成本，中小型制品常采用一模多腔方案，但是塑料制品往往会出现充填不足或部分型腔不能填充等缺陷。因此，设计者在设计时就必须考虑到如何在短时间内调整流道尺寸，以保证塑料熔体在各个

8、型腔内的流动趋于平衡。国外的有关专家对流道系统的设计已做了很多尝试 7-9，国内吉林大学的连建设等人也曾做过该方面的研究，他们在注塑模流道优化设计方面都提出了相关有益的理论。当采用一模多腔的模具成型时，通常按浇注系统中流道布置的形式将浇注系统分为两类：平衡式浇注系统和非平衡式浇注系统10。注塑模普通浇注系统的断面尺寸，一般都是根据经验确定。在大多数情况下，凭经验数据设计是可行的。但是在非平衡式布置分流道的情况下，往往会产生有的型腔充填不足，或飞边很大等缺路，甚至反复修改、反复试模也找不到合理的设计方法。对此南京理工大学的胡石玉通过多年的设计和教学研究，摸索出来了一种计算中小型注射模普通浇注系统

9、断面尺寸的方法，这种方法可直接用来确定注射摸普通浇注系统的主流道、分流道、浇口的断面尺寸，也可用来校核凭经验设计的浇注系统的断面尺寸的正确性11。通过对注塑成形制品常见缺陷及其成困的分析,确定良好的浇注系统位置是提高塑件质量的重要途径,为此郑州工业大学的申长雨将数值模拟和优化算法相结合,以熔体同时到达型腔末端为优化目标，对注射模浇注系统位置优化设计进行了研究12。若根据某种需要浇注系统被设计成型腔非平衡式布置的形式,则需要在短时间内通过合理调节流道尺寸使流动尽快达到平衡。2004年郑州大学对此进行了研究,得出了了一个自动平衡多型腔注塑模的算法,进而在流道布置及浇口尺寸确定后对分流道尺寸进行优化

10、13。即使是平衡的浇注系统，同样存在流动不平衡问题。Xia和Mallick14研究了具有自然平衡设计流道系统的多型腔注塑制品尺寸变化原因，发现引发制品尺寸变化的原因是收缩不一致，而收缩取决于材料性能、工艺条件和模具设计。John15研究发现具有H型自然平衡设计流道系统多型腔模具，当型腔数为八个或更多时，出现由于剪切诱导产生的流动不平衡现象，并通过在流道中安置Melt Fliper使各型腔的热和流动实现平衡，从而提高产品质量。在以往，浇注系统的很多数据都是通过经验确定，但是现在市场对很多产品的要求都越来越高，单单通过经验设计往往满足不了，并且修改起来会很耗时间。以上的研究者通过自己的设计和教学经

11、验，总结出浇注系统相关参数的计算方法，这样大大提高了设计的效率和精度。 2、 抽芯机构的研究现状抽芯机构是安装在注塑模内部的运动部件，因此，抽芯机构的设计合理与否不仅直接关系到能否顺利完成抽芯和复位运动，实现外侧孔或内、外侧凹等注塑成型单元的正确成型，而且影响顶出机构、冷却水路等其他部件的空间布局直以来，在塑件的设计与制造过程中，常会出现侧凹或斜长孔。当注塑件上具有外侧孔或内、外侧凹等结构特征时，注塑件不能直接脱模，必须将成型侧孔或侧凹的零件做成活动的侧型芯，在注塑件脱模前将它抽出，然后再将模内塑件顶出16。通常，齿轮齿条斜向长孔的抽芯方式能满足该类零件的生产要求，但随着对产品外观质量要求的日

12、益提高和劳动生产率的日益提高，存在着许多方面的不足，因此，2004年河南的尚波设计了一种新型的斜向抽型机构杠杆压板式斜向抽芯机构。该机构是一种全新的斜向抽芯机构，它用于冰箱、冰柜塑料件和同类型注塑件的注射成型，它能有效避免塑件表面的拉伤、划伤、错位等缺陷17。同年青岛理工大学的田福祥、贺斌青利用斜销及齿轮一齿条抽芯机构同时完成塑件两侧抽芯和斜盲孔抽芯。模具结构紧凑, 工作可靠,操作维修方便, 成型塑件质量好, 生产效率高18。2005年湖北汽车工业学院向雄方分析了常用侧抽芯方式的工作特点，针对一种小型制件成形时的多向侧抽芯要求，设计了一种用一套侧抽芯装置实现多个方向侧抽芯功能的注射模具。该装置

13、借助开合模运动完成各向侧型芯的复位、锁紧及抽芯等工作过程，具有结构简单、工作可靠及经济实用等特点18。2009年兰州理工大学的曹驰、马颖、郝远、刘伟国分析了塑料管接头零件的结构特点和工艺特性，通过对模具结构的优化设计，采用二次抽芯结构的设计及计算方法，保证了塑件顺利成形。 实践证明， 此机构设计合理，安全可靠，自动化程度高，能满足制件要求19。 基于以上资料，对抽芯机构的一般是基于效率高，经济，安全可靠，自动化程度高的方向进行研究。3、 脱模机构的研究现状脱模机构是模具的重要组成部分，其结构的合理与否对塑件质量及模具的复杂程度有着非常重要的影响。2007年湖北工业大学的黄菊花和钱应平摘分析了注

14、射模具中产品初始脱模力的影响因素，推导出初始顶出力的计算公式，为注射模具中顶出元件的结构形式的设计提供理论的参考依据20。2008年广州的罗敬东和华南理工大学的刘斌在SolidWorks环境下建立脱模机构标准件的参数数据库和实体模型库的基础上，利 用VB对SolidWorks进行二次开发。通过SolidWorks API函数，利用ADO数据处理技术，完成了脱模机构标准件建库及其推出零件的校核，从而实现了在SolidWorks环境下注射模脱模机构的设计。该模块使用方便，使设计注射模脱模机构变得简单、快捷 21。2008年佳能的熊文杰通过对注射模侧滑块脱模不良的分析，在侧滑块上设计了二级脱模机构来

15、分散脱模阻力，使塑件顺利脱模，达到了理想的脱模效果。经生产验证，该设计切实可行22。对于脱模机构，从文献可知，它的要求是简单，快捷，力求提高生产效率，同时保证塑件不变形，保持良好的塑件外观。有关学者通过一系列的理论与实证研究，结合相关软件，取得了丰硕的成果。4、 温度控制系统的研究现状CAE技术对模具工业发展前景起的作用，已经引起了诸多的关注。注塑CAE中的注塑模冷却分析模块则可以模拟分析出在现行的冷却条件下模具内熔体的温度场变化以及冷却介质的最佳流动状态，分析出产品在目前的注塑条件下的顶出温度分布以及在目前的冷却系统下制件内部冷冻层厚度比例的分布，从而对目前的冷却系统作出评价，经过优化后的冷

16、却系统即能满足冷却的充分，又能大大缩短冷却时间，从而节省了模具制造时间，提高了生产效率。对此，相关文献也给予了一些报道，如郑州工业大学的申长雨、陈静波，刘春太等介绍了注塑模冷却过程CAE技术的基本原理及在冷却系统设计中的应用23。广东的余蔚荔，余冠洲等人对于光盘注塑模具的冷却系统的设计进行了研究24。另外运用CAE技术辅助进行模具冷却系统设计，也是CAE发展的方向，相关的英文文献也进行了报道25。长期以来，注射模冷却系统的设计主要采用传统方法，冷却管道的布置和冷却参数的确定往往在设计的最后阶段凭设计者的经验和直觉进行，缺乏理论依据和科学的计算方法，结果导致许多模具成型效率较低，塑件的质量也难以

17、保证。而通过CAE软件进行分析，便能得到已经量化的，非常准确的结果，然后进行综合考虑，就能够得到一个整体效果较好的方案。三 、国内外注塑模具技术发展趋势随着塑料工业的发展和塑料制品应用范围的扩展，目前塑料注塑成型技术不仅用于热塑性塑料制品的生产，而且推广到固性塑料制品和塑料复合材料制品的生产当中，成为一种重要的塑料加工方法。随着材料科学与加工工艺的不断进步，许多高分子材料的优异性能越来越多的被人们发现及应用，航空航天、仪表计量等高精密行业都对塑料产品的制作更加严格的要求，塑料制品快速进入这些高精尖领域，对塑料注塑成型技术生产的产品的质量、性能提出了更高的要求。因此，如何提高注塑制品质量和性能成

18、为该领域的重要研究课题26。以注射模为主的塑料模正在向多型腔、高效自动、节能省料等方向发展, 一模多腔一可多达几百甚至上千腔。为充分发挥注射机的潜力, 也采用多层模具, 增加模板层数, 就能倍增加生产效率。为 改善注塑件的尺寸精度、提高成形效率和简化模具结构, 发展了模温控制器、热管冷却元件和负压冷却系统, 解决了注塑成型中的模温、模压、热胀、滞流等问题27。塑料模具CAE技术的运用也是塑料成型加工及模具设计发展过程中的一个重要里程碑。设计、生产人员可利 用塑料模具CAE技术有目的地修正设计方案和工艺条件，克服因经验少、工作疏漏而造成的不良后果，多快好省地进行新产品、新工艺的研究开发，以适应日

19、益激 烈的竞争环境。近年来模具及塑料加工领域发展最快的是CAE技术，通过对成型加工过程进行数值模拟，研究加工条件的变化规律，预测制品的结构和性 能，选择制品、模具设计及工艺条件间的最佳方案，使成型加工从一项实用技术变为一门应用科学。参考文献 1 陈志明，张海鸥，王桂兰我国模具工业的现状与发展锻压技术2004,5：1-4. 2孔吉.塑料注射模浇口数量优化模型研究D.大连：大连理工大学，2008.3李德群，肖祥芷模具CADCAECAM的发展概况及趋势J模具工业，2005，（7）.4周永泰中国模具工业的现状与发展J电加工与模具，2005，(11).5张琳，党杰.注射模浇注系统的选择J.大众科技，20

20、09，（5）. 6 顾明, 热流道的选择 J. 金属加工（冷加工），2009/06 . 7 Wang VW, Wang KK.Interactive Computer Programfor Runner System Design in I injection Molding R.Chicago:Brookfield Center,1983.663-665.8 Jone WR, Wang KK. Integrated Design System for3-D Runner Balancing of Injection Molding. 9 Kim BH, Ramesh M. Automatic

21、 Runner Balancingof Injection Molds Using Flow SimulationJ. ASME,1995,117:508-515. 10 陆建军，袁国定，韩阳飞. 注塑模多型腔流道优化设计 J 江苏大学机械系.11胡石玉,方淑玲.中小型注射模浇注系统断面尺寸的校核J.江苏机械制造与自 动化，1997，（3).12申长雨.注射模浇注系统位置优化设计J.机械工程学报,2002,38(2). 13余晓容，申长雨.多型腔注射模浇注系统优化设计J.工程塑料应用，2004，32（4）. 14 Z Xia.P K Mallick Control of dimensional

22、 variability in injection molded plastics parts. 15 P B John.H Y Jack.J J Matthew Mold filling imbalances in geometrically balanced runner systems. 16 奚勇生精密注塑模具设计M北京：中国轻工业出版社，2001：95115 XI Yongsheng Exact injection molding designMBeijing：Chinese Light Industry Press，200l：9511517刘国瑜.一种新型复合抽芯机构J.模具工业，

23、2003，（263).18尚波.一种新型的斜向分型与抽芯机构J.模具制造，2004，（12）.19曹驰，马颖. 管接头注射模二次抽芯结构设计J .电加工与模具，2009，（2）.20黄菊华，钱应平.注射模具初始脱模力的计算.塑料工业，2007，35.21罗敬东，刘斌.基于SolidWorks注射模脱模机构的设计J.模具制造，2008，（8）.22熊文杰.注射模侧滑块二级脱模机构设计.模具工业，2008，34（4）. 23 申长雨，陈静波，刘春太等注射模冷却过程CAE技术J模具工业，2001/4.24余蔚荔，余冠洲光盘注塑模具冷却系统的研究与设计J.机床与液压，2008/2.25Kamax J

24、SComputer Software for Plastic Cooling AnalysisMA New Approach ANTEC，198426洪慎章.近代塑料的应用现状及注射模的发展方向J.模具工程，2006，（9）.27国外塑料模具结构的发展 J . 模具技术.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1、 课题的目的与意义本课题主要是设计材料为ABS的多腔多方向抽芯注塑模，设计出的模具结构简单，能够顺利完成整个成型过程，并使塑料制件的外观质量和使用质量都能够达到所

25、需的要求。在整个设计过程中，不仅要培养自己的动手能力，创新能力，计算机及软件运用能力，还要检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。最后，应该能够掌握进行模具设计的方法，过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。2、 课题发展现状和前景展望随着塑料工业生产的发展，特别是90年代以来，塑料工业产品的品种和数量不断增加，产品更新换代加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，使注塑模具需求量增加，对注塑模具质量要求也越来越高，同时力求尽可能缩短注塑模具的设计和生产周期，所以注塑模具技术直接影响着制造业的发展、产品更新换代和企业竞争能力。因此，众多的注塑模具设计生产企业也在积极

26、采用新技术、新方法，力争在产品功能、交货日期、模具质量、价格、售后服务、可持续发展等方面进行改进。随着国内汽车、航空航天、通讯、电器等行业的发展，塑料模具的市场潜力是非常巨大的，但同时对产品质量的要求越来越高。塑料模具的发展将朝着大型化、高精密度、多功能复合型的技术方向发展。以汽车工业为例，由于国内汽车市场的需求非常大，汽车的产量、销量每年都在高速地增长，因此需要大量的汽车模具与之配套。譬如生产一款轿车大概需要200多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具，从国内模具企业的生产能力看，仅仅能满足50。在建筑领域，塑料建材正在大规模地取代传统的建筑材料，预计201

27、1年全国塑料门窗和塑管普及率将达到3050，塑料排水管市场占有率将超过50，而这些塑料产品的生产同样需要大量的模具与之配套。由此可见，市场对塑料模具的需求是非常巨大的，塑料模具的发展潜力是不可低估的。以注射模为主的塑料模正在向多型腔、高效自动、节能省料等方向发展, 一模多腔一可多达几百甚至上千腔。为充分发挥注射机的潜力, 也采用多层模具, 增加模板层数, 就能倍增加生产效率。三、课题主要内容和要求1、课题主要内容（1）分析给定的多腔多方向抽芯塑件的结构、材料以及成形工艺性；（2）计算模具零件尺寸，确定模具类型，确定合理的成型方案；（3）选用注射机等成型设备，进行分型面的选择和型腔的布置；（4）计算模具其他部件基本参数，凸模、凹模等工作零件的设计；（5）进行浇注系统、抽芯机构、脱模机构、冷却系统和排气系统、温度控制系统的设计绘制。（6）基于CAD绘制模具装配图、非标准件的零件图。2、课题主要要求（1）