1、展出的 1 副用铝合金制造的塑料模, 使用寿命已达 30 万次, 状况依然完好。Pechiney Rhenalu 公司展出了 4 个系列 8 个等级的铝合金材料,宣称用其 M1- 600 铝材制造塑料模,寿命可达50 万次以上。Synventive Molding Solutions 公司的动态进料技术是塑料模技术中的一个亮点 , 这是一项控制熔融塑料在热流道系统中流动的专利技术。所谓动态进料 , 就是可为每个浇口分别设定注射时间、注射压力等参数, 根据这些设置进行注射, 可以获得平衡的注射和最佳的质量保证。为实现上述目的,装置内每个热流道喷嘴有一个针阀, 用以调节塑料的流动。针阀可通过液压驱
2、动活塞动态地、无级地移动, 针阀的位置决定了注射的流量和压力。在流道内有压力传感器, 可连续记录流道内的压力变化, 并将压力曲线与预置的压力曲线进行比较 , 通过液压系统控制针阀位置, 调整压力至预先设定的值。动态进料技术的另一优点, 就是允许使用可换模具, 即可使用一标准模具, 对于不同制件只要更换模芯, 而不必调整热流道系统。这样就可以减少使用的模具数。动态进料装置也允许使用多模成型, 同时允许每个模具使用不同的模芯。对于单副模具, 即具有一个模芯和多个浇口时, 用户可分别调节各个浇口的注射量、注射时间和压力, 从而保证复杂注射零件的质量。 总体说来，我们的塑料模具制造水平与世界先进水平的
3、差距还是很大的。再来看下覆盖件模具设计方面，汽车覆盖件模具随着汽车行业的高速发展获得了同步发展。第 10 届中国国际模具技术和设备展览会上共有 40 余家国内汽车覆盖件模具生产企业参加了展览, 比上届参展企业增加 40 % , 实力最强的国内几家企业都参加了本届展览, 且参展企业都经过精心策划, 展出了能反映其技术水平和综合实力的冲压件产品和模具资料,较客观、准确地反映了我国汽车覆盖件模具近 2 年的发展进步和当前的技术水平。2 年一次的中国国际模展, 因展览会级别高和各企业的参与重视 , 模展产品和资料能反映出我国在一个阶段汽车覆盖件模具的技术水平及技术进步, 主要体现在模具制造全过程中运用
4、的方法、手段、程序和结果中。从本届模展看,技术的进步可以总结为:先进技术推广普及升级,模具质量明显提高。 但是，对于外覆盖件，特别是中高档轿车的外覆盖件， 由于其有很高的型面精度和表面质量要求，整车厂还很少将模具交由国内开发。而国外方面，目前，国外大汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的大部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司（如Fontana Pietro、Kuka、Laepple、Schuler 等公司）设计和制造。这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂， 考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、
5、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。近年来， 通过不懈的努力，国内轿车冲压模具的设计制造能力取得了显著的进步。但是， 在轿车特别是中高档轿车外覆盖件模具的开发上，我们与国际水平仍有较大差 距。不过，这种差距并非不能缩小，只要我们多加强国际交流，多吸取国外同行的设计制造经验，一定能够加快轿车覆盖件模具的国产化进程。因此说来，我们还有很长的路要走呢。2 相关研究的最新成果及动态最近几年来， 注射成型技术发展的最新动向为：低压注射成型、高速注射成型、复合注射成型和超级小超密注射成型。2.1 低压注射成型低压注射成型发展背景是:首先，传统注射成型技术存在着庞大机器
6、与生产小制品的矛盾；其次在成型方面容易产生种类繁多的缺点， 诸如制品残余应力过大、飞边、注料不足、折皱、焦烧、脱模不良、熔接缝、裂痕、翘曲变形、缩孔；另外在塑化方面存在色调不均匀、分散不良、混炼不充分、熔体温度不均等缺点，而制品的各方面质量指标要求却在不断提高， 因而导致了低压注射成型迅速发展5。低压注射成型的主要优点有: （1） 注射压力、锁模力低、模腔压力也低低压注射成型的锁模力一般仅为传统注射成型的一半左右， 模腔压力仅为传统注射成型的一半，为传统精密注射成型的40。因此， 可实现小锁模力、小型注射机生产大制品6。 （2） 节能由于注射压力、锁模力都比传统的注射成型低， 一般在能量消耗方
7、面会节省10左右。（3） 成型周期缩短一般比传统的注射成型缩短810，若是成型大面积薄壁制品，则成型周期更短。（4） 模具费用降低因为注射压力显著降低， 则模具的强度、刚度均可降低，当模具材料相同时， 模具重量也会降低， 同时模具制造及维护费用也降低7。（5） 制品内应力、取向分布不均匀性减少这防止和减少了制品的变形， 不仅制品的尺寸、形状精密、模具的形态“转写”复制功能得以充分发挥， 而且传统注射成型制品的常见缺陷基本上都可消除。因此，现在许多精密度要求很高的制品都采用低压注射成型技术。例如DAD、DVA、CD等光碟、光学透镜、笔记本电脑光导器等都改用低压注射成型， 取得了非常好的效果。低压
8、注射成型之所以具有这么多优点， 并且愈来愈广泛地被采用， 主要是由于它不是在模具紧紧锁合的情况下用高注射压力将塑料熔体强行注满模腔。低压注射成型具体实施技术可分为：注射压缩成型、高注射速率低压注射成型、气体辅助注射成型等8。低压注射成型的实施， 并不需要完全更改传统注射机， 而只需对模具进行一些特殊设计或采用某些辅助系统， 但关键是需对注射机的控制系统作些新的更改12。2.2 高速注射成型该技术是适应制品的精密成型的需要， 减少模腔内压力、温度和取向的不均匀而开发的。其特点主要是充模时间短、物料熔体流动阻力和压力损失小， 因此特别适用于大型薄壁制品的生产。通常高速注射成型的实施需要具备如下条件
9、：（1） 注射机的注射力足够高（2） 注射机的刚度高（3） 成型条件参数节换响应状态优良（4） 成型条件的稳定性、重复性良好（5） 物料塑化均匀39目前高速注射成型的注射速率已达1000mm/s，注射速率达1017cm /s 。2.3 复合（共）注射成型由于对塑料制品功能多样化的要求日益增多， 因此在注射成型领域内展开了各式各样的复合注射成型技术开发。复合注射成型技术包括三种:（1） 二色、多色注射成型以往的多色注射成型多数采用注射模具的位置交换的方式来实现， 而目前则采用专用注射机来完成， 最突出的应用例子是汽车照明灯罩的生产。（2） 多材质注射成型这种注射成型方法主要是为了使制品同时满足多
10、种不同性能的要求而开发 的。例如制品要求耐候性、化学稳定性、气体阻隔性、导电性、屏蔽电磁波性等性能的某种组合， 则必须采用多材质（不同树脂）的多层复合注射成型技术。（3） 内加装饰件注射成型此种注射成型技术多用于改善制品的耐候性、装饰性和功能性的要求， 很多功能薄膜连同粘接层预先制备好， 注射充模前置于模腔， 然后借助注人模腔的熔体使其间达成一体，从而提高制品的功能性14。2.4 超极小、超精密注射成型这种注射成型技术自80年代末期至今发展速度非常快。像日本的Sumitomo 公司、Nissei公司、Juken公司、东芝机械、日精树脂工业，英国的Butler Desigen 公司、MCP公司，
11、 瑞士的Iutron Engineering公司、Rolla公司， 德国的IKV、Battenfeld公司， 西班牙的Cosmold公司等都竞相开发微型精密注射成型机，这些公司都有相当数量的机台投人工业生产。超极小、超精密注射成型技术所采用的注射机有螺杆式的， 也有柱塞式的。最大合模力为250KN， 最小的合模力仅为12KN有卧式的， 也有立式的；制品重量可在0.10.00013g范围；制品尺寸精度达0.005mm13。实施超级小、超精密注射成型加工，牵涉到材质、制品设计、注射机、模具、控制、检测、投料方式、制品收集、环境洁净级别等广泛领域的技术。对于超级小、超精密注射成型技术而言， 目前的普
12、遍水平处于可实现 0.0001g 级制品的生产，其所用的注射机、模具加工和制造、控制系统等技术已较成熟， 预定下一步的目标是生产 0.00001g 级的制品10。2.3 数控技术数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。2.3.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体要求。高速、高精加
13、工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力，满足人类的需求。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（ CIRP ）将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一14 。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的 零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度 和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式
14、拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求15 。从 EMO2001 展会情况来看， 高速加工中心进给速度可达 80m/min ，甚至更高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min ， 快速为 100m/min ，加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min 。加工一薄壁飞机零件，只用 30min ，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需
15、 8h；德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm 和 1g16 。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01m）。 在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上 ，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。2.3.2 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零
16、件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，精度高，而且效率也大幅度的得到了提高。一般认为， 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5轴联动机床的发展17 。当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机
17、床（含 5 面加工机床）的发展。在 EMO2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制或 CAD/CAM 直接或间接控制。2.3.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工 过程的自
18、适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。3 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标3.1 研究内容本设计项目的内容是对手电钻右壳体注塑模具设计及数控仿真加工。3.2 技术路线及方法注塑模具的设计须按照以下几个步骤进行3.2.1 塑件分析 （1） 明确塑件设计要求仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状，尺寸精度，表面粗糙度等各方面
19、考虑注塑成型工艺的可行性和经济性， 必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。（2） 明确塑件的生产批量小批量生产时，为降低成本，模具尽可能简单； 在大批量生产时，应保证塑件质量前提条件下，尽量采用一模多腔或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产率，因此对模具的推出机构，塑件和流道凝料的自动脱模机构提出严格要求。（3） 计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。3.2.2 注塑机选用根据塑件的体积或重量大致确定模具的结构，初步确定注塑机型号，了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数。3.2.3 模具设计的有关计算 （1） 凹
20、，凸模零件工作尺寸的计算；（2） 型腔壁厚，底板厚度的确定；（3） 模具加热，冷却系统的确定。3.2.4 模具结构设计 （1） 塑件成型位置及分型面选择；（2） 模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置；（3） 模具工作零件的结构设计；（4） 侧分型与抽芯机构的设计；（5） 顶出机构设计；（6） 拉料杆的形式选择；（7） 排气方式设计。3.2.5 模具总体尺寸的确定，选购模架模架已逐渐标准化，根据生产厂家提供的模架图册，选定模架，在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图。3.2.6 注塑机参数的校核 （1） 最大注塑量的校核；（2） 注塑压力的校核；（3） 锁模力的校核
21、；（4） 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核，包括闭合高度，开模行程，模座安装尺寸等几方面的相关尺寸校核。3.2.7 模具结构总装图和零件工作图的绘制模具总图绘制必须符合机械制图国家标准，其画法与一般机械图画法原则上没有区别，只是为了更清楚地表达模具中成型制品的形状，浇口位置的设置，在模具总图的俯视图上，可将定模拿掉，而只画动模部分的俯视图。模具总装图应该包括必要尺寸，如模具闭合尺寸，外形尺寸，特征尺寸（与注塑机配合的定位环尺寸），装配尺寸，极限尺寸（活动零件移动起止点）及技术条件，编写零件明细表等。通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，因此应首先认真绘制，而其余零部件应尽量采用标准件16
22、17。3.3 研究难点（1） 注塑零件的设计与工艺路线（2） 模具结构设计3.4 预期达到的目标通过本次毕业设计能更好的掌握注塑模具的设计方法，对 PRO/E 软件的运用更加熟练深入并能将所设计的模具应用于生产实践。4 研究工作详细进度和安排2010.11.1511.20 下达任务书。2010.11.20-12.31 完成外文翻译、文献综述、开题报告初稿。20111.10 前完成外文翻译、文献综述、开题报告。2011.3.28 前完成提交实习报告，要求必须在第 6 周结束前完成实习返校， 不得请假，以保证毕业设计基本的工作时间。20114.30 前中期检查毕业论文的进展情况。2011.5.9
23、前-完成毕业设计（论文）初稿。2011.5.17-5.27 毕业答辩。5 参考文献1郑东晖.我国模具工业发展情况分析J.成功（教育），2009（02）:296. 2 罗继相. 浅谈我国模具行业现状及发展趋势和对策J. 模具技术，2001（03）:72. 3 Xia Yuhai. Present State and Development of the Die & Mould IndustrialJ. MODERN MANUFACTURING TECHNOLOGY AND EQUIPMENT ， 2007（6）:5. 4周永泰.我国塑料模具现状与发展趋势J.塑料，2000（6）:23，24. 5
24、 李和平，吴霞. 现代模具行业现状与发展趋势综述J. 商场现大化，2007（3）:257. 6 许俊远.注射成型技术的发展概况J.广西经贸，1999（08）:35. 7 Ren Honglie. New Development Trend of International Inuection Molding TechnologyJ. LIGHT INDUSTRY MACHINERY，1999（01）:12. 8 盛晓敏，邓朝晖.先进制造技术M，北京:机械工业出版社，2000:47. 9申开智.塑料成型模具M.北京:中国轻工业出版，2002.9:78. 10 曹将栋. 现代注塑模具设计的一些先进
25、技术概述 J. 机电信息，2009（30）:162. 11 杨守滨. 浅谈注塑模具先进制造关键技术发展J. 科技创新导报，2008（2）:12吴智华.注射成型技术的发展动态J.塑料包装，2001（04）:17，18. 13Hong Lihua. Status and Tooling Die & Mold Industry Development Trend of ChinaJ. MECHANICAL & ELECTRICAL TECHNOLOGY，2007（30）:21. 14 周永泰.中国模具正在加速融入世界并实现国际共赢J.模具工业，2006， 32（4）:615 李发致.模具先进制造技术M.北京:机械工业出版社，2003:32. 16 夏江梅.塑料成型模具与设备M.北京:机械工业出版社，2005.4:31-34. 17徐佩弦.塑料制品与模具设计M.北京:中国轻工业出版社，2001.7:25-27.
