筒形管塑料件注射模具设计开题报告

一、选题背景与意义

模具是工业生产中极其重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备。模具工业是重要的基础工业。工业要发展，模具须先行。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。由于使用模具批量生产制件具有的高生产效率、高一致性、低耗能耗材，以及有较高的精度和复杂程度，因此已越来越被国民经济各工业生产部门所重视，被广泛应用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗、生物、能源等制造领域，在为我国经济发展、国防现代化和高端技术服务中起到了十分重要的支撑作用，也为我国经济运行中的节能降耗，做出了重要贡献。现在，模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，也是一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之一。

通过毕业设计能使得大学所学知识得到更好的融会贯通，并且通过这段时间的复习，将这些基础知识掌握得更加牢固；从而大大提高了CAD绘图的熟练程度，UG等绘图水平也得到了相应提高；通过大量资料的查阅可以拓展了学生的知识面，对模具有了更深入的了解和认识，掌握了模具设计的基本步骤和技巧。更重要的是掌握在这过程中所学到的查阅资料和自学的能力，将来能在模具行业中有所发展。

二、课题关键问题及难点

(1)筒形管塑料件的内外表面的形状较为简单，其表面较为光滑，在制造型芯时要求型芯的外表面的粗糙度不能太低，在加工是需要设置合理的刀具路径。

(2)由于成型部分为两端都为圆筒薄壁件，且一端大一端小中间有一小圆环体，两边都需要采用侧向抽芯，所以采用两个镶块镶嵌在动、定模板中较为合理。

(3)在模架选择上需考虑到镶块的大小，选择合理的模架。

(4)同时通过MOLDFLOWMPI模具分析技术从理论上对产品设计方案在注塑成型过程进行数值模拟，通过有关计算结果的分析，预测塑料件结构可能出现的缺陷，利用MPI分析结果，合理设计模具浇注系统(浇口)和冷却系统。

三、文献综述（或调研报告）

1塑料模具简介

模具基本概念是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具是制造业中不可或缺的特殊基础装备，主要用于高效大批量生产工业产品中的有关零部件和制件，是装备制造业的重要组成部分。模具工业是重要的基础工业。工业要发展，模具须先行。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。有人说，模具是现代工业之母。世界各国对模具生产技术非常重视，从而出现了许多新工艺、新技术。这也促进注塑工艺的不断提高和发展[2]。

塑料模具的基本概念：是指利用其本身特定密闭腔体去成型具有一定形状和尺寸的立体形状塑料制品的工具[1]。塑料制品是以塑料为主要结构材料经过成型加工获得的制品，又称为塑件。模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是其基本结构是一致的[3]。塑料模具是指用于成型塑件的模具，是型腔模的一种类型。模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。

2模具的发展历史

我国模具工业起步较晚，基础薄弱。在五十到七十年代这三十年中，由于我国推行计划经济模式和产业结构上依照前苏联的生产方式，模具制造纯属依附于企业的一个配件加工车间。再则由于工业发展的缓慢和经济封闭，以及人民的生活水平处于很低的消费水平等诸多因素，抑制了模具制造的产业化、社会化和商品化。由此而带来了模具制造业对其所采用的材料要求不高甚至没有要求，供需关系处于有什么用什么的不合理的混乱状态。

随着改革开放的日益深化和市场经济加快，很大程度上推动了模具制造业的发展。模具制造业已走出企业禁锢的状态，十年中，我国的仿制国外新钢种的同时，还在高校、科研院所和各钢厂的配合下，自行研制开发了一批适合我国国情的模具新钢种。不仅改善了加工性能，而且还大大提高了模具的使用寿命。七五后期和八五期间，国家队模具行业的加大投入，使我国已成为模具和模具材料的生产大国。在此期间，国家政府和高校合作，在许多大专院校设立模具专业，以及在德国和日本的援助下模具技术人员和技术工人的培养进入正轨。20世纪90年代以来，由于CAD/CAM技术的发展，使得我国的模具行业又得到发展。

3模具发展的现状

但是，模具材料由于其规格繁多，同规格单次需求量少，市场即时采购等特点，使得各大钢厂规模性生产装备无法适应。因此纷纷寻找合适的代理商以求得规模效应。可是，众多的代理商虽然手中握有厚资，但是对于模具工况条件，材料特性以及相关热处理等问题的了解不够，都停留于普钢类方面的激列竞争[4]。由于模具产品技术含量较高，活化劳动比重大，增值率高，生产周期较长，因而模具制造行业就有了技术密集和资金密集、均衡生产和企业管理难度大、对特定用户有特殊的依赖性、增值税负重、企业资金积累慢以及投资回收期长等许多特点。目前全国共有模具生产企业（厂、点）约3万个，从业人员近100万人，从模具产需情况看，中低档模具已供过于求，而以大型、精密、复杂、长寿命模具为主要代表的高技术含量模具自给率还较低，只有60%左右，有很大一部分依靠进口。目前模具总销售额中塑料模具占比最大，约占45%；冲压模具约占37%；铸造模具约占9%；其他各类模具共计约9%。

从产业布局来看，珠江三角洲和长江三角洲是我国模具工业最为集中的地区，如单套模具重量达到120吨的巨型模具、加工精度达到0.3～0.5μm的超精模具、使用寿命达到3亿～4亿次的长寿命模具、能与2500次/分钟高速冲床配套的高速精密冲压模具、多功能复合模具、能实现智能控制的复杂模具。

在我国模具生产企业中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAE/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工的先进技术的企业也逐渐增多[5]。模具标准间使用覆盖率级模具商品化率都已经有了较大幅度的提高。热流道技术在塑料模具行业中应用比例越来越高[6]。

我国的模具生产存在的主要问题大致有如下方面：(1)研发及自主创新能力薄弱。(2)企业管理落后于技术的进步。(3)数字化信息化水平还较低。（4）标准和标准件生产供应滞后于模具生产的发展。(5)人才与发展不相适应。（6）以模具为核心的产业链各个环节协同发展不够，尤以模具材料发展滞后最为明显。

4模具技术发展的趋势

在接下来的发展过程中，重点发展大型、精密、复杂、组合、多功能复合模具和高速多工位级进模、连续复合精冲模、高强度厚板精冲模、子午线轮胎活络模具以及微特模具；对于在航空航天、高速铁路、电子和城市轨道交通、船舶、新能源等领域要求的高强、高速、高韧、耐高温、高耐磨性材料的新的成形工艺及模具制造，要有重要突破[7]。进一步缩短模具生产周期、提高模具寿命和使用的稳定性。生产周期在现在的基础上缩短20%～30%；模具使用寿命在现在的基础上提高20%～30%；用模具制造精细化来提高模具的可靠性和稳定性[8]。

塑件在工业中的应用日趋普遍，这是由于它们具有一系列特殊的优点所决定的。其优点有：（1）塑料密度小、质量轻，大多数塑料密度在1.0-1.4g/cm3之间，相当于钢材密度的0.11和铝材密度的0.5左右，即在同样的体积下，塑件要比金属制件轻得多，这就是以塑代钢的优点。2）塑料的比强度高,比刚度高；（3）塑料的绝缘性能好，介电损耗低；（4）塑料的化学稳定性高；（5）塑料减摩、耐磨及减振、隔音性能也较好[9]。

传统的冷流道模具已经不能满足需求也不能达到现代产品的精密度要求。热流道系统有如下发展趋势：（1）元件的小型化；（2）热流道元件的标准化、系列化；（3）热流道模具设计整体可靠性提高；（4）开发精确的温控系统；（5）将热流道用于共注[10]。

参考文献

[1]王刚.单岩.MOLDFLOW模具分析应用实例[M].北京：清华大学出版社，2005：30-40

[2]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].第3版.北京：高等教育出版社，2014：10-21

[3]黄虹.塑料成型加工与模具[M].北京：化学工业出版社，2004：34-48

[4]李志刚.中国模具设计大典（第一卷）[M].南昌：江西科学技术出版社，2003：34-48

[5]陈立亮.材料加工CAD/CAE/CAM技术基础[M].北京：机械工业出版社，2007：67-78

[6]俞芙芳.塑料成型工艺与模具设计[M].第1版.北京：清华大学出版社，2011：08-19

[7]马文琦,孙红镱.塑料成型模拟软件技术基础与应用[M].北京:中国铁道出版社,2006

[8]M.L.H.Low,K.S.Lee.AParametric-ControlledCavityLayoutDesignSystemforaPlasticInjectionMould[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2003,21:807~819

[9]朱征,郭志全.模具CAD/CAM的现状和发展[J].机械研究与应用,2003,6:1~2

[10]LIMSang-Heonl,KIMJae-Hyunl,LEEChoon-Man．DevelopmentofCAD／CAMsystemandprofilemeasuringdeviceforCNCgrindingmachinetoobtainanoptimalgrindingspeed[J].JournalofCentral.SouthUniversityofTechnology,2011,18(1):146~152

四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证

零件图如图1所示，该塑件材料为PP。筒形管塑料件的内外表面的形状较为简单，其表面较为光滑，在制造型芯时要求型芯的外表面的粗糙度不能太低，在加工是需要设置合理的刀具路径，由于成型部分为两端都为圆筒薄壁件，且一端大一端小中间有一小圆环体，两边都需要采用侧向抽芯，所以采用两个镶块镶嵌在动、定模板中较为合理，在模架选择上需考虑到镶块的大小，选择合理的模架。同时通过MOLDFLOWMPI模具分析技术从理论上对产品设计方案在注塑成型过程进行数值模拟，通过有关计算结果的分析，预测塑料件结构可能出现的缺陷，利用MPI分析结果，合理设计模具浇注系统(浇口)和冷却系统。

图1筒形管塑料件

1、解决问题的方案

（1）如何选择注塑机。

（2）如何选择镶块镶嵌。

（3）如何设计浇注系统。

（4）如何选择合理的模架。

（5）如何通过MoldFlow软件对充填模具的流动性进行分析。

2、工作内容如下：

（1）设计合理的塑料成型工艺方案；掌握塑料的使用性能和用途。

（2）完成模具总装图；使用CAD软件进行零件图的绘制，利用PRO/E(或UG)软件进行型芯和

型腔的分模，完成模具的2D总装图和若干零件图的绘制。

(3)完成模具主要零件的零件图。

(4)撰写毕业设计报告。利用模具分析进行熔体模拟流动分析，优化模具设计结构。

五、工作计划

第1周完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。

第2周英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均用PDF格式，上传至毕业

设计管理系统。译文封面用标准模板。掌握相关模具设计软件（UG）的应用。查阅文献资料，撰写开题报告。学习MOLDFLOW软件的使用。

第3周完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。开题报告封面用标准模板。熟悉塑料模具相关设计步骤。

第4周塑件结构分析、成型工艺参数的分析与设计。

第5周绘制注射模装配草图。

第6周绘制注射模装配草图。同时进行中期检查，在毕业设计管理系统上完成中期检查报告的填写。

第7周计算机绘装配图及利用UG绘制模具图。

第8周计算机绘装配图，绘制模具主要成型零件图。

第9周绘制模具主要成型零件图，完成熔体模拟流动分析优化模具设计优化分析。

第10周完成毕业设计报告（论文）的撰写，并提交给指导老师批阅和确认。

第11周修改毕业设计报告（论文），同时用PDF格式，上传毕业设计报告（论文）和附件至毕业设计管理系统。封面用标准模板。

第12周评阅、成果验收，规范化检查。

第13周答辩评分。