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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
文 獻(xiàn) 綜 述
（包括國內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問題、參考依據(jù)等）
文獻(xiàn)綜述
注塑模設(shè)計(jì)
1. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
注塑模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑膠模具設(shè)計(jì)工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑膠制品在航空、航太、電子、機(jī)械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品對(duì)模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的塑膠模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。電腦輔助工程（CAE）技術(shù)已成為塑膠產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng)。美國上市公司 Moldflow 公司是專業(yè)從事注塑成型CAE 軟體和諮詢公司，自 1976 年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟體以來，一直主導(dǎo)塑膠成型CAE軟體市場(chǎng)。近幾年，在汽車、家電、電子通訊、化工和日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
利用 CAE 技術(shù)可以在模具加工前，在電腦上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行類比分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模以後再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)塑膠模具的設(shè)計(jì)方法一次突破，而且對(duì)減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
塑膠模具設(shè)計(jì)不但要采用 CAD 技術(shù)，而且還要采用 CAE 技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢(shì)。注塑成型分兩個(gè)階段，即開發(fā)/設(shè)計(jì)階段（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(shè)計(jì)模具，模具裝配完畢後，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題後，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料模具設(shè)計(jì)制品和塑膠模具的設(shè)計(jì)，這勢(shì)必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期?！?
2．研究方向
基于注塑模具制造的特點(diǎn)，對(duì)注塑模具制造業(yè)提出了相應(yīng)的要求。當(dāng)前模具制造的研究方向主要表現(xiàn)為以下五個(gè)方面：
2.1從一般的機(jī)加工方法，發(fā)展至采用光機(jī)電相結(jié)合的數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割以及各種特殊加工相結(jié)合，例如電鑄成形、粉末冶金成形、精密鑄造成形、激光加工等。從而可以加工出復(fù)雜的型腔和型芯，以及保證較高的加工精度要求。目前慢走絲線切割和電火花放電加工精度要求。
2.2先進(jìn)的技術(shù)支持條件。模具的服務(wù)對(duì)象主要是電器、汽車廠家，產(chǎn)品的更新?lián)Q代快，而且模具的設(shè)計(jì)已經(jīng)從二維發(fā)展為三維，實(shí)現(xiàn)了可視化設(shè)計(jì)，不但可以立體、直觀地再現(xiàn)尚未加工出的模具體，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM一體化，而且三維設(shè)計(jì)解決了二維設(shè)計(jì)難于解決的一些問題，諸如：干涉檢查、模擬裝配等。
? ?2.3模具快速制造技術(shù)。當(dāng)前快速制造有三個(gè)發(fā)展方向：分別是基于并行工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技術(shù)的注塑模具快速制造和高速切削技術(shù)。
2.3.1 基于并行工程的注塑模具快速制造這種生產(chǎn)方式。是以注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，它主要體現(xiàn)為經(jīng)營管理、模具設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，它主要體現(xiàn)為經(jīng)營管理、模具設(shè)計(jì)和模具制造的三個(gè)體系的標(biāo)準(zhǔn)化。
? ? 2.3.2 基于快速原型技術(shù)的注塑模具快速制造。直接從CAD模型生產(chǎn)工模具被認(rèn)為是一種可以減少新產(chǎn)品成本和開發(fā)周期的重要的方法，近些年來，這種將CAD技術(shù)、快速成型（RP）和快速工模具制造（RT）等高新技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的注塑模具的制造產(chǎn)生了重大的沖擊。
2．4 發(fā)展新的塑料模具材料及模具表面技術(shù)。主要是發(fā)展易加工、拋光性好的材料，預(yù)硬易切削鋼（一般28~35HRC之間)、耐蝕鋼、硬質(zhì)合金鋼以及時(shí)效硬化型鋼、冷擠壓成型鋼。表面工程可以彌補(bǔ)模具材料的不足，降低模具材料的研發(fā)及加工的費(fèi)用。
2．5 基于信息注塑模具的制造新模式。與注塑模具制造活動(dòng)有關(guān)的信息包括產(chǎn)品的信息和制造信息?，F(xiàn)代制造過程可以看作是原材料或毛坯所含的信息量的增值過程，信息流驅(qū)動(dòng)將成為制造業(yè)的主流。
3．注塑成型的基本原理
3.1注塑成型的基本原理
所謂的塑料的注塑是指將樹脂原料加熱熔融后，在一定的壓力和速度下使其注入模具內(nèi)，經(jīng)冷卻定型后得到的具有所要求形狀和尺寸的成型品的過程。
為了使熔融的樹脂原料能充分地流入模具型腔的各個(gè)角落，而獲得具有復(fù)雜的形狀，且其表面上面有縮痕、內(nèi)部沒有縮孔的制品，必須在成型時(shí)對(duì)熔融樹脂加上很高的壓力才行。注塑是在料桶中加熱樹脂使之熔融，對(duì)熔融的樹脂原料加高壓并使之注射到模具中，在模具中使之冷卻，固化為制品的幾個(gè)過程組成
3.2注塑成型的加工流程
開始注射——模腔充滿——給予模腔全填充的切換——壓縮［17］
3.2注塑成型的常見缺陷
1．縮水 2．熔接點(diǎn)，3．銀線，4．變形，5．撐邊，6．噴痕，7．背壓的重要性。
為了防止這些缺陷的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)和成型的過程中要多加注意用料量，流動(dòng)性，原材料的吸濕性，殘余應(yīng)力影響，噴速，以及背壓［17］。
4．進(jìn)展情況
4.1 Fluent的塑料注塑
塑料注塑成型是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，為了驗(yàn)證工藝參數(shù)的合理性和預(yù)測(cè)制品的質(zhì)量，建立了塑料注塑成型流動(dòng)和冷卻的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)原理，采用了Fluent軟件進(jìn)行塑料注塑模擬，進(jìn)行流動(dòng)分析和熱分析。整個(gè)型坯的注塑速度和熔體溫度分布均勻，制品質(zhì)量較好，使用的注塑工藝參數(shù)合理，適用于實(shí)際的工程應(yīng)用。［9］Fluent軟件是基于CFD(ComputationalFluid Dynamics)技術(shù)，即計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，針對(duì)各種復(fù)雜流動(dòng)的物理現(xiàn)象，采用數(shù)值解法，以期在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面得到優(yōu)化，從而高效地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問題，模擬流動(dòng)、傳熱等物理現(xiàn)象。
4.2 CAE/CAD技術(shù)
注塑模CAE技術(shù)的應(yīng)用在國外已相當(dāng)普遍，而在我國注塑模具設(shè)計(jì)仍停留在以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)模式，成熟的注塑模CAE用戶屈指可數(shù)。
注塑模CAE軟件的發(fā)展經(jīng)歷了從中面流技術(shù)到雙面流技術(shù)再到實(shí)體流技術(shù)的三個(gè)重要的里程碑。目前由于實(shí)體流和雙面流技術(shù)算法的不完善，三種分析技術(shù)仍然并存。
中面流（Midplane）技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代?；谥忻媪骷夹g(shù)的注塑流動(dòng)模擬軟件應(yīng)用的時(shí)間最長、范圍最廣。但實(shí)踐表明，基于中面流技術(shù)的注塑模CAE軟件在應(yīng)用中具有很大的局限性：(1)?專業(yè)的注塑模CAE軟件造型功能較差，采用手工操作直接構(gòu)造中面模型十分困難，建構(gòu)過程往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間；(2)由CAE軟件根據(jù)產(chǎn)品三維模型自動(dòng)計(jì)算生成中面模型的效果不理想，網(wǎng)格修補(bǔ)工作量大；(3)由于CAD階段使用的是產(chǎn)品的物理模型，而CAE階段使用的是產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型，兩者的不統(tǒng)一，使得二次建模不可避免。由此可見，中面模型已經(jīng)成為了注塑模CAE技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
目前基于雙面流技術(shù)的注塑模CAE軟件均可以將CAD系統(tǒng)輸出的三維模型的STL文件格式轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格模型。因此與中面流技術(shù)相比在模型處理上卻大大減輕了用戶建模的負(fù)擔(dān)，提高了有限元建模的效率。因此，基于雙面流技術(shù)的注塑模CAE軟件在全世界擁有了龐大的用戶群，得到了廣大用戶的支持和好評(píng)。但由于上下表面網(wǎng)格無法一一對(duì)應(yīng)，造成上下對(duì)應(yīng)表面的熔體流動(dòng)前沿存在差別，使得雙面流技術(shù)分析的準(zhǔn)確性受到一定的限制。此外雙面流技術(shù)也只是一種從中面流技術(shù)向?qū)嶓w流技術(shù)過渡的手段。實(shí)體流技術(shù)最終必將取代雙面流技術(shù)。
實(shí)體流（Solid）技術(shù)在實(shí)現(xiàn)原理上仍與中面流技術(shù)相同，所不同的是數(shù)值分析方法有較大差別。在實(shí)體流技術(shù)中熔體的厚度方向的物理量變化不再被忽略，這時(shí)只能采用三維有限元網(wǎng)格，依靠三維有限差分法或三維有限元法對(duì)熔體的充模流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值分析。因此，與中面流或雙面流相比，基于實(shí)體流技術(shù)的注塑模CAE軟件目前所存在的最大問題就是計(jì)算量巨大、計(jì)算時(shí)間長，這與目前的模具開發(fā)周期相違背，成為制約注塑模CAE技術(shù)全面推廣的瓶頸。因此要真正推廣基于實(shí)體流技術(shù)的注塑模CAE軟件仍有待軟件算法的改進(jìn)和計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備速度的提升。由于中面流技術(shù)久經(jīng)考驗(yàn)，計(jì)算速度快，分析準(zhǔn)確性高，至今仍然是注塑成型CAE分析的主流。
4.3其他新型技術(shù)
隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，不同的領(lǐng)域?qū)λ芰现破返拈_頭精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求，因此在傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了許多特殊的新興注塑成型技術(shù)，如低壓注射成型、熔芯射擊成型、裝配注射成型、磁場(chǎng)定向注射成型、單色多模注射成型、氣體輔助注射成型、薄殼注射成型技術(shù)等。因些必須改變注塑模具的設(shè)計(jì)和制造體系，才能夠滿足成型要求。
另外，隨著微機(jī)電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)生命線的進(jìn)展，微細(xì)型注塑模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究近年來得到了人們的重視，隨著MEMS產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，微注塑成型技術(shù)有著巨大的潛力和發(fā)展空間。微型注塑成型通常用于醫(yī)療、電信、計(jì)算機(jī)、電氣等領(lǐng)域，醫(yī)療和電子器械越來越小型化，因此對(duì)人們希望制件可以做得越來越小。微型注塑成型有許多優(yōu)點(diǎn)，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大大的降低，研究適合微型注塑模具和微型注塑機(jī)的成型理論和制造方法，尋找和研制適合微型塑料制件生產(chǎn)的塑料原料，以及開發(fā)相應(yīng)的檢測(cè)儀器設(shè)備，已經(jīng)成為目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
5．存在問題
當(dāng)前注塑模設(shè)計(jì)中有的設(shè)計(jì)人員把計(jì)算軟件當(dāng)做法寶。過于相信軟件計(jì)算出來的結(jié)果,忽略了計(jì)算的細(xì)節(jié)和對(duì)結(jié)果的驗(yàn)證分析;注塑模設(shè)計(jì)現(xiàn)狀伴隨著科技的高速發(fā)展,計(jì)算機(jī)科學(xué)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域,這為我們帶來了極大便利。計(jì)算機(jī)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用尤其普遍,這就容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)工程師過分依賴計(jì)算機(jī),當(dāng)前有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)觀念上存在誤區(qū),把軟件計(jì)算當(dāng)做法寶,過于相信軟件計(jì)算出來的，目前從事結(jié)構(gòu)計(jì)算的年輕者居多,有些年輕設(shè)計(jì)者不能把理論與實(shí)踐相結(jié)合,只注重書本知識(shí)的學(xué)習(xí),不注重實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。同時(shí),有的業(yè)主制定較短工程周期,這樣就造成了設(shè)計(jì)時(shí)間緊、任務(wù)大,往往是邊設(shè)計(jì)、邊施工,如此工程設(shè)計(jì)成果令人擔(dān)憂。
6．總結(jié)
綜上所述，無論是傳統(tǒng)的注塑模設(shè)計(jì)，還是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，甚至于各種新的技術(shù)，都必須跟上市場(chǎng)的變化，進(jìn)一步的提高效益。注塑模在國內(nèi)外的發(fā)展很快，前景也是一片良好，學(xué)校里學(xué)習(xí)的幾種計(jì)算機(jī)技術(shù)是我們將來的基礎(chǔ)，鞏固總結(jié)的知識(shí)，不斷的學(xué)習(xí)才能取得成功。
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