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畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯原文
題目名稱： 金屬機(jī)械加工原理及應(yīng)用
院系名稱： 機(jī)電學(xué)院
班 級(jí)： 機(jī)自071班
學(xué) 號(hào)： 200700314109
學(xué)生姓名： 馬昆鵬
指導(dǎo)教師： 胡 敏
2011 年03月
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Strain gauge dynamometers
A common type of dynamometer uses strain gauges to sense elastic strains caused by cutting forces. Figure 5.7 shows a basic elastic beam type dynamometer with gauges bonded to its surface. It also shows an example of a wire-type gauge and a Wheatstone bridge and amplifier system usually used to measure strain changes in the gauges. The main cutting force FC will cause the beam to bend, so that the gauge on the top surface will be placed in tension, that on the bottom surface will be placed in compression, and those gauges on the side surfaces (atthe neutral axis) will experience no strain. Likewise, a feed force will strain the side-face gauges but not those at the top or bottom. The arrangement shown in Figure 5.7 is not sensitive to force along the axis of the beam as this causes equal strain changes in all gauges.
The fractional resistance change of a strain gauge (△R/R) is related to its fractional length change or direct strain (△L/L) by its gauge factor Ks:
Ks=(△R/R)/( △L/L) (5.3)
For wire strain gauges, Ks is typically from 1.75 to 3.5. Strains down to 10–6 may be detected with a bridge circuit. The upper limit of strain is around 2 × 10–3, determined by the elastic limit of the beam.
Fig. 5.7 A strain gauged cantilever dynamometer with its bridge circuit
A disadvantage of the simple cantilever dynamometer is that the gauges’ strains depend basically on the moment applied to the section at which they are positioned.
Fig. 5.8 Octagonal ring and parallel beam dynamometer designs: (a) Octagonal ring type tool dynanometer; (b) parallel beam type tool dynanometer
They therefore depend on the gauges’ distance from where the load is applied, as well as on the size of the load. Better designs, less sensitive to where the load is applied, are the octagonal ring and parallel beam designs shown in Figure 5.8.
Supporting the load on well-separated thin sections results in the sum of the strains in the gauges being unchanged when the point of application of the load is changed, even though the strains are redistributed between the sections.
Fig. 5.9 The loading of a ring by radial and tangential forces
It is possible to connect the strain gauges in a bridge circuit so that the output is not sensitive to where the force is applied.The choice of parallel beams or octagonal rings is a matter of manufacturing choice. For both, it is important, as a matter of convenience, to minimize cross-sensitivity between the different orthogonal components of electrical output and mechanical input.
Fig. 5.10 The principle of piezoelectric dynamometry
Fig. 5.11 A piezoelectric tool dynamometer
For the parallel beam design, this is achieved by manufacturing the two sets of beams perpendicular to each other. For the octagonal ring design, it is important to choose a particular shape of octagon. When a circular ring (Figure 5.9) is loaded radially there is zero strain at the positions B and B′, ± 39.9? from the point of application of the radial load; likewise when the ring is loaded tangentially, there is zero strain at A and A′, ± 90? from the load. Gauges placed at A and A′ will respond only to radial loads; and at B and B′ only to tangential loads. The strains will depend on the loads and the ring dimensions (radius R, thickness t and width b) and Young’s modulus E as
The manufacture of the ring outer surface as an octagon rather than a cylinder is just a practical matter. The need to generate detectable strain imposes a maximum allowable stiffness on a dynamometer. This, in turn, with the mass of the dynamometer depending on its size or on the mass supported on it, imposes a maximum natural frequency. Simple beam dynamometers, suitable for measuring forces in turning from 10 N to 10 kN, can be designed with natural frequencies of a few kHz. The ring and the strut types of dynamometer tend to have lower values, of several hundred Hz (Shaw, 1984, Chapter 7). These frequencies can be increased tenfold if semiconductor strain gauges (Ks from 100 to 200) are used instead of wire gauges. However, semiconductor gauges have much larger drift problems than wire gauges. They are used only in very special cases (an example will be given in Section 5.2.2). An alternative is to use piezoelectric force sensors.
Piezoelectric dynamometers
For certain materials, such as single crystals of quartz, Rochelle salt and barium titanate,a separation of charge takes place when they are subjected to mechanical force. This is the piezoelectric effect. Figure 5.10 shows the principle of how it is used to create a three-axis force dynamometer. Each force component is detected by a separate crystal oriented relative to the force in its piezoelectric sensitive direction. Quartz is usually chosen as the piezoelectric material because of its good dynamic (low loss) mechanical properties. Its piezoelectric constant is only ≈ 2 × 10–12 coulombs per Newton. A charge amplifier is therefore necessary to create a useful output. Because the electrical impedance of quartz is high, the amplifier must itself have high input impedance: 105 MW is not unusual. Figure 5.11 shows the piezoelectric equivalent of the dynamometers of Figure 5.8. The stiffness is basically that of the crystals themselves. Commercial machining dynamometers are available with natural frequencies from 2 kHz to 5 kHz, depending on size.
5.2.2 Rake face stress distributions
In addition to overall force measurements, the stresses acting on cutting tools are important, as has been indicated in earlier chapters. Too large stresses cause tool failure, and friction stresses strongly influence chip formation.
Fig. 5.10 The principle of piezoelectric dynamometry
The possibility of using photoelastic studies as well as split-tool methods to determine tool stresses has already been introduced in Chapter 2 (Section 2.4). The main method for measuring the chip/tool contact stresses is the split-tool method (Figure 2.21), although even this is limited – by tool failure – to studying not-too-hard work materials cut by not-too-brittle tools. Figure 5.12 shows a practical arrangement of a strain-gauged split-tool dynamometer. The part B of the tool (tool 1 in Figure 2.21)
Fig. 5.11 A piezoelectric tool dynamometer
Fig. 5.12 A split-tool dynamometer arrangement
has its contact length varied by grinding away its rake face. It is necessary to measure the forces on both parts B and A, to check that the sum of the forces is no different from machining with an unsplit tool. It is found that if extrusion into the gap between the two tool elements (g, in Figure 2.21) is to be prevented, with the surfaces of tools A and B (1 and 2 in Figure 2.21) at the same level, the gap should be less than 5 mm wide (although other designs have used values up to 20 mm and a downward step from ‘tool 1’ to ‘tool 2’). The greatest dynamometer stiffness is required. This is an instance when semiconductor strain gauges are used. Piezoelectric designs also exist.
Split-tool dynamometry is one of the most difficult machining experiments to attempt and should not be entered into lightly. The limitation of the method – tool failure, which prevents measurements in many practical conditions that could be used to verify finite element predicted contact stresses and also to measure friction stresses directly – leaves a major gap in machining experimental methods.
5.3 Temperatures in machining
There are two goals of temperature measurement in machining. The more ambitious is quantitatively to measure the temperature distribution throughout the cutting region. However, it is very difficult, because of the high temperature, commonly over 700?C even or cutting a plain carbon steel at cutting speeds of 100 m/min, and the small volume over hich the temperature is high. The less ambitious goal is to measure the average temperature at the chip/tool contact. Thermocouple methods can be used for both (the next ection concentrates on these); but thermal radiation detection methods can also be used Section 5.3.2 summarizes these). (It is possible in special cases to deduce temperature fields from the microstructural changes they cause in tools – see Trent, 1991 – but this will not covered here.)
5.3.1 Thermocouple methods
Figure 5.13 shows an elementary thermocouple circuit. Two materials A and B are connected at two junctions at different temperatures T1 and T2. The electro-motive force(EMF) generated in the circuit depends on A and B and the difference in the temperatures T1and T2. A third material, C, inserted at one of the junctions in such a way that there is no temperature difference across it, does not alter the EMF (this is the law of intermediate metals). In common thermocouple instrument applications,A and B are standard materials, with a well characterized EMF dependence on temperature difference. One junction, usually the colder one, is held at a known temperature and the other is placed in a region where the temperature is to be deduced from measurement of the EMF generated. Standard material combinations are copper-constantan (60%Cu,40%Ni), chromel (10%Cr,90%Ni)–alumel (2%Al,90%Ni-Si-Mn) and platinum–rhodium. In metal machining applications, it is possible to embed such a standard thermocouple combination in a tool but it is difficult to make it small enough not to disturb the temperature distribution to be measured. One alternative is to embed a single standard material, such as a wire, in the tool, to make a junction with the tool material or with the chip material at the tool/chip interface. By moving the junction from place to place, a view of the temperature distribution can be built up. Another alternative is to use the tool and
Fig. 5.13 An elementary thermocouple circuit (above) with an intermediate metal variant (below)
work materials as A and B, with their junction at the chip/tool interface. By this means, the average contact temperature can be deduced. This application is considered first, with its difficulties stemming from the presence of intermediate metals across which there may be some temperature drop.Fx
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題目名稱： 游標(biāo)卡尺盒模具設(shè)計(jì)
院系名稱： _______機(jī) 電 學(xué) 院
班 級(jí)： _______機(jī) 自
學(xué) 號(hào)： _______
學(xué)生姓名： _______ _
指導(dǎo)教師: _____________ _
2010年03月
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中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
1 本課題所涉及的內(nèi)容及其研究的綜述
1.1 模具在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用
模具有“工業(yè)之母”之稱，是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。模具工業(yè)是機(jī)械工業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。作為工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)工藝裝備的模具，以其生產(chǎn)制件所表現(xiàn)的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)效率和低耗能耗材，是一般機(jī)械加工不可比擬的，越來越引起國家各產(chǎn)業(yè)部門的重視。國外將模具比喻為“金鑰匙”、“金屬加工皇帝”“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”，歐美等發(fā)達(dá)國家將模具工業(yè)譽(yù)為“磁力工業(yè)”。日、美等發(fā)達(dá)國家模具工業(yè)的產(chǎn)值早已超過了機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。
目前，模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一，是十分重要的裝備工業(yè)。模具工業(yè)直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化服務(wù)，模具工業(yè)自身又大量采用高新技術(shù)，如CAD/CAE/CAM、新工藝、新材料等各類先進(jìn)制造技術(shù)及裝備，模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。屬于高新技術(shù)領(lǐng)域的集成電路的設(shè)計(jì)與制造，不能沒有做引線框架的精密級(jí)進(jìn)沖模和精密的集成電路塑封模；計(jì)算機(jī)的機(jī)殼、接插件和許多元器件的制造，也必須有精密塑料模具和精密沖壓模具；數(shù)字化電子產(chǎn)品(包括通訊產(chǎn)品)的發(fā)展，沒有精密模具也不行。不僅電子產(chǎn)品如此，在航天航空領(lǐng)域也離不開精密模具。例如，誤差小于0.1～0.3μm的空對(duì)空導(dǎo)彈紅外線接收器的非球面反射鏡，就必須用高精度的塑料模具成型。因此可以說，許多高精度模具本身就是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分。有些生產(chǎn)高精度模具的企業(yè)，已經(jīng)被命名為“高新技術(shù)企業(yè)”。也有不少模具產(chǎn)品被國家有關(guān)部門認(rèn)定為國家級(jí)新產(chǎn)品。模具工業(yè)又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具制造技術(shù)水平的提高，模具工業(yè)的技術(shù)升級(jí)，離不開同高新技術(shù)的嫁接。CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用，快速原型制造技術(shù)的應(yīng)用，使模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)生了重大變革，就是一個(gè)最好的例證。模具的開發(fā)和制造水平的提高，有賴于采用數(shù)控精密高效加工設(shè)備；逆向工程、并行工程、快捷制造、虛擬技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用，也要與電子信息等高新技術(shù)嫁接，實(shí)現(xiàn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
模具工業(yè)地位之重要，還在于國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑，都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng)。機(jī)械、電子、汽車工業(yè)需要大量的模具，特別是轎車大型覆蓋件模具、電子產(chǎn)品的精密塑料模具和沖壓模具，目前在質(zhì)與量上都遠(yuǎn)不能滿足這些支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。這幾年，我國每年要進(jìn)口近10億美元的模具。我國石化工業(yè)一年生產(chǎn)500多萬噸聚乙烯、聚丙烯和其他合成樹脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生產(chǎn)和生活的消費(fèi)。生產(chǎn)建筑業(yè)用的地磚、墻磚和衛(wèi)生潔具，需要大量的陶瓷模具;生產(chǎn)塑料管件和塑鋼門窗，也需要大量的塑料模具成形。從五大支柱產(chǎn)業(yè)對(duì)模具的需求當(dāng)中，也可以看到模具工業(yè)地位之重要。
1.2 我國模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)迅速。20世紀(jì)80年代以來，國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來越高的要求，同時(shí)為模具的發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展。振興和發(fā)展中國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”已經(jīng)取得了共識(shí)。目前，中國有17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。近年來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了變化。除了國有專業(yè)廠家外，還有集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨(dú)資企業(yè)和私營企業(yè)，他們都得到了迅速的發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。
中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48in（約122cm）大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。但是，和發(fā)達(dá)國家相比，我們國家的模具產(chǎn)業(yè)的路還有很長。雖然我國模具總量目前已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設(shè)計(jì)制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國家許多。當(dāng)前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：
(1) 總量供不應(yīng)求
國內(nèi)模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%左右。
???(2) 企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)均不合理
?我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達(dá)60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而專”、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進(jìn)出口之比為3.7﹕1，進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá)13.2億美元，為世界模具凈進(jìn)口量最大的國家。
(3) 模具產(chǎn)品水平大大低于國際水平，生產(chǎn)周期卻高于國際水平
?產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結(jié)構(gòu)等方面。
(4) 開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳
我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對(duì)的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長期未得到應(yīng)有的重視，以及多數(shù)國有企業(yè)機(jī)制不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)之外，還有下列幾個(gè)原因：
(1)?國家對(duì)模具工業(yè)的政策支持力度還不夠
雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國只有185家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅負(fù)過重。模具企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造引進(jìn)設(shè)備要繳納相當(dāng)數(shù)量的稅金，影響技術(shù)進(jìn)步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。
(2) 人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少
模具行業(yè)是技術(shù)、資金、勞動(dòng)密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，掌握并且熟練運(yùn)用新技術(shù)的人才異常短缺，高級(jí)模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對(duì)科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導(dǎo)致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，致使模具技術(shù)發(fā)展步伐不大，進(jìn)展不快。
(3) 工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低
近年來我國機(jī)床行業(yè)進(jìn)步較快，已能提供比較成套的高精度加工設(shè)備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內(nèi)許多企業(yè)已引進(jìn)許多國外先進(jìn)設(shè)備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決。
?(4) 專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差
由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細(xì)致，商品化程度低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40﹪左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對(duì)模具制造周期有很大影響。
?(5) 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后
模具材料性能、質(zhì)量和品種問題往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設(shè)備性能差，也直接影響模具水平的提高。
進(jìn)入21世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢(shì)下，隨著資本、技術(shù)和勞動(dòng)力市場的重新整合，中國才裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對(duì)模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這是各行各業(yè)對(duì)模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求。
1.3 我國模具行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
進(jìn)入21世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢(shì)下，隨著資本、技術(shù)和勞動(dòng)力市場的重新整合，中國裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對(duì)模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這是各行各業(yè)對(duì)模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求。隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，模具技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì)。
1） 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析、模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過程模擬（CAE）及信息的管理與共享。值得強(qiáng)調(diào)的是，模具數(shù)字化不是孤立的計(jì)算機(jī)輔助功能或數(shù)控技術(shù)的集合，其關(guān)鍵是它們與人工智能的有機(jī)集成，不僅可以整理知識(shí)、保存知識(shí)，還可以挖掘知識(shí)、繁衍知識(shí)。新一代的模具數(shù)字化將是一個(gè)集工程師的智慧和經(jīng)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)的硬件和軟件、數(shù)值模擬和數(shù)控技術(shù)、工藝及工程管理為一體的模具優(yōu)化的開發(fā)、設(shè)計(jì)和認(rèn)證的系統(tǒng)工程。
2） 模具制造向精密、高效、復(fù)合和多功能方向發(fā)展
精密數(shù)控電火花加工機(jī)床（電火花成形機(jī)床、快走絲線切割和慢走絲線切割機(jī)床）不斷在加工效率、精度和復(fù)合加工上取得突破，國外已經(jīng)將電火花銑削用于模具加工。加工精度誤差小于1μm的超精加工技術(shù)和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工將得到發(fā)展。
國外近年來發(fā)展的高速銑削技術(shù)和機(jī)床（HSM）開始在國內(nèi)應(yīng)用，將大幅提高加工效率。模具拋光的自動(dòng)化、智能化也是發(fā)展趨勢(shì)之一，日本已研制了數(shù)控研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。此外，特種研磨方法如擠壓研磨、電化學(xué)拋光、超聲拋光也應(yīng)是發(fā)展趨勢(shì)。
其他方面，如采用氮?dú)鈴椈蓧哼?、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。
3） 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)得到應(yīng)用
快速制模主要從以下四方面加快制模速度：一是提高加工速度（如高速銑削）；二是基于快速原型的快速制模技術(shù)；三是選擇易切削模具材料（如鋁合金）來加快制模速度；四是采用復(fù)合加工、多軸加工提高加工效率。
4） 特種加工技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展
電火花加工向著精密化、微細(xì)化方向發(fā)展。在簡化電極準(zhǔn)備、簡化編程和操作、提高加工速度以及不斷降低設(shè)備制造成本上也做了大量研究和實(shí)踐。
在其他機(jī)械特種加工（如磨料流動(dòng)加工、噴水加工、低應(yīng)力磨削、超聲波加工等）和特種加工（如電子束加工、電火花磨削、激光加工、等離子束加工等）已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，在各自的特殊加工領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
5） 模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展，國外已出現(xiàn)了模具自動(dòng)加工系統(tǒng)。這也應(yīng)是中國的長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征：多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控系統(tǒng)同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。
6） 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速
在模具材料方面，一大批專用于不同成形工藝的模具材料相繼問世并投入使用。在模具表面處理方面，其主要趨勢(shì)是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲（如TD法）發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；同時(shí)熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍（刷鍍）防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。
7） 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同
由于車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量 化發(fā)展，許多輕型材料和輕型結(jié)構(gòu)用于汽車業(yè)，如以鋁代鋼，非全密度成形，高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷、超硬材料。新型材料的采用使得生產(chǎn)成形和加工工藝發(fā)生了根本變革，相應(yīng)地出現(xiàn)了液態(tài)（半固態(tài)）擠壓模具及粉末鍛模、沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成型技術(shù)等。
另一方面，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理理念與模式。主要有：適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)的柔性制造技術(shù)；創(chuàng)造最佳管理和效益的精益生產(chǎn)；提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)模式；模具標(biāo)準(zhǔn)件的日漸廣泛應(yīng)用（模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，且還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本）；廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式；適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計(jì)與制造等。
1.4 我國注塑模具發(fā)展方向
近些年來，我國的模具工業(yè)雖然有了較大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，在許多方面仍然有較大的差距。例如，精加工設(shè)備較少，先進(jìn)技術(shù)的普及率不高，大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具的制造技術(shù)還不完善，這些都需要在今后的發(fā)展中逐步予以充實(shí)。
從塑料模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造成本出發(fā)，我國塑料模具的發(fā)展主要可以從以下幾方面考慮：
1） 在塑料模具設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)；
在塑料模具的設(shè)計(jì)和制造中，為了提高模具的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和降低塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，在需要大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具設(shè)計(jì)中，特別是在多型腔模具的平衡設(shè)計(jì)中，應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)前，CAD/CAM/CAE技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，粒粒制品及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過程中的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。在今后的塑料模具研究方向中，CAD/CAM/CAE軟件的智能化程度將得到進(jìn)一步提高。
2） 應(yīng)用熱流道技術(shù)，發(fā)展氣體輔助成型；
由于熱流道模具成型后的制品沒有殘留的凝料，所以，這種成型方法可以節(jié)省大量的塑料制品原材料，而且種于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率。在塑料的成型中，特別是在大中型塑料制品的成型中，使用這咱結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的效益是相當(dāng)可觀的。當(dāng)前，塑料材料的價(jià)格一直在逐年攀升，在這種情況下，熱流道技術(shù)的推廣和應(yīng)用有著更加重要的意義。此外熱流道內(nèi)的塑料熔體在成型中更容易流動(dòng)，對(duì)于大型、薄壁、難以加工的塑料產(chǎn)品的成型比較容易，脫模后產(chǎn)品的殘余應(yīng)力較低，產(chǎn)品變形小，所以制品的成型質(zhì)量較好。由于熱流道模具的這些特點(diǎn)，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家一直十分重視熱流道技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，在歐洲國家應(yīng)用率已達(dá)35%，在美國應(yīng)用率為24%。在我國，目前對(duì)熱流道技術(shù)的應(yīng)用率僅有7%。在今后的塑料模具研制中，需要重視熱流道技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，逐步縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。
氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。在這種成型方法中，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，在這方面的研究中，需要著力于氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件的研究。
3） 發(fā)展快速成型制造技術(shù)，縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期，降低生產(chǎn)成本；
4） 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，提高模具壽命和質(zhì)量，降低塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；
5） 提高塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
在工業(yè)生產(chǎn)中采用標(biāo)準(zhǔn)化，可以較好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化的商品化程度已達(dá)到70%-80%，但是在我國還不足30%，我國在模具生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度方面與一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大的。今后在模具的設(shè)計(jì)和制造中，一方面應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的制訂，并嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化的管理；另一方面，應(yīng)加大塑料模具標(biāo)準(zhǔn)零部件商品化的規(guī)模。
塑料模具是一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)，隨著塑料產(chǎn)品品種和市場需求的為斷增長，隨著塑料模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷提高，我國塑料模具產(chǎn)業(yè)將會(huì)有更好的發(fā)展前景。
1.5 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容
塑件零件圖：如圖1-1所示
年產(chǎn)量：大批量
材料：PP1340
材料厚度：3mm
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[8]Orlov P. Funfamentals of Machine Design. Moscow: Mir Pub.， 2007
圖1-1 塑件零件圖
2 本課題有待解決的關(guān)鍵問題
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是游標(biāo)卡尺盒注塑模具設(shè)計(jì)。要完成此課題，需要首先找到塑件的零件圖，根據(jù)零件圖的形狀和尺寸，用3D軟件把這個(gè)塑件模型做出來，根據(jù)塑件模型來設(shè)計(jì)模具各個(gè)組成部分的結(jié)構(gòu)尺寸。
首先要解決的問題是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、冷料穴等組成。主流道是指連接注射機(jī)噴嘴與分流道或型腔的一段狹窄通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的形狀、尺寸和開設(shè)的位置對(duì)制品的成型質(zhì)量影響很大。主流道的具體設(shè)計(jì)都集中在澆口套上。澆口套與注射劑噴嘴的接觸部分由兩種形式，一種為平面接觸，另一種為球面接觸。平面接觸的主要優(yōu)點(diǎn)是接觸面積較大，密封較好，塑料不易外溢，缺點(diǎn)是，若注射機(jī)的精度不高，容易造成噴嘴孔與澆注套孔不同軸。球面接觸噴嘴與澆口套的接觸面積較小，若配合不當(dāng)，容易造成塑料外溢，但由于它能自動(dòng)調(diào)整注射機(jī)的偏差，所以在注射機(jī)精度不高的情況下也能正常使用。本設(shè)計(jì)采用球面接觸的澆口。由于本設(shè)計(jì)采用一模一件，所以采用直流道，直接與型腔連接，沒有分流道。冷料穴的作用是紡織在注射時(shí)將冷料注入型腔，而使制品產(chǎn)生缺陷。冷料穴的位置一般都設(shè)計(jì)在主流道或分流道的末端，亦即塑料最先到達(dá)的部位。
本課題的關(guān)鍵是模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)并不說你想用什么結(jié)構(gòu)就用什么結(jié)構(gòu)的，它是一定限制的。當(dāng)然了，有時(shí)我們也可以選擇幾種結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)際的需要及加工的經(jīng)濟(jì)性等，選擇一個(gè)較好的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本課題所提供的塑件可以知道，要想把該塑件加工出來，必須要有斜抽機(jī)構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)中，將采用寫到住滑塊來完成斜抽動(dòng)作。
對(duì)于關(guān)鍵問題，處理起來很棘手，要求我們考慮的問題較多，要力求想出解決關(guān)鍵問題的最佳辦法。上面已經(jīng)闡述的問題，需要相當(dāng)?shù)闹R(shí)廣度和專業(yè)深度，由于在以前的學(xué)習(xí)過程中課時(shí)比較少，沒能有效的把課堂知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能，此外，課堂所學(xué)與實(shí)踐設(shè)計(jì)還有一定差距，因此現(xiàn)在準(zhǔn)備起來感覺自己所學(xué)的知識(shí)十分有限，所以需要閱讀大量相關(guān)書籍，特別是軟件方面的書籍。對(duì)于軟件的操作并非一日之功，所以需要大量的練習(xí)與上機(jī)操作。在此次課題研究初期，我借閱了大量有關(guān)注塑模具設(shè)計(jì)方面的書籍，并結(jié)合課題要求有目的的進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到學(xué)以至用。此外更重要的是，向?qū)I(yè)老師或在實(shí)習(xí)中向工人師傅針對(duì)課題的不解之處請(qǐng)教，從中得出一些啟示，為以后的設(shè)計(jì)制作提供積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，避免走不必要的彎路。
3．對(duì)課題要求及預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1 課題要求：
(1)熟悉塑件的圖樣，分析塑件的工藝性，為進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算打好基礎(chǔ)。
(2)合理的選擇注塑設(shè)備，確定壓力機(jī)參數(shù)。
(3)確定模具的具體結(jié)構(gòu)以及模架的參數(shù)，繪制模具草圖。
(4)繪制模具的裝配圖及主要零件圖。
3.2 預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
1) 游標(biāo)卡尺盒的工藝分析是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，認(rèn)真分析塑件，包括塑件概況、塑件用的塑料概況、所選的注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、注塑機(jī)壓力與行程、注塑成型條件等，為設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備；
2) 確定型腔的數(shù)目并選擇分型面，確定型腔布置方案；
3) 確定模具的脫模方式、澆注系統(tǒng)及項(xiàng)出機(jī)構(gòu)；
4) 確定調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、凹模和型芯的結(jié)構(gòu)和模具的排氣方式；
5) 根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算成型零件的工作尺寸及決定模具型腔的側(cè)壁厚度、型腔底板、型腔墊板、動(dòng)模板的厚度、拼塊式型腔的型腔板厚度及注塑模的閉合高度；
6) 模具總體設(shè)計(jì)及其主要零部件的設(shè)計(jì)，繪制模具草圖；
7) 考慮模具與注塑機(jī)的關(guān)系，計(jì)算最大注注塑量、鎖模力、注射壓力、模具在注塑機(jī)上的安裝尺寸校核、開模行程校核等；
8) 繪制模具的裝配圖及其主要部件零件圖；
9) 復(fù)核圖紙。
4．完成本課題的工作計(jì)劃及進(jìn)度安排
3.08～3.21 畢業(yè)實(shí)習(xí)；
3.22～4.04 方案論證，確定方案，完成調(diào)研報(bào)告、開題報(bào)告及外文翻譯；
4.05～4.25 進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；
4.26～5.31 模具3D設(shè)計(jì)，繪制模具裝配圖及零件圖，按學(xué)院規(guī)定的統(tǒng)一規(guī)范化要求撰寫設(shè)計(jì)說明書（完成初稿）；
6.01～6.06 審查設(shè)計(jì) 準(zhǔn)備答辯；
6.07～6.16 答辯資格評(píng)審；
6.17～6.18 畢業(yè)答辯；
6.19～6.21 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)。
5 指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日
6 指導(dǎo)小組意見
指導(dǎo)小組組長(簽字)：
年 月 日