【文章內(nèi)容簡介】 化程度一般在 30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到 70%～ 80%相比，仍有很大差距。 167。 對我國塑料模具未來的展望 近年來，雖然我國的模具工業(yè)的增長速度快速發(fā)展，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平已取得了很大的進(jìn) 步，但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備還很少，許多先進(jìn)的技術(shù)如 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及率還不高，特別是大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的發(fā)展需要。 塑料注塑模 CAD/CAE 是伴隨著通用機(jī)械 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展而不斷深化的。從上世紀(jì) 60 年代基于線框模型的 CAD 系統(tǒng)開始，到 70 年代以曲面造型為核心的 CAD/CAM 系統(tǒng)， 80 年代實(shí)體造型技術(shù)的成功應(yīng)用， 90 年代基于特征的參數(shù)化實(shí)體 /曲面造型技術(shù)的完善，為塑料注塑模采用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)提供了可靠的保證。目前在國內(nèi)外市場已涌現(xiàn)出一批成功應(yīng)用于塑料注塑模的CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)。 現(xiàn)在國外一些著名的商品化三維造型軟件都帶有獨(dú)立的注塑模設(shè)計(jì)模塊，如美國 PTC 公司的 Pro/E、 UGS 公司的 UGⅡ S、 DRC 公司的Ⅰ DEAS 系統(tǒng)，這 3 個CAD/CAM 系統(tǒng)目前在塑料模具工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。 注塑 CAE 技術(shù)是綜合了高分子物理學(xué)、流變學(xué)、傳熱學(xué)、注塑成型工藝學(xué)、計(jì)算機(jī)、圖形學(xué)、有限元等學(xué)科的交叉學(xué)科。它是指在模具制造之前，對給定的模具結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)進(jìn)行注塑成型過程的數(shù)值 模擬，以預(yù)測制品的成型質(zhì)量，檢查模具結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)是否合理。 塑料注塑模 CAE 技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，從上世紀(jì) 60 年代的一維流動和冷鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 卻分析到 70 年代的二維流動和冷卻分析再到 90 年代的準(zhǔn)三維流動和冷卻分析，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到保壓分析、纖維分子取向和翹曲預(yù)測等領(lǐng)域并且成效卓著。塑料注塑成型 CAE 商品化軟件中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)美國 Moldflow 公司的模擬軟件 MF。 數(shù)值計(jì)算和人工智能技術(shù)的結(jié)合將是今后相當(dāng)長時間內(nèi)一件十分艱巨而重要的工作。傳統(tǒng)的模擬軟件基本上都是被動式計(jì)算工具，分析前需要用戶事先設(shè)計(jì)成形 方案和確定工藝參數(shù)，分析結(jié)果常常難以直接用來指導(dǎo)生產(chǎn)，這在很大程度上影響了模擬軟件的推廣和普及。華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國產(chǎn)注射成型模擬軟件 中成功地引入了人工智能技術(shù)，對于注射時間、注射溫度等具有連續(xù)取值空間的參數(shù)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，對于分析結(jié)果的解釋和評價則 采用基于規(guī)則推理的方法來處理。 的專家系統(tǒng)規(guī)則庫以專家知識為基礎(chǔ)，涵蓋了有關(guān)短射、流動平衡、熔體降解、溫差控制、保壓時間、許可剪切應(yīng)力、剪切速率和鎖模力等方面的領(lǐng)域知識，在對分析結(jié)果進(jìn)行綜合和 提煉的基礎(chǔ)上驅(qū)動專家系統(tǒng)進(jìn)行推理，對成型方案進(jìn)行評價并在分析報(bào)告中輸出具體的改進(jìn)建議，其目標(biāo)是將模擬軟件由傳統(tǒng)的“被動式”計(jì)算工具提升為新一代的“主動式”優(yōu)化系統(tǒng)。 近 10 余年來，我國對塑料成型 CAE 技術(shù)也開展了系統(tǒng)而深入的研究。華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、鄭州大學(xué)和南昌大學(xué)等相繼取得了可喜的成果。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在最近推出的商品化塑料注塑成型集成化仿真系統(tǒng) ，從 1989 年推出的 版到如今的 版，經(jīng)歷了從二維分析到三維分析，從實(shí)用化到商品化， 從局部試點(diǎn)到大面積推廣應(yīng)用的進(jìn)程，已成維塑料制品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程師培訓(xùn)的有力工具 HSCAE 仿真系統(tǒng)目前已在國內(nèi) 80 多家工廠和學(xué)校推廣使用。 縱觀發(fā)達(dá)國家對模具工業(yè)的認(rèn)識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、 效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。因此，模具是國家重點(diǎn)鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。目前，我國模具 工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔模具鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 的比重，質(zhì)中求效益，提高模具的國產(chǎn)化程度，減少對進(jìn)口模具的依賴。 現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、專用的機(jī)床設(shè)備，更重要的是生產(chǎn)技術(shù)的管理等。21 世紀(jì)模具行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具行業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需要。 未來模具工業(yè)的發(fā)展趨勢將會圍繞普及模具標(biāo)準(zhǔn)化、 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的應(yīng)用；提高大型、精密、復(fù)雜與長壽命模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)；在塑料注射成型模具中，積極應(yīng)用熱流道，推廣氣輔或水輔注射成型，以及高壓注射成型技術(shù)，滿足產(chǎn)品的成型需要；提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量；發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術(shù)，迅速制造出產(chǎn)品的原型與模具，降低成本推向市場；開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，提高模具的可靠性；研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)、逆 向工程與并行工程，最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率；開發(fā)新的成型工藝與模具，以滿足未來的多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)；注重人才的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計(jì)制造水平等方面來加快模具發(fā)展的速度，提高模具的生產(chǎn)效率，為不斷的發(fā)展的模具行業(yè)創(chuàng)造條件。 模具工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展會對模具工業(yè)會不斷提出越來越高的要求。為和諧社會的實(shí)現(xiàn)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 167。 本課題的研究對象 本課題研究的內(nèi)容是一款牙簽瓶的瓶蓋。其材質(zhì)為內(nèi)含 30%玻 璃纖維的聚丙烯（ PP）塑料，它具有強(qiáng)度高、硬度高、透明度好、 制品表面光澤好 等優(yōu)點(diǎn)。 隨著餐飲業(yè)的飛速發(fā)展，餐桌上的便用品變得越來越多，如餐廳紙的盒子，盛筷子的盒子，還有就是常見的牙簽瓶等。這些給人們帶來方便、快捷、衛(wèi)生等 ,給人們帶來很多方便！ 鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第二章 牙簽瓶蓋的工藝分析 167。 設(shè)計(jì)資料 模具設(shè)計(jì)的原始資料對模具設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。通過原始資料可以得到模具設(shè)計(jì)的必備信息，如產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品材料以及產(chǎn)品的性能要求等。這些數(shù)據(jù)都是模具設(shè)計(jì)之前必須掌握的 。 模具是一種技術(shù)含量高的工業(yè)設(shè)備，在設(shè)計(jì)模具之前必須 完全了解它的成型對象，認(rèn)真分析消化設(shè)計(jì)的原始材料，以便更好的滿足客戶的要求。 設(shè)計(jì)原始資料也稱為設(shè)計(jì)任務(wù)書，它通常由客戶提供給模具制造商。在學(xué)校完成論文設(shè)計(jì)的原始資料由設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師提供。 設(shè)計(jì)的原始資料不僅包含了產(chǎn)品的零件圖、產(chǎn)品的 3D 文檔和產(chǎn)品樣品這三中之中的一種或幾種都有（一般都有產(chǎn)品的零件圖）。還包含其他如注射機(jī)、生產(chǎn)條件等信息。 由于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是老師給定的題目，老師給定了產(chǎn)品的樣品和一些測量工具。通過測繪，自己得到了產(chǎn)品的零件圖和 UG3D 文檔。產(chǎn)品的技術(shù)要求以及后處理都可以從零件圖中獲得，而注塑機(jī) 可以綜合考慮模具最優(yōu)設(shè)計(jì)條件自己選擇。 鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 167。 牙簽瓶蓋的零件圖 圖 21 牙簽瓶蓋零件圖 零件圖是從事工業(yè)制造行業(yè)人員之間溝通的重要語言，有著不可取代的重大作用。它決定了工業(yè)制造的所有過程，不管是后續(xù)的加工還是成品的檢驗(yàn)、驗(yàn)收以及某環(huán)節(jié)出錯后責(zé)任的承擔(dān)都是以設(shè)計(jì)零件圖為基準(zhǔn)的。圖 21是本次模具設(shè)計(jì)的塑料產(chǎn)品零件圖。 通過零件圖可以得到如下信息： ，體積，密度，可以通過三維軟件 UG 分析得到。 %。 ，必須認(rèn)真分析計(jì)算，以確定注射成型能否達(dá) 到此精度要鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 求。由于此產(chǎn)品是餐桌上用的，并不需要其精度特別高，所以精度等級采用 MT5，未注公差等級為 MT6。 。 2mm。 通過零件名稱得知該產(chǎn)品主要用于餐桌，所以要確保產(chǎn)品無毒無害且環(huán)保。 以上信息是模具設(shè)計(jì)必須掌握的。如果零件圖上沒有說明的，也得查閱各種資料加以分析，也可以通過各種軟件來輔助分析。 167。 牙簽瓶蓋的 3D 文件 產(chǎn)品 3D文件不僅僅是比零件圖更形象的參考圖，而且是采用軟件進(jìn)行分模、進(jìn)行模流分析以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對成型工藝的適應(yīng)性分析不可缺少的文件 。圖 22是通過測繪后用軟件 UG 進(jìn)行 3D 造型得到產(chǎn)品的 3D 圖。 (a) (b) 圖 22牙簽瓶蓋的 3D圖 167。 牙簽瓶蓋的性能要求 通過對牙簽瓶蓋的功能分析，該塑料產(chǎn)品應(yīng)具備以下性能： 。 ，應(yīng)滿足現(xiàn)代人的藝術(shù)審美觀。 ，無毒，無害，無味。 ，要讓市場容易接受。 鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 167。 牙簽瓶蓋的材料 材料的性能直接影響產(chǎn)品的性能。各種各 樣的產(chǎn)品都具有一定的使用性能，而且應(yīng)該具有一定的壽命，所以還必須滿足各種力學(xué)性能的要求?，F(xiàn)實(shí)環(huán)境的要求也決定了材料的選擇。所以各種產(chǎn)品的選料除了具有一定使用要求和力學(xué)性能的同時還應(yīng)該安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。 167。 玻纖增強(qiáng) PP 塑料概述 聚丙烯為無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，密度只有 ～ 克 /立方厘米，是目前所有塑料中最輕的 品牌之一。它對水特別穩(wěn)定，在水中24h 的吸水率僅為 %，分子量約 8～ 15 萬。成型性好，但因收縮率大（為 1%～%），厚壁制品易凹陷，對一些尺寸精度較高零 件，還難于達(dá)到要求。制品表面光澤好，易于著色 。 玻纖增強(qiáng) PP 是在原有純 PP 的基礎(chǔ)上，加入玻璃纖維和其它助劑，從而提高材料的使用范圍。一般的來說，大部分的玻纖增強(qiáng)材料多用在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)零件上，是一種結(jié)構(gòu)工程材料。 因?yàn)榇水a(chǎn)品要有良好的強(qiáng)度、剛度和透明性，所以為了爭強(qiáng)其強(qiáng)度、剛度和透明性，在里面添加 20%的玻璃纖維。 167。 玻纖增強(qiáng) PP 塑料的主要優(yōu)缺點(diǎn) PP 塑料的主要優(yōu)點(diǎn) （ 1） 玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是耐高溫材料，因此，增強(qiáng)塑料的耐熱溫度比不加玻纖以前提高很多。 （ 2） 玻纖增強(qiáng) 以后，由于玻纖的加入，限制了塑料的高分子鏈間的相互移動，因此，增強(qiáng)塑料的收縮率下降很多，剛性也大大提高。 （ 3） 玻纖增強(qiáng)以后，增強(qiáng)塑料不會應(yīng)力開裂，同時，塑料的抗沖性能提高很多。 (4) 玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是高強(qiáng)度材料，從而也大提了塑料的強(qiáng)度，如：拉伸強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，提高很多。 鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 (5) 玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖和其它助劑的加入，增強(qiáng)塑料的燃燒性能下降很多，阻燃變得困難。 PP 塑料的主要缺點(diǎn) （ 1） 玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，不加玻纖前是透明，都會變成不透明的。 （ 2） 玻纖增強(qiáng)以后，塑料的韌性降低，而脆性增加 。 （ 3）玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，所有材料的熔融粘度增大，流動性變差，注塑壓力比不加玻纖的要增加很多。 （ 4）玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，流動性差，增強(qiáng)塑料的注塑溫度要比不加玻纖以前提高 10℃ ～ 30℃。 （ 5）玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖和助劑的加入，增強(qiáng)塑料的吸濕性能大加強(qiáng)，原來純塑料不吸水的也會變得吸水，因此，注塑時都要進(jìn)烘干。 （ 6） 玻纖增強(qiáng)以后，在注塑過程中，玻纖能進(jìn)入塑料制品的表面，使得制品表面變得很粗糙， 斑斑點(diǎn)點(diǎn)。為了取得較高的表面質(zhì)量，最好注塑時使用模溫機(jī)加熱模具，使得塑料高分子進(jìn)入制品表面，但不能達(dá)到純塑料的外觀質(zhì)量。 （ 7）玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是硬度很高的材料，助劑高溫?fù)]發(fā)后是腐蝕性很大的氣體，對注塑機(jī)的螺桿和注塑模具的磨損和腐蝕很大，因此，生產(chǎn)使用這類材料的模具和注塑機(jī)時，要注意設(shè)備的表面防腐處理和表面硬度處理。 167。 牙簽瓶蓋成型工藝分析 一個產(chǎn)品的成型工藝的好壞直接影響該產(chǎn)品的注射成型性和生產(chǎn)質(zhì)量，也影響著其在生產(chǎn)過程中的成本，成本的高低也決定了該產(chǎn)品在市場中的競爭優(yōu)勢。所以一個產(chǎn)品的工藝好壞對 商家是非常重要的。一個產(chǎn)品的工藝往往偏重于該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和尺寸精度適合合理。 167。 牙簽瓶蓋的工藝結(jié)構(gòu)分析 塑料注射產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)良直接影響到產(chǎn)品的使用性能和力學(xué)性能以及注射工藝性。合理的結(jié)構(gòu)可以提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和沖擊韌度，而且可以減少熔融塑料的填充阻力以減少成型周期降低成本。特別是塑料收縮率難以控制導(dǎo)致翹曲、局部鹽城紡工業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 凹陷、拱印以及尺寸精度難以控制等缺陷。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)還直接影響到模具的設(shè)計(jì)和加工的難易程度。所以無論是從產(chǎn)品的機(jī)械性能還是從產(chǎn)品注射能力來說，我們都得設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以滿足其性能的需求。 由于牙簽 瓶蓋結(jié)構(gòu)較為簡單和規(guī)則，所以對結(jié)構(gòu)方面，主要從壁厚、圓角、和拔模斜度三方面進(jìn)行分析。 塑料制品的壁厚對制品的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。壁厚過厚，不但用料多，容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷，而且冷卻時間長生產(chǎn)效率低；壁厚過薄，成型困難，流動阻力大。這里主要是分析壁厚對成型的影響，所以只驗(yàn)證產(chǎn)品在脫模頂出時保證不變型。該牙簽瓶蓋的壁厚為 2mm，在玻纖爭強(qiáng)推薦的壁厚范圍內(nèi)。所以本次產(chǎn)品的壁厚值能滿足工藝要求。 塑料制品