灯罩注塑模设计-文献综述

毕业设计（论文）

文献综述

（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）

注塑模设计

1. 国内外研究现状

注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。美国上市公司 Moldflow 公司是专业从事注塑成型CAE 软体和谘询公司，自 1976 年发行了世界上第一套流动分析软体以来，一直主导塑胶成型CAE软体市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。

利用 CAE 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以後再返修模具。这不仅是对传统塑胶模具的设计方法一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。

塑胶模具设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用 CAE 技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕後，通常需要几次试模，发现问题後，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料模具设计制品和塑胶模具的设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。

2．研究方向

基于注塑模具制造的特点，对注塑模具制造业提出了相应的要求。当前模具制造的研究方向主要表现为以下五个方面：

2.1从一般的机加工方法，发展至采用光机电相结合的数控电火花成形、数控电火花线切割以及各种特殊加工相结合，例如电铸成形、粉末冶金成形、精密铸造成形、激光加工等。从而可以加工出复杂的型腔和型芯，以及保证较高的加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火花放电加工精度要求。

2.2先进的技术支持条件。模具的服务对象主要是电器、汽车厂家，产品的更新换代快，而且模具的设计已经从二维发展为三维，实现了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，真正实现了CAD/CAM一体化，而且三维设计解决了二维设计难于解决的一些问题，诸如：干涉检查、模拟装配等。

2.3模具快速制造技术。当前快速制造有三个发展方向：分别是基于并行工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技术的注塑模具快速制造和高速切削技术。

2.3.1 基于并行工程的注塑模具快速制造这种生产方式。是以注塑模具的标准化设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计和模具制造的三个体系的标准化。

2.3.2 基于快速原型技术的注塑模具快速制造。直接从CAD模型生产工模具被认为是一种可以减少新产品成本和开发周期的重要的方法，近些年来，这种将CAD技术、快速成型（RP）和快速工模具制造（RT）等高新技术相结合，已经对传统的注塑模具的制造产生了重大的冲击。

2．4 发展新的塑料模具材料及模具表面技术。主要是发展易加工、抛光性好的材料，预硬易切削钢（一般28~35HRC之间)、耐蚀钢、硬质合金钢以及时效硬化型钢、冷挤压成型钢。表面工程可以弥补模具材料的不足，降低模具材料的研发及加工的费用。

2．5 基于信息注塑模具的制造新模式。与注塑模具制造活动有关的信息包括产品的信息和制造信息。现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含的信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。

3．注塑成型的基本原理

3.1注塑成型的基本原理

所谓的塑料的注塑是指将树脂原料加热熔融后，在一定的压力和速度下使其注入模具内，经冷却定型后得到的具有所要求形状和尺寸的成型品的过程。

为了使熔融的树脂原料能充分地流入模具型腔的各个角落，而获得具有复杂的形状，且其表面上面有缩痕、内部没有缩孔的制品，必须在成型时对熔融树脂加上很高的压力才行。注塑是在料桶中加热树脂使之熔融，对熔融的树脂原料加高压并使之注射到模具中，在模具中使之冷却，固化为制品的几个过程组成3.2注塑成型的加工流程

开始注射——模腔充满——给予模腔全填充的切换——压缩［17］

3.2注塑成型的常见缺陷

1．缩水2．熔接点，3．银线，4．变形，5．撑边，6．喷痕，7．背压的重要性。为了防止这些缺陷的产生，在设计和成型的过程中要多加注意用料量，流动性，原材料的吸湿性，残余应力影响，喷速，以及背压［17］。

4．进展情况

4.1 Fluent的塑料注塑

塑料注塑成型是一个复杂的物理过程，为了验证工艺参数的合理性和预测制品的质量，建立了塑料注塑成型流动和冷却的数学模型，运用计算流体力学原理，采用了Fluent软件进行塑料注塑模拟，进行流动分析和热分析。整个型坯的注塑速度和熔体温度分布均匀，制品质量较好，使用的注塑工艺参数合理，适用于实际的工程应用。［9］Fluent软件是基于CFD(ComputationalFluid Dynamics)技术，即计算流体力学技术，针对各种复杂流动的物理现象，采用数值解法，以期在计算速度、稳定性和精度等方面得到优化，从而高效地解决各个领域的复杂流动计算问题，模拟流动、传热等物理现象。

4.2 CAE/CAD技术

注塑模CAE技术的应用在国外已相当普遍，而在我国注塑模具设计仍停留在以经验为主导的设计模式，成熟的注塑模CAE用户屈指可数。

注塑模CAE软件的发展经历了从中面流技术到双面流技术再到实体流技术的三个重要的里程碑。目前由于实体流和双面流技术算法的不完善，三种分析技术仍然并存。

中面流（Midplane）技术的应用始于20世纪80年代。基于中面流技术的注塑流动模拟软件应用的时间最长、范围最广。但实践表明，基于中面流技术的注塑模CAE软件在应用中具有很大的局限性：(1) 专业的注塑模CAE软件造型功能较差，采用手工操作直接构造中面模型十分困难，建构过程往往需要花费大量的时间；(2)由CAE软件根据产品三维模型自动计算生成中面模型的效果不理想，网格修补工作量大；(3)由于CAD阶段使用的是产品的物理模型，而CAE阶段使

用的是产品的数学模型，两者的不统一，使得二次建模不可避免。由此可见，中面模型已经成为了注塑模CAE技术发展的瓶颈。

目前基于双面流技术的注塑模CAE软件均可以将CAD系统输出的三维模型的STL文件格式转化为有限元网格模型。因此与中面流技术相比在模型处理上却大大减轻了用户建模的负担，提高了有限元建模的效率。因此，基于双面流技术的注塑模CAE软件在全世界拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。但由于上下表面网格无法一一对应，造成上下对应表面的熔体流动前沿存在差别，使得双面流技术分析的准确性受到一定的限制。此外双面流技术也只是一种从中面流技术向实体流技术过渡的手段。实体流技术最终必将取代双面流技术。

实体流（Solid）技术在实现原理上仍与中面流技术相同，所不同的是数值分析方法有较大差别。在实体流技术中熔体的厚度方向的物理量变化不再被忽略，这时只能采用三维有限元网格，依靠三维有限差分法或三维有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。因此，与中面流或双面流相比，基于实体流技术的注塑模CAE软件目前所存在的最大问题就是计算量巨大、计算时间长，这与目前的模具开发周期相违背，成为制约注塑模CAE技术全面推广的瓶颈。因此要真正推广基于实体流技术的注塑模CAE软件仍有待软件算法的改进和计算机硬件设备速度的提升。由于中面流技术久经考验，计算速度快，分析准确性高，至今仍然是注塑成型CAE分析的主流。

4.3其他新型技术

随着塑料制品应用的日益广泛，不同的领域对塑料制品的开头精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求，因此在传统注塑成型技术的基础上,又发展了许多特殊的新兴注塑成型技术，如低压注射成型、熔芯射击成型、装配注射成型、磁场定向注射成型、单色多模注射成型、气体辅助注射成型、薄壳注射成型技术等。因些必须改变注塑模具的设计和制造体系，才能够满足成型要求。

另外，随着微机电系统的产业生命线的进展，微细型注塑模具设计与制造技术的研究近年来得到了人们的重视，随着MEMS产业化的进程，微注塑成型技术有着巨大的潜力和发展空间。微型注塑成型通常用于医疗、电信、计算机、电气等领域，医疗和电子器械越来越小型化，因此对人们希望制件可以做得越来越小。微型注塑成型有许多优点，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大