刘哲开题报告.docx
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刘哲开题报告
江西蓝天学院
本科生毕业论文（设计）开题报告
题目：
游戏手柄注塑模具设计
系别：
机械工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
08材料成型本科
（1）班
学号：
108203010009
姓名：
刘哲
指导教师：
尹小定
填表日期：
年月日
一、选题的依据及意义
1.主要依据
通过社会实际产品为课题，设计一副能够生产包括所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的塑料模具在内的一套完整方案，能熟练使用UG4.0、AUTOCAD等绘图软件。
并且在塑件结构设计、塑料成型工艺分析、塑料模具零件的选材、塑料模具数字化设计、塑料模具零件的制造，以及资料检索、英文翻译等方面获得各方面综合训练，为以后缩短工作适应期奠定坚实的基础。
2.意义
本课题对注塑模具的应用进行研究，其研究意义如下：
通过对游戏手柄产品进行详细的工艺分析，确定零件的注塑工艺方案并制定部分零件的制造工艺，以此让我们能够掌握中等复杂程度零件的注塑模具设计和制造的一般方法，对零件注塑方案的确定、工艺计算及模具设计有更深层次的认识，并学会对模具设计资料的检索与整合以及对已有资料的充分合理的使用。
随着塑料制品在交通、电子、国防、机械、农业、建筑等各行业的广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。
因此，该实践性课题是对理论学习水平的实践和检验，并对以后从事类似的工作有一定的指导性和实践性意义。
二、国内外相关研究简介（综述）
1、我国模具工业的研究现状
自八十年代以来，在我国的产业政策以及与之配套的一系列国家经济政策的支持下，模具工业获得了迅速发展，平均每年的增速均达到为百分之十三，自1999年以来，我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模达到30%左右。
在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还会逐渐提高。
[1]
我国塑料模工业从起步开始到现在，虽只经历半个多世纪，但是有了很大发展，并且模具水平有了很大提高。
[2]例如，在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，在精密塑料模具方面，已经能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星Ⅰ.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的此类齿轮塑件的尺寸精度、跳动度、同轴度等要求都达到了国外类似产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，大大改善了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。
而且能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等产品。
注塑模型腔制造精度可达0.02～0.05毫米，表面粗糙度Ra0.2微米，模具寿命、质量也明显提高了，非淬火钢模的寿命达到10～30万次，淬火钢模达到50～1000万次，交货时间也比以前缩短了，但和国外相比仍有较大差距。
在成型工艺方面，高效多色注射模、多材质塑料成型模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面同样也取得很大进展。
[3]气体辅助注射成型技术的使用也日趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等很多厂家能够成功的在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气体辅助技术，而且一些厂家还使用了C-MOLD气体辅助软件，取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
另外热流道模具开始推广，有的厂采用率达百分之二十以上，一般采用外热式或内热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到百分之十，与国外相比，差距依然较大。
技术制造方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上也了一个新台阶，就生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国EDS的UGⅡ、美国CV公司的CADS5、日本HZS公司的CRADE、英国Deltacam公司的DOCT5、以色列公司的Cimatron、澳大利亚Moldflow公司MPA塑模及美国AC-Tech公司的C-Mold的分析软件等等。
这些系统和软件的引进，虽然花费了很多的资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的快速发展。
近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
[4]我国已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：
P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。
塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
2.注塑模具CAD技术的国内外发展现状
目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。
另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。
因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。
[5]专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。
广东珠江三角地区将在十年之内发展成为世界模具生产中心。
[6]
未来我国的模具将呈现十大发展趋势：
（1）是模具日趋大型化。
这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的"一模多腔"所制成。
（2）是模具的精度越来越高。
10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2-3微米，以后1微米精度的模具将上市。
这要求超精加工。
（3）是多功能复合模具将进一步发展。
新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。
（4）是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。
由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。
热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%~30%。
[7]
（5）是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。
这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。
（6）是标准件的应用将日渐广泛。
模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。
因此，模具标准件的应用在"十五"期间必将得到较大的发展。
（7）是快速经济模具的前景十分广阔。
现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。
由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。
因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。
（8）是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。
（9）是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。
同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。
（10）是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。
3.模具发展存在的问题及其发展趋势
虽然我国模具工业的水平有了一定的提高，但是与国际先进水平相比，我国的模具制造业在发展中也存在着很多的问题。
[8]其主要表现在如下几个方面:
（l）设计效率不高
由于我国模具制造技术起步较晚，专业人员水平较低，既懂专业又熟悉CAD/CAM/CAE应用软件技术的人才十分缺乏，因而开发模具能力较差，自主开发的CAD软件质量不高，设计效率低。
[9]
（2）标准化程度不完整
由于各行业有各行业的标准，各模具生产厂家之间没有形成一定的设计，制造规范，专业化分工不细，故造成现有模具CAD/CAM/CAE系统的集成化程度和智能化程度都比较低。
模具专业化生产水平低，商品化程度低。
目前国内每年生产的模具，商品模具只占40%左右，其余为自产自用。
（3）相关管理制度落后
模具企业的管理落后更甚于技术落后。
技术落后易被发现，管理落后易被忽视。
国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。
[10]由此造成的知识和经验的流失，技术上的停滞和断代，影响了模具工业的可持续发展。
（4）模具材料及模具相关技术落后
模具材料性能质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口模具钢性能相比有较大差距。
塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。
4.国外模具发展趋势以及（CAD/CAE/CAM）技术的应用
在欧美等发达国家，他们的投资重点增加数控高速铣床，通过数控高速铣床加工的产品精度很高，可以大大降低制模周期。
[11]他们非常注重技术和设备的更新。
随着产品更新换代速度加快，市场竞争加剧，快速成型与制造技术也就诞生了，并很快得到许多模具企业的应用，它在欧洲占据非常突出的位置，分别有SLA、SLS、FDM、、LOM等类型。
欧美的血多企业有把速成型技术与快速制模技术结合起来运用可以快速的生产出模具零件的原型，这种方法很适合模具产品的试制，欧美的先进管理技术以及先进的模具技术，使其大型、复杂、精密的模具为汽车、家电、通讯、电子行业起到了举足轻重的地位。
[12]
美国是塑料产品消耗较多的国家之一，今后，美国的塑料模具产品还会不断增加，而高新技术的发展将是必然。
德国是世界的制造大国，它具有领先的模具制造技术，也拥有世界上先进的船舶、汽车等模具生产水平，随着模具行业的不断需要，德国在世界上将具有很重要的地位。
先进的制造技术将成为德国的立国之本，在今后，德国会加强研究和开发技术含量更高的模具。
[13]日本一直以来都是模具的生产大国，每年出口的模具非常之多，由于日本劳动成本高，因此，日本逐渐把技术含量较低的模具产品转移到发展中国家；而在自己国家只生产技术含量较高的模具产品。
使得日本本国的模具产量降低了很多，但日本拥有先进的模具制造技术，今后，日本的高技术模具产品还会不断增加。
[14]
国外在塑料模具钢方面的发展：
[15]
（1）非合金型塑料模具钢。
主要用于制造生产批量不大、技术要求不太严格的通用型热塑性塑料制品的模具，钢种有SM45~SM55以入T8、T10等碳素工具钢，碳素结构钢在正火状态或轧制状态使用，碳素工具钢在淬火、回火状态下使用。
（2）时效硬化型塑料模具钢。
时效硬化钢有两种类型，马氏体时效硬化钢和低镍时效硬化钢，马氏体时效硬化钢含镍高，价格昂贵，我国极少使用。
低镍时效硬化钢含碳量较低（≤2.5%C），钢中加入3%~6%Ni及Cu、Ti、Al、Mo等元素。
模具先经固溶处理，在低硬度下进行加工，制成后进行时效处理，由于金属间化合物的析出，使模具硬度得到提高（HRC40~50），以满足其使用要求。
由于时效温度低，畸变小且有规律，因此，适用于制造形状复杂、尺寸精度要求高的模具。
代表性的钢号有美国ASTM标准钢号P21（2Ni4AlCrV），日本大同特殊钢公司的NAK55（2Ni3AlCuMoS）、NAK80等。
此外，日本的时效硬化钢钢号还有N3M、N5M、HPM1等。
（3）预硬型塑料模具钢。
这类钢是在含有0.3%~0.5%C的基础之上，加入适量的Cr、Ni、Mn、V、Mo等稀有元素而制成，一般钢厂经过充分锻打后制成模块，再预先经过淬火和高温回火，使其硬度（约为HRC30~40）满足用户要求。
用户买到模块后直接加工成模具（不再进行热处理）。
代表性的钢号如美国的P20，瑞典ASSAB公司的718（3Cr2MnNiMo），日本大同特殊钢公司的PDS5等等。
（4）整体淬硬型塑料模具钢。
整体淬硬型模具钢，无论是热作、冷作或塑料模具钢，都有很多种，但是作为塑料模具专门用钢且纳入行业标准的只有三种而已，即SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1、SMCr12Mo1V1。
这一组钢本是热作模具钢及冷作模具钢，但是为了适应塑料模具对蚀刻性、抛光性等的特殊要求，都经过了ESR（电渣重熔）、VAR（直空冶炼）等精炼加工，使杂质含量大大的降低，韧度和等向性也较好。
（5）耐蚀型塑料模具钢。
有一些塑料制品，比如聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料等，在压制的过程中对模具有腐蚀作用，当生产批量较大的时候，需要采用耐蚀模具钢，一般是采用马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
国外代表性的钢号有国际标准化协会ISO4957中的110CrMo17，日本大同特殊钢公司的G-STAR及S-STAR，瑞典UDDEHOLM钢厂的STAVAX，德国蒂森克虏伯公司的GS-346ESR及GS-316ESR，日本日立金属公司的HPM77（YSS）。
三.本课题研究内容
课题主要内容是利用软件对门铃下盖注塑成型模具进行设计。
工作内容主要包括：
注塑成型制品进行分析、确定型腔布局形式、确定分型面、浇注系统及排气系统、模具成型零件的结构形式、顶出机构等，并进行注塑模具设计的相关计算，如型腔、型芯工作尺寸计算等，绘制模具装配图及模具零件图，编写设计说明书。
本课题的详细研究内容有以下几个方面：
1、塑料产品工艺性分析
塑料产品工艺性分析一般从材料、尺寸、精度、表面粗糙度和几何形状几个方面入手。
尤其是塑件的几何形状。
2、型腔的布局
（1）型腔数目的确定
模具的型腔数目一般根据注射机最大锁模力和最大注射量确定，同时兼顾产品的精度要求和生产经济性。
（2）型腔的布置方式
模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线形排列及复合排列等，在进行型腔的布置时应根据塑件的形状和大小来确定排列方式，型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，尽量紧凑，以节约钢材，减轻模具重量。
3、浇注系统的确定
注塑模具的普通浇注系统一般包括主流道、分流道、浇口及冷料穴，浇注系统在设计时应考虑到:
尽量缩短熔体流程;有利于排气和补缩;防止型芯变形和嵌件位移;便于脱模;位置尽量与模具轴线对称;保证各型腔均衡进料;易于储存冷料等。
4、排气系统的设计
当塑料将型腔填充时，必须顺利的排出型腔及浇注系统中的空气及塑料受热而产生的热空气，否则，塑件就会由于填充不足而产生接缝或表面轮廓不完整等缺陷。
5、成型零部件的结构设计（凹模、型芯）
凸、凹模结构设计：
1）整体式凹模：
是由整块金属材料（模板）加工而成。
2）整体嵌入式凹模：
凹模带台阶，加工好后整体嵌入模板定位孔中，常应
用小型塑件多型腔模。
3）镶嵌式凹模：
局部易磨损部位、难加工部位和形状复杂部位做成镶件嵌入模板。
4）四壁拼合式凹模：
凹模四壁和底部分别加工，再嵌入模套内。
应用于大型、形状复杂的矩形凹模。
5）瓣合式凹模：
线圈骨架类有侧凹的塑件，凹模分成两块或多块，成型时瓣合，脱模时瓣开。
6、脱模机构的确定
脱模机构设计原则
1）保证在推出时不使塑件变形或损坏，选择合理的推出方式和推出部位，使脱模力合理分布。
2）开模时尽量使塑件留在动模一边，以方便注塑机顶出装置推出塑件，简化模具结构。
3）推出机构应工作可靠，运动灵活，具有足够的强度和刚度，足以克服脱模阻力。
4）推出部位尽量选在塑件内表面或对外观影响不大的部位，以保证塑件外观良好。
7、模具温度调节系统的设置
注塑模具温度过高、过低或不均匀都直接影响到塑件的质量，同时也决定着生产效率的高低，塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速，以减小塑件的内应力，使塑件的生产做到优质高效。
冷却系统设计原则：
1）冷却孔要避开塑件的熔接痕部位；2）模具结构允许，冷却孔尽量大、多，使冷却更均匀；3）浇口附近与厚壁处应加强冷却；4）定模与动模要分别冷却，保证冷却平衡；5）冷却孔排列尽量与型腔形状吻合；6）冷却通道应密封且不应通过镶块接缝，以免漏水7）进出水温差不宜过大；
8、绘制模具装配图和零件图；
9、编写设计说明书，要求对设计过程和方案选择过程进行说明。
四、本课题研究方法
本课题是对游戏手柄进行注塑模具的设计，要综合利用在校期间学习的相关知识，查阅相关的资料以及设计说明书，以保证在设计之前心中有数，待所以前提工作都准备充分以后，用学习过的设计软件，也就是UGNX4.0软件进行分模设计，然后选择合适的模具结构及模架，并通过软件进行模流分析，从而确定恰当的浇注系统、冷却系统。
最后利用AutoCAD软件进行游戏手柄最终的模具装配图和模具零件图的绘制。
五、研究目标、主要特色（创新）及工作进度
研究目标、主要特色：
通过对工件的工艺分析，确定工作的重点主要集中在模具成型件及浇注系统和冷却系统的设计，并进行相应结构和相关尺寸的计算和校核；设计前后工序的关联性以及模具的关联性，合理选用模架，尽量使模具的结构更紧密，同时在模具的设计过程中还要考虑到所设计的零件的加工性，要尽量多的选用标准件，达到规范化设计的要求成为此毕业设计的难点；针对此次模具设计工作量大，工作难度大的特点，拟采用计算机辅助设计AutoCAD、UG等相关软件来完成制件分模具与模具的设计，从而节省时间和精力；对所计算出来的数据进行校核，收集相关文献、期刊论文来加以辅助设计。
工作进程：
第1周：
研究设计任务，查阅文献，补充注塑模具的设计知识，认真阅读30篇以上注塑模具设计的文献资料。
第2周：
查阅文献，完成外文翻译。
第3~5周：
确定设计方案和技术路线。
第6周：
编制注塑工艺规程。
第7~8周：
初定模具设计方案，设计计算，画出总装草图。
第9~11周：
绘制模具装配图及零件图。
第12周：
制定模具零件加工工艺规程。
第13周：
撰写毕业设计说明书，准备答辩毕业答辩。
第14周：
毕业答辩
六、参考文献
[1]行业信息.我国模具行业产业链分析及发展策略[J].模具工业,2009,35.
（5）:
73
[2]专题报道.模具行业飞速发展的机遇[J].模具工业,2011,37（9）:
75
[3]周永泰.我国模具行业2010年运行情况及“十二五”发展展望[J].航空制造
技术，2011,
（1）
[4]慧聪五金网.模具工业[J].2011,37（5）:
77
[5]李学锋.模具设计与制造实训教程[M].北京：
化学工业出版社，2004.7
[6]廖正品.中国塑料工业“十五”回顾与“十一五”发展思路[J].塑料工
业，2006.（34）:
1-8
[7]模具行业.模具行业飞速发展的机遇[J].模具工业,2011,37（9）:
75
[8]模具行业.十二五发展规划[J].模具工业,2011,37
（1）:
1
[9]行业信息.我国模具行业的快速发展顺应世界产业调整[J].模具工业,
2008,34（10）:
72
[10]申开智.塑料成型模具（第二版）[M].北京：
中国轻工业出版社，2002，9
[11]李茹娟，李萌盛.基于CAE注射模浇口与保压的优化设计[J].塑料工业，2006,34（10）:
32-35
[12]行业信息.十二五模具行业信息化规划建议[J].模具工业,2011,37（3）:
1
[13]王定标,郭茶秀,向飒.CAD/CAE/CAM技术与应用[M].化学工业出版社，2005，
6
[14]浙江精诚模具机械有限公司.浅谈模具产业的发展[J].塑料工业，2006,34
（10）：
68-69
[15]RFGordon.Proeeedingsofthefirstconferenceonshapememoryandsuperelastictechnologies[C].SMST，1994:
115.
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