1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p>　　某皮帶輪注射成型模具及成型工藝設計</p><p><b>　　一、背景與意義：</b></p><p>　　注射模塑（又稱注射成型或簡稱注塑）,是成型塑料制品的一種重要方法。幾乎

2、所有的熱塑性塑料及多種熱固性塑料都可用此法成型。用注射模塑可成型各種形狀、尺寸、精度，滿足各種要求的模制品。</p><p>　　注塑制品約占塑料制品總量的20%~30%，尤其是塑料作為工程結構材料的出現，注塑制品的用途已從民用擴大到國民經濟各個領域，并將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬和非金屬材料的制品，包括各種工業(yè)配件，儀器儀表零件結構件、殼體等。在尖端技術中，也是不可缺少的。在我國實現四個現代化建設中起著重要的作用。&l

3、t;/p><p>　　皮帶輪屬于盤轂類零件，一般相對尺寸比較大，在傳統(tǒng)制造工藝上一般以鑄造、鍛造為主。一般尺寸較大的設計為用鑄造的方法，材料一般都是鑄鐵（鑄造性能較好），很少用鑄鋼（鋼的鑄造性能不佳）；一般尺寸較小的，可以設計為鍛造，材料為鋼。傳統(tǒng)工藝不但能耗大，而且很笨重?，F在采用注射成型皮帶輪，質量輕，實踐證明剛性也不差。</p><p>　　皮帶輪各項指標及材質的選用是以能夠達到使用要求

4、的前提下上盡量減少原材料、工藝可行、成本最低的選擇原則！皮帶輪主要用于遠距離傳送動力的場合，例如小型柴油機動力的輸出，農用車，拖拉機，汽車，礦山機械，機械加工設備，紡織機械，包裝機械，車床，鍛床，一些小馬力摩托車動力的傳動，農業(yè)機械動力的傳送，空壓機，減速器，減速機，發(fā)電機，軋花機等等。</p><p>　　皮帶輪傳動的優(yōu)點有：皮帶輪傳動能緩和載荷沖擊；皮帶輪傳動運行平穩(wěn)、低噪音、低振動；皮帶輪傳動的結構簡單，調

5、整方便；皮帶輪傳動對于皮帶輪的制造和安裝精度不象嚙合傳動嚴格；皮帶輪傳動具有過載保護的功能；皮帶輪傳動的兩軸中心距調節(jié)范圍較大。</p><p>　　皮帶傳動的缺點有：皮帶輪傳動有彈性滑動和打滑，傳動效率較低和不能保持準確的傳動比；皮帶輪傳動傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上壓力比嚙合傳動大；皮帶輪傳動皮帶的壽命較短。</p><p>　　三角皮帶的規(guī)格是由背寬（頂寬）與高（厚）的尺寸來

6、劃分的，根據不同的背寬（頂寬）與高（厚）的尺寸，國家標準規(guī)定了三角帶的O 、A、B、C、D、E等多種型號，每種型號的三角帶的節(jié)寬、頂寬、高度都不相同，所以皮帶輪也就必須根據三角帶的形狀制作出各種槽型；這些不同的槽型就決定了皮帶輪的O型皮帶輪 、A型皮帶輪、B型皮帶輪、C型皮帶輪、D型皮帶輪、E型皮帶輪等多種型號。</p><p>　　二、國內外研究狀況：</p><p>　　注射成型技術已

7、經歷了大約125年的發(fā)展過程，由于各種各樣的工藝方法及技術的引入、改進和提高，這種成型技術顯得更具有經濟性。注射成型具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精確、帶有嵌件的制品；對成型各種塑料的適應性強；生產效率高，易于實現全自動化生產等一系列優(yōu)點，是一種比較經濟而先進的成型技術，因此世界各國對于它的研究都不曾間斷。</p><p>　　與早期開發(fā)的John Wesley Hyatt生產工藝專利相比，目前采用的生

8、產理論方法存有較少的概念上差異。其基本過程仍然是在加熱料筒內產生推動壓力，形成熔料層流，并流入空的模腔內。在循環(huán)生產周期中，不管是采用單個澆口還是多個澆口；高或低的熔料流動速率；待注射熔料與模腔壁之間溫差的高或低；流暢的加工流程或突變式的加工流程，其基本過程完全相同。</p><p>　　由于許多新型聚合物、共混物和復合材料體系要求采用特殊的、先進的加工方法或技術才能順利地注射模塑成型。輔助性材料的涌現，導致開發(fā)

9、出許多更具有粘彈性的新樹脂或新材料。也就是說，這些新型材料呈現出有更好的熔體彈性。而先進的注射成型工藝已開始著重于研究粘彈性材料伴隨加工參數的響應狀態(tài)。隨著新技術的滲透，注射成型技術也在不斷發(fā)展和完善。</p><p>　　1.共注射成型 采用共注射成型有助于觀察到制件中獨特的結構。塑料“A”</p><p>　　先注射充入部分型腔，然后塑料“B”緊跟著“A”注射進入型腔并保持初始推動流動

10、壓力場。根據表皮區(qū)和芯層區(qū)的尺寸大小，按正確的比例關系計量出“A”和“B”的用料量，可制得1個內芯層為“B”外表完全由“A”包裹的制件。共注射成型并非一門新的工藝技術。英國ICI公司早在70年代就開始應用這一技術?，F采用的ICI生產工藝類似“三明治模塑”。</p><p>　　2.氣體輔助注射成型 氣體輔助注射成型技術主要是為了減輕重量和節(jié)省循環(huán)時間等而逐漸發(fā)展起來的。通常的共注射成型中，首先注射外層材料，并只部

11、分填充型腔。然后氣體通過噴嘴注射或直接進入模腔內，模塑制件的芯層部位。液化氣體也可注射到待成型制件的芯層部位。一般而言，在芯層內氣體壓力推動熔料向前流動，直至完全充滿型腔，并防止制件表層在固化階段從模腔壁凹下。相連的表皮層緊巾著模腔壁，氣體則保存在模塑制件的芯層區(qū)間。</p><p>　　3.低壓注射成型 低壓注射成型也并不是一種新的工藝，但采用的加工方法，可使設備工序能更好地與預料中的熔體響應相匹配。低壓注射成

12、型只是控制或調節(jié)塑料粘彈特性的一種加工方法。隨著對加工環(huán)境認識的深入，采用低壓注射成型將使塑料熔體更能適應生產環(huán)境的要求。</p><p>　　4.交變注射成型 這項技術的最大難點在于當加工條件突然改變時，對塑料熔體將呈現出怎樣的變化行為知之甚少。通過這種加工工藝，制件的變曲性能與其他機械性能得到了極大的提高。聚苯乙烯飲水杯和聚丙烯注射器就是采用這種加工方法獲得重大改進突破的2個產品。</p>&l

13、t;p>　　5.注射-壓縮成型 采用這種成型方法可以避免瞬間的材料響應，避免了阻礙熔體的流動。</p><p>　　6.模具的冷卻 模具的冷卻是一項關鍵的工藝技術。大部分的成型周期都是由傳導熱量傳遞組成。能量可從熱的熔體傳遞至冷的模具上是由于存在溫差所致。模具壁邊的塑料表皮有效地隔離著芯層，從而使得這種熱傳遞方式非常低效?？墒牵＞呃鋮s通常到設計的最后階段才得以注意。較好的冷卻設計樣式可縮短20%~30%或

14、更短的循環(huán)生產時間，并提高勞動生產率。脈沖冷卻技術是在注射塑料進入模腔后，通過采用循環(huán)冷卻管內非常凍的冷凍液體來調節(jié)冷卻的一項技術。脈沖冷卻可廣泛應用于薄壁制件的成型；要求重復精確表面的制件成型，以及流道深度變化范圍寬的復雜型腔方面。脈沖冷卻也可調節(jié)材料的突變行為。例如遲滯流動。</p><p>　　7.熔芯成型工藝 熔芯成型法是一種比較新的工藝方法，便于加工內部有交叉復雜的溝道、凹槽或切槽的制件。這種工藝基本上

15、屬于標準或常規(guī)型注射成型，這個型芯與常規(guī)模具一樣具有可折將式的型芯功能，設有限定的內腔壁的嵌件型芯。這種方法用于高精度制件是切實可行的。</p><p>　　此外，還有多點進料注射成型，推-拉注射成型，夾芯注射成型，層狀注射成型，反應注射成型，結構發(fā)泡注射成型等等成型方法被研究并且運用到實際的生產中，大大推動了注射成型的發(fā)展。</p><p><b>　　三、研究成果：</

16、b></p><p>　　在注射成型發(fā)展的這幾年中，也取得了不少的成果。</p><p>　　1．金屬粉末注射成型技術（Metal Powder Injection Molding，簡稱MIM）是將現代塑料注射成型技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成技術。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結劑均勻混煉，經制粒后在加熱塑化狀態(tài)下（~150oC）用注射成型機注入模腔

17、內固化成型，然后用化學或熱分解的方法將成型坯中的粘結劑脫除，最后經燒結致密化得到最終產品。與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異、生產成本低等特點，其產品廣泛應用于電子信息工程、生物醫(yī)療器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵器及航空航天等工業(yè)領域。因此，國際上普遍認為該技術的發(fā)展將會導致零部件成型與加工技術的一場革命，被譽為“當今最熱門的零部件成型技術”和“21世紀的成型技術”。</p><p

18、>　　MIM始于20世紀70年代末，其工藝包括產品設計、模具設計、質量檢測、混煉、注射、脫脂、燒結、二次加工等8個重要環(huán)節(jié)。特別是在八十年代中期，這項技術實現產業(yè)化以來更獲得突飛猛進的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術的產品開發(fā)、研制與銷售工作。在日本，許多大型株式會社均參與MIM工業(yè)的推廣，在這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精

19、工-愛普生、大同特殊鋼等。</p><p>　　2．計算機輔助成型 采用計算機輔助工程（CAE）對加工設計及分析有助于縮短設計周期并可避免代價昂貴的機械失誤。商業(yè)性仿真代碼常用于流道上標明尺寸，以平衡熔料在流道系統(tǒng)及型腔內的流動，同事確定澆口的最佳開設位置和澆口的數目。計算注射壓力和合模噸位要根據不同的加工條件和材料而定。收縮率及翹曲率結合初始流向也可準確估算出來。重要的是要使得這種設計工具幫助熟練分析人員在某個

20、設計方案或加工研究時進行判斷和操縱。結果必須理解為以研究對象和加工材料為前提。當考慮采用這種方法準確輸入數據后，可取得巨大的效益。另外，這種分析經濟性可使設計周期更短和所需的生產時間更短。</p><p>　　應該提醒注意的是，商業(yè)性的CAE程序通常是不可直接使用的。充模仿真可產生有價值的見識，但結果必須重新對其局限性進行重新考慮估計。應用現代計算機進行注射成型模擬試驗，僅限于純粘性流體（不包括粘彈性的熔融塑料）

21、。</p><p><b>　　四、發(fā)展趨勢：</b></p><p>　　1.鎖模力、注射量的趨向越來越大</p><p>　　從注射機問世起，鎖模力在1000－5000kN，注射量在50－2000g的中小型注射機占絕大多數。到了70年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機械以及大型家用電器方面的廣泛應用，使大型注射機得到了

22、迅速發(fā)展。美國最為明顯。在1980年全美國約有140臺10000kN以上鎖模力的大型注塑機投入巾場，到1985年增至500多臺。日本名機公司已經成功地制造了當今世界最大的注塑機，其鎖模力達到120000kN，注射量達到92000g。</p><p>　　2．計算機輔助分析軟件的開發(fā)應用</p><p>　　80年代以來，CAD/CAE／CAPP／CAM計算機應用技術在塑機制造業(yè)的廣泛采用，

23、促進了我國注塑機研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。一批國家級高新技術企業(yè)都相繼引進美國U.G.S和PTC公司的計算機輔助設計和分析等軟件，實現了三維立體參數化建模，機構運動仿真，對主關原件分析，對高應力區(qū)的應力分布、應力峰值、危險區(qū)域等進行準確的分析計算，幫助設計人員迅速地了解、評估和修改設計方案，保證重要零件結構合理性的可靠性達到完美結合。</p><p>　　3．注射機的性能越來越好，效率越來越高</p>

24、<p>　　國際上移模速度，已從過去的20－30m/min提高到40－50m／min，最高的達到70m/min。注射速度從過去的100mm/s提高到現在的250mm／s，有的達到450mm／s。注射壓力從過去的120－150MPa提高到目前的180－250MPa。日本的SN120P機已達到460MPa，它生產的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在0.02－0.03mm，壁厚可保證0.l－0.2mm。節(jié)能方面從過去的流量比例

25、和壓力比例控制發(fā)展到變量控制或定量控制，變頻調速控制，伺服控制技術的注塑機，能耗僅為傳統(tǒng)機器的30％，注塑機的高效率主要體現在工作節(jié)拍快，制品周期短，普遍比過去提高24％以上。高效注塑機的開模與預塑一般都是同步完成。開模中同時完成抽芯和頂出。日展會上最快注塑機，工作周期只有1秒鐘。注塑機的控制技術歷經了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和專用計算機控制的發(fā)展過程。自60年代末美國費洛斯公司首先應用計算機控制技術，經過80年代以來的高

26、速發(fā)展，已經不是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時間、冷卻過程及液壓回路的各種參數的綜合控制。過去大多數采用開環(huán)控制，目</p><p><b>　　五、存在問題：</b></p><p>　　我國塑料模具行業(yè)與其發(fā)展需要和國外先進水平相比，主要存在六個方面的問題。</p><p>　　1、發(fā)展不平衡，產品總體水平較低

27、。</p><p>　　2、工藝裝備落后，組織協調能力差。</p><p>　　3、大多數企業(yè)開發(fā)能力弱。一方面是技術人員比例低、水平不夠高，另一方面是科研開發(fā)投入少，更重要的是觀念落后，對開發(fā)不夠重視。</p><p>　　4、管理落后更甚于技術落后。技術落后往往容易看到，管理落后有時卻難以意識到。國內外模具企業(yè)管理上的差距十分明顯，管理的差距所帶來的問題往往比技

28、術上的差距更為嚴重。</p><p>　　5、市場需求旺盛，生產發(fā)展一時還難以跟上，供需矛盾一時還難以解決，供不應求的局面還將持續(xù)一段時間，特別是在中高檔產品方面矛盾更為突出。</p><p>　　6、體制和人才問題的解決尚待時日。</p><p>　　展望未來，由于國際、國內宏觀環(huán)境總體良好，國內塑料模具各主要用戶行業(yè)仍將持續(xù)以較快速度發(fā)展，塑料模具也必將持續(xù)高速

29、發(fā)展。目前存在的主要問題通過國內外交流與合作，通過全行業(yè)的共同努力，通過各方面的共同支持，定會逐漸得到較好的解決。</p><p><b>　　六、總結：</b></p><p>　　我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關注，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產制件所具備的高精度、高復

30、雜程度、高一致性、高生產率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。隨著計算機軟件的發(fā)展和進步，CAD/CAE/CAM 技術也日臻成熟，其現代模具中的應用將越來越廣泛?？梢灶A料不久的將來，模具制造業(yè)將從機械制造業(yè)中分離出來，而獨立成為國民經濟中不可缺少的支柱產業(yè)，與此同時，也進一步促進了模具制造技術向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。因此，大力發(fā)展模具工業(yè)可以促進我國更快的走向工業(yè)化國家。</p><p>

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