第一篇：論述塑料模具設(shè)計(jì)與制造在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

論述塑料模具設(shè)計(jì)與制造在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

模具在加工業(yè)中有重要的地位。模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動(dòng)化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。

模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動(dòng)，為此，常采用自動(dòng)開合模自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)，在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動(dòng)從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當(dāng)批量不大時(shí)，模具的費(fèi)用在制件上的成本所占的比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。

現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少是三項(xiàng)重要因素，尤其是模具對實(shí)現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要的作用。高效的全自動(dòng)設(shè)備也只有裝上能自動(dòng)化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進(jìn)模具的不斷向前發(fā)展。

上世紀(jì)30年代以前，一般采用簡單工具與設(shè)備，形成以手工制造 模具的生產(chǎn)方式，也只能制造簡單模具，其制造精度與質(zhì)量完全取決于工人技藝和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。上世紀(jì)30～70年代后期，是模具工業(yè)化生產(chǎn)方式的發(fā)展過程。其主要成就與特征有：廣泛采用銑削、成形磨削工藝，并實(shí)現(xiàn)帶精密孔距的圓孔與型孔加工的精密坐標(biāo)磨削工藝技術(shù)；電火花成形加工和NC電火花線切割加工工藝的廣泛應(yīng)用，為高硬材料的型件提供了關(guān)鍵加工技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了模具型件的專業(yè)化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。隨著模具標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，在生產(chǎn)中全面采用標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，不僅是模具工業(yè)化生產(chǎn)方式的重大成就和特征，也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化模具生產(chǎn)方式的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

隨著計(jì)算機(jī)和機(jī)床工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，1980年以來模具CAD/CAM、CAD/CAM/CAE已成為廣泛的應(yīng)用技術(shù)，它們與標(biāo)準(zhǔn)化相配合實(shí)現(xiàn)了模具設(shè)計(jì)與制造的信息化、數(shù)字化的模具生產(chǎn)方式。

年代以來，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)展迅速，年均增速均為13%，1999 年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245 億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預(yù)計(jì)為260-270 億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。

我國塑料模工業(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)48 英寸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。

成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE 技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM 系統(tǒng)，據(jù)有關(guān)方面預(yù)測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC 塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展速度也將高于總平均 水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點(diǎn)。研究表明，模具的使用壽命與熱處理、選材、結(jié)構(gòu)、機(jī)械加工 工藝、滑潤、設(shè)計(jì)水平等諸多因素有關(guān)。根據(jù)對大量失效模具的分析統(tǒng)計(jì)，在引起模具失效的各種因素中，熱處理不當(dāng)約占45%，選材和模具結(jié)構(gòu)不合理約占25%，工藝問題約占10%，滑潤和設(shè)備問題因素約占20%。因此，在模具設(shè)計(jì)和制造過程中，選材、模具結(jié)構(gòu)、熱處理工藝、加工工藝和改善模具的工作條件都能夠提高模具的質(zhì)量和使用壽命。

1.合理選用模具材料

選用模具材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)批量、工藝方法進(jìn)行選擇。在批量生產(chǎn)中，應(yīng)選用耐用的模具材料，如硬質(zhì)合金，高強(qiáng)韌、高耐磨模具鋼；小批量或新產(chǎn)品試制可采用鋅合金、鉍錫合金等模具材料；易變形、易斷裂失效的通用模具，需要選用高強(qiáng)度、高韌性的材料；熱鍛模要選用具有良好的韌性、強(qiáng)度、耐模性和抗冷熱疲勞性能的材料；壓鑄模要采用熱疲勞抗力高、高溫強(qiáng)度大的合金鋼；塑料模具則應(yīng)選擇易切削、組織致密、拋光性能好的材料。此外，在設(shè)計(jì)凸凹模時(shí)，選用不同硬度或不同材料的模具相搭配，模具使用壽命可提高5～6倍。

2.合理的模具結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計(jì)的原則是保證足夠的強(qiáng)度、剛度、同心度、對中性和合理的沖裁間隙，并減少應(yīng)力集中，以保證由模具生產(chǎn)出來零件符合設(shè)計(jì)要求。因此，對模具的主要工作零件要求導(dǎo)向精度高、同心度和中性好及沖裁的間隙合理。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮：凸模應(yīng)注意導(dǎo)向支撐和對中保護(hù)，特別是設(shè)計(jì)小孔凸模時(shí)采用自身導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可延長模具壽命；對夾角、窄槽等薄弱部位，為了減少應(yīng)力集中，要以圓弧過渡，圓弧半徑R可取3～5 mm；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)，也可減少應(yīng)力集中；合理增大間隙，改善凸模工作部分的受力狀態(tài)，使沖裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨損減少。

3.模具的熱處理工藝

從模具失效分析得知，45%的模具失效是由于熱處理不當(dāng)造成的。磨損、粘結(jié)均發(fā)生在表面，疲勞、斷裂也往往從表面開始，因此對模具表面的加工質(zhì)量要求非常高。但實(shí)際上由于加工痕跡的存在，熱處理時(shí)表面氧化脫碳在所難免，模具的表面性能反而比基體差。采用熱處理新技術(shù)是提高模具性能的有效措施。模具熱處理工藝包括基體強(qiáng)韌化和表面強(qiáng)化處理：基體的強(qiáng)韌化在于提高基體的強(qiáng)度和韌度，減少斷裂和變形；表面強(qiáng)化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤滑性能。

航空航天為科學(xué)研究的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。在很長時(shí)間內(nèi)，人類對自然界的認(rèn)識全部來自在地球表面進(jìn)行的生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)研究。航空技術(shù)為人類提供了從空中觀察自然界的條件。氣球是最早進(jìn)行對地觀測、大氣探測的空中運(yùn)載工具。飛機(jī)可以在上萬米的高空對地球進(jìn)行大面積觀測。航天揭開了從太空觀測、研究地球和整個(gè)宇宙的新時(shí)代。人造地球衛(wèi)星剛一上天就發(fā)現(xiàn)了地球輻射帶。接著，各種科學(xué)衛(wèi)星和空間探測器發(fā)現(xiàn)了地球磁層、地冕、太陽風(fēng)，基本上了解了它們的結(jié)構(gòu)及其相互影響，測量了太陽系大多數(shù)行星的大氣參數(shù)、表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分;在宇宙中發(fā)現(xiàn)了大量的X射線，γ射線和紅外天體，發(fā)現(xiàn)了極高能量的粒子以及可能是“黑洞”的天體。載人航天實(shí)現(xiàn)了人在太空的天文觀測，并且送人登上了月球，進(jìn)行實(shí)地考察。通過航天活動(dòng)獲得的有關(guān)地球空間、行星際空間、太陽系和遙遠(yuǎn)宇宙天體的極其豐富的信息,大大更新了人類對于地球空間、太陽系和整個(gè)宇宙的認(rèn)識，推動(dòng)了天文學(xué)、空間物理學(xué)、高能物理學(xué)、生物學(xué)的發(fā)展，形成了一些新的學(xué)科分支。裝有各種遙感器的航天器已經(jīng)成為觀測和監(jiān)視地球物理環(huán)境的有效工具。衛(wèi)星氣象觀測、衛(wèi)星海洋觀測、衛(wèi)星資源勘測等新技術(shù)推動(dòng)了氣象學(xué)、海洋學(xué)、水文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、測繪學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了衛(wèi)星氣象學(xué)、衛(wèi)星海洋學(xué)、衛(wèi)星測繪學(xué)等一系列新的學(xué)科分支。載人航天器為人類創(chuàng)造了一個(gè)具有眾多特殊環(huán)境條件（極高真空、微重力、超低溫、強(qiáng)太陽輻射）的天然實(shí)驗(yàn)室，可借以開展物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、新材料、新工藝等綜合研究工作。例如，在微重力條件下，可以研制和生產(chǎn)高純度大單晶、超純度金屬和超導(dǎo)合金以及特種生物藥品等。

模具設(shè)計(jì)與制造在航空航天里的應(yīng)用包括各種零部件的制造，由于航天器是非常高端的東西，必須用非常耐高溫和輕質(zhì)等具有特殊功能的功能高分子材料來制造，這就決定了模具也要用特殊的材料來制造，一般來說，制造這種模具要用更多成本，而且關(guān)乎國家戰(zhàn)略安全，不會(huì)由一般企業(yè)制作，也不是一般企業(yè)能承受得起的，必須由國家兵器制造公司來設(shè)計(jì)制造。而且由國內(nèi)模具制造行業(yè)的頂尖人才去完成這項(xiàng)光榮而艱巨的使命，我們要做的就是好好學(xué)習(xí)，努力工作，努力去成為業(yè)內(nèi)頂尖人才，為國家做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。

第二篇：復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

摘要現(xiàn)代飛機(jī)和衛(wèi)星的制造材料應(yīng)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等特性，先進(jìn)復(fù)合材料的獨(dú)有性能使它成為制造衛(wèi)星和飛機(jī)的理想材料。本文重點(diǎn)介紹了我國航天用符合材料的研究情況，并展望了今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞復(fù)合材料；航空航天；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

Prospect and Application of Composites in Aviation and Aerospace

Abstract

Nowadays, the material of producing planes and satellites should be light, strong and should resist high temperature, corrosion and so on.Because of the unique peculiarities, advanced composites become the ideal material of producing planes and satellites.In this paper, the present status and prospect of applied research on composite materials for aero-space application in China are given.Key words composites;aviation and aerospace;application and development;development trends

0 前言

材料是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，而新型材料則是體現(xiàn)社會(huì)進(jìn)步的重要里程碑。新材料技術(shù)是支撐當(dāng)今人類文明的現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，新材料技術(shù)一直是各國科技發(fā)展規(guī)劃中一個(gè)十分重要的領(lǐng)域，它與能源技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)一起被公認(rèn)為當(dāng)今社會(huì)及今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)總攬人類全局的高科技技術(shù)。復(fù)合化是新型材料的重要發(fā)展方向，也是新型材料的重要組成部分和最具生命力的分支之一。復(fù)合材料已發(fā)展成為與金屬材料、高分子材料、無機(jī)非金屬材料并列的四大材料體系之一。今天，一個(gè)國家的復(fù)合材料工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量其科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的主要標(biāo)志之一。先進(jìn)復(fù)合材料是國家安全和國民經(jīng)濟(jì)具有競爭優(yōu)勢的源泉。預(yù)測到2020年，只有復(fù)合材料才具有潛力獲得20-25%的性能提升。

復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原有組分材料的主要特色，又通過材料設(shè)計(jì)使各組分的性能互相補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)與協(xié)同，從而獲得原組分材料無法比擬的優(yōu)越性能，與一般材料的簡單混合體有本質(zhì)的區(qū)別。所謂先進(jìn)復(fù)合材料是指用碳纖維等高性能增強(qiáng)相增強(qiáng)的復(fù)合材料，對于先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料，在綜合性能上與鋁合金相當(dāng)，但比剛度比強(qiáng)度高于鋁合金。應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 飛機(jī)機(jī)身上的應(yīng)用 1.1.1 飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

先進(jìn)復(fù)合材料用于加工主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)，其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過鋁合金的復(fù)合材料。目前被大量地應(yīng)用在飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)制造上和小型無人機(jī)整體結(jié)構(gòu)制造上。

以典型的第四代戰(zhàn)斗機(jī)F/A-22為例復(fù)合材料占24.2%，其中熱固性復(fù)合材料占

23.8%，熱塑性復(fù)合材料占0.4%左右。熱固性復(fù)合材料的70%左右為雙馬來酰亞胺樹脂(BMI，簡稱雙馬)基復(fù)合材料，生產(chǎn)200多種復(fù)雜零件，其它主要為環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，此外還有氰酸酯和熱塑性樹脂基復(fù)合材料等。主要應(yīng)用部位為機(jī)翼、中機(jī)身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年來，國內(nèi)飛機(jī)上也較多的使用了復(fù)合材料。例如北京航空制造工程研究所研制并生產(chǎn)的QY8911/HT3雙馬來酰亞胺單向碳纖維預(yù)浸料及其復(fù)合材料已用于飛機(jī)前機(jī)身段、垂直尾翼安定面、機(jī)翼外翼、阻力板、整流壁板等構(gòu)件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C熱塑性樹脂單向碳纖維預(yù)浸料及其復(fù)合材料，具有優(yōu)異的抗斷裂韌性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲勞性能，適合制造飛機(jī)主承力構(gòu)件，可在120℃下長期工作，已用于飛機(jī)起落架艙護(hù)板前蒙皮。

1.1.2 飛機(jī)隱身上的應(yīng)用

近幾十年來，隱身復(fù)合材料的研究取得了長足進(jìn)展，正朝著“薄、輕、寬(頻譜)、強(qiáng)(耐沖擊、耐高溫)”方向發(fā)展。美國最先將隱身材料用在飛機(jī)上，用隱身材料最多的是F-117和F-22飛機(jī)。F-117的隱身涂層十分復(fù)雜，有7種材料之多。

2000年，美空軍對F-117的隱身材料進(jìn)行更新，將原來的7種隱身材料涂層更換為1種，全部F-117將具有通用的維修程序和雷達(dá)波吸收材料，技術(shù)規(guī)程的數(shù)量減少大約50%。改進(jìn)后F-117的每飛行小時(shí)維修時(shí)間縮短一半以上，全部52架F-117的年維護(hù)費(fèi)用從1450萬美元降至690萬美元。F-22 不采用全機(jī)涂覆吸波涂層的方法，但在機(jī)身內(nèi)外的金屬件上全部采用了鐵氧體吸波涂層，它是一種有韌性的耐磨涂料，較之F-117的涂料易于噴涂且耐磨。專家預(yù)測到本世紀(jì)30代，導(dǎo)電高分子電致變色材料、摻雜氧化物半導(dǎo)體材料、納米復(fù)合材料和智能隱身等復(fù)合材料將實(shí)際用于飛機(jī)，它將使飛機(jī)的航電系統(tǒng)及控制方式發(fā)生根本性的變化。

1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用 1.2.1 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

由于具有密度小、比強(qiáng)度高和耐高溫等

固有特性，復(fù)合材料在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的范圍越來越廣且比例越來越大，使航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)向“非金屬發(fā)動(dòng)機(jī)”或“全復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)”方向發(fā)展。

(1)樹脂基復(fù)合材料

憑借比強(qiáng)度高，比模量高，耐疲勞與耐腐蝕性好，阻噪能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，樹脂基復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件(風(fēng)扇機(jī)匣、壓氣機(jī)葉片、進(jìn)氣機(jī)匣等)和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。

(2)碳化硅纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料 憑借密度小(有的僅為鎳基合金的1/2)，比剛度和比強(qiáng)度高，耐溫性好等優(yōu)點(diǎn)，碳化硅纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料在壓氣機(jī)葉片、整體葉環(huán)、盤、軸、機(jī)匣、傳動(dòng)桿等部件上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

(3)陶瓷基復(fù)合材料

目前主要的陶瓷基復(fù)合材料產(chǎn)品是以SiC或C纖維增強(qiáng)的SiC和SiN基復(fù)合材料。憑借密度較小(僅為高溫合金的1/3～1/4)，力學(xué)性能較高，耐磨性及耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，陶瓷基復(fù)合材料，尤其是纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，已經(jīng)開始應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)高溫靜止部件(如噴嘴、火焰穩(wěn)定器)，并正在嘗試應(yīng)用于燃燒室火焰筒、渦輪轉(zhuǎn)子葉片、渦輪導(dǎo)流葉片等部件上。

1.2.2 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

由于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管壁受到高速氣流的沖刷，工作條件十分惡劣，因此C/C最早用作其噴管喉襯，并由二維、三向發(fā)展到四向及更多向編織。同時(shí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者多年來一直企圖將具有高抗熱震的Ct/SiC用于發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的擴(kuò)散段，但Ct的體積分?jǐn)?shù)高，易氧化而限制了其廣泛應(yīng)用，隨著CVD、CVI技術(shù)的發(fā)展，新的抗氧化Ct/SiC及C-C/SiC必將找到其用武之地。

目前為解決固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)承載問題，美國和法國正在進(jìn)行陶瓷纖維混合碳纖維而編織的多向(6向)基質(zhì)、以熱穩(wěn)定氧化物為基體填充的陶瓷復(fù)合材料。SiC陶瓷制成的喉襯、內(nèi)襯已進(jìn)行多次點(diǎn)火試驗(yàn)。今天作為火箭錐體候選材料的有A12O3、ZrO2、ThO2等陶瓷，而作為火箭尾噴管和

燃燒室則采用高溫結(jié)構(gòu)材料有SiC、石墨、高溫陶瓷涂層等。

1.3 衛(wèi)星和宇航器上的應(yīng)用

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的輕型化對衛(wèi)星功能及運(yùn)載火箭的要求至關(guān)重要，所以對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求很嚴(yán)。國際通訊衛(wèi)星VA中心推力筒用碳纖維復(fù)合材料取代鋁后減質(zhì)量23kg(約占30%)，可使有效載荷艙增加450條電話線路，僅此一項(xiàng)盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用。美、歐衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量不到總質(zhì)量的10%，其原因就是廣泛使用了復(fù)合材料。目前衛(wèi)星的微波通訊系統(tǒng)、能源系統(tǒng)(太陽能電池基板、框架)各種支撐結(jié)構(gòu)件等已基本上做到復(fù)合材料化。我國在“風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星”及“神舟”系列飛船上均采用了碳/環(huán)氧復(fù)合材料做主承力構(gòu)件，大大減輕了整星的質(zhì)量，降低了發(fā)射成本。未來展望

2.1 原材料技術(shù)

復(fù)合材料發(fā)展的基礎(chǔ)和前提是原材料技術(shù)，主要包括基體和增強(qiáng)體，而其中增強(qiáng)纖維技術(shù)尤為重要。高模量和高強(qiáng)度的纖維既能為基體分擔(dān)大部分外加應(yīng)力，又可阻礙裂紋的擴(kuò)展，并且當(dāng)局部纖維發(fā)生斷裂時(shí)以“拔出功”的形式消耗部分能量，起到提高斷裂能并克服脆性的效。目前關(guān)于碳纖維的研究主要是提高模量和強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。使用的纖維先驅(qū)體仍然主要是PAN（聚丙烯腈）和瀝青纖維，二者所用物質(zhì)的量比約為6:1。一般來說PAN基碳纖維具有高強(qiáng)度，而瀝青基碳纖維具有高模量。但通過控制微觀結(jié)構(gòu)缺陷、結(jié)晶取向、雜質(zhì)和改善工藝條件，利用PAN或?yàn)r青纖維均可獲得高強(qiáng)高模纖維。事實(shí)上到目前為止，要穩(wěn)定生產(chǎn)模量大于700GPa和強(qiáng)度大于5.5GPa的高模高強(qiáng)碳纖維仍然是非常困難的。碳纖維的壓縮強(qiáng)度較低，離子注入技術(shù)可改善碳纖維的壓縮強(qiáng)度，但這種工藝成本很高。

2.2 低成本技術(shù)

目前，復(fù)合材料的需求量快速增長，而高成本已經(jīng)成為制約復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的瓶頸。提高復(fù)合材料的性價(jià)比，除了在原材

料、裝配與維護(hù)等方面進(jìn)行研究改進(jìn)外，更重要的是降低復(fù)合材料的制造成本。

低成本制備技術(shù)也是低成本技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。自動(dòng)鋪帶技術(shù)和自動(dòng)纖維絲束鋪放技術(shù)具有高效、低成本的特點(diǎn)，特別適合于大尺寸和復(fù)雜構(gòu)件的制造，減少了拼裝零件的數(shù)目，節(jié)約了制造和裝配成本，充分利用了材料，極大地降低了材料的廢品率和制造工時(shí)。

改進(jìn)的纖維纏繞和多維編織技術(shù)、樹脂傳遞模塑（RTM）和樹脂膜熔浸（RFI）工藝及其衍生工藝、新型非熱壓罐固化工藝以及工藝模擬和智能化技術(shù)等也是新興的復(fù)合材料低成本制造技術(shù)。目前研究最多最有發(fā)展前景的是電子束固化工藝，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是固化溫度低、耗能低、模具材質(zhì)要求不高；固化過程時(shí)間短、效率高、環(huán)境污染小，并可與RTM、拉擠、纏繞等自動(dòng)化工藝相結(jié)合。

2.3 新型復(fù)合材料 2.3.1 超輕材料與結(jié)構(gòu)

格柵增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的概念是20世紀(jì)70年代由美國麥道公司首先提出，其基本構(gòu)想是：整個(gè)結(jié)構(gòu)由鋁合金加強(qiáng)肋與蒙皮組成，加強(qiáng)肋呈正多邊形網(wǎng)格分布，整個(gè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出各向同性。這種結(jié)構(gòu)形式剛剛出現(xiàn)，就以較高的可設(shè)計(jì)性、優(yōu)越的潛在性能備受關(guān)注。

2.3.2 納米復(fù)合材料

納米復(fù)合材料是由2種或2種以上的固相至少在一維以納米級大小（1-100nm）復(fù)合而成的復(fù)合材料。納米復(fù)合材料包括納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、納米片層增強(qiáng)復(fù)合材料、納米纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料等。納米復(fù)合材料已經(jīng)成為先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)的一個(gè)新增長點(diǎn)，也是先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)研究最活躍的前沿領(lǐng)域之一。納米復(fù)合材料的超常特性使其在航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.3.3 多功能復(fù)合材料

隨著新一代航空航天器向高超聲速方向的發(fā)展，苛刻的超高溫服役環(huán)境對材料及

結(jié)構(gòu)的承載與防熱提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)，碳/碳(C/C)復(fù)合材料是適應(yīng)這種需求的重要候選材料。C/C復(fù)合材料從碳纖維增強(qiáng)相結(jié)構(gòu)可分為碳?xì)諧/C和多向編織C/C復(fù)合材料。作為一種新型戰(zhàn)略材料，C/C復(fù)合材料的國防專用性和強(qiáng)烈的軍事背景使其研制和使用具有高度的機(jī)密性。碳基防熱復(fù)合材料主要用于燒蝕防熱和熱結(jié)構(gòu)，較好地解決了輕質(zhì)化、抗熱震、耐侵蝕等技術(shù)難題。除了傳統(tǒng)的C/C復(fù)合材料以外，近年來，美、俄、法等國家又開發(fā)了許多混雜其它材料的新型C/C材料以滿足不同的特殊使用要求。例如：在C/C材料中混入Si3N4、SiC、TiC、TaO、TaC等粉末，以提高C/C材料抗粒子侵蝕性能。更新的彈頭鼻錐防熱材料是針刺細(xì)編織物在穿刺或編織過程中加入改進(jìn)性能的組分，如耐熔金屬絲、耐侵蝕粒子等，這樣可大大改進(jìn)抗粒子侵蝕性能，達(dá)到全天候的目的。此外，四向或更多向碳基復(fù)合材料也是研制發(fā)展的方向，由于采用了交錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和增加了增強(qiáng)方向數(shù)，不僅增加了各向同性、提高了抗侵蝕能力，也改進(jìn)了耐燒蝕性。結(jié)語

隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對材料的要求也越來越高，一個(gè)國家新材料的研制與應(yīng)用水平在很大程度上體現(xiàn)了其國防和科研技術(shù)水平，因此許多國家都把新型材料的研制與應(yīng)用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的先進(jìn)性標(biāo)志之一是結(jié)構(gòu)先進(jìn)性，而先進(jìn)復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。我國將成為世界上先進(jìn)復(fù)合材料的最大用戶，卻面臨著我國技術(shù)貯備的嚴(yán)重不足以及國外技術(shù)封鎖等考驗(yàn)。因此，要實(shí)現(xiàn)我國先進(jìn)復(fù)合材料研制和應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展，必須堅(jiān)持自主創(chuàng)新原則，解決原材料問題，低成本技術(shù)問題以及材料新型開發(fā)問題。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

總112學(xué)時(shí)，其中：理論36課時(shí)，上機(jī)76課時(shí)

學(xué)分： 先修課程：《機(jī)械制圖》、《計(jì)算機(jī)繪圖》、《Pro/E塑料制品造型設(shè)計(jì)》等。

適用專業(yè)：模具設(shè)計(jì)及制造專業(yè)

教材及參考書：

1、《塑料模具設(shè)計(jì)及制造》，劉朝福主編，高等教育出版社，2004年7月，ISBN? 7-04-014676-2。

2、《塑料模具圖冊》，閻亞林主編，高等教育出版社。

3、《Pro/E塑料模具設(shè)計(jì)從入門到精通》，李剛主編，中國青年出版社，2008年7月，ISBN? 978-7-5006-7852-64、《精通Pro/E模具設(shè)計(jì)篇》，凱德設(shè)計(jì)／編著，中國青年出版社，2007年8月，ISBN? 978-7-5006-7729-1

考核方式：考試與考核相結(jié)合一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，質(zhì)量要求也越來越高。在塑料制品的生產(chǎn)中，高質(zhì)量的模具設(shè)計(jì)、先進(jìn)的模具制造設(shè)備、合理的加工工藝、優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代化的成形設(shè)備等都是成形優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。

《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》是模具專業(yè)的核心專業(yè)課程。在這門課程里，學(xué)生將通過5幅（類型）塑料模具的設(shè)計(jì)案例，系統(tǒng)學(xué)習(xí)塑料的注射成形工藝、模具的結(jié)構(gòu)、工作原理及使用Pro/E的塑料模具設(shè)計(jì)方法，為將來的工作打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐操作基礎(chǔ)。

該課程的理論部分應(yīng)使用投影教學(xué)，在課堂上向?qū)W生直觀地演示各種模具的立體模型、動(dòng)畫及實(shí)物的工作過程演示錄相等，可極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程的設(shè)計(jì)操作部分在計(jì)算室進(jìn)行，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中實(shí)際動(dòng)手操作。

二、課程教學(xué)的基本要求：

１、了解各種塑料的各項(xiàng)性能，以及注射成型工藝；

２、掌握各種類型塑料模具基本結(jié)構(gòu)；

３、熟練掌握常用幾種類型模具的Pro/E設(shè)計(jì)方法；

４、能正確選擇標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

三、課程教學(xué)內(nèi)容：

（一）塑料成形基礎(chǔ)（理論6課時(shí)）

【教學(xué)目的要求】

1、熟悉常用塑料的性能及用途，各種成型方法的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍；

2、掌握塑料成型的基礎(chǔ)知識，注射成型工藝過程及工藝參數(shù)的選擇；

3、了解塑料在成型過程中的物理化學(xué)變化，常用塑料成型工藝方法；

4、實(shí)現(xiàn)掌握塑料成形的基礎(chǔ)知識；

5、熟悉塑料模具及塑料成形設(shè)備的種類及特點(diǎn)；

6、掌握注射模及注射機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類；

7、實(shí)現(xiàn)對常見塑料模具及塑料成形設(shè)備的基本認(rèn)識。

【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、塑料的工藝性能；

2、塑料成形工藝；

3、塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

4、注射模的結(jié)構(gòu)及分類；

5、注射機(jī)的結(jié)構(gòu)及分類?！窘虒W(xué)內(nèi)容】

1.1塑料概論（理論）

1.2 塑料工藝性能（理論）1.3常用塑料（理論）

1.4塑料注射成形工藝（理論）1.5注射模具與注射機(jī)（理論）

（二）塑料端蓋的分模（案例一：理論6課時(shí) 上機(jī)8課時(shí)）【教學(xué)目的要求】

1、熟悉各種分型面的設(shè)計(jì)原則及簡單分型面的設(shè)計(jì)方法；

2、熟悉澆注系統(tǒng)各種流道及澆口的類型和尺寸確定；

3、掌握簡單澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；

4、掌握在Pro/E上的基本分模操作步驟?！窘虒W(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、分型面的創(chuàng)建方法；

2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；

3、簡單塑件的分模方法?！窘虒W(xué)內(nèi)容】

2.1新建一個(gè)模具制造模型并進(jìn)入模具模塊（上機(jī)）2.2建立模具模型（上機(jī)）2.2.1引入?yún)⒄漳Ｐ?2.2.2定義坯料

2.3設(shè)置收縮率（上機(jī)）2.4塑件結(jié)構(gòu)檢測

2.4.1脫模斜度（理論）

2.4.2鼠標(biāo)上蓋脫模斜度檢測（上機(jī)）2.4.3塑件壁厚檢測（理論）

2.4.4鼠標(biāo)上蓋壁厚檢測（上機(jī)）2.5創(chuàng)建模具分型曲面

2.5.1分型面的概念和設(shè)計(jì)（理論）

2.5.2創(chuàng)建鼠標(biāo)上蓋模具的分型面（上機(jī)）2.6在模仁中創(chuàng)建澆注系統(tǒng)（上機(jī)）

2.6.1普通澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原則（理論）2.6.2注流道和分流道設(shè)計(jì)（理論）2.6.3澆口設(shè)計(jì)（理論）

2.6.4澆注系統(tǒng)的平衡（理論）

2.6.5冷料穴和拉料桿設(shè)計(jì)（理論）2.6.6模具排氣槽設(shè)計(jì)（理論）

2.6.7在模仁中創(chuàng)建鼠標(biāo)上蓋的創(chuàng)建主流道（上機(jī)）2.6.8在模仁中創(chuàng)建鼠標(biāo)上蓋的創(chuàng)建分流道（上機(jī)）2.6.9在模仁中創(chuàng)建鼠標(biāo)上蓋的創(chuàng)建澆口（上機(jī)）

2.7構(gòu)建模具元件的體積塊（上機(jī)）2.8抽取模具元件（上機(jī)）2.9生成澆注件（上機(jī)）2.10定義模具開啟（上機(jī)）

（三）兩板模模具設(shè)計(jì)（案例二：理論6課時(shí)，上機(jī)18課時(shí)）【教學(xué)目的要求】

1、熟悉單分型面注射模各組成機(jī)構(gòu)的功能；

2、掌握一模多腔單分型面注射模的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法；

3、掌握采“陰影曲面”創(chuàng)建分型面的方法；

4、掌握一模多腔模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；

5、掌握使用EMX6.0加載模架與標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)方法?！窘虒W(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、分型面的創(chuàng)建方法；

2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；

3、使用EMX6.0加載模架與標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)方法?！窘虒W(xué)內(nèi)容】

3.1產(chǎn)品的型腔數(shù)目和分布確定（理論）3.1.1型腔數(shù)目和分布

3.1.2產(chǎn)品模具的型腔數(shù)目和分布分析 3.2產(chǎn)品模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)（理論）3.2.1流動(dòng)比的校核

3.2.2產(chǎn)品模具的流動(dòng)比校核

3.3產(chǎn)品一模多腔參照模型布局（上機(jī)）3.4產(chǎn)品一模多腔收縮率的設(shè)定（上機(jī)）3.5成形零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（理論）

3.6成形零部件剛度和強(qiáng)度校核（理論）3.7注射模標(biāo)準(zhǔn)模架（理論）

3.8定義產(chǎn)品的坯料工件（上機(jī)）

3.9采用“陰影曲面”創(chuàng)建產(chǎn)品的分型面（上機(jī)）3.10創(chuàng)建產(chǎn)品一模多腔模具的澆注系統(tǒng)（上機(jī)）

3.11生成成形零部件、澆注件、定義模具開啟（上機(jī)）3.12塑料成型分析（上機(jī)）

3.13模架與標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)（上機(jī)）3.13.1新建EMX模具項(xiàng)目 3.13.2加載標(biāo)準(zhǔn)模架

3.13.3加載定位環(huán)、澆口套、螺釘?shù)饶＞邩?biāo)準(zhǔn)件

3.13.4加載推出機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件，創(chuàng)建產(chǎn)品推出機(jī)構(gòu)的推桿 3.13.5加載水嘴、開設(shè)冷卻水道

（四）塑料殼的模具設(shè)計(jì)（案例三：理論6課時(shí)，上機(jī)16課時(shí)）【教學(xué)目的要求】

1、熟悉不規(guī)則形狀塑件參照模型的布局方法及模型間尺寸確定；

2、掌握帶孔參照模型的分型面創(chuàng)建方法（裙邊法）；

3、掌握先分割、抽取模具組件，后設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、鑄模的設(shè)計(jì)方法；

4、掌握在模仁上設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；

5、掌握滑塊的設(shè)計(jì)方法；

6、掌握自動(dòng)創(chuàng)建模架的設(shè)計(jì)方法。

【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、滑塊的設(shè)計(jì)方法；

2、在模仁上設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；

3、自動(dòng)創(chuàng)建模架的設(shè)計(jì)方法。

【教學(xué)內(nèi)容】

4.1塑料殼參照模型的布局（上機(jī)）

4.2設(shè)定塑料殼收縮和創(chuàng)建工件（上機(jī)）

4.3創(chuàng)建正面帶孔的塑料殼模具分型面（上機(jī)）

4.3.1 使用“創(chuàng)建自動(dòng)分型線”工具創(chuàng)建影像曲

4.3.2使用“裙邊曲面”工具創(chuàng)建塑料殼小孔處分型面

4.3.3使用“填充”方法創(chuàng)建其余處分型面

4.4生成成形零部件、澆注件、定義模具開啟（上機(jī)）

4.5不規(guī)則形狀塑件塑料殼模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)（上機(jī)）

4.6模仁上的冷卻水道設(shè)計(jì)（上機(jī)）

4.7模架與標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)（上機(jī)）

6.1側(cè)分型與抽芯注射模實(shí)例分析（理論）

6.8側(cè)分型與抽芯機(jī)構(gòu)的類型

6.8.1斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯注射模結(jié)構(gòu)組成及工作過程

6.9斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算（理論）

6.9.1抽芯距與抽芯力的計(jì)算

6.9.2側(cè)滑塊的設(shè)計(jì)

6.10斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)應(yīng)用形式（理論）

6.10.1斜導(dǎo)柱安裝在定模、側(cè)滑塊安裝在動(dòng)模

6.10.2斜導(dǎo)柱安裝在動(dòng)定模、側(cè)滑塊安裝在定模

6.10.3斜導(dǎo)柱與側(cè)滑塊同時(shí)安裝在定模

6.10.4斜導(dǎo)柱與側(cè)滑塊同時(shí)安裝在動(dòng)模

6.10.5斜導(dǎo)柱的內(nèi)側(cè)抽芯

（五）紙杯座的模具設(shè)計(jì)（案例四：理論6課時(shí)，上機(jī)18課時(shí)）

【教學(xué)目的要求】

1、熟悉雙分型面注射模各組成機(jī)構(gòu)的功能；

2、掌握雙分型面注射模的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法；

3、了解雙分型面注射模的設(shè)計(jì)方法；

4、實(shí)現(xiàn)雙分型面注射模知識的掌握。

【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、雙分型面注射模澆注系統(tǒng)；

2、雙分型面注射模典型結(jié)構(gòu)；

【教學(xué)內(nèi)容】

5.1雙分型面注射模概述（理論）

5.1.1雙分型面注射模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5.1.2雙分型面注射模工作過程

5.2雙分型面注射模澆注系統(tǒng)（理論）

5.2.1點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)

5.2.2潛伏澆口

5.2.3澆注系統(tǒng)的推出機(jī)構(gòu)

5.3雙分型面注射模典型結(jié)構(gòu)（理論）

5.3.1雙分型面注射模結(jié)構(gòu)分類

5.3.2常見雙分型面注射模結(jié)構(gòu)

5.4塑料環(huán)的模具設(shè)計(jì)過程（上機(jī)）

（六）手機(jī)后殼的模具設(shè)計(jì)（案例五：理論6課時(shí)，上機(jī)16課時(shí)）

【教學(xué)目的要求】

1、熟悉三板模中不規(guī)則分型面的模具設(shè)計(jì)方法；

2、掌握各種三板模的結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)；

3、了解其他類型的三板模；

4、實(shí)現(xiàn)對三板模運(yùn)動(dòng)原理的掌握。

【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】

1、三板模結(jié)構(gòu)組成及工作過程；

2、三板模設(shè)計(jì)與計(jì)算；

3、三板模應(yīng)用形式。

【教學(xué)內(nèi)容】

6.1雙分型面注射模概述（理論）

6.1.1雙分型面注射模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

6.1.2雙分型面注射模工作過程

6.2雙分型面注射模澆注系統(tǒng)（理論）

6.2.1點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)

6.2.2潛伏澆口

6.2.3澆注系統(tǒng)的推出機(jī)構(gòu)

6.3雙分型面注射模典型結(jié)構(gòu)（理論）

6.3.1雙分型面注射模結(jié)構(gòu)分類

6.3.2常見雙分型面注射模結(jié)構(gòu)

6.4塑料環(huán)的模具設(shè)計(jì)過程（上機(jī)）

2011年2月26日星期六

第四篇：塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)教案

《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》教案 長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系傅子霞

課題：雙分型面注射模（教材第94—97頁）。

教學(xué)目標(biāo)：1.識記模具基本結(jié)構(gòu)，理解和掌握模具脫模過程。2.能動(dòng)手設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)。

3.對模具設(shè)計(jì)產(chǎn)生興趣，認(rèn)識到機(jī)械設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性等。教學(xué)重點(diǎn)：1.雙分型面注射模的結(jié)構(gòu)。

2.雙分型面注射模的脫模過程。

突破方法：運(yùn)用類比的方法，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化整為零，各個(gè)突破。教學(xué)難點(diǎn)：雙分型面注射模的脫模過程。

突破方法：將動(dòng)作進(jìn)行分解，逐一講述，然后再合并動(dòng)作，通過動(dòng)畫演示進(jìn)行突破 教具：多媒體課件、塑料制件。教法：實(shí)例分析法、推理法等。學(xué)法：模擬法、討論法等 教學(xué)過程：

一、復(fù)舊入新 通過提問的方式，復(fù)習(xí)單分型面注射模的結(jié)構(gòu)和脫模過程，并引導(dǎo)學(xué)生分析其優(yōu)缺點(diǎn)。然后，通過多媒體給出“一串葡萄”，創(chuàng)設(shè)情景，提出問題：要把葡萄從葡萄藤上摘下來，制成一粒一粒的葡萄干，怎樣做效率更高？由此引出雙分型面注射模。

二、新授

雙分型面注射模的結(jié)構(gòu) 分析：雙分型面注射模是在單分型面注射模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，和單分型面注射模有部分共同之處，通過多媒體給出其典型結(jié)構(gòu)，采用類比的方法找出雙分型面注射模的獨(dú)有結(jié)構(gòu)，并結(jié)合模具功能要求，運(yùn)用推理法分析每一個(gè)結(jié)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的功能。雙分型面注射模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.采用點(diǎn)澆口的雙分型面注射?？梢园阎破泛蜐沧⑾到y(tǒng)凝料在模內(nèi)分離，為此應(yīng)該設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)凝料的脫出機(jī)構(gòu)，保證將點(diǎn)澆口拉斷，還要可靠地將澆注系統(tǒng)凝料從定模板或型腔中間板上脫離。

2.為保證兩個(gè)分型面的打開順序和打開距離，要在模具上增加必要的輔助置，因此模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。類比：通過多媒體給出雙分型面注射模的典型結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生指出哪些是單分型面注射模所具有的，剩下的就是雙分型面注射模獨(dú)有的。（1）成形零部件，包括型芯(凸模)、中間板；（2）澆注系統(tǒng)，包括澆口套、中間板；

（3）導(dǎo)向部分，包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)柱和中間板與拉料板上的導(dǎo)向孔；（4）推出裝置，包括推桿、推桿固定板和推板；（5）二次分型部分，包括定距螺釘、彈簧、中間板;（6）結(jié)構(gòu)零部件，包括動(dòng)模座板、墊塊、支承板、型芯固定板和定模座板等。推理：運(yùn)用推理的方法，分析雙分型面注射模獨(dú)有結(jié)構(gòu)的作用。定距螺釘——實(shí)現(xiàn)定距分型

彈簧——使A分型面先分型，實(shí)現(xiàn)順序分型 中間板——便于取出澆注系統(tǒng)凝料 小結(jié)：通過和單分型面注射模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，采用化整為零的辦法，將復(fù)雜的模具變成各個(gè)簡單的個(gè)體，學(xué)生更容易接受。(二)雙分型面注射模具的脫模過程

分析：由于雙分型面注射模脫模過程抽象，需要有較強(qiáng)的空間想象能力，因此，運(yùn)用實(shí)例分析法，通過將動(dòng)作進(jìn)行分解，分析每一個(gè)動(dòng)作的動(dòng)作要領(lǐng)，然后再合并動(dòng)作，模擬開模。給出實(shí)例：通過多媒體給出一個(gè)塑料碗，和成型這個(gè)塑料碗的雙分型面注射模。動(dòng)作分解：

動(dòng)作一澆注系統(tǒng)凝料和模具流道分離；

要領(lǐng)：必須分開一定的距離，便于取出澆注系統(tǒng)凝料 動(dòng)作二塑料制件和澆注系統(tǒng)凝料分離；

要領(lǐng)：分離后的澆口痕跡要小，應(yīng)保證塑料制件留在動(dòng)模一側(cè)，便于脫模。動(dòng)作三塑件和澆注系統(tǒng)凝料分別和模具脫離。

要領(lǐng)：脫模動(dòng)作要迅速，保證足夠的距離，便于塑料制件被推出機(jī)構(gòu)推出后和模具脫離。學(xué)生討論：在學(xué)生理解了各個(gè)動(dòng)作的要領(lǐng)之后，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模擬法假想對模具進(jìn)行開模。由于是雙分型面，那么哪個(gè)分型面先分型呢？給三分鐘時(shí)間學(xué)生思考和討論。合并動(dòng)作：（講述）

開模時(shí)，注射機(jī)開合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模部分后移，由于彈簧的作用，模具首先在A-A分型面分型，中間板隨動(dòng)模一起后移，主澆道凝料隨之拉出。當(dāng)動(dòng)模部分移動(dòng)一定距離后，固定在中間板上的限位銷與定距拉板左端接觸，使中間板停止移動(dòng)。動(dòng)模繼續(xù)后移，B-B分型面分型。因塑件包緊在型芯上，這時(shí)澆注系統(tǒng)凝料再在澆口處自行拉斷，然后在A-A分型面之間自行脫落。動(dòng)模繼續(xù)后移，當(dāng)注射機(jī)的推桿接觸推板時(shí)，推出機(jī)構(gòu)開始工作，推件板在推桿的推動(dòng)下將塑件從型芯上推出，塑件在B-B分型面之間自行落下。

播放動(dòng)畫：

通過以上講解之后，可能還會(huì)有些學(xué)生不能理解，這時(shí)再通過多媒體，播放整個(gè)脫模過程的動(dòng)畫，進(jìn)行演示。小結(jié)：

經(jīng)過以上的三個(gè)環(huán)節(jié)后，學(xué)生基本理解和掌握了雙分型面注射模的脫模過程。

（三）四種典型的結(jié)構(gòu)（講解）1.擺鉤式雙分型面注射模 2.彈簧式雙分型面注射模 3.滑塊式雙分型面注射模 4.膠套式雙分型面注射模

三、總結(jié)

本節(jié)課主要介紹了雙分型面注射模的結(jié)構(gòu)和脫模過程。通過這節(jié)課，學(xué)生基本理解和掌握了雙分型面注射模的相關(guān)知識，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)其他形式的模具打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，通過實(shí)例的分析，使學(xué)生具備了一定的模具設(shè)計(jì)能力。

四、作業(yè)（課后思考）

除了教材中介紹的四種典型結(jié)構(gòu)外，還有哪些結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)順序分型和定距分型？

五、板書設(shè)計(jì)

注射模具的典型結(jié)構(gòu)——雙分型面注射模 成形零部件：型芯(凸模)、中間板 澆注系統(tǒng)：澆口套、中間板 導(dǎo)向部分：導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)向孔 推出裝置：推桿、推桿固定板、推板 二次分型部分：定距螺釘、彈簧、中間板 結(jié)構(gòu)零部件：；動(dòng)模座板、型芯固定板、定模座板等 定距螺釘：實(shí)現(xiàn)定距分型

彈簧：使A分型面先分型，實(shí)現(xiàn)順序分型 中間板——便于取出澆注系統(tǒng)凝料 動(dòng)作一澆注系統(tǒng)凝料和模具流道分離 動(dòng)作二塑料制件和澆注系統(tǒng)凝料分離

動(dòng)作三塑件和澆注系統(tǒng)凝料分別和模具脫離

第五篇：塑料成型與模具設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)總結(jié)

制品的材料選擇

1）塑料的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、剛性、韌性、彈性、彎曲性能。

2）塑料的物理性能，如對使用環(huán)境溫度變化的 適應(yīng)性、光學(xué)性能、絕熱或電氣絕緣的程度、精 加工和外觀的完滿程度等。

3）塑料的化學(xué)性能，如對接觸物（水、溶劑、油、藥品）的耐性、衛(wèi)生程度以及使用上的安全性等。

4）必要的精度，如收縮率的大小及各向收縮率的差異。5）成型工藝性，如塑料的流動(dòng)性、結(jié)晶性、熱敏性等。

選擇具體的脫模斜度時(shí)，注意以下原則：

1）制品尺寸公差允許，脫模斜度取大值。2）熱塑性塑料的脫模斜度大，熱固性小。3）壁厚大，收縮量大，脫模斜度大。4）較高、較大的制品，脫模斜度小。5）高精度制品，脫模斜度小。6）制品高度很小，脫模斜度為零。

7）脫模后制品留在型芯一邊，型芯斜度小。

8）內(nèi)孔以小端為基準(zhǔn)，斜度由擴(kuò)大方向取得；外形以大端為基準(zhǔn)，斜度由縮小方向取得。

制品壁厚

1）制品必須有足夠的強(qiáng)度和剛度； 2）塑料在成型時(shí)有良好的流動(dòng)狀態(tài)； 3）脫模；

4）壁厚均勻，否則使制品變形或產(chǎn)生縮孔、凹陷及填充不足等缺陷。

5）熱固性塑料的小型塑件，壁厚取1.6～2.5mm，大型塑件取3.2～8mm。6）熱塑性塑料的小型制件，壁厚取1.75～2.30mm，大型制件2.4～6.5mm。

加強(qiáng)肋增加塑件的強(qiáng)度和避免塑件翹曲變形。

加強(qiáng)肋的設(shè)計(jì)原則：

加強(qiáng)肋<壁厚，b <（0.5 ~ 0.7）δ； 足夠的斜度，α= 4°~ 10°； 圓角，R =δ/8；

高度小，數(shù)量多，L< 3δ。

圓角

尖角：應(yīng)力集中，塑件破裂，模具熱處理時(shí)淬裂。圓角半徑：壁厚的1/3以上。圓角有利于塑料充型流動(dòng)。

圓角會(huì)導(dǎo)致凹模型腔加工復(fù)雜，使鉗工勞動(dòng)量增加。

飾紋、文字、符號及標(biāo)記 設(shè)計(jì)要求： a.脫模

b.模具易于加工，文字可用刻字機(jī)刻制圖案可用手工雕或電加工等，c.標(biāo)記的凸出高度≥0.2mm，線條寬度≥ 0.3mm，兩條線的間距≥0.4mm，標(biāo)記的脫模斜度≥ 10°。

塑料螺紋設(shè)計(jì)

1.成型的螺紋精度低于3級。2.金屬螺紋嵌件。

3.塑料螺紋螺牙尺寸應(yīng)較大。

4.塑料螺紋的外徑≥4mm，內(nèi)徑≥2mm。

5.螺孔始端有0.2 ~ 0.8mm的臺階孔，螺紋末端≥0.2mm的距離。

金屬嵌件的設(shè)計(jì)原則 1）圓形或?qū)ΨQ形狀；

2）壁厚（金屬嵌件周圍的塑料層厚度大）； 3）倒角； 4）定位；

5）自由伸出長度≤2d；

6）嵌件會(huì)降低生產(chǎn)效率，且生產(chǎn)不易自動(dòng)化。

影響尺寸精度的因素 1.和模具有關(guān)的原因： 1）模具的形式或基本結(jié)構(gòu) 2）模具的加工制造誤差

3）模具的磨損、變形、熱膨脹 2.和塑料有關(guān)的原因

1）不同廠家生產(chǎn)的塑料的標(biāo)準(zhǔn)收縮率的變化

2）不同批量塑料的成型收縮率、流動(dòng)性、結(jié)晶化程度的差異 3）再生塑料的混合、著色劑等添加物的影響 4）塑料中的水分以及揮發(fā)和分解氣體的影響

3.和成型工藝有關(guān)的原因

1）由于成型條件變化造成的成型收縮率的波動(dòng) 2）成型操作變化的影響

3）脫模頂出時(shí)的塑料變形、彈性恢復(fù) 4.和成型后時(shí)效有關(guān)的原因

1）周圍溫度、濕度不同造成的尺寸變化

2）塑料的塑性變形及因?yàn)橥饬ψ饔卯a(chǎn)生的蠕變、彈性恢復(fù) 3）殘余應(yīng)力、殘余變形引起的變化

從模具設(shè)計(jì)和制造的角度，影響塑料制品尺寸精度的因素有五個(gè)方面： 1）模具成型零件的制造誤差δz； 2）模具成型零件的表面磨損δc； 3）塑料收縮率波動(dòng)δs；

4）模具活動(dòng)成型零件的配合間隙變化δj； 5）模具成型零件的安裝誤差δa。

對于小尺寸的制品，模具制造誤差對制品尺寸的影響要大些；

對于大尺寸的制品，收縮率波動(dòng)引起的誤差是影響制品尺寸精度的主要因素。

表面粗糙度的確定

1.模具的表面粗糙度比塑料制品的表面粗糙度低一級； 2.對透明的塑料制品要求型腔和型芯的表面粗糙度相同；

3.對于不透明的塑料制品，型芯的表面粗糙度的級別可比型腔的表面粗糙高1 ~2級。

注射成型特點(diǎn)

型周期短成型形狀復(fù)雜尺寸精確帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件熱塑性塑料（除氟塑料外）一些熱固性塑料生產(chǎn)效率高易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)應(yīng)用廣泛

按照注射機(jī)的注射方向和模具的開合方向分類

1）臥式注射機(jī)重心低、穩(wěn)定加料、操作及維修均很方便塑件推出后可自行脫落便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)模具安裝較麻煩嵌件放入模具有傾斜和脫落的可能機(jī)床占地面積較大

2）立式注射機(jī)占地面積小安裝和拆卸模具方便安放嵌件容易重心高、不穩(wěn)定加料較困難推出的塑件要人工取出不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)最大注射量在60g以下

３）角式注射機(jī)結(jié)構(gòu)簡單機(jī)械傳動(dòng)不能準(zhǔn)確可靠地控制注射、保壓壓力及鎖模力。模具受沖擊和振動(dòng)較大

按注射裝置分類

注塞式以加熱料筒、分流梭和柱塞來實(shí)現(xiàn)成型物料的塑化和注射。構(gòu)造簡單適合于小型零件的成型材料滯流嚴(yán)重壓力損失大

螺桿預(yù)塑化型塑化：螺桿旋轉(zhuǎn)、料筒進(jìn)行塑化。注射：螺桿移動(dòng)進(jìn)行注射。特點(diǎn)：塑化均勻，計(jì)量準(zhǔn)確。

注射機(jī)的組成 注射機(jī)構(gòu) 加料器 料筒

螺桿（或柱塞與分流梭）噴嘴 鎖模機(jī)構(gòu)

作用:鎖緊模具 模具的開合動(dòng)作頂出模內(nèi)制品

鎖模方式全液壓式（直壓式）液壓-機(jī)械聯(lián)合作用式（肘拐式）。頂出方式機(jī)械式液壓式

液壓傳動(dòng)和電器控制系統(tǒng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是注射機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)則是各動(dòng)力液壓缸完成開啟、閉合和注射等動(dòng)作的控制系統(tǒng)。

熱塑性塑料的工藝性能 1.收縮 塑料制品從模具中取出發(fā)生尺寸收縮的特性。2流動(dòng)性塑料成型難易的指標(biāo)

影響塑料流動(dòng)性的因素：a.聚合物的性質(zhì)b.成型條件

衡量流動(dòng)性的指標(biāo)： a.相對分子質(zhì)量 b.熔融指數(shù)

c.阿基米德螺旋線長度 d.表觀粘度

e.流程比(流程長度/制品壁厚)

成型工藝條件對流動(dòng)性的影響： 1）熔體成型溫度 2）注射壓力 3）模具結(jié)構(gòu)

3.塑料的結(jié)晶結(jié)晶形塑料各向異性顯著、內(nèi)應(yīng)力大。脫模后制品內(nèi)未結(jié)晶的分子繼續(xù)結(jié)晶，使制品變形、翹曲。

注射成型工藝過程

成型前準(zhǔn)備塑料外觀（如色澤、顆粒大小及均勻度等）檢驗(yàn)； 塑料的干燥處理 料筒的清洗或拆換 嵌件的預(yù)熱

脫模劑：硬脂酸鋅、液體石蠟和硅油 注射成型過程加料塑化注射冷卻脫模 固體顆粒轉(zhuǎn)換成粘流態(tài)的過程稱為塑化。影響因素： 受熱情況 剪切作用 螺桿的剪切

摩擦熱促進(jìn)塑化

注射：充模熔體經(jīng)過噴嘴及模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入并填滿型腔。型腔內(nèi)熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值，熔體壓實(shí)。

保壓熔體冷卻收縮，熔料不斷補(bǔ)充進(jìn)入模具。模具冷卻，熔體密度增大，逐漸成型。倒流

保壓結(jié)束，螺桿回程（預(yù)塑開始）。

型腔中的熔料通過澆口流向澆注系統(tǒng)稱為倒流現(xiàn)象。熔體在澆口處凝固，倒流停止。

澆口凍結(jié)后的冷卻

加入新料，同時(shí)通入冷卻水、油或空氣等冷卻介質(zhì)，對模具進(jìn)行進(jìn)一步的冷卻。

脫模

在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑料制件推出模外。

制件的后處理退火或調(diào)濕，改善和提高制品的性能和尺寸穩(wěn)定性。

退火處理

目的：消除制品的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)。方法：制品在定溫的烘箱中靜置一段時(shí)間。退火溫度=制品使用溫度+（10~20）℃ 退火溫度=塑料熱變形溫度-（10~20）℃ 退火時(shí)間根據(jù)制品厚度確定。退火后應(yīng)使制品緩冷至室溫。

調(diào)濕處理 目的：防止氧化變色或吸收水分而膨脹，使制品尺寸穩(wěn)定。方法：將剛脫模的制品放在熱水中處理。

注射成型工藝參數(shù) 溫度

料筒溫度料筒溫度選擇的依據(jù)：流動(dòng)性，熱降解。Tf(Tm)<料筒溫度

噴嘴溫度噴嘴溫度<料筒的最高溫度 防止直通式噴嘴發(fā)生“流涎”現(xiàn)象

模具溫度充型能力 塑件的性能和外觀質(zhì)量 模溫升高： 流動(dòng)性增加 充模壓力下降 生產(chǎn)率降低

制品內(nèi)應(yīng)力降低 制品表面質(zhì)量提高 成型收縮率增大

制品密度或結(jié)晶度增大 制品翹曲度增大

2.壓力

塑化壓力背壓：注射機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力。背壓是通過調(diào)節(jié)注射液壓缸的回油阻力來控制的。背壓增加：增加熔體的內(nèi)壓力 加強(qiáng)剪切效果、提高熔體的溫度

螺桿退回速度減慢，延長塑料受熱時(shí)間，改善塑化質(zhì)量。

注射壓力注射時(shí)在螺桿頭部產(chǎn)生的熔體壓強(qiáng)。注射壓力過低，不能充滿型腔。

注射壓力過大，溢料，變形，系統(tǒng)過載。注射壓力增大： 塑料流動(dòng)性增加 充填速度增加 接縫強(qiáng)度增加 制件重量增加

制件中內(nèi)應(yīng)力增加

注射壓力與熔體溫度的關(guān)系 料溫高，注射壓力低； 料溫低，注射壓力高。料溫和注射壓力組合

模腔壓力

注射壓力經(jīng)過噴嘴、流道和澆口的壓力損失后在模具型腔內(nèi)產(chǎn)生的熔體壓強(qiáng)。

3.注射成型周期和注射速度 完成一次注射成型所需的時(shí)間 注射速度增大： 熔體流速增加 剪切作用加強(qiáng) 粘度降低

熔體溫度升高

熔體流動(dòng)長度增加 熔合紋強(qiáng)度增加 內(nèi)應(yīng)力升高 表面質(zhì)量下降 湍流、噴射

模內(nèi)空氣無法排出，壓縮升溫，局部燒焦或分解。