汽車前照燈齒輪軸注塑工藝分析及模具設(shè)計(jì)改進(jìn)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：汽車前照燈齒輪軸注塑工藝分析及模具設(shè)計(jì)改進(jìn)副 標(biāo) 題：I前 言前 言模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備之一，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)。模具設(shè)計(jì)與制造水平的高低成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合制造能力的重要標(biāo)志。模具生產(chǎn)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。塑料注塑成型是生產(chǎn)塑料制品的主要手段，是塑料工業(yè)中極為重要的一種加工技術(shù)。它能成型形狀復(fù)雜、精度要求高的制品，具有生產(chǎn)效率高、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。注塑成型工藝的日益發(fā)展，對(duì)注塑模具的設(shè)計(jì)和制造周期及其使用壽命和制作精度都有了更高的要求。傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)主要通過經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員依靠自身的直覺和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)

2、行設(shè)計(jì)，并通過多次的修模進(jìn)行修正，同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要處理大量的與技術(shù)，經(jīng)濟(jì)有關(guān)的因素，僅憑經(jīng)驗(yàn)難以全面考慮這些因素，為了解決上述難題，CAE越來越被人們所重視了。本文通過Mold flow 分析軟件對(duì)制件進(jìn)行CAE分析，對(duì)實(shí)習(xí)工廠的一副注塑模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，解決了產(chǎn)品翹曲、燒灼等一系列問題。II摘 要摘 要當(dāng)今，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料制品在許多工業(yè)部門的應(yīng)用范圍越來越廣，這就使產(chǎn)品對(duì)注塑模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求、注塑模具CAE技術(shù)可在模具制造之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來代替實(shí)際的試模，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中潛在的缺陷，突

3、破了在傳統(tǒng)的注塑機(jī)上的反復(fù)試模、修模的束縛。同傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，CAE技術(shù)在提高生產(chǎn)率、保證模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，起到了不可估量的作用。本論文主要針對(duì)汽車前照燈齒輪軸試模時(shí)的質(zhì)量問題，使用Mold Flow對(duì)產(chǎn)品模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了CAE分析，找出該模具在設(shè)計(jì)過程中存在的不足，優(yōu)化了設(shè)計(jì)參數(shù)，通過對(duì)澆口位置及流道的分析，優(yōu)化了澆口與流道位置，解決了模具在設(shè)計(jì)過程中存在的問題，使模具更加完善，產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀都得到了保證。關(guān)鍵詞：CAE分析、Mold Flow、流道、模具設(shè)計(jì)目 錄目 錄前 言I摘 要II第一章 概述11.1 研究背景及意義11.2 注塑工藝的發(fā)展11.3 模

4、具概況及其發(fā)展11.4 國(guó)內(nèi)外簡(jiǎn)況及發(fā)展趨勢(shì)11.5 研究?jī)?nèi)容2第二章 注塑機(jī)和材料的選用32.1 注塑機(jī)的組成32.1.1 注射裝置32.1.2 鎖模裝置32.1.3 液壓傳動(dòng)裝置32.1.4 控制系統(tǒng)42.2 注塑機(jī)的選用及基本參數(shù)42.2.1注塑機(jī)分類42.2.2 注塑機(jī)的基本參數(shù)42.2.3 本設(shè)計(jì)注塑機(jī)的選用4第三章 產(chǎn)品材料分析53.1 塑料的概述53.1.1 塑料的概念53.1.2 塑料的分類53.2 本設(shè)計(jì)的原料的選用及其性質(zhì)5第四章 應(yīng)用Mold flow進(jìn)行注塑過程分析74.1 Mold flow的簡(jiǎn)介74.2注塑產(chǎn)品的CAE分析原理84.3 Mold flow的分析步驟8

5、4.3.1塑件幾何模型的建立84.3.2 有限元網(wǎng)格的劃分94.4 結(jié)果分析及后期處理104.4.1澆口位置分析104.4.2、填充時(shí)間分析114.4.3、熔接痕124.4.4、氣穴12第五章 模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)135.1 產(chǎn)品不良的分析135.1.1產(chǎn)品彎曲分析135.1.2產(chǎn)品燒灼分析135.2 模具澆口位置的改進(jìn)145.3 滑塊成型部分自身留的改進(jìn)145.4模具滑塊的改進(jìn)155.5最終模具三維結(jié)構(gòu)15第六章 結(jié)論與展望18致 謝19參考文獻(xiàn)20II汽車前照燈齒輪軸注塑工藝分析及模具設(shè)計(jì)改進(jìn)第一章 概述1.1 研究背景及意義注射成型應(yīng)用廣泛，是機(jī)械制造、汽車、摩托車、家用電器、電子通訊、建筑、

6、儀器儀表、醫(yī)藥器材和日常用品等行業(yè)的塑料制件的主要成型方法。塑料不僅具有熱塑性和再塑性特點(diǎn)，而且具有成型工藝簡(jiǎn)單、制造精密和成本低廉的特點(diǎn)，尤其對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及大批量的注塑件，注塑成型后無需過多的后加工工序就可直接投入到實(shí)際應(yīng)用中。隨著注塑技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展，未來的塑膠制品應(yīng)用會(huì)更加廣泛并占據(jù)更多的運(yùn)用領(lǐng)域。可以說，人類的文明生活離不開塑膠制品。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)注射模的設(shè)計(jì)全過程有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，對(duì)Mold Flow軟件進(jìn)行注塑過程的參數(shù)優(yōu)化，同時(shí)也是對(duì)已學(xué)內(nèi)容的一次總結(jié)。1.2 注塑工藝的發(fā)展隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)注射制件的要求越來越高。如何縮短成型周期，降低生產(chǎn)成本，提高制件

7、精度和使用范圍，一直是塑料行業(yè)孜孜以求的目標(biāo)。近二十年來注射成型工藝及模具新技術(shù)發(fā)展很快，新工藝和新結(jié)構(gòu)層出不窮。新工藝包括新的注射成型技術(shù)如氣體輔助注射成型技術(shù)（這種成型工藝是注射成型與中空成型的復(fù)合）等，與一些注塑成型工藝的分析與運(yùn)用，注射成型工藝技術(shù)必須要充分運(yùn)用溫度，時(shí)間，壓力，速度，位置切換這五種成型條件的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響的作用，達(dá)到控制塑料原料在儲(chǔ)料時(shí)的塑化程度和粘度，控制充模熔料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)速度，控制熔料在一定的壓力下經(jīng)過冷卻定型，最后取得質(zhì)量滿意的塑件。1.3 模具概況及其發(fā)展隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，注射模傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)與制造已無法適應(yīng)當(dāng)前的形勢(shì)。近20年來的實(shí)踐表明，

8、縮短模具設(shè)計(jì)與制造時(shí)間、提高塑料制件精度與性能的正確途徑之一是采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、輔助工程（CAE）和輔助制造（CAM）?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是塑料流變學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、幾何造型和數(shù)控技術(shù)的突飛猛進(jìn)為注射模設(shè)計(jì)與制造采用高技術(shù)創(chuàng)造了條件。20世紀(jì)80年代以來，注射模CAD/ CAE/ CAM技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室研究階段進(jìn)入了實(shí)用化階段，并在生產(chǎn)中取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。注射模CAD/ CAE/ CAM技術(shù)的發(fā)展和推廣被公認(rèn)為CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用的一個(gè)典范。注射模CAD/ CAM的重點(diǎn)在于塑料制品的造型、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、圖形繪制和數(shù)控加工數(shù)據(jù)的生成。而注射模CAE包含的工程功能更為廣泛。

9、CAE將模具設(shè)計(jì)、分析、和制造貫穿于注射制件研制過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，用以指導(dǎo)和預(yù)測(cè)模具在方案構(gòu)思、設(shè)計(jì)、和制造中的行為。注射模CAD/ CAE/ CAM技術(shù)作為一種劃時(shí)代的工具和手段，從根本上改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法。1.4 國(guó)內(nèi)外簡(jiǎn)況及發(fā)展趨勢(shì)自從20世紀(jì)70年代以來，注射模CAD/ CAE/ CAM技術(shù)已成為當(dāng)今世界熱門的研究課題。其主要標(biāo)志為分散、零星的研究迅速發(fā)展為集中、系統(tǒng)的研制和開發(fā)，一些研究成果很快地轉(zhuǎn)化為促進(jìn)模具行業(yè)進(jìn)步的生產(chǎn)力。國(guó)外的一些公司將注射模的CAE軟件與CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)合起來，采用模具CAD/ CAE/ CAM集成化技術(shù)后，制件一般不需要在進(jìn)行原型實(shí)驗(yàn)，采用

10、幾何造型技術(shù)，制件的形狀能精確逼真的顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，有限元分析程序可以對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。借助計(jì)算機(jī)，自動(dòng)繪圖代替人工繪圖，自動(dòng)檢索代替手工查閱，快速分析代替手工計(jì)算，模具設(shè)計(jì)師能從繁瑣的繪圖和計(jì)算中解放出來，集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作，在模具投產(chǎn)之前，CAE軟件可以預(yù)測(cè)模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。由此可見，模具CAD/ CAE/ CAM技術(shù)是以科學(xué)，合理的方法，能在模具制造之前借助于計(jì)算機(jī)對(duì)制件，模具結(jié)構(gòu)，加工，成本等進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化，直至獲得最佳結(jié)果。CAD/ CAE/ CAM技術(shù)能顯著的縮短模具設(shè)計(jì)與制造時(shí)間，降低模具成本并提高制件的質(zhì)量。1.5 研究?jī)?nèi)容本論

11、文主要對(duì)汽車前照燈齒輪軸制件進(jìn)行CAE分析，對(duì)實(shí)習(xí)工廠的一副注塑模具的結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，解決了產(chǎn)品翹曲、燒灼等一系列問題。產(chǎn)品涉及到注塑模具與注塑工藝，因此我選擇邊實(shí)習(xí)邊作設(shè)計(jì)，總的安排是前一個(gè)月用來熟悉模具結(jié)構(gòu)包括所有的注塑與注膠模具，以及所有的兩板與三板模和全自動(dòng)與半自動(dòng)模具，第二個(gè)月則主要學(xué)習(xí)工藝方面的內(nèi)容，主要學(xué)習(xí)成型缺陷方面的內(nèi)容。例如，縮水，飛邊成品變形，氣泡缺料，成品表面光澤不良等方面的內(nèi)容。第二章 注塑機(jī)和材料的選用注塑成型機(jī)是使用微電腦進(jìn)行運(yùn)算和控制，與其他配置的電子元件組合而成一個(gè)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。通過操作人員的指令和設(shè)置條件控制終端執(zhí)行部件（液壓缸、液壓馬達(dá)）的動(dòng)作

12、，推動(dòng)機(jī)械裝置按預(yù)定的程序進(jìn)行半自動(dòng)或全自動(dòng)循環(huán)生產(chǎn)，而且使每一個(gè)注塑周期及周期過程的每一個(gè)階段都在時(shí)間上精密地重復(fù)，從而保證成型制件的的質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到規(guī)定的使用要求。因此，注塑機(jī)是以準(zhǔn)確的機(jī)械重復(fù)和時(shí)間循環(huán)的形式進(jìn)行大批量塑料件生產(chǎn)塑的工業(yè)設(shè)備。2.1 注塑機(jī)的組成注塑機(jī)的組成主要有：注射裝置、合模裝置、液壓傳動(dòng)裝置和電腦控制系統(tǒng)。圖2.1 注塑機(jī)的組成2.1.1 注射裝置在注塑循環(huán)中，注射裝置能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，將一定數(shù)量的塑料加熱塑化后，在預(yù)定的壓力和速度下，通過螺桿將熔融塑料注射到模具型腔中，注射結(jié)束后，對(duì)注射到模腔中的熔料保壓定型。注射裝置主要由螺桿、料筒、螺桿頭、噴嘴、計(jì)量裝置、加熱

13、裝置等組成。注射部分的工作過程：螺桿在傳動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，塑料從料斗經(jīng)螺桿不斷地向前輸送，在加熱電熱圈及螺桿的剪切、混煉作用下，使塑料逐漸均勻地塑化熔融。同時(shí)，螺桿在螺桿頭部熔料壓力的作用下向后移動(dòng)，退至額定的料量計(jì)量位置使螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，為注射做好準(zhǔn)備。注射時(shí)，螺桿端部的止逆環(huán)直接作用于熔料上。防止熔料的回流，并以設(shè)定的注射壓力和速度將熔料注入模腔。2.1.2 鎖模裝置鎖模系統(tǒng)用來開啟關(guān)閉模具，支撐與移動(dòng)模具組件，產(chǎn)生足夠的力量以防止模具被射出壓力推開。鎖模機(jī)構(gòu)可以是肘節(jié)機(jī)構(gòu)鎖定、油壓機(jī)構(gòu)鎖定、或是上述的兩個(gè)基本型態(tài)的組合。2.1.3 液壓傳動(dòng)裝置射出機(jī)的液壓系統(tǒng)提供開啟與關(guān)閉模具的動(dòng)力，蓄積并

14、維持鎖模力噸數(shù)，旋轉(zhuǎn)與推進(jìn)螺桿，致動(dòng)頂出銷，以及移動(dòng)公模側(cè)。液壓系統(tǒng)的組件包括液壓泵、閥、液壓馬達(dá)、液壓管件、液壓接頭及液壓槽等。2.1.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)提供成形機(jī)一致性的重復(fù)操作，并且監(jiān)控溫度、壓力、射出速度、螺桿速度與位置、及油壓位置等制程參數(shù)。制程控制直接影響到塑件品質(zhì)和制程的經(jīng)濟(jì)效益。控制系統(tǒng)包括簡(jiǎn)單的開關(guān)繼電器控制到復(fù)雜的微處理器閉回路控制器。2.2 注塑機(jī)的選用及基本參數(shù)2.2.1注塑機(jī)分類根據(jù)功能區(qū)分，射出成形機(jī)的大致上有三個(gè)種類：1)一般用途射出機(jī)，2)精密、緊配射出機(jī)，3)高速、薄肉厚射出機(jī)。射出成形機(jī)的主要輔助設(shè)備包括樹脂干燥機(jī)、材料處理及輸送設(shè)備、粉碎機(jī)、模溫控制機(jī)與

15、冷凝器、塑件退模之機(jī)械手臂、以及塑件處理設(shè)備。2.2.2 注塑機(jī)的基本參數(shù) 1.鎖模系統(tǒng)參數(shù)(1)鎖模力鎖模力是用來表示機(jī)器所能提供的最大鎖模能力，是表示注塑機(jī)規(guī)格大小的主要參數(shù)。(2)容模能力注塑機(jī)的拉桿內(nèi)距，容模厚度，開模行程的技術(shù)參數(shù)決定了機(jī)器的容模能力。(3)移模速度移模速度表示模板可移動(dòng)的最快速度，在一定程度上可反映出注塑機(jī)最大的生產(chǎn)效率，移模速度越快，相對(duì)生產(chǎn)效率越高。2.注射系統(tǒng)參數(shù)(1)注射量注射量是指注塑機(jī)在最大儲(chǔ)料量時(shí)作一次最大的注射行程(2)塑化能力以及注射壓力 3.其他參數(shù)(1)總功率 注塑機(jī)的用電總功率常用千瓦表示，是表示發(fā)熱器功率，液壓泵電動(dòng)機(jī)功率和控制系統(tǒng)功率三部

16、分的最大用功功率之和。(2)機(jī)器尺寸和機(jī)器重量2.2.3 本設(shè)計(jì)注塑機(jī)的選用注塑模具的注塑機(jī)選用HT90，其具體參數(shù)如下：螺桿直徑：40mm注射容量（理論）：320 cm3合模力：40t允許模具厚度（最?。?80mm開模行程：350mm頂出力量：3.3t頂出行程：140mm機(jī)器重量：2.2t機(jī)器外形尺寸：1.9*0.9*2.5m第三章 產(chǎn)品材料分析如圖5.4所示。 圖5.4 模具澆口改進(jìn)圖理由與好處：1. 細(xì)長(zhǎng)產(chǎn)品從頭部進(jìn)膠不易變形2. 產(chǎn)品直接進(jìn)膠，容易產(chǎn)生冷料，影響產(chǎn)品外觀，這樣就可以避免產(chǎn)品直接進(jìn)膠，保證產(chǎn)品外觀光潔5.3 滑塊成型部分自身留的改進(jìn) 針對(duì)產(chǎn)品尾部成型部分容易被燒灼的問題

17、，主要由于在滑塊尾部成型部分沒有設(shè)計(jì)一個(gè)排氣措施，我將尾部成型部分，改為加一根鑲針如圖5.5。圖5.5 滑塊結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖（一）理由與好處:1滑塊在加工放電時(shí)容易積碳，不易加工。2滑塊在注塑成型時(shí)不易排氣，產(chǎn)品易困氣，燒焦將滑塊中間的成型部分改為加一根鑲針，這樣就可以解決滑塊在加工時(shí)遇到積碳的困難，也解決了產(chǎn)品成型是不易排氣，使產(chǎn)品燒焦等一系列問題5.4模具滑塊的改進(jìn)除了以上軟件分析出來的問題外，我還發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)的過程中，滑塊容易卡死，影響生產(chǎn)的效率。經(jīng)過分析，將滑塊進(jìn)行了改進(jìn)，如圖5.6所示。圖5.6 滑塊結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖（二）理由與好處：1.滑塊與公模之間配合處為直角，如配合間隙過小，會(huì)導(dǎo)致滑塊卡死，

18、配合間隙過大，導(dǎo)致產(chǎn)品誤差過大，使產(chǎn)品錯(cuò)位，影響外觀；2.滑塊與公模之間配合處留一個(gè)角度，這樣可以避免滑塊卡死，產(chǎn)品誤差過大，使產(chǎn)品錯(cuò)位，影響外觀等現(xiàn)象。5.5最終模具結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)最終的模具裝配圖如圖5.7，三維視圖和爆炸視圖如圖5.8，型腔型芯結(jié)構(gòu)的爆炸圖如圖5.9，模具實(shí)物見圖5.10，最終產(chǎn)品（剛開模時(shí)）如圖5.11 。圖5.7模具裝配圖圖5.8 模具三維爆炸視圖圖5.9型腔型芯結(jié)構(gòu)的爆炸圖圖5.10模具實(shí)物圖5.11 最終產(chǎn)品（剛開模時(shí)）第六章 結(jié)論與展望通過這次近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多知識(shí)，使我對(duì)注射模的設(shè)計(jì)全過程有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也是對(duì)已學(xué)內(nèi)容的一次總結(jié)。并且在此次設(shè)計(jì)過程中去了工廠實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)期間學(xué)會(huì)了如何去動(dòng)手操作，動(dòng)手操作了之后讓我對(duì)問題的有了更深的認(rèn)識(shí)，我覺得這次實(shí)習(xí)不僅讓我把學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，也使我對(duì)以后的工作有了大概的了解。這次設(shè)計(jì)中我對(duì)我自己設(shè)計(jì)的模具有了比較深入的了解，但是對(duì)其他類型的模具結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步的研究。在設(shè)計(jì)過程中涉及了注