設計液晶盒上蓋實體建模CAM分析裝配圖和零件圖繪制畢業(yè)論文by

目錄引言 31緒論 41.1塑料模具技術(shù)現(xiàn)狀 41.2塑料注射成型及其工藝的概述 51.2.1注射成型工藝過程 51.2.2注射前準備 61.2.3注射過程 61.2.4塑件的后處理 71.3本設計使用軟件簡介 72塑件的工藝性分析 82.1分析塑件使用材料的種類及工藝特征 82.2塑件成型工藝性分析 92.2.1塑件材料(ABS)的性能分析 92.2.2塑件的分析 92.3注塑成型工藝確實定 102.3.1注射成型過程 102.3.2注射工藝條件 102.4擬定模具的結(jié)構(gòu)形式 112.4.1分型面位置確實定 112.5型腔數(shù)量和排列方式確實定 112.6注射機的選擇 123基于Moldflow的CAE分析 143.1注塑模CAE技術(shù)的開展和在注塑模設計中的應用 143.1.1注塑模CAE技術(shù)的開展 143.1.2注塑模CAE技術(shù)在注塑模設計中的應用 143.1.3Moldflow分析一般步驟 153.2塑件網(wǎng)格劃分及診斷 153.3澆口位置分析 173.4建立澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)以及參數(shù)的設置 173.5結(jié)果分析 183.5.1Flow流動分析 183.5.2Cool冷卻系統(tǒng)的分析 223.5.3Warp翹曲分析 243.6基于Moldflow的CAE分析總結(jié) 254模具設計 254.1澆注系統(tǒng)的設計 254.1.1主流道的設計 254.1.2分流道的設計 264.2澆口的設計 274.2.1澆口的設計原那么 274.2.2澆口的尺寸計算 284.4冷料穴的設計 294.5成型零件的結(jié)構(gòu)設計和計算 294.5.1凹模的結(jié)構(gòu)設計 294.5.2凸模結(jié)構(gòu)的設計 304.6模架確實定 314.6.1組成模架的主要零件 324.6.2各模架尺寸確實定 324.6.3模具各尺寸的校核 324.7脫模推出機構(gòu)的設計 334.7.1脫模力的計算 334.7.2脫模機構(gòu) 354.8冷卻系統(tǒng)的設計 354.9導向與定位設計 364.10排氣槽的設計 375模具總裝配圖及工作過程 376結(jié)論 37引言模具是工業(yè)生產(chǎn)的根底工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60%－80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比較的。模具又是“效益放大器〞，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的上下，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平上下的重要標志，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。我國模具工業(yè)開展迅速，市場廣闊，產(chǎn)銷兩旺。近10年來，中國模具工業(yè)增長速度保持在15％以上；生產(chǎn)廠2萬余家，從業(yè)人員50多萬人，年產(chǎn)值達450億元以上。另外，結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，大型、精密、復雜、長壽命模具和模具標準件開展速度高于行業(yè)總體開展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場的專業(yè)模具廠家數(shù)量及能力快速增加。但大局部模具是企業(yè)自產(chǎn)自用，作為商品銷售的約占三分之一。我國生產(chǎn)的模具有些已接近或到達國際水平。但總的來看，還遠不能適應國民經(jīng)濟開展的需要，大型、精密、復雜、長壽命等高檔模具有很大一局部依靠進口。本設計是通過UG軟件對液晶盒上蓋進行實體建模，借助moldflow軟件對其進行CAE分析，并結(jié)合其他結(jié)構(gòu)的模架實例和注塑模理論知識，進行結(jié)構(gòu)分析、原料分析和成型工藝分析,確定型腔的數(shù)目和型腔的布置方案，選擇分型面、澆注系統(tǒng)、脫模方式、調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、排氣形式，利用三維軟件進行CAM分析，制定主要件的工藝規(guī)程、完成必須的工藝計算、制造工藝以及一定的技術(shù)經(jīng)濟分析等。最后進行模具裝配設計，完成模具裝配圖和零件圖繪制。1緒論1.1塑料模具技術(shù)現(xiàn)狀現(xiàn)代模具的現(xiàn)狀簡介如下：(1)模具工業(yè)產(chǎn)值逐年增加20世紀80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列政策的支持和引導下，在加之產(chǎn)品規(guī)?；僧a(chǎn)的需要，我國模具工業(yè)特別是塑料模具開展十分迅速。近10年來，中國模具工業(yè)增長速度保持在15％以上；生產(chǎn)廠2萬余家，從業(yè)人員50多萬人，年產(chǎn)值達450億元以上，其中塑料模約占30%。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。(2)大型、精密塑料模具制造能力不斷增強我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大的開展，模具制造技術(shù)水平有了較大提高。我國已能生產(chǎn)轎車覆蓋件模具、大屏幕彩色電視機前殼及后蓋注塑模具、大容量洗衣機全套塑料模、轎車儀表板形狀復雜的注塑模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制作精度可達0.02～0.05mm，外表粗糙度Ra為0.2μm。(3)模具壽命不斷提高新型模具型腔材料及其熱處理工藝的不斷問世，使得型腔模具的使用壽命有很大提高。如：塑料模具行腔材料廣泛采用P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII、等，非淬火鋼壽命可達10萬～30萬次，淬火鋼可達50萬～100萬次。(4)CAD/CAE/CAM技術(shù)的應用水平已上了一個新臺階以高速開展的家電制造業(yè)為例，引進了美國、德國、日本、澳大利亞等國相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，取得了一定的經(jīng)濟技術(shù)效益，促進和推動了我國的CAD/CAM技術(shù)的開展。數(shù)控機床、加工中心、激光、電火花、線切割、真空淬火以及PVO等外表強化技術(shù)在模具制造中已得到普及。(5)模具工程師人是企業(yè)最活潑的因素，市場競爭最主要的是人才競爭。我國模具行業(yè)的工程技術(shù)人員的素質(zhì)不能適應模具工業(yè)的開展，而且人才斷層現(xiàn)象十清楚顯。隊伍不穩(wěn)定、人才匱乏是制約模具工業(yè)開展的重要因素之一。(6)模具標準化率有顯著提高塑料模具的標準零件〔如推桿、導柱、導套等〕、標準模架等越來越廣泛的得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)標準化的熱流道系統(tǒng)元件，但目前我國模具標準化和商品化程度一般在30%以下，與國外先進工業(yè)國家已經(jīng)到達70%～80%相比，仍有很大差距。國內(nèi)外塑料模具技術(shù)現(xiàn)狀比較見表1-1。表1-1國內(nèi)外塑料模具技術(shù)現(xiàn)狀比較項目國外國內(nèi)型腔精度0.005～0.01mm0.02～0.05mm型腔外表粗糙度Ra0.01～0.05μmRa0.20μm非淬火鋼模具壽命10萬～60萬次10萬～30萬次淬火鋼模具壽命160萬～300萬次50萬～100萬次熱流道模具使用率80%以上總體缺乏10%標準化程度70%～80%小于30%中型模具生產(chǎn)周期一個月左右2～4個月在模具行業(yè)中的占有量30%～40%25%～30%1.2塑料注射成型及其工藝的概述注射成型是在高壓狀態(tài)下將已熔融的塑料熔體以高速注入到閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻〔對于熱塑性塑料〕或加熱〔對于熱固性塑料〕定型后得到和模具型腔形狀完全一致的塑料制品的一種成型方法。注射成型必須滿足以下三個必要條件：(1)塑料必須以熔融的狀態(tài)被注入到模具的型腔中；(2)注入的塑料熔體必須具有足夠的壓力和流動速度以完成充滿模具模腔；(3)需要有符合制品形狀和尺寸并滿足成型工藝要求的模具。因此，要完成注塑成型那么必須具備塑料塑化、熔體注塑和成型這三種根本功能及其調(diào)控機制。1.2.1注射成型工藝過程注射成型工藝過程包括注射前的準備、注射過程和制品的后處理三個主要階段，各個階段又可分為多個小階段，如圖1-1所示。圖1-1注射成型工藝過程1.2.2注射前準備為了使注射成型順利進行，保證塑件質(zhì)量，一般在注射之前要進行原料預處理、清洗料筒、預熱嵌件和選擇脫模劑等準備工作。原料的預處理：包括原料的檢驗、著色和預熱枯燥等過程。注塑前必須對原料進行外觀及工藝性能進行檢驗，判斷原料的品種、規(guī)格、牌號等與所要求的參數(shù)是否符合。料筒的清洗：生產(chǎn)中如果需要改變塑料品種、更換物料、調(diào)換顏色，或者發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)勒熱分解或降解反響，均應對注射機的料筒進行清洗。嵌件的預熱：為防止嵌件周圍塑料層強度下降而出現(xiàn)裂紋缺陷，注射成型前要對金屬嵌件進行預熱，不過對于小嵌件在模內(nèi)易被塑料熔體加熱，所以可不預熱。脫模劑的選用：為了便于脫模，生產(chǎn)中常使用脫模劑，常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油這三種。1.2.3注射過程完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟。螺桿式注射機在各個階段成型工藝順序如圖1-2所示[7]。圖1-2注射過程1-電動機2-料斗3-螺桿4-加熱器5-模具6-噴嘴7-液壓缸在注射過程中壓力隨時間呈非線性變化，如圖1-3所示。該圖為在一個注射成型周期內(nèi)用壓力傳感器測得的壓力隨時間變化的曲線圖。曲線1是料筒計量室中注射壓力隨時間變化的曲線；曲線2是噴嘴末端的壓力曲線；曲線3是型腔始端〔澆口處〕的壓力曲線；曲線4是型腔末端的壓力曲線。圖1-3注射成型周期內(nèi)壓力隨時間變化的曲線充模：圖中OA段是塑料熔體在注射壓力P1作用下從料筒計量室流入型腔始端的時間。在AB段熔體充滿型腔，此時注射壓力P1到達最大值。噴嘴壓力也到達一定的動態(tài)壓力P2。沖模時間〔tA-tB〕是注射成型過程中最重要的參數(shù)，因為熔體在型腔內(nèi)流動時間的剪切速率和造成聚合物分子取向的程度都取決于這一時間。型腔始端壓力與末端壓力之差〔PB-PB1〕取決于熔體在型腔的流動阻力。壓實：型腔充滿后，型腔壓力迅速增大并到達最大值。圖1-3中型腔始端的最大壓力為PC，末端的最大壓力為PC1。噴嘴壓力迅速升高并接近注射壓力P1。BC時間段是熔體的壓實階段，在壓實階段約占塑件重量15%的熔體被壓到型腔內(nèi)。保壓：圖中CD時間段是保壓階段，在這一階段中熔體仍處于螺桿所提供的注射壓力之下，熔體會繼續(xù)流入型腔內(nèi)以彌補熔體因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。此時熔體的流動速度更慢，螺桿只有微小的補縮移動。倒流：保壓結(jié)束后，螺桿回程，噴嘴壓力迅速下降至零，塑件此時仍會有一定的流動性。在型腔壓力作用下，熔體可能從型腔向澆注系統(tǒng)倒流，導致型腔壓力從PD降為PE。在E時刻熔體在澆口處凝固，倒流過程被封段。冷卻：EF時間段是冷卻定型階段，在模具冷卻系統(tǒng)的作用下制品逐漸冷卻到具有一定的剛度和強度時脫模，脫模時制品內(nèi)存在著剩余壓力PE，假設剩余壓力過大，會造成制品開裂、損傷和卡模等弊病[7]。1.2.4塑件的后處理塑件脫模后，常需要進行適當?shù)暮筇幚韥砀纳扑芗男阅芎吞岣咚芗叽绲姆€(wěn)定性。塑件的后處理主要是指退火和調(diào)質(zhì)處理。退火處理的方法是使塑件在恒溫的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間。一般退火溫度應控制在高于塑件使用溫度10~20℃為宜。退火時間視制品厚度而定。調(diào)質(zhì)處理是指制品預先吸收一定的水分〔如放在熱水或油中〕，使制品尺寸穩(wěn)定下來，以防止制品在使用中再發(fā)生變化。1.3本設計使用軟件簡介目前CAD/CAE/CAM系統(tǒng)及數(shù)控技術(shù)在模具加工領域起著不可缺少的重要作用。當今流行的三維造型軟件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等，其中UG的功能強大應用范圍廣泛。原因是，UnigraphicsNX針對用戶的虛擬產(chǎn)品設計和工藝設計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。UnigraphicsNX為設計師和工程師提供了一個產(chǎn)品開發(fā)的嶄新模式，它不僅對幾何的操縱，更重要的是團隊將能夠根據(jù)工程需求進行產(chǎn)品開發(fā)。UnigraphicsNX能夠有效地捕捉、利用和共享數(shù)字化工程完整過程中的知識，事實證明為企業(yè)帶來了戰(zhàn)略性的收益。利用UGNX建模，工業(yè)設計師能夠迅速地建立和改良復雜的產(chǎn)品形狀，并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。NX產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。UGNX與UGSPLM的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實體模型和可視化都是一個補充。本課題模具所用軟件是UGNX5.0，該模具的設計過程大致如下：首先用UG進行零件的實體特征造型，特征是UG軟件的根本設計單元，用戶可以每次創(chuàng)立一個特征的方式進行三維造型，并且零件的數(shù)據(jù)是關(guān)聯(lián)的，其根底是UG軟件采用了——單一數(shù)據(jù)庫技術(shù)。用UG軟件在對零件進行受力分析，以及運動分析、干預檢查。然后用UG的MoldWizard模塊進行模具設計，包括流道及冷卻水道設計。2塑件的工藝性分析2.1分析塑件使用材料的種類及工藝特征該塑件的三維零件圖設計步驟如圖2-1所示，生成零件如圖2-2所示。圖2-1制件UG設計步驟圖2.2塑件三維圖2.2塑件成型工藝性分析塑件材料(ABS)的性能分析該塑件采用的是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，即ABS塑料，其性能如下：(1)使用性能。其綜合性能好，沖擊強度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性，電氣性能良好，易于成型和機械加工，其外表可渡鉻成為塑料涂金屬的一種常用材料，適用于制作一般機械零件、減摩零件、傳動零件、結(jié)構(gòu)零件、電子電氣和儀表外殼等。(2)成型性能。ABS是一種無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，成型方法和成型條件要按各品種的性能來確定。ABS吸濕性強，含水量應小于0.3％，必須充分枯燥，要求外表光澤的塑件應要求長時間預熱枯燥，其流動性中等，溢邊料0.04mm左右。在進行模具設計時要注意澆注系統(tǒng)的設計要選擇好進料口位置和形式，因為當推出力過大或進行機械加工時塑件呈現(xiàn)白色痕跡。(3)ABS的主要性能指標見表2-1[4]。表2-1ABS的性能指標密度/1.02~1.08屈服強度/MPa50比體積/0.86~0.98拉伸強度/MPa38吸水率〔％〕0.2～0.4拉伸彈性模量/MPa熔點/130~160抗彎強度/MPa80計算收縮率〔％〕0.4～0.7抗壓強度/MPa53比熱容/1470彎曲彈性模量/MPa塑件的分析(1)外形尺寸分析該塑件是壁厚為2.5mm左右的曲面薄壁零件，塑件的外形尺寸不大，厚度不太均勻，并且有多個曲面，并且由于其有下蓋卡扣部位，結(jié)構(gòu)比較復雜，這對于模具型腔型芯的設計和加工要求就比較高，如何正確設計澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和合理的注射成型工藝條件是模具設計的主要問題。(2)尺寸精度的分析在一般生產(chǎn)過程中，為了降低模具加工難度和模具的生產(chǎn)本錢，在滿足塑件使用要求的前提下盡可能把塑件尺寸精度設計得低一些。對于本課題塑件分析看，我們需定塑件尺寸的精度等級為MT2A，屬于中等偏高級的精度等級，在模具設計和制造過程中要嚴格保證這些尺寸精度的要求，其余尺寸均無特殊要求，可取MT5級公差值。(3)塑件外表質(zhì)量分析本塑件是電子產(chǎn)品殼體，要求外表美觀、無斑點、無熔接痕、無頂桿痕跡，對于外觀要求比較高，因此對其外外表質(zhì)量也要求比較高，其外外表的粗糙度Ra取0.8μm，內(nèi)腔沒有較高的粗糙度要求。(4)脫模斜度的分析由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮時會緊緊包在凸模上，或者由于粘附作用而緊貼在型腔內(nèi)，為了便于脫模，防止塑件外表在脫模時出現(xiàn)頂白、頂傷、劃傷等，塑件設計時應該考慮其外表具有合理的脫模斜度。塑件上的脫模斜度大小，與塑件的性質(zhì)、收縮率、摩擦因素、塑件壁厚和幾何形狀有關(guān)。對于ABS一般凹模的脫模斜度是，型芯的脫模斜度是[4]，由于該塑件側(cè)面為斜壁結(jié)構(gòu)，可順勢脫模，所以不放脫模斜度。而外側(cè)有凸臺需使用滑塊抽芯機構(gòu)以使工件能順利脫模。2.3注塑成型工藝確實定注射成型過程(1)成型前的準備。對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，由于ABS吸水性較大，成型前應對其進行充分的枯燥。(2)注射過程。塑件在注塑機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化到達流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。(3)塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為，處理時間為16～20s。注射工藝條件在注塑成型過程中，工藝條件的選擇和控制是保證成型順利進行和塑件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，主要的工藝條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、壓力和相應的各個作用時間。在這里我們選擇的注射機為螺桿式的注射機，其噴嘴為直通式，對于ABS塑件結(jié)合后面對塑件的CAE分析以及綜合考慮可得到對應的工藝條件參數(shù)見表2-2[4]。表2-2制品成型工藝參數(shù)噴嘴溫度/170～180保壓壓力/MPa30～40模具溫度/50～80注射時間/s1.6料筒溫度前段180～200保壓時間/s10中段210～230冷卻時間/s20后段180～200其他時間/s7注射壓力/Mpa80~110成型周期/s402.4擬定模具的結(jié)構(gòu)形式2.4.1分型面的選擇原那么除了必須開設在制件界面輪廓的最大的地方才能使制件順利地從型腔中脫出外，還應考慮以下因素：(1)因為分型面處不可防止的會在塑件上留下溢料痕跡或拼合不準確的痕跡，故分型面最好不選在制件光亮平滑的外外表或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。從制件的推出裝置設置方便考慮，分型時要盡可能的使制件留在動模一邊，當制件上有多個型芯或形狀復雜、錐度小的型芯時，制件對型芯的包緊力特別大，這種型芯應設在動模一邊，而將凹模放在定模一邊。(2)從保證制件相關(guān)部位同軸度的角度出發(fā)，同軸度要求高的塑件，取分型面時最好把要求同軸的局部放在模具分型面的同一側(cè)。當制件上要求互相同軸的部位不便設在分型面的同一側(cè)時，那么應設計特殊的定位裝置，提高合模時的對中性。(3)有側(cè)凹或側(cè)孔的制件，當采用自動側(cè)向分型抽芯時，除了液壓抽芯能獲得較大的側(cè)向抽拔距離外，一般分型抽芯機構(gòu)側(cè)向抽拔距離都較小。取分型面時應首先考慮將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模開模的方向上，而將短的一邊作為側(cè)向分型或抽芯。對有頂出機構(gòu)的模具，采取動模邊側(cè)向分型抽芯，模具結(jié)構(gòu)較簡單，能獲得的抽拔距離也比較長，應選分型面時應優(yōu)先考慮把制件的側(cè)凹或側(cè)孔放在動模邊。假設設在動模邊，那么模具結(jié)構(gòu)較復雜。此外當分型面作為主要排氣面時，料流的末端應在分型面上以利排氣。綜合考慮分型面的選擇受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件的位置、形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，經(jīng)過綜合分析比較，選出正確的分型面如圖2-3所示。2.5型腔數(shù)量和排列方式確實定〔1〕型腔數(shù)量確實定由于該塑件的外觀質(zhì)量要求較高，外外表上不能有澆口痕跡，再加上在生產(chǎn)中要求的年產(chǎn)量比較大，用一模一腔難以能滿足要求，因此我們這里可以考慮一模多腔，一模多腔的設計不僅可以平衡型腔壓力，也可以提高塑件的生產(chǎn)率，保證較大的產(chǎn)量要求。根據(jù)經(jīng)驗，在模具設計中每增加一個型腔，制品尺寸精度要下降4。多腔模具從外表上看，比少腔模具經(jīng)濟效益高，但是多腔模具所用注射機大，每一次注射循環(huán)期長而維持費用高，所以要從經(jīng)濟的條件上考慮每模的腔數(shù)。從模具的造價費用和側(cè)向抽芯機構(gòu)的設計等因素考慮，本課題選擇一模兩腔?！?〕型腔排列形式確實定多型腔模具盡可能采用平衡式排列，且要力求緊湊，并與澆口開設的部位對稱。由于該設計選擇的是一模兩腔，故采用直線對稱排列，如圖2-3所示。圖2-3分型面及型腔排列方式2.6注射機的選擇〔1〕注射量計算對于ABS一般密度為1.02，通過UG三維軟件建模設計分析計算得塑件體積：塑件質(zhì)量：M塑=ρ=18.19g〔2〕澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前是不能確定準確的數(shù)值的，不過可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2～1倍來估算，由于本次我們采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來估算。由于這里采用的是一模兩腔，因此一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為〔3〕選擇注射機上面計算得出的一次注入模具型腔的塑料總體積可計算出注射機的公稱注射量得根據(jù)上面計算，初步選定公稱注射量為125，注射機型號為SZ-160/80臥式注射機，其主要技術(shù)參見表2-3。表2-3初步確定的SZ-160/80注塑機的主要技術(shù)參數(shù)注射系統(tǒng)鎖模系統(tǒng)螺桿直徑/35鎖模力/800螺桿行程/mm70拉桿內(nèi)間距〔〕/理論注射容積/125模板行程/260最大注射量/110最大開距/580注射壓力/205最大模厚/320注射速率〔〕100最小模厚/170塑化能力〔〕11定位孔直徑/130螺桿最大轉(zhuǎn)速〔〕220定位孔深度/35噴嘴孔直徑/3.5噴嘴頭部半徑/12液壓頂出力/28頂出桿行程/55〔4〕注塑機得相關(guān)參數(shù)校核1〕注射壓力校核由表2-2可知，塑件所需注射壓力為80～110MPa，此處取p0=100MPa，該注塑機的公稱壓力p公=205MPa，注射壓力平安系數(shù)k1=1.25～1.4，這里取k1=1.3，那么：k1p0=1.3×100=130﹤p公，所以注射機注射壓力合格。2〕鎖模力校核①塑件在分型面上的投影面積，那么=176.625+10625+1050-〔113.04-5088-492-48〕=6206.585≈6207(mm2)②澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，可以按照多型腔模的統(tǒng)計分析來確定。A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2～0.5倍。由于本例流道設計簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以取小些，這里取A澆=0.2A塑③塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積A總，那么A總=n〔A塑+A澆〕=2×1.2A塑=2×1.2×6207=14896.8〔mm2〕④模具型腔內(nèi)的脹型力F脹，那么F脹=A總p模=14896.8×35=521388〔N〕=521.39(kN)式中，p模是型腔的平均計算壓力值。通常取注射壓力的20%～40%，大致范圍為25～40MPa，此處取35MPa。由表2-3可知該注塑機公稱鎖模力F模為800kN，鎖模力平安系數(shù)為k2=1.1～1.2，這里k2取1.2，那么k2F脹=1.2F脹=1.2×521.39≈6對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定前方可進行。3基于Moldflow的CAE分析3.1注塑模CAE技術(shù)的開展和在注塑模設計中的應用3.1.1注塑模CAE技術(shù)的開展注塑模CAE技術(shù)是根據(jù)塑料加工流變學和傳熱學的根本理論，建立熔體在模具型腔中的流動、傳熱的物理、數(shù)學模型，利用數(shù)值計算理論構(gòu)造其求解方法，利用計算機可視化技術(shù)形象、直觀地模擬出實際成型中熔體的動態(tài)填充、冷卻過程的一門分析技術(shù)。利用注塑模CAE技術(shù)可以在模具制造前，模擬注塑過程〔包括充填、保壓及冷卻〕并及早發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化模具設計和工藝條件設定，減少試模次數(shù)以提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)已成為注塑加工技術(shù)的一個重要開展方向。80年代注塑模CAE技術(shù)開始從理論研究進入實用化階段，開展了三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預測等領域。進入90年代后開展了流動、保壓、冷卻和應力分析等注塑工藝全過程的集成化研究。CAE技術(shù)的出現(xiàn)，為注塑模設計提供了可靠的保證。傳統(tǒng)的注塑模具設計主要依靠設計人員的經(jīng)驗，而注塑成型過程非常復雜，塑料熔體的流動性能千差萬別，制品和模具的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，工藝條件各不相同，成型缺陷各式各樣，模具設計往往需要反復的試模、修模才能投入生產(chǎn)，很少有一次成功的，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具，不但費時費力，而且降低了產(chǎn)品的開發(fā)速度。利用注射模CAE技術(shù)可在模具制造之前,在計算機上對模具設計方案進行分析和模擬來代替實際的試模,預測設計中潛在的缺陷,突破了傳統(tǒng)的在注塑機上反復試模、修模的束縛，為設計人員修改設計提供科學的依據(jù)。隨著人們對塑料制品的需求范圍不斷擴大，各種大型的高精度、形狀復雜塑料制品在生產(chǎn)過程中也出現(xiàn)了反復試模、修模各種問題，這就需要我們不斷的開展CAE技術(shù)，用CAE技術(shù)來解決在分模過程出現(xiàn)的問題，提高生產(chǎn)效率，減少廢品率。3.1.2注塑模CAE技術(shù)在注塑模設計中的應用注塑模CAE技術(shù)借助于有限元法、有限差分法和邊界元等數(shù)值計算方法，分析型腔中塑料的流動、保壓和冷卻過程，計算制品和模具的應力分布，預測制品的翹曲變形，并由此分析工藝條件、材料參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)對制品質(zhì)量的影響，到達優(yōu)化制品和模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)選成型工藝參數(shù)的目的，如通過對澆注系統(tǒng)的平衡、澆口的數(shù)量和位置、澆口的大小、熔接痕位置的預測，根據(jù)型腔各局部的溫度變化差異，測定注塑時的注塑壓力以及塑料在充填型腔時的壓力損失、熔料的溫度變化、注塑變化、剪切應力、剪切速率等系列參數(shù)。因此，注塑模的CAE分析在注塑模設計中可應用于型腔設計、澆口設計、流道設計、制品變形預測和冷卻系統(tǒng)設計，實現(xiàn)優(yōu)化塑料制品設計、塑料模具設計和注塑工藝參數(shù)等功能。其中以Moldflow軟件的應用最具代表性，Moldflow軟件在注塑模設計中的作用主要表達在以下三個方面，首先可以優(yōu)化塑料制品，得到制品的實際最小壁厚，從而優(yōu)化制品結(jié)構(gòu)，降低材料本錢，縮短生產(chǎn)周期，保證制品能全部充滿。其次可以優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，可以得到最正確的澆口數(shù)量與位置、合理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，并對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)尺寸進行優(yōu)化，在計算機上進行試模、修模，大大提高模具質(zhì)量，減少修模次數(shù)；最后可以優(yōu)化注塑工藝參數(shù)，確定最正確的注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓時間和冷卻時間，以注塑出最正確的塑料制品。本課題就是采用Moldflow軟件對外殼制件進行流動模擬分析，預測存在氣泡的位置、熔接線位置以及鎖模力的大小，分析出澆口的最正確位置。3.1.3Moldflow分析一般步驟注塑成型最重要的是控制塑料在模具中的流動方式，利用模流分析軟件Moldflow可以模擬熔體在模具中的流動，可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程種的壓力和溫度變化、流動時間、氣穴和熔接痕的位置等，從而幫助工藝人員在試模錢對可能出現(xiàn)的缺陷進行預測，找到缺陷產(chǎn)生的原因并加以改良，提高一次試模的成功率。Moldflow一般主要用來對注塑過程進行模擬分析，包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應用、收縮以及氣輔成形和熱固性材料流動分析，從而得到最正確的澆口數(shù)量與位置，合的理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，并對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸、冷卻系統(tǒng)尺寸和注塑工藝進行優(yōu)化，提高一次試模成功率，以到達降低生產(chǎn)本錢、縮短生產(chǎn)周期的目的。Moldflow分析的一般步驟如圖3-1所示。輸入CAD模型網(wǎng)格劃分選擇材料確定注塑條件設定分析參數(shù)分析計算分析結(jié)果顯示輸入CAD模型網(wǎng)格劃分選擇材料確定注塑條件設定分析參數(shù)分析計算分析結(jié)果顯示→→→→→→圖3-1Moldflow分析一般步驟3.2塑件網(wǎng)格劃分及診斷由于Moldflow只能對STL和IGES兩種文件格式的模型進行分析，這里我們選擇的是STL文件格式，所以在導入模型之前我們要做的第一步就是要在UGNX5.0中創(chuàng)立好的液晶盒上蓋模型的STL文件導出，然后將該STL文件導入到Moldflow軟件進行后續(xù)操作。在Moldflow中進行網(wǎng)格劃分時，將全局網(wǎng)格邊長為2.0mm，STL合并公差為默認的0.1mm，其他值都為默認值，然后點擊立即劃分網(wǎng)格即可。劃分結(jié)束后的網(wǎng)格統(tǒng)計如圖3-2所示。對于網(wǎng)格的劃分結(jié)果參數(shù)即網(wǎng)格信息必須滿足以下一些原那么[5](1)連通區(qū)域應該為1(2)自由邊和非交疊邊個數(shù)應該為0(3)未定向的單元應該為0(4)交叉單元個數(shù)應該為0(5)完全重疊單元個數(shù)應該為0(6)單元縱橫比數(shù)值視具體情況而定，一般在fusion外表模型分析中，縱橫比推薦最大值為6。(7)網(wǎng)格匹配率最根本應在80%左右(8)零面積個數(shù)應該為0對劃分好的網(wǎng)格進行網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計，對結(jié)果進行分析。其中存在的問題通過計算機自動修復、手工修復等操作之后，對網(wǎng)格狀態(tài)再次統(tǒng)計看是否符合要求。修復后的網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計結(jié)果如圖3-3所示，這些參數(shù)結(jié)果根本都符合要求。圖3-2Moldflow網(wǎng)格劃分結(jié)果圖3-3對網(wǎng)格進行修復后網(wǎng)格統(tǒng)計結(jié)果3.3澆口位置分析澆口處是流道系統(tǒng)和型腔之間的過渡區(qū)域。澆口的位置對于最終制件的性能和外觀具有很大的重要性。熔體必須快速并均勻的充填入整個型腔。澆口設計應當考慮以下幾點：(1)澆口的位于最厚的局部(2)處于審美原因，應注意防止?jié)部诤?3)通過改良澆口尺寸或位置，從而防止噴流(4)流道保持平衡，以確保均勻的充填和填料(5)防止熔接線或?qū)⑵浼兄烈蟛惶珖揽恋木植?6)盡量減少氣泡，以防止產(chǎn)生燒焦-防止某些承受沖擊或機械應力的區(qū)域(7)安置在易于除去澆口的位置根據(jù)設定的型腔排列，采用一模兩腔，利用Moldflow對制件進行最正確澆口位置分析，從而為確定澆口位置提供參考。經(jīng)過分析可得分析結(jié)果如圖3-4。從圖3-4中我們可以清晰的看出，制件的最正確澆口位置位于工件的中間位置即藍色區(qū)域。最差位置在制件的兩側(cè)邊緣即紅色區(qū)域。為了便于除去澆口確保流道平衡等各方面考慮，我們將澆口定于制件的側(cè)面的藍色區(qū)域。圖3-4Moldflow最正確澆口位置分析3.4建立澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)以及參數(shù)的設置考慮到制品的美觀，其外外表不能有澆口的痕跡，初步選擇采用一模兩穴方式進行注塑。而對于型腔的排布根據(jù)預定設計方案，采用平衡式排列，在網(wǎng)格劃分結(jié)束后經(jīng)過型腔復制、分析澆口位置、選擇澆口、流道系統(tǒng)、冷卻回路向?qū)У脑O置后可得到型腔排布方式的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的建立結(jié)果如圖3-5所示。圖3-5型腔排布方式下面一節(jié)將對這種排布方式的冷卻、流動和翹曲分析結(jié)果進行分析。在對這種型腔排布進行冷卻、流動和翹曲分析之前，必須進行一些設置，其分析形式選擇冷卻+流動+翹曲，材料選擇的是制造商為Monsantokasei、牌號為0%rubber的原材料，其模具溫度為50，熔體溫度是230，開模時間設為5s，流道用自動向?qū)?chuàng)立，主流道入口直徑為4mm，長度為48mm；分流道直徑為5mm，長度為35mm；冷卻水道用手動創(chuàng)立，直徑為7mm，頂部水道中心離制品的距離為10mm，底部水道中心離制品距離為15mm。設置好后開始進行分析。3.5結(jié)果分析Moldflow提供了豐富的分析類型，用戶根據(jù)預估制件缺陷類型選擇對應的分析類型。對薄壁塑料件而言，在成型過程中主要缺陷是翹曲變形和充填缺乏，因此在設置分析類型時，選擇“冷卻+流動+翹曲〞分析類型。3.5.1Flow流動分析對于這局部的分析結(jié)果又分為充填時間、壓力分布、體積收縮率、鎖模力、熔接痕和氣穴等。(1)填充時間分析充填分析過程為模擬熔體從進入模腔開始，到熔體到達模具模腔的末端過程。計算模腔被填滿過程中，流動前沿位置。預測制品在相關(guān)工藝參數(shù)設置下的充填行為，獲得最正確澆注系統(tǒng)設計。通過分析所得的填充時間結(jié)果如圖3-6所示，從圖中我們可以知道制品的填充時間大約分別為1.428s。圖3-6塑件填充時間(2)壓力分析V/P切換點交口位置的壓力為51.59MPa。切換點的控制對注塑過程有很大的影響。圖3-7速度/壓力切換時的壓力(3)縮痕指數(shù)和體積收縮率分析如圖3-8、圖3-9所示分別為縮痕指數(shù)分析結(jié)果和體積收縮率分析結(jié)果。從圖中可以看出塑件的縮痕指數(shù)最大值為4.961％，由于紅色局部范圍幾乎沒有所以塑件可能出現(xiàn)縮痕或者縮孔的范圍會比較小。塑件體積收縮率如圖3-9所示，體積收縮率到達9.661%，體積收縮率過大，制品變形明顯，因此需要適當?shù)脑黾幼⑺軌毫?。圖3-8塑件的縮痕指數(shù)分析結(jié)果圖3-9塑件體積收縮率(4)塑件熔接痕分析本課題中的塑件壁厚不同，且有多個倒扣，這就使得在填充過程中熔融塑料的流動方向有變化，在融合時必然會有熔接痕和熔接線。熔接痕的力學性能一般都會低于塑件的其他區(qū)域，使整個塑件的強度降低，并且熔接痕會影響塑件的強度和外表質(zhì)量。一般熔接痕的質(zhì)量會受到模具溫度和熔體溫度的選擇的影響。圖3-10是塑件在填充過程中產(chǎn)生的熔接痕，從圖中可看出在制件的最后填充處及內(nèi)部凸起的圓柱處較易形成熔接痕?？梢酝ㄟ^適當增加壓力和塑料溫度來減少熔接痕。圖3-10塑件的熔接痕分析結(jié)果(5)氣穴分析如圖3-11所示是在填充過程中塑件的氣穴分析結(jié)果，其中粉紅色的點表示氣穴存在的地方。從圖中我們看到在制品的氣穴較少，且主要集中在制件的邊緣。由于氣穴分布于制件的邊緣地帶，靠近模具的分型面，而分型面能起到很好的排氣作用，除分模面外還有滑板抽芯機構(gòu)幫助排氣，因此氣穴的影響并不大。圖3-11填充過程氣穴分析結(jié)果(6)鎖模力分析對于塑件鎖模力的分析結(jié)果如圖3-12所示，從圖中可以看到塑件在填充過程中所需的最大鎖模力為38MPa左右。圖3-12填充過程的鎖模力分析結(jié)果3.5.2Cool冷卻系統(tǒng)的分析冷卻分析是用來分析模具內(nèi)的熱傳遞，主要包括塑件和模具的溫度、冷卻時間等。目的是判斷塑件冷卻效果的優(yōu)劣，計算出冷卻時間，確定成型周期時間。影響冷卻系統(tǒng)的因素很多，除了塑料制品的幾何形狀、冷卻介質(zhì)、流量、溫度、冷卻水路的布置、模具材料、塑料熔體溫度、模具溫度、塑件頂出溫度外，還涉及塑料與模具之間非穩(wěn)態(tài)熱循環(huán)交互作用。這些參數(shù)之間是互相聯(lián)系、互相影響的,唯有這些參數(shù)的合理組合才能獲得理想的效果。圖3-13制品凍結(jié)時間圖3-13顯示從成型周期開始到制品完全冷卻至低于頂出溫度所需要的時間。該制品的凍結(jié)時間為33.04s。圖3-14布局-1冷卻后冷卻介質(zhì)的溫度如圖3-14可以看出對熔融塑件進行冷卻后冷卻介質(zhì)的溫度和溫度差，溫度差為0.42，一般冷卻介質(zhì)的溫度差不超過2～3，回路冷卻介質(zhì)溫度滿足要求。下面再看圖3-14和圖3-15，這兩幅圖分別表示的是冷卻后回路管壁的溫度和塑件的平均溫度。由圖可知，回路管壁的最高溫度和制品的平均溫度分別為25.80和76.0。回路的管壁溫度與冷卻水的入口溫差不得超過5，圖中分析結(jié)果溫差為0.72，符合要求。圖3-15回路管壁溫度圖3-16冷卻后塑件的平均溫度3.5.3Warp翹曲分析引起翹曲的原因主要有收縮不均勻、冷卻不均勻和分子取向不均勻等，在Moldflow分析軟件中這三種原因?qū)βN曲的影響值都可以分析出來。在Moldflow分析軟件中這些值通常有總體翹曲值和X、Y、Z軸方向的翹曲值，而通常Z軸方向的變形被視為翹曲，其他兩個方向視為收縮。翹曲分析結(jié)果顯示：總體翹曲量為0.5002mm，x方向翹曲0.4721mm，y方向翹曲0.4005mm，z方向翹曲0.8460mm。圖3-17ｘ方向變形圖3-18y方向的變形圖3-19z方向的變形圖3-20總的變形量3.6基于Moldflow的CAE分析總結(jié)利用MoldFlow模擬塑料熔體在模具模腔中的流動、保壓、冷卻過程，對制品可能發(fā)生的翹曲進行預測等，其結(jié)果對優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和注塑工藝參數(shù)有著重要的指導意義，減少了試模、修模的次數(shù)，可提高一次試模的成功率，縮短了模具設計與制造周期，保證制品完全填充。4模具設計4.1澆注系統(tǒng)的設計4.1.1主流道的設計主流道為一圓錐孔，通常位于模具中心塑料熔體的入口處，其小端正對注射機的噴嘴。它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和沖模時間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。主流道尺寸主流道的長度：本次設計根據(jù)模架高度情況取50mm進行初始設計，根據(jù)三維圖最終可確定主流道長度L主為47mm。主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+〔0.5～1〕mm=3.5+0.5=4〔mm〕主流道大端直徑：D=d+2L主tan〔α/2〕≈7.3(mm)，式中α=4°。主流道球面半徑：R=注射機噴嘴球頭半徑+〔1～2〕mm=12+2=14mm球面的配合高度：h=3mm主流道的凝料體積=3.14×47×〔3.72+22+7×2〕÷3≈1211.3(mm3)≈1.2(cm3)主流道當量半徑Rn=〔3.7+2〕÷2=2.85〔mm〕主流道澆口套形式主流道交口套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損，對材料的要求較嚴格。設計中常采用碳素工具鋼〔T8A或T10A〕，熱處理淬火外表硬度為50～55HRC。圖4-1直澆注系統(tǒng)的主流道結(jié)構(gòu)4.1.2分流道的設計〔1〕分流道的布置形式在設計時應考慮盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能防止熔體溫度降低，同時還要考慮減小分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道?！?〕分流道的長度由于流道設計簡單，根據(jù)兩個型腔的結(jié)構(gòu)設計，分流道較短，設計時可選小些。單邊分流道長度L分取17mm?！?〕分流道的當量半徑因為該塑件的質(zhì)量m塑＝18.19g＜200g，分流道的當量直徑可按下式計算D分為分流道當量直徑，ABS分流道直徑推薦值為4.8mm-9.5mm，綜合考慮后本次設計取D分為5〔4〕分流道的截面形狀常用分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等。為了減少流道內(nèi)的壓力損失和傳熱損失，希望流道的橫截面積大、外表積小，因此可用流道的截面積與其周邊長度的比值表示流道的效率。圓形橫截面的效率最高，具有最小壓力降和熱損失。因此本設計采用圓形流道?！?〕凝料體積1〕分流道的長度L分=17×2=34(mm)2〕分流道截面積3〕凝料體積V分=A分×L分=34×19.63=667.42(mm3)=0.67(cm3)表4-1分流道的截面形狀及優(yōu)缺點截面形狀簡圖特征熱量損失加工性能流動阻力效果U形較小易小佳矩形大易大不良梯形較小易較小良圓形小較難小最正確〔6〕校核剪切速率1〕確定注射時間：查手冊，取t=1.6s2〕計算分流道體積流量：3)由剪切速率公式，可得該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最正確剪切速率～之間，所以分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。4.2澆口的設計澆口的設計原那么澆口的形式主要包括：直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、點澆口、潛伏式澆口等。澆口設計需遵循下述原那么：(1)澆口尺寸及位置選擇應防止熔體破裂而產(chǎn)生噴射及蠕動〔蛇形流〕；(2)澆口位置應有利于流動，排氣和補料；(3)澆口位置應使流程最短,料流變向最少,并防止型心變形；(4)澆口位置及數(shù)量應有利于減少熔接痕和增加熔接強度；(5)澆口位置應考慮定位作用對塑件性能的影響；(6)澆口位置應盡量開設在不影響塑件外觀的部位；根據(jù)澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動距離，防止熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷，澆口應開設在塑件壁厚處。該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，外表質(zhì)量要求較高，采用一模兩腔注射，為便于調(diào)整沖模時的剪切速率和封閉時間，因此采用側(cè)澆口，采用側(cè)澆口可以保持產(chǎn)品外觀精度。綜合考慮以上原那么，選用側(cè)澆口作為本設計的澆口形式。澆口的尺寸計算〔1〕側(cè)澆口尺寸確實定本設計采用矩形側(cè)澆口，矩形側(cè)澆口根本尺寸如表2-1所示：表4-2矩形側(cè)澆口的根本尺寸塑料壁厚t/mm塑件復雜性厚度h/mm寬度b/mm長度L/mmABS1.5～3簡單1.2～1.4中小型塑件〔3～10〕h大型塑件﹥10h0.7～2mm復雜0.8～1.2根據(jù)上表，取側(cè)澆口的厚度為1.2mm，寬度為3.6mm，長度L澆為2mm?！?〕側(cè)澆口剪切速率的校核1〕計算澆口的當量半徑。由面積相等可得，由此矩形澆口的當量半徑2〕校核澆口剪切速率：①確定注射時間，查手冊，可取t=1.6s②計算澆口的體積流量：③計算澆口的剪切速率：該矩形側(cè)澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最正確剪切速率5×103～5×104s-1之間，所以，澆口的剪切速率校核合格。4.3校核主流道的剪切速率上面分別求出了塑件的體積、主流道的體積、分流道的體積〔澆口體積太小可忽略不計〕以及主流道的當量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率?！?〕計算主流道的體積流量〔2〕計算主流道的剪切速率主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于主流道的最正確剪切速率5×102～5×103s-1之間，所以，主流道的剪切速率校核合格。4.4冷料穴的設計冷料穴位于主流道正對面動模板上，其作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，防止冷料注入型腔而影響制品外表質(zhì)量。本設計只有主流道冷料穴，采用的是Z形拉料桿匹配的冷料穴。圖4-2冷料穴4.5成型零件的結(jié)構(gòu)設計和計算凹模的結(jié)構(gòu)設計凹模是成型制品的外外表的成型零件。按照凹模結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。整體式具有較高的強度和剛度，但加工較困難，需用電火花、立式銑床加工，僅適用于結(jié)構(gòu)簡單的中小型塑件。而整體嵌入式凹?？梢允褂靡话銠C加工方法加工各凹模，由于容易測量，也能保證一致性，它能節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具鋼，嵌入模板后具有足夠的剛度和強度，使用可靠且置換方便，適用于小塑件的多型腔模。組合式凹模在切削加工、線切割、磨削、拋光及熱處理加工時較為方便，但其剛度和強度差。根據(jù)對塑件的結(jié)構(gòu)及對凹模剛度和強度的要求分析看，本課題中采用的是整體嵌入式凹模。凹模徑向尺寸計算公式表4-3凹模徑向尺寸制品尺寸制品公差△制品徑向最大尺寸ls模具制造公差及收縮率計算結(jié)果LM0.46Scp=0.5%0.380.420.30凹模深度尺寸計算公式表4-4凹模深度尺寸制品尺寸制品公差制品高度最大深度尺寸Hs模具制造公差及收縮率計算結(jié)果10±0.070.14Scp=0.5%0.10.10.1凸模結(jié)構(gòu)的設計凸模也成為型芯，是成型塑件內(nèi)外表的成型零件，通?？煞譃檎w式和組合式兩種類型。通過對塑件的分析可以知道這里采用的是整體裝配式凸模，這種方式屬于組合式的一種。塑件有兩個小型芯要分開加工。型芯徑向尺寸表4-5型芯徑向尺寸制品尺寸制品公差制品徑向最小尺寸ls模具制造公差及收縮率計算結(jié)果0.46Scp=0.5%0.420.140.140.420.600.200.460.38型芯高度尺寸表4-6型芯高度尺寸制品尺寸制品公差制品高度最小尺寸Hs模具制造公差及收縮率計算結(jié)果0.16Scp=0.5%0.140.120.10中心距尺寸表4-7中心距尺寸制品尺寸制品公差換算尺寸模具制造公差及收縮率計算結(jié)果90±0.190.3890±0.19Scp=0.5%90.45±0.06〔3〕成型零件鋼材的選用對于成型零件材料的選用要求材料高度純潔，具有良好的冷、熱加工性能，拋光性能要優(yōu)良，淬透性要高，而且要有足夠的剛度、強度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，具有耐腐蝕性和一定的耐熱性。根據(jù)對塑件的綜合分析，這里的凹、凸模的鋼材我們可以選用40Cr。4.6模架確實定注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990?塑料注射模中小型模架及其技術(shù)條件?和GB/T12555——1990?塑料注射模大型模架?。中小型模架有四種根本類型，本次設計模架選用A1型。4.6.1組成模架的主要零件塑料模的模架包括：〔1〕動模座板和定模座板它是動模和定模的基座，也是固定式塑料模與成型設備連接的模板。因此，座板的輪廓尺寸和固定孔必須與成型設備上模具的安裝板相適應?！?〕動模板和定模板它的作用是固定型芯、型腔、導柱、導套等零件，所以又稱固定板。固定板應有足夠的強度和剛度來承受開模力的作用。為了保證型腔、型芯等零件的固定穩(wěn)固，固定板應有足夠的厚度。〔3〕支撐板支撐板是墊在固定板反面的模板，它的作用是防止型芯或型腔、導柱、導套等零件脫出，增強這些零件的穩(wěn)固性并承受型芯和型腔等傳遞過來的成型壓力?！?〕墊塊墊塊的作用是使動模支撐板與動模座板之間形成用于推出機構(gòu)運動的空間，或調(diào)節(jié)模具總高度以適應成型設備上模具安裝空間對模具總高的要求。4.6.2各模架尺寸確實定選用標準模架可以簡化模具的設計與制造，一旦某一型號模架確定下來，就可以得到已經(jīng)設計好的尺寸數(shù)據(jù)。選擇模架的關(guān)鍵是確定型腔模板的邊界尺寸〔長×寬〕和厚度。此壁厚可用經(jīng)驗公式確定。根據(jù)模具型腔布局中心距和型腔的尺寸，又考慮導柱導套的布置等，參考經(jīng)驗公式，可確定選用模架序號為6號〔W×L=250mm×400mm〕，模架結(jié)構(gòu)A1型。〔1〕A板尺寸。A板為定模行腔板，塑件高度11mm，考慮到模板上還要開設冷卻水道，需留出足夠距離，故A板厚度取40mm?！?〕B板尺寸。B板為型芯固定板，厚度取50mm?！?〕C板〔墊塊〕尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+〔5～10〕mm=11+20+16+〔5～10〕=52～57(mm),初步選定C為60mm。經(jīng)過上述的計算，模架外形尺寸確定為：長×寬×高=400mm×250mm×240mm。如圖4-2所示。模具各尺寸的校核根據(jù)所選注射機來校核模具設計的尺寸?！?〕模具平面尺寸250mm×400mm<310mm×370mm〔拉桿間距〕，校核合格。〔2〕模具高度尺寸240mm，170mm<240mm<320mm〔模具的最大厚度和最小厚度〕，校核合格?！?〕模具的開模行程S要求必須滿足S≧H1+H2+〔5～10〕mm式中S—注塑機移模行程，這里為580mm；—設計模具的推出距離，這里為24mm；—設計的流道凝料與塑件的高度，這里為47mm。因此有S=24+47+〔5～10〕mm=76～81mm<圖4-3模架三維圖4.7脫模推出機構(gòu)的設計在注射成型的每一循環(huán)中，都必須使塑件從模具凹?；蛐托旧厦摮觯＞咧羞@種脫出塑件的機構(gòu)就稱為脫模結(jié)構(gòu)。脫模機構(gòu)的作用包括塑件等的脫出、取出兩個動作。塑件推出是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，因此，塑件的推出是不可無視的。在設計推出脫模機構(gòu)時，應遵循以下原那么(1)推出機構(gòu)應盡量設置在動模一側(cè)：模具開啟后塑件及澆口凝料都留在帶有脫模機構(gòu)動模上，以便于脫模裝置在注射機推桿的驅(qū)動下完成脫模動作。(2)保證塑件不因推出而變形損壞：這是脫模機構(gòu)應到達的根本要求。由于型芯的包緊力最大，因此推出的作用點應盡可能靠近型芯，推出力應作用塑件剛度、強度最大的部位，作用面應盡可能大。(3)力求良好的塑件外觀：推出塑件的位置應盡量設在塑件內(nèi)部或?qū)ν庥^影響不大的部位，在采用推桿脫模時尤其要注意。4.7.1脫模力的計算從動模一側(cè)的主型芯上脫出制品所需施加的外力就是脫模力，它包括制品收縮對型芯的摩擦力和大氣壓力等作用力，其大小與制品的壁厚、斷面形狀、塑料的收縮性、剛性、對成型零件的摩擦系數(shù)、成型工藝上的注射壓力、開模時間以及脫模斜度、型芯的加工紋向等因素有關(guān)，在計算中要考慮到全部因素較為困難，因此只考慮主要的因素即可。〔1〕大型芯脫模力本課題中的塑件屬于矩形塑件，由于塑件的長寬與壁厚之比因此屬于薄壁塑件，其脫模力的計算公式如下：式中F－脫模力〔N〕；－塑料的彈性模量〔MPa〕；S－塑料成型的平均收縮率〔％〕；－被包型芯的長度〔mm〕；－塑料的泊松比；－脫模斜度〔°〕，一般取1～2°，在此取1°；－塑件與鋼材之間的摩擦系數(shù)；－塑件的壁厚〔mm〕，這里為2.5mm；－塑件與開模方向垂直的平面上的投影面積，當塑件底部有通孔時，A項視為0。對于ABS的以上相關(guān)參數(shù)推薦值見表5-5。表4-8ABS與脫模力有關(guān)的某些性能塑料名稱拉伸彈性模量E/(MPa)成型收縮率S〔％〕與鋼的摩擦因數(shù)f泊松比ABS18000.50.450.38將表5-5的數(shù)據(jù)代入公式得脫模力為〔2〕成型塑件內(nèi)部圓筒小型心的脫模力計算因為，所以此處視為厚壁圓筒塑件，其脫模力的計算公式如下：將表5-5的數(shù)據(jù)代入公式得脫模力為4.7.2脫模機構(gòu)由于頂桿具有制造簡單、滑動阻力小、放置位置自由度大、脫模效果好等優(yōu)點，因而推桿脫模機構(gòu)是最常用的脫模機構(gòu)，本課題塑件無復雜的結(jié)構(gòu)，但有兩個小孔，因此選擇用圓形頂桿結(jié)合推管形式進行脫模。選擇尺寸直徑為4mm，長度為142mm的頂桿8根，每腔4根；4個推管，每腔2個，尺寸根據(jù)塑件小孔尺寸選擇標準件。對于推桿和推管的固定通常采用固定板固定推桿在推板上的形式。而在推桿的配合中，推桿端面和塑件成型外表在同一平面或比塑件成型外表高出0.05～0.10mm，且不應有軸向竄動。推桿與推桿孔一段配合長度為推桿直徑的1.5~2倍，推桿和模體的配合性質(zhì)一般為H8/f7或H7/f7，配合間隙值以熔料不溢料為標準。校核推出機構(gòu)作用在塑件上的單位壓應力：〔1〕推出面積〔2〕推出應力〔抗壓強度〕合格。4.8冷卻系統(tǒng)的設計〔1〕冷卻水回路布置的根本原那么：1)冷卻水道應盡量多；2)截面尺寸應盡量大；3)冷卻水道離模具型腔外表的距離應適當；4)適當布置水道的出入口；5)冷卻水道應暢通無阻；6)冷卻水道的布置應避開塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位。由以上原那么來確定冷卻水道的布置情況?！?〕冷卻管道的布置。冷卻管道的連接方式可以是串聯(lián)，也可以是并聯(lián)。對于不同形狀的塑件冷卻水孔的排列形式也不同。冷卻水道的布置包括凸模上和凹模上的布置，由于凸模和凹模以及動模板和定模板結(jié)構(gòu)的不同，在凸模和凹模以及在動、定模板上布置的方式一般也不同。本課題所用為外連接直通式，外連接直通式是最簡單的聯(lián)通方式。用塑料管和水管接頭在外部連接?？梢赃B接成單路循環(huán)或多路并行循環(huán)。優(yōu)點是加工容易，便于檢查有無堵塞。缺點是外連接過多，容易碰壞。由于本課題中模具的外形尺寸較小，故而使用外連接對模具結(jié)構(gòu)設計較為方便。冷卻水道布置圖如4-3所示。圖4-4冷卻水道布置圖4.9導向與定位設計注射模的導向機構(gòu)用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構(gòu)的運動導向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈使模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位機構(gòu)那么通過導柱導套進行合模定位。錐面定位那么用于動、定模之間的精密定位導向機構(gòu)的作用：〔1〕定位作用；〔2〕導向作用；〔3〕承受一定的側(cè)向壓力。導柱的結(jié)構(gòu)形式隨模具的結(jié)構(gòu)、大小及制品生產(chǎn)批量要求的不同而不同，目前在生產(chǎn)中常用的結(jié)構(gòu)有一下幾種：臺階式導柱、鉚合式導柱、斜導柱。本設計采用的是斜導柱。如圖4-4所示。抽芯距的計算將側(cè)型芯從成型位置抽至不阻礙塑件的脫模位置所移動的距離，稱為抽芯距。一般情況下S抽=h+〔2～3〕mm=1.5+〔2～3〕=3.5～4.5mm，本次設計最小抽芯距取4.5mm。斜倒柱的設計本次設計抽芯距較小，斜導柱的傾角可取10°，直徑取10mm，長度根據(jù)所選模架尺寸，綜合考慮之下選78mm。圖4-5導向機構(gòu)零件圖4.10排氣槽的設計當塑料熔體充填型腔時，必須順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的氣體。如果氣體不能被順利排出，塑料會由于填充缺乏而出現(xiàn)氣泡、接縫或外表輪廓不清等缺陷，甚至氣體受壓而產(chǎn)生高溫，使塑料焦化。特別是對大型塑件、容器類和精密塑件，排氣槽將對它們的品質(zhì)帶來很大的影響，對于在高速成型中排氣槽的作用更為重要。本次設計的模具屬于中小型模具，而且不屬于深型腔類零件，排氣量較小，可利用分型面之間、滑塊及頂桿等間隙進行排氣。5模具總裝配圖及工作過程在設計的最后，我們還要使用UG制圖模塊進行繪圖，把模具的裝配圖和零件圖詳細地繪制出來，其模具裝配圖及零件圖見工程圖圖紙。6結(jié)論通過此次的畢業(yè)設計，我學到了很多三維軟件的知識，學習態(tài)度也有了很大的轉(zhuǎn)變，由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識。模具在設計時要依靠軟件來進行設計與模擬，這樣既節(jié)約了時間，也節(jié)約了本錢，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力。在以往的傳統(tǒng)的學習模式下，我可能記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)論文，我學會了如何將學到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。本課題通過UG設計軟件進行制件的設計，然后用Moldflow分析軟件進行流動、冷卻和翹曲的CAE分析，通過分析確定好型腔的布局和工藝方案，接著結(jié)合CAE分析的結(jié)論和工藝在UG注塑模向?qū)oldwizard中進行模具結(jié)構(gòu)的設計，最后是作出裝配圖和零件圖。在設計當中也遇到了很多問題，由于下載的ug軟件不完全，導致很多功能實現(xiàn)不了，也安裝不了Moldflow軟件，無法對零件分析，后來在同學的幫助下，安裝了完全版的軟件。CAE分析得到數(shù)據(jù)為設計提供較好的型腔布局方案、提供合理的注射成型工藝參數(shù)參考以及模具設計澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等一些合理工藝參數(shù)。在CAE分析的根底之上，使用UG注塑模向?qū)oldWizard進行模具的模型設計。在模具設計中，冷流道注塑模具主要包括的四大系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)、機構(gòu)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)是設計的重點。CAE分析得到的數(shù)據(jù)進行設計防止了模具加工出來之后的試模修模次數(shù)，提高了模具質(zhì)量和設計制造的效率。在澆注系統(tǒng)的設計中通過前面CAE分析結(jié)合經(jīng)驗公式取流道橫截面形狀，確定澆口尺寸，計算體積流量等；在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中主要介紹了側(cè)向分型抽芯機構(gòu)的設計；在溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中確定冷卻時間，還有冷卻介質(zhì)和冷卻水道的直徑和布局；頂出系統(tǒng)著重說明了頂桿，并進行強度校核。在做好上面四大系統(tǒng)的設計后，我們還需要校核模具和注射機的參數(shù)，這才能保證設計的模具與注射機的配合是否真的合理。從上面我們可以知道，CAE的分析可以為設計者提供參考依據(jù)，這能夠提高模具結(jié)構(gòu)的可行性。隨著科技的進步及注射理論的突破，基于CAE分析的注塑模具設計開展會越來越迅速。隨著技術(shù)的成熟，注塑模的生產(chǎn)控制將會變得比以前更為輕松，產(chǎn)品質(zhì)量將會得到更好提高，所以，在以后注射模具的研究和制造中，CAE分析的模具設計將會我們進行設計的主要方向。謝辭經(jīng)過多個月的奮斗，本設計終于完成了。在這幾個月的設計過程中遇到了很多的問題，能夠解決這些問題離不開王老師、黎老師和范老師的耐心指導和幫助，不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題，從他們那里我學到了許多專業(yè)根底知識和專業(yè)技能。在他們的指導和幫助下，我才能順利按質(zhì)按量地完本錢設計。因此在這里，我衷心地感謝他們給予的指導和幫助。在設計中得到了獨立思考，鍛煉自己的時機。除此以外，在完成畢業(yè)設計的過程中我還得到了許多同學的大力支持和幫助，特別是在Moldflow和UGNX6.0軟件的運用上他們給了我很大的幫助，使我能熟練運用這兩個軟件，在此我也特別感謝他們。大學四年的生活即將畫上圓滿的句號了，這四年里我得到的收獲很多，這都多虧于我的母校——桂林電子科技大學對我的栽培。感謝我的老師、我的親人還有我的朋友對我的支持與鼓勵。參考文獻[1]宋滿倉主編.注塑模具設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021：37~166.[2]周其炎.Moldflow5.0根底與典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：4~15，43~52，178~221.[3]葉久新、王群.塑料成型工藝及模具設計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