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通风盖板模具设计及装配过程的动画设计

发布日期:2021-02-25 16:50

 

  哈尔滨理工大学学士学位论文- I -通风盖板模具设计及装配过程的动画设计摘要目前塑料在实现“以塑代钢”方面起着不可忽视的作用,它正以其物美价廉的特征渗透到国民经济的各个领域。工程塑料制品的速度增长率为每年 10%,然而在工程塑料中 70%—80%以上的制品是采用注塑成型加工。如今塑料制品广泛应用于广泛应用于电子、机械、汽车、航天、家电、玩具等各个行业。因此也使注塑模具的设计与制造带来了繁荣的景象。在模具设计中,Pro/E 软件以它强大的实体建模功能和结构分析功能扮演着不可或缺的角色。本文简要概述了 CAD 技术在国内外的发展状况,介绍了 CAD 在模具工业中的使用和发展情况,介绍了在我国研究和发展模具 CAD 技术的必要性和迫切性, 介绍了 Pro/E 软件的一些模块及其功能,介绍模具与注射机的关系等,并图文并茂介绍了利用 Pro/E 软件进行模具设计的整个过程。涵盖主题包括:模具型腔设计,浇注系统设计,脱模机构设计,温度调节系统设计, 开模模拟等知识面。在英文翻译中,我将对国内资料没有详细介绍的温度调节系统作了介绍。关键词:塑料;模具;CAD 技术;Pro/E哈尔滨理工大学学士学位论文- II -The Design of the Ventilates Lap Mold and the Animation of the Assembly ProcessAbstractAt present the plastic is playing the noticeable role in realizing by plastic instead of steel aspect. It is famous as its excellent in Quality and reason able in price characteristic and infiltrate to each domain of national economy. Engineering plastics go up by the ratio of 10% each year, however 70% - 80% above product isuses in the engineering plastics casts takes shape the processing. Now the plastic product widely applies in the domain of the electron, the machinery, the automobile, astronautics, the electrical appliances, the toy and so on. Therefore the design and the manufacture about the mold has broad foreground In mold design, Pro/E software is playing the indispensable role in its formidableentity modelling function and the structure analysis function.This article has briefly outlined the development condition of the CAD technology in the domestic and foreign , introduced the use and development situation of the CAD in the mold industry ,introduced the necessity and urgency that develop and study mold CAD technology in our country, introduced some modules and its the function of the Pro/E software , introduced the relationship of the mold and the injection machine and introduced the entire processuses which realize the mold designs using the Pro/ E software abundantly and elegantly. The design subject includes: the design of mold cavity, the design of pours system, the design of drawing of patterns organization, the control system design about temperature, simulation of opening mold and so on. In English translation, I have made the introduction to temperature control system that the domestic material not detailed introduction. Keywords:plastic; Injection Mold; CAD technology; Pro/E哈尔滨理工大学学士学位论文- III -不要删除行尾的分节符,哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录摘要 .......................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II第 1 章 绪论 ........................................................................................................11.1 课题背景 ...................................................................................................11.2 塑料注射模具 CAD 综述 ..........................................................................11.3 塑料注射模具 CAD 的特点 ......................................................................21.4 计算机在塑料注射模具设计与制造中的应用 ......................................21.5 现代模具技术发展 ...................................................................................31.6 新一代模具设计软件技术 .......................................................................41.7 Pro/ENGINEER 软件介绍 ..........................................................................4第 2 章 注塑零件的设计 ....................................................................................62.1 材料特性 ...................................................................................................62.1.1 使用性能 ............................................................................................62.1.2 成型性能 ............................................................................................62.2 塑料制品结构设计 ...................................................................................6第 3 章 模具设计 ................................................................................................83.1 塑料的成型工艺特性 ...............................................................................83.2 注射机的选择 ...........................................................................................93.3 模具材料的选择 .....................................................................................113.4 模具加工工艺 ........................................................................................123.5 注射模具设计 ........................................................................................133.5.1 成型零件结构设计 ..........................................................................143.5.2 浇注系统设计 ..................................................................................233.5.3 导向机构的设计 ..............................................................................253.5.4 排气系统设计 ..................................................................................263.5.5 脱模机构设计 ..................................................................................273.5.6 温度调节系统设计 ..........................................................................30结论 ....................................................................................................................32致谢 ....................................................................................................................33参考文献 ............................................................................................................34附录 ....................................................................................................................35哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景[单击此处输入论文正文。祝您才思泉涌,妙手生花,顺利通过答辩]1.2 塑料注射模具 CAD综述产品的制造工艺过程都必须先进行设计,设计工作是新产品研制的第一步。设计工作的水平直接关系到新产品质量性能、研制周期和技术经济效益。手工设计,设计人员必须查阅大量的技术资料和设计手册,根据本单位和有关企业的技术资料,通过理论计算和实验分析,把设计思想用图纸和说明书表达出来后,再与有关工程人员讨论、修改。在整个设计过程中.设计人员花费了大量的时间在绘图和查阅资料上,造成智力和时间的浪费,这远远不能适应当今生产的发展。随着计算机的发展,为了提高设计效率和质量,CAD 应运而生了。CAD 是二十世纪下半叶最重要的技术成果之一,其应用水平往往体现一个国家(地区)的科学技术水平,现已广泛应用在各个行业和部门。模具行业是应用计算机辅助设计最多,并同时也是最能体现 CAD 优越性的部门之一。随着科学技术的发展,模具行业在国民经济中的地位日益提高、重要性日趋明显。传统的模具设计与制造方法己不能适应工业产品的迅速更新换代和提高质量的要求。因此,国外工业发达的国家对模具 CAD 和模具CAM 技术的开发非常重视。早在二十世纪六十年代,国外一些飞机制造公司就开始了 CAD 和 CAM 的研究工作。工业发达国家较大的模具生产厂家在模具 CAD/CAM 上进行了较大投资,正大力开发研究这一技术。如法国的 FOS 模具公司己购买了大型CAD/CAM 系统,日本、美国、德国等国家也己开发 CAD/CAM 系统,并广泛应用于模具制造。我国模具 CAD/CAM 的开发开始于二十世纪七十年代末。虽然起步较晚,但发展迅速。到目前为止,先后经过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和塑料注射模等,但这些系统大多数仍处于研究开发阶段,被推广生产使用并形成商品化的不多。近几年来华中理工大学、上海交通大学、合肥工业大学、北京航空航天大学等高等院校对模具CAD 进行了卓有成效的研究。其中华中理工大学研究开发的 HSC2.0 注射模 CAD/CAM/CAE 系统,己受到川门的重视。它是在 Auto CAD 软件的基哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -础上,采用 Auto CAD 提供的 ADS 开发平台用 C 语言编写的。它除了具有Auto CAD 本身的功能外,还具有模具结构设计子系统、结构及工艺参数计算校核子系统、塑料注射流动、保压与冷却模拟子系统、数控线切割编程子系统、建库工具和设计进程管理等模块。所有程序均能在 Auto CAD 的环境中集成运行。1.3 塑料注射模具 CAD的特点塑料注射模具设计的特点主要是:1.外部约束多即根据制品及生产厂家的要求,对成型制品的材料性能、成型工艺条件、模具结构、使用设备等都要进行充分的考虑。但主要的还是要考虑塑料制品的形状结构、尺寸大小以及由此带来的模具结构问题。如成型零件的结构、顶出方式、排气形式、冷却回路的布置等。2.模具结构复杂且灵活注射模具包括浇注系统、成型零部件、脱模系统、导向系统、冷却系统、排气系统等组成。每一系统都有各自的结构形式,且结构形式由于加工制造方法、加工设备等的不同又有所区别,因此在设计中没有固定的准则,不同的设计人员对同一制品可能有多种结构设计,灵活性很大。因此,针对上述特点反映到模具CAD系统的开发方面,要求系统具有功能丰富、流程复杂、交互性强、用户界面友好等特点。塑料注射模具CAD技术主要从两个方面对模具设计人员提供强有力的帮助:一是模具结构CAD;二是模具CAE。模具结构 CAD 包括模具总体结构方案设计和零部件设计,数控仿真和数控程序的生成,模具装配模拟,零件图和装配图的生成与绘制等方面。1.4 计算机在塑料注射模具设计与制造中的应用塑料注射模具的设计与制造是一个十分复杂的过程。它包括产品的概念设计、模具总体方案设计、模具结构设计、模具零件制造加工、模具装配以及制品生产等多个环节,在模具设计阶段还要进行有关部件的分析模拟与校核。传统的模具设计与制造方法难以全面考虑这些所有的环节。现在,计算机己应用于上述的各个环节。借助于计算机这一强有力的工具和CAD这一先进技术,可以把这些环节有机地结合起来。下面主要论述模具总体方案设计和分析模拟过程中计算机CAD的应用。1.模具总体方案设计阶段该阶段主要是根据塑料制品的要求,考虑成型型腔的数量、镶件的材料、浇注系统、冷却系统、脱模系统以及侧向分型系统的结构形式,选择哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -模架类型、规格以及对注射设备的要求等。模具总体方案设计属概念设计范畴,对整个设计过程和设计结果具有决定性影响。但是,其经验性强,需要考虑多方面的因素和要求。因此,对设计人员的要求高.此外,由于模具结构的复杂性,总体方案的设计往往要经过反复修改,是一个逐步寻优的过程。模具总体方案设计CAD系统,为模具设计人员表达设计构思和反复修改设计方案提供了有效的手段,从而提高了设计结果的合理性和设计效率。人们对模具结构CAD的柔性技术进行了研究,提出了有关装配模型、虚零件和符号零件等不同方案,并开发出一些注射模具总体方案设计的CAD系统。现在,KBS 技术(基于知识的系统,Knowledge-Based System)在模具总体方案设计方面的应用,己成为一个重要的研究课题。这种技术应用知识库中的设计知识,从塑料产品应用需求、所用塑料的特性和工艺特征出发,经过逐步推理得出模具结构的各部分方案,从而得到总体设计方案。模具结构总体方案确定后,通过数控加工模块生成模具零件的数控加工程序,实现了设计 CAI〕与制造 CAM 两个过程的连接,从而加快了模具设计与制造的周期。2.分析模拟对于精密、大型的塑料注射模具,其成型过程是一个复杂的过程。在以往的模具设计中,设计人员的经验起着十分重要的作用。但也经常会进行反复的试模和修模,以不断修整模具的不合理部分。但这样会造成制造周期的延长和模具本身质量的下降。1.5 现代模具技术发展 模具设计是一个多环节的复杂过程,从初始化到最后的装配检测,实质上是将产品的设计信息在生产环节间进行不间断传送与处理并反馈的过程,正确的模具设计方法应该是并行工程的方法,是实现模具 CAD 等各个模具间信息的提取、交换和处理的集成化,必须建立模具集成化的产品信息模型。采用基于特征变量化设计,工程数据库管理系统等技术已成为目前研究的热门。运用计算机辅助设计技术进行实物零件到实物的整个复杂过程称为反演化工程,采用反演化技术,可迅速将事物 CAD 模型化,再利用已有的模具 CAD 系统进行模具设计,具有速度快等优点,同时它使模具设计的流程由传统的开环结构向闭环结构转变:制件----模具设计 ----模具设计----制件同原件进行比较调整,从而建立模具质量保证体系。利用和集成各种计算机技术,网络为通讯手段,协调企业的各种行为以获得好的经济效益为目标来设计产品,模具作为一种特殊的行业无疑要向计算机化方向发展,这是未来模具设计总的发展趋势。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -1.6 新一代模具设计软件技术 新一代模具软件是建立在模具设计实践中归纳总结出来的大量知识上。具有智能化意义 。在智能化软件的支持下, CAD 不在是对传统设计与计算方法的模仿,而是在先进设计理论的指导下,充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验,其设计结果必然具有合理性和先进性 。新一代模具软件以立体的思想,直观的感觉来设计模具结构,所以生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工,在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数据加工过程仿真以及信息流的组织与管理方面已达到相当完善的程度并具有较高的集成化水平。新一代软件已能具有面向装配的功能,因为模具的功能还有通过装配结果才能体现出来,而新一代模具软件可为模具设计人员提供多种途径来建立模具的装配模型。采用南向装配的设计方法后,模具装配不在是几个零件的简单拼装,起数据结构既能描述模具的功能,又可定义模具零部件间相互关系的装配特征,实现零部件的关联,因而能有效地保证模具的质量,目前,车内模具企业中已有相当多的厂家引进了较高档次的CAD/CAM/CAE 系统,诸多软件在中车模具工业中应用。1.7 Pro/ENGINEER软件介绍随着模具技术的发展,涌现出了很多设计和制造模具的优秀的软件。有:CADAM 软件包(Computer-graphics Augmented Design and Manufacturing,计算机图形增强设计与制造) 、CATIA 软件包(Computer-Graphics Aided Three-Dimensional Interactive Applications,计算机辅助三维图形交互应用软件包) 、Autodesk 公司的 AutoCAD 系统、EDS 公司的Unigraphics 系统、PTC 公司的 Pro/ENGINEER 系统。这些软件的出现,使模具的设计和制造过程变的更为方便和快捷。本设计采用的软件是Pro/ENGINEER。Pro/ENGINEER 自 1988 年问世以来,10 年间已成为全世界及中国地区最普及的 3D、 CAD/CAM 系统。Pro/ENGINEER 在今日俨然成为世界 3D CAD/CAM 系统的标准软件,广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。Pro/ENGINEER 可谓是个全方位的 3D 产品开发软件,集合了零件设计、产品组合、模具开发、 NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体。Pro/ENGINEER 是一套由设计至生产的机械自动化软件,是新一代的产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。 哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -1.参数化设计和特征功能 Pro/ENGINEER 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。2. 单一数据库 Pro/ENGINEER 是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。Pro/ENGINEER 具有包括Pro/DESIGN、Pro/MECHANICAL、Pro/MOLDESIGN 等 27 个模块,本设计使用的主要是 Pro/DESIGN、Pro/MOLDESIGN 模块。Pro/MOLDESIGN模块用于设计模具部件和模板组装,它包括如下功能:(1) 采用参照设计模型的方法,自动生成模具型腔几何体。 (2) 对单一、多面类似或者多面不同的型腔,采用 Pro/ENGINEER的组装命令及花样组来定出型腔。 (3) 对复杂的多面/注模,提供 Slider/CAMMED 移动功能。 (4) 用不同的缩减补偿方式,修改造型几何体。 (5) 在模拟过程,采用干扰核查的方法支定度及模似模具开口及 Molding Ejection Sequence. (6) 备有 AC Technology 的 C—Flow/EZ 分析软件,提供空腔冲填及 AIR TRAPPING 模拟、 Front、nba直播,ram 速度、weld 线及流体速度(Flow)。 (7) 直接取得 Pertinent 模具设计工程的信息,包括冲填器皿及型腔表面积等信息。 (8) 可生成模具的特定功能,包括浇口(Sprue)、浇道(Runner)、浇槽(Gates )、冷凝线(cooling line)及分离线)标准化的模具组装及元件。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -第 2 章 注塑零件的设计2.1 材料特性给定材料:尼龙 662.1.1 使用性能 尼龙 66 具有坚韧,耐磨性好,耐疲劳,耐水,抗霉菌,强度高等特点,主要适用于制作一般的机械零件,减磨耐磨零件,传动零件,以及化工、电器、仪表等零件。2.1.2 成型性能1.结晶料,熔点较高,熔融温度范围较窄,熔融状态稳定性差。料温超过 300℃、滞留时间超过 30 分钟时,即会分解;2.较易吸湿,成型前须预热干燥,并应防止再吸湿,含水量不得超过0.3%。吸湿后流动性下降,易出现气泡、 “银丝”等。高精度塑件应经调湿处理;3.流动性好,易溢料,溢边值为 0.02mm 左右。用螺杆式注射机注射时,螺杆应带止回环,宜用自锁式喷嘴,并应加热;4.成型收缩范围和收缩率大,方向性明显,易发生缩孔、凹痕、变形的弊病,成型条件应稳定;5.融料冷却速度对结晶度塑件结构性能有明显的影响,故成型时要严格控制模温,一般按塑件壁厚在 20~90℃范围内选取。料温不宜超过300℃,受热时间不得超过 30 分钟,料温高则收缩大,易出现飞边。注射压力高,易出飞边,收缩减小,方向性强,注射压力低,易发生凹痕、波纹。成型周期的长短视塑件壁厚而定。为了减少缩孔、凹痕、缩孔,宜取低模温,低料温。树脂粘度小时,高压注射及冷却时间取长;6.增大浇道和浇口截面尺寸可改善缩孔及凹痕。2.2 塑料制品结构设计1.件几何形状塑件的几何形状与成型法,模具分型面选择,对塑件是否能够顺利成型和脱模有直接关系。由给定的二维图,利用 Pro/E 软件的实体造型功能进行造型,塑件的形状如下图所示。 哈尔滨理工大学学士学位论文- 7 -图 2-1 塑件视图一图 2-2 塑件视图二2.塑件壁厚的确定塑件壁厚首先决定塑件的使用要求,即强度,结构,重量,电气性能,尺寸稳定性以及装配等各项要求,另外还应尽量使壁厚均匀,避免太薄,否则应会因引起收缩不均塑件变形产生气泡,凹陷等问题。(1) 尼龙加强制品壁厚可以查《塑料注射成型技术》 (金盾出版社)表。尼龙料温 200—300℃注射压力(kgf/m 2)800—2000。模温 40—60℃,壁厚 1.0—4.0mm以上是推荐值,现在文里还有一种确定壁厚的方法。(2) 经验公式计算法δ=(L/100+0.4 )×0.9=(172/100+0.4)×0.9=1.908mm考虑到尼龙冲击强度高,韧性好,再结合实际设计要求, 取壁厚为1.8mm哈尔滨理工大学学士学位论文- 8 -第 3 章 模具设计3.1 塑料的成型工艺特性塑料制件设计视塑料成型方法和塑料品种性能不同而有所差异。本节主要讨论塑料制件品中产量最大的注射成型模具的设计。塑料在常温下是玻璃态,若加热则变为高弹态,进而变为粘流态,从而具有优良的可塑性,可以用许多高生产率的成型方法来制造产品,这样就可以节约原料,节省工时,简化工艺过程,且对工人技术要求低,易于组织大批量生产。塑料制件主要是根据使用要求进行设计,由于塑料有其特殊的物理机械性能,因此设计塑料件是必须充分发挥其性能上的优点,避免或补偿其缺点,在满足使用要求的前提下,塑料件形状应进可能地作到简化模具结构,符合成型工艺特点,在设计塑料件是必须考虑以下几个方面的因素:1. 收缩率塑料从热的模具中取出并冷却到室温后,其尺寸发生变化的特性称为收缩率。成型收缩主要表现在以下四个方面:塑件的线尺寸收缩、收缩方向性、后收缩、后处理收缩。收缩绿用尺寸相对收缩的百分数来表示。由于金属与塑料的线胀系数不同,收缩率分为实际收缩率和计算收缩率。实际收缩率表示模具或塑件在成型温度时的尺寸与塑件在室温时的尺寸之间的差别,而计算收缩率则表示室温时模具尺寸与塑件尺寸的差别。这两种收缩率的计算可按下列公式求得:Q 实 =(a-b)/bх100%Q 计 =(c-b)/bх100%式中 Q 实 为实际收缩率;Q 计 为计算收缩率;A 为模具或塑件在成型温度时的尺寸(mm) ;B 为塑件在室温时的尺寸(mm) ;C 为模具在室温时的尺寸(mm) 。影响收缩率变化的因素主要有以下几个方面:塑料品种、塑件结构、模具结构、成型工艺。2.比体积和压缩率 比体积是单位质量的松散塑料所占的体积,以 cm3/g 计;压缩率是塑料的体积与塑件的体积之比,其值恒大于 1。比体积和压缩率都表示粉状或短纤维状塑料的松散性。它们都可以用来确定模具或注射机加量的大小。哈尔滨理工大学学士学位论文- 9 -3.流动性塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。流动性过大容易造成溢料过多,填充不密实,塑件组织疏松,树脂与填料分头聚积,易粘模而使脱模和清理困难以及过早硬化等缺陷;流动性过小则填充不足,不易成型,成型压力增大。因此选用塑件的流动性必须与塑件要求,成型条件相适应。4.吸湿性、热敏性及挥发物含量 5.结晶性6.应力开裂及熔体破裂 有些塑料在成型时易产生内应力而使塑件质脆易裂,在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。熔体破裂是指一定熔融指数的塑料,在恒定温度下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔体表面发生明显横向裂纹的现象。这两种现象既影响塑件的外观质量,又有损塑件的性能。增加模具的脱模斜度,适当调节模温、料温和注射压力,适当加大喷嘴孔径,减小注射速度都是有效的解决办法3.2 注射机的选择每付模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产,因此模具设计与所用的注射机关系十分密切。在设计模具时,应详细了解注射机的技术规范。才能设计出合乎要求的模具。从模具设计角度出发,首先应了解的技术规范有:注塑机的最大注射量、最大注射应力、最大锁模力、最大成型面积、模具的最大和最小厚度、最大开模行程,以及机床模板安装模具的螺钉孔(或 T 形槽)的位置和尺寸。1.塑件体积的初估(1)塑件体积的计算利 Pro/E 软件中的模型分析功能,计算出单个塑件的体积为 30.14cm3.则塑件的体积为:V1=2×30.14cm3=60.28cm3(2)流道体积的初估V2=3.14×0.6162×6.5×1.2=9.30cm3(其中 1.2 为分流道衬套不规范系数) 哈尔滨理工大学学士学位论文- 10 -(3)注射总体积 V0 的计算V0=V1+V2=60.28+9.30=69.58cm32.注塑机的选择本设计的注塑材料是尼龙 66,由《模具设计与制造简明手册》一书可以得知其工艺参数如下:[温度参数]预热干燥温度:100~110℃料筒温度:245~350℃(后段) 喷嘴温度:170~180℃模具温度:20~90℃后处理温度:90~100℃[压力参数]注射压力:70~120Mpa[速度或时间参数]预热时间:12~16h注射时间:20~90s高压时间:0~5s冷却时间:20~120s总成型周期:50~220s后处理时间:4h根据以上参数,由《模具设计与制造简明手册》表 2-33 做参考,选用 XS-ZY-125 塑料注射机。其主要技术参数如下:注射容量,cm 3:125 螺杆(柱塞)直径,mm:42注射压力,MPa:119 喷嘴球直径, mm:12锁模力,KN:900 拉杆内间距,mm:570×570移模行程,mm:300 最大模具厚度,mm:300最小模具厚度,mm:200 模具定位孔直径,mm:100喷嘴球直径,mm:123. 合模力校核由 XS-ZY-125 的参数,锁模力 F=1000,校核其是否合格。分型面方向最大投影面积A=9.8×17.2×2=337.12cm2哈尔滨理工大学学士学位论文- 11 -最大合模力的计算F=K×A×Q/900=(1.1—1.2)×100.3×2150/900×(25%—50%)

  [f]其中 k 为安全系数取 1.1—1.2a 为最大投影面积 cm2q 为腔内压力其约为 25%—50%的注射压力所以在合模力方面 xs –zy-125 符合要求4. 模具厚度校核所设计的模具厚度设计h 应满足 h min=200mm , h max=300mmh=205mm校核:200〈205〈300此模具在厚度方面已经满足 xs-zy-125 的要求3.3 模具材料的选择现代注塑成型技术必须能以低廉的成本满足高质量的要求,日益提高产品的生产要求。为此,必须控制成型工艺,合理选择注射材料,并根据产品要求控制模具成型尺寸精度及表面质量。由于塑料尺寸精度的高低,要求模具必须按相应的精度或更高的精度进行制造。模具在制造过程中,必须能承受巨大的注射压力进而可靠地完成重复动作,同时使模具的工作寿命尽可能的高,以补偿一次性的巨额投资。模具的可靠性及使用寿命除与内部结构设计,使用过程中的保养关系外,主要取决于模具所选用的材料、热处理方法及制造的加工方法。合金钢最适合用来做模具,目前国内常用的塑料模具材料是 45 钢,50钢和 55 号钢,通常使用的是 45 钢,这种材料不但能够满足模具工作的要求,而且价格低廉,易于购买。而镶块或型腔嵌件有时也用其他的材料。注射模具通常由几个部分组成,这些部件在模具内有各自的功能,因而在选材和热处理方面有各自的要求,我们主要讨论选材方面。1.型腔、型芯材料的选择主要性能要求:除了要求有较强的耐磨性以外,还要有较高的强度,在加工某些材料时,还要求有较好的热应性或耐蚀性。此外,由于制件的形状、大小、精度和批量各不相同,因此模具中同类的零件也应该根据具体情况选材。综合本设计要求,选材为:55 钢其热处理方法为淬火加低温回火且 hrc≥55 。2.导柱、导套材料的选择主要性能要求:较高的硬度和耐磨性。中心有一定的韧性。哈尔滨理工大学学士学位论文- 12 -导柱材料:20mn2b 热处理方法:渗碳 hrc≥55 导套材料:20mn2b 热处理方法:渗碳 hrc 大于导柱。3.浇口套的材料选择主要性能要求:表面耐磨,有时还需要耐腐蚀性和热硬性。浇口套材料:t8a 热处理方法:淬火加低温回火 hrc≥554.顶出杆、拉料杆的材料及要求主要性能要求:一定的强度及耐磨性顶出杆材料:45 钢 热处理方法:端部淬火 hrc≥555.各种模板、顶出板、 固定板、 模脚等材料的选择及要求主要性能要求:一定的强度。 材料:45 钢 热处理方法:调质处理。 hb≥2006.螺栓、螺钉、定位环等材料的选择及要求主要性能要求:一般强度 材料:钢 453.4 模具加工工艺模具是生产塑料制品必需的设备,模具质量的优劣,直接影响到产品的质量,因此,正确设计和制造模具,是保证产品质量的关键之一。模具由许多零件组成,从制造来看,这些零件可以分为三类:标准件、通用件和专用件。1.型腔的加工方法(1)用通用机床加工 由于通用机床不适宜加工成型表面,因此主要依靠技工的技术用手工的方法来辅助加工,生产率很低,成本很高,质量也不易保证。(2)用专用切削机床加工 主要是仿型铣床。由于此类机床价格高,结构较复杂,难以普遍采用。(3)采用型腔加工新工艺 由于型腔加工的重要性和困难性,因此很久以来人们就想了各种方法解决,至今已有了很多较为适用的型腔加工新工艺。它们的出现,使型腔加工的周期大为缩短,成本也相应下降。现在我国各专业模具都已采用新工艺作为制造模具的重要手段。目前比较重要的型腔加工新工艺有冷挤压加工、电火花加工、精密铸造和低压铸造等。这些方法都具有其优点和各自的情况来考虑。2.冷挤压型腔冷挤压成型,使在室温条件下,利用装在压力机上的冲头(凸模),以很大的压力(挤压钢时可达 200kg/mm2 以上)挤入模胚,使模胚产生塑性变形,从而形成和冲头的形状及大小一致的凹穴,在经过适当的切削哈尔滨理工大学学士学位论文- 13 -力修整,使成为所需的型腔,该工艺有如下优点(1)生产效率高 尤其是多腔的情况。(2)精度和光洁度高 精度可达三级或更高,光洁度可达 9-10,有凸模的精度和光洁度来决定。(3)冷挤压可使模坯的金属组织更加紧密,硬度和耐磨性亦有所提高。3.电火花加工模具型腔的电火花加工,也称电脉冲加工,也已用工件和工具电极(以下简称电极)之间产生约一万度的高温,使该点的金属熔化,气化而被蚀去,在大量的火花放电情况下,就会不断地蚀去金属,最终形成所需形状的型腔。电火花加工是在四十年代中期发明的,由于它具有温度高区域小等特点,因此可以对任何高熔点或高硬度合金进行尺寸加工,电火花加工不同于切削加工,切削加工时刀具的硬度必须大于工件的硬度,而且由于切削力较大,所以刀具本身必须具有一定的强度及刚度。而电火花加工时基本上不存在什么“切削力” ,因此,惦记的硬度可以大大低于工件。电火花加工模具的方法的发展,给模具设计和制造带来了极大的方便,主要有以下三方面:(1)过去由于切削加工的限制,某些形状的型腔需要将整体模分组再合模,现在可以整体制造,从而方便了加工而且有利于模具强度和刚度的提高。(2)由于电火花加工不受材料的强度和硬度的影响,所以模胚可以先淬火后加工以避免淬火变形对型腔尺寸和形状的影响。比用机,钳加工可以提高生产率,降低技术,并减少了对熟练技工的需要。3.5 注射模具设计注射模可分为动模和定模两大部分,注射时动模和定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模和定模分离,取出塑件。定模安装在注射机固定模板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。注射模的总体功能结构分为:(1)成型部分—做为塑件的几何边界,包容塑件,完成塑件的结构尺寸等的成型。(2)浇注系统—将注射机喷嘴过来的熔融塑料过度到型腔中,起了输送管道的作用。(3)排气系统—充模时,排除熔料进入后模腔中多余的气体或料流端的冷料等。(4)温度调节系统—控制模具的温度,使熔融塑料在充满模腔后迅速哈尔滨理工大学学士学位论文- 14 -可靠定型。对于不同的塑料和塑件,温度调节的方法不一样,在本例中,不设计该系统。(5)脱模机构—把模腔中定型后的塑件 从模具中脱分并取出的部件。(6)模体(模架)—是整个模具的主骨架,通过它将模具的各个部分有机的结合在一起,并在使用时,通过它与注射机联系在一起。3.5.1 成型零件结构设计3.5.1.1 分型面的确定选择模具分型面应考虑以下基本原则:1. 塑件质量考虑(1)确保塑件尺寸精度选择分型面的时,应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。由于本塑件相对高度较小,而且自身有斜度,所以选底面为分型面。(2)确保塑件表面要求分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求,而且分型面处所产生的飞边应容易修整加工。2. 注射机技术规格考虑 (1)锁模力考虑尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大注射面积时, 有产生溢料的可能。(2)模板间距考虑本塑件高度仅有 12mm,远远小于注射机移模行程,因此不用过多考虑模板间距。3.模具结构考虑(1) 简化脱模部位为便于塑件脱模,应是塑件在开模时尽可能留于动模部分(2) 方便浇注系统的布置(3) 便于排溢,有利于气体的排出,分型面尽量与料流的末端重合,即零件的上表面。(4) 模具整体结构简化,尽量减少分型面数目,尽量采用平直分型面。4. 模具制造难易性考虑此次设计的通风盖板的外形较简单, 模具制造相对比较容易。本设计完全是在 pro/engineer 环境下设计的,下面我就本设计中的难点—型腔设计做详细讲解。哈尔滨理工大学学士学位论文- 15 -3.5.1.2 靠破孔填补利用靠破孔填补的方法,将塑件上的两小孔填补上,并使利用合并工具把零件表面合并成一个完整的面。点选 图标,选择零件,单击确定打开。如图 3-1 所示。图 3-1 塑件通过自定义建立曲线 ,利用混合 ,功能将原零件上两孔补满并通过合并工具 将其表面合并成为一体。如图 3-2 所示。图 3-2 补孔与合并3.5.1.3 切口的生成生成切口,以便在后面型腔生成过程中能将塑件从模具型腔中切除。单击 图标,弹出如图 3-3 所示,在类型中选取组件,点选取消缺省模板,单击确定,弹出图 4-4,如图选取,单击确定。哈尔滨理工大学学士学位论文- 16 -图 3-3 新建图 3-4 新文件选项单击 图标,选择零件,弹出元件放置菜单,如图 3-5,单击 缺省,完成零件的放置。单击 图标,弹出图 3-6 元件创建菜单,确定后弹出 3-7 创建选项,如图选取确定。哈尔滨理工大学学士学位论文- 17 -图 3-5 元件放置图 3-6 元件创建图 3-7 创建选项哈尔滨理工大学学士学位论文- 18 -再次单击 图标,选择相同零件,在放置菜单里定义两个零件的相对位置。单击 拉伸成毛坯如图 3-8。图 3-8 毛坯激活毛坯→插入→数据共享→切出,左键选取零件→再全取毛坯→确定→创建切口成功。3.5.1.4 型芯及动定模板的生成1.型芯的生成逐个选中红色的零件边界→编辑→延伸到面→选中终止面→确定。结果如图 3-9 所示图 3-9 边界延伸哈尔滨理工大学学士学位论文- 19 -选中分模面分别对型芯和腔体进行编辑→实体化操作生成型芯和腔体。如图 3-10 和图 3-11.图 3-10 型芯图 3-11 腔体2.动、定模板的生成单击 选择腔体上表面或下表面做参考平面,在腔体上创建一个基准面,基准面将腔体平均分成上下两部分。如图 3-12。哈尔滨理工大学学士学位论文- 20 -图 3-12 创建一个基准面以前个步骤所建基准面为基准分别减切上部分和下部分,生成动模板和定模板。如图 3-13、3-14。图 3-13 下模板图 3-14 定模板哈尔滨理工大学学士学位论文- 21 -3.动、定模板的最终生成分别在动、定模板上进行导孔,螺纹孔,销孔等设计。如图 3-15、3-16。图 3-15 动模板图 3-16 定模板3.5.1.5 凹模结构设计凹模是成型塑件外型的主要部分。整体方式强度,刚度好,结构简单。哈尔滨理工大学学士学位论文- 22 -而镶拼式凹模的刚性不如整体式凹模,且易在塑件表面留下镶拼线痕迹,而且模具的结构复杂。而且该塑件结构复杂,采用镶拼组合方式的凹模会使模具的结构复杂,而且影响模具的刚度及塑件的成型质量,所以采用整体式凹模牢固可靠,不易变形,简化了模具的结构,成型的塑件质量较好。凹模的结构如图 3-15 所示。图 3-17 凹模3.5.1.6 凸模结构设计凸模是成型塑件内形的成型零件。原理同凹模设计,为了简化模具制造工艺,是模具维修,更换方便,凸采用镶块的方式设计,在动模板上镶上两个型芯。凸模的结构如图 3-16 所示。图 3-18 凸模3.5.1.7 型腔壁厚计算塑料模具要求既不允许强度不足而发生明显变形,甚至破坏,也不允哈尔滨理工大学学士学位论文- 23 -许因刚度不足而发生过大变形,因此要求对强度和刚度加以合理考虑。在注射成型过程中,型腔所受的力有塑料熔体的压力,合模时的压力,开模时的拉力等,其中最主要的是塑料熔体的压力。在塑料熔体压力作用下,型腔将产生内应力及变形。若型腔侧壁和底壁厚度不够,当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时,型腔即发生强度破坏。与此同时,刚度不足则发生过大的弹性变形,从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度,也可能导致脱模困难等。但是,理论分析和时间证明,模具对强度及刚度的要求并非同时兼顾。对大尺寸型腔,刚度不足是主要问题,刚度的计算的条件则由于模具特殊性,可以从以下几个方面加以考虑:1.要防止溢料模具型腔的某些配合面当高压塑料熔体注入时,会产生足以溢料的间隙。为了使型腔不致因模具弹性变形而发生溢料,此时应根据不同塑料最大不溢料间隙来确定其刚度条件。对于尼龙 66 这种中等黏度塑料,最大不溢料间隙为 0.02mm2.应保证塑件精度塑件均有尺寸要求,这就要求模具型腔具有很好的刚性,即塑料注入时不产生过大的弹性变形。最大弹性变形值可取塑件允许公差的 1/5,该塑件的公差为 0.5mm,因此允许弹性变形量为 0.1mm.3.要有利于脱模当变形量大于塑件冷却收缩值时,塑件的周边将被型腔紧紧包住而难以脱模,强制顶出则易使塑件划伤或损坏,因此型腔允许弹性变形量应小于塑件的收缩值。但是,一般说来塑料的收缩率较大,因此型腔的变形量总是小于塑件的收缩值,所以能满足本项要求。3.5.2 浇注系统设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道,其有主流道,分流道,浇口及冷料穴组成.3.5.2.1 主流道结构设计主流道是指从注射机喷嘴与模具接触的部位起,到分流道为止的这一段。熔融塑料首先经过主流道,主流道的断面形状常为圆形。主流道的截面积过小,塑料在流动的过程中冷却面积相对增加,热量损失大,黏度增加,流动性降低,成型压力损失大,造成成型困难;如主流道截面面积过大,会使流道容积增大,塑料耗量增多,而且会使塑料流动过程中压力减弱,冷却时间延长,容易产生紊流或涡流,使塑件产生气孔,影响塑件质量。为了便于凝料从主流道中拔出,主流道设计成圆锥形,其半锥角α=2~6 ○ 内壁必须光滑,表面粗糙度应在 ra1.6~ra 0.8μm,取 ra1.6.其小哈尔滨理工大学学士学位论文- 24 -端直径 r=r+(0.5~1)mm,通常取 4~8mm.主流道大端应呈圆角,其半径常取 r=1~ 3mm,减小料流转向时的阻力.浇口套的一端常设计成带凸台的圆盘,高度为 5~10mm,并与注射机的固定模板的定位孔间隙配合,衬套的球形凹坑深度常取 3~5mm。在保证塑件成型良好的前提下,主流道的长度尽量短,否则将会使主流道凝料增多,塑料损耗量大,且增加压力损失,使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度小于或等于 60mm。浇口套的设计如下图 3-17 所示。图 3-19 浇口套3.5.2.2 浇口设计1. 浇口又称进料口或内流道。本例采用扇型浇口。 它是从流道到型腔方向的宽度逐渐增加呈扇型的侧浇口。它适用于长条或扁平而薄的塑料件。因熔融的塑料横向分散进入模具型腔,减少了流纹和定向效应。如图 3-18、3-19。 图 3-20 浇口二维图 图 3-2 浇口三维图哈尔滨理工大学学士学位论文

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