熱水器水管支架塑料模具設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】
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任 務(wù) 書院(系): 專業(yè): 班 級: 學生: 學號: 1、 畢業(yè)論文課題 汽車后視鏡罩注塑模設(shè)計 2、 畢業(yè)論文工作自 20xx 年 3 月 12 日起至 20xx 年 6 月 15 日止三、畢業(yè)設(shè)計進行地點 學院 四、畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容要求:畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容 1、已知條件: 熱水器水管支架實物 (1)材料:PP,要求表面質(zhì)量好(2)生產(chǎn)批量:中批量 2、設(shè)計要求: (1)按要求寫出開題報告; (2)結(jié)合設(shè)計課題到工廠進行畢業(yè)實習; (3)收集國內(nèi)外有關(guān)情報資料,查閱有關(guān)文獻資料15篇以上。(4)檢索與閱讀與設(shè)計題目相關(guān)的外文資料,并書面翻譯3篇(不少于1.0萬字)外文資料。 (5)在分析、計算、選擇和設(shè)計的基礎(chǔ)上編寫出不少于2萬字的設(shè)計計算說明書(含文獻綜述); (6)繪制熱水器水管支架產(chǎn)品2D和3D圖; (7)設(shè)計出熱水器水管支架注塑模的裝配圖和主要的零件圖; (8)用Pro/E進行分模,并進行開模動作模擬仿真;(9)繪制工程圖折合A0號幅面的圖紙不少于3張;(10)準備和參加畢業(yè)答辯。 3、工作進度: (1)查閱設(shè)計資料、寫出開題報告(1周); (2)結(jié)合設(shè)計課題進行畢業(yè)實習(調(diào)研),并寫出60008000字的文獻綜述;(1周); (3)外文翻譯(0.5周); (4)繪制塑料熱水器水管支架產(chǎn)品2D、3D圖和模具方案設(shè)計(1周); (5)草圖設(shè)計(1周); (6)工作圖設(shè)計(含裝配圖和零件圖)(4周); (7)模具分模及開模動作仿真(1.5周);(8)整理設(shè)計計算說明書(1.5周); (9)修改設(shè)計(0.5周); (10)準備和參加畢業(yè)答辯(0.5周)。 4、主要參考資料: 1上海模具技術(shù)協(xié)會著.塑料技術(shù)標準大全.M.杭州:浙江科學技術(shù)出版社,1990. 2王孝培主編.塑料成型工藝及模具簡明手冊.M.北京:機械工業(yè)出版社,2000. 3黨根茂主編.模具設(shè)計與制造.M.西安:西安電子科技大學出版社,1997. 4陳萬林等主編.實用塑料注射模具設(shè)計與制造.M.北京:機械工業(yè)出版社,2002. 5賈潤禮等主編.實用注塑模設(shè)計手冊. M.北京:中國輕工業(yè)出版社,2002. 6(德)E林納主編.注射成型模具設(shè)計108例. M.北京:輕工業(yè)出版社,2001. 7徐佩弦編著.塑料制品與模具設(shè)計. M.北京:中國輕工業(yè)出版社,2001年. 8詹友剛編著.Pro/ENGINEER中文野火版2.0基礎(chǔ)教程. M.北京:清華大學出版社,2005.3. 9曹巖主編.Pro/ENGINEER wildfire產(chǎn)品設(shè)計實例精解.M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.9 10佟河亭主編.Pro/ENGINEER wildfire中文版習題精解.M.北京:人民郵電出版社,2006.4. 11張祥杰.Pro/ ENGINEER wildfire模具設(shè)計M.北京:中國鐵道出版社,2002. 12 黃曉燕.模具CAD/CAM實用教程Pro/ENGINEER軟件M. 北京:清華大學出版社,2004年.13 二代龍震工作室主編.Pro/MOLDESIGN Wildfire 2.0 模具設(shè)計.北京:電子工業(yè)出版社.2005.2 14 何滿才主編. 模具設(shè)計 Pro/ENGINEER Wildfire 中文版實例詳解.北京:人民郵電出版社.2005.1 15 關(guān)興舉主編. Pro/ENGINEER 塑料模具設(shè)計.北京:人民郵電出版社.2006.216余強主編.Pro/E模具設(shè)計基礎(chǔ)教程,北京:清華大學出版社.2005.917林清安主編 Pro/ENGINEER Wildfire 2.0模具設(shè)計北京:電子工業(yè)出版社2005.4 指導教師 接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)開始執(zhí)行日期 年 月 日學生簽名 附件一 英文文獻翻譯譯文: 1. 三維注射成型流動模擬的研究 摘要:大多數(shù)注射成型制品都是具有復雜的幾何輪廓和厚壁或薄壁的制品。這種三維仿真模型將比兩維半模型具有更精確的填充過程。本文介紹了一種基于三維模型的注射成型流動模擬的數(shù)學模型和數(shù)值實現(xiàn),把速度和壓力同次插值方法成功地應用到三維注塑模擬的計算中,從離散的動量方程中找出壓力和速度的關(guān)系,然后迭代到連續(xù)性方程中得到壓力方程。用三維控制體積法追蹤流動前沿,并通過算例分析來說明三維模型的有效性。關(guān)鍵詞:三維模型 等序插值法 模擬 注塑成型1 引言在注塑成型的過程中,聚合物熔化的流變反應隨著流動前沿的方向大多是非牛頓流體和非等溫的。由于這些內(nèi)在的因素,分析它的填充過程是很困難的,因此通常進行簡易處理。例如在中面流和雙面流技術(shù)中,由于大多數(shù)注塑成型的零件都是薄壁卻有復雜的形狀的特征,當分析流動性而厚度方向的速度和壓力變化被忽略時,通常使用HeleShaw流動簡化。因此這兩種技術(shù)都是兩維的填充模型,用這種方法填充一個模型的型腔就變成了流動方向的二維問題和厚度方向的一維分析。 但由于采用了簡化假設(shè),它產(chǎn)生的信息是有限的、不完整的。除了用有限差分法求解溫度在壁厚方向的差異外,基本上沒有考慮物理量在厚度方向上的變化 。隨著塑料成型技術(shù)的發(fā)展,注塑成型零件將具有越來越復雜的形狀,其壁的厚度的多樣性將變得越來越顯著,因此在厚度方向變化的物理量就不能被忽視。此外,熔體在型腔的表面流動模擬看起來不真實,僅當這些流動模擬出現(xiàn)在成型型腔時它的真實性才更加明顯。三維流動模型已經(jīng)是研究方向而且在塑料注塑成型模擬方面將是個熱點。在三維流動模型中,熔體在厚度方向的速度分量不再被忽略,熔體的壓力沿厚度方向變化,并且在分解三維實體制品方面通常使用有限元分析。通過有限元計算,可以獲得完整的數(shù)據(jù)(不僅獲得實體制品表面的流動數(shù)據(jù),還獲得實體內(nèi)部完整的流動數(shù)據(jù)。)。因此,對于薄壁制品,三維流動模擬能夠產(chǎn)生更加詳細的關(guān)于流動特征的信息和應力分布;對于如在氣體輔助成型中遇到的有厚壁區(qū)域的制品,三維流動模擬能更加準確地預測其充填行為。許多在二維模型中不能預測的充模過程中的流動行為,如熔體前沿的流動形態(tài)和推進方式,即“噴泉”效應在三維流動模擬技術(shù)中都可以得到很好的體現(xiàn)。本文提出了一種三維有限元模型來預測模擬塑料熔體的充模流動,把速度和壓力同次插值方法成功地應用到三維注塑模擬的計算中,從離散的動量方程中找出壓力和速度的關(guān)系,然后代到連續(xù)性方程得到壓力方程。用三維控制體積法追蹤流動前沿,并通過算例來說明該三維模型的有效性。2 控制方程 充模過程中熔體壓力不是很高,且合理的模具結(jié)構(gòu)可以避免過壓現(xiàn)象,因此設(shè)熔體為未壓縮流體。由于熔體粘性較大,相對于粘度剪切應力而言 ,慣性力和質(zhì)量力都很小,可忽略不計。 經(jīng)過簡化和假設(shè),控制方程的直角分量形式分別為: 動量方程:連續(xù)性方程:能量方程:式中:x, y, z三維坐標;u, v, w分別表示x, y, z方向的速度;熔體密度; P壓力;T溫度;熔體粘度粘度模型采用 Cross模型 式中:n非牛頓指數(shù);剪切速率;材料常數(shù);0零剪切粘度由于在充模過程中,熔體的溫度變化范圍不大,因此0采用 Arrhenius型表達式: 式中:B,Tb, 材料常數(shù)。3 數(shù)值模擬方法 3.1 壓力 速度關(guān)系 三維有限元模型由于沒作 Hele-Shaw流動簡化,其數(shù)值處理方法和二維模型有很大不同。在三維模型中,用三維立體單元離散制品空間,采用速度和壓力同次插值和迦遼金法來離散控制方程 ,用三維控制體積法追蹤流動前沿。由于三維模型考慮了厚度方向物理量的變化,其動量方程比二維模型復雜得多,不可能像二維模型那樣直接通過在厚度方向上的積分得到速度和壓力的關(guān)系,需要首先對動量方程進行離散,從中找出壓力和速度的關(guān)系。本文采用壓力、速度雙線形插值,用 Galerkin法對動量方程離散,經(jīng)逐個單元組裝后得到節(jié)點速度和壓力的關(guān)系如下:其中,虛擬速度定義為:節(jié)點上的壓力系數(shù)定義為: (3)式中分別表示在 x,y,z 方向的總體速度系數(shù)矩陣分別表示節(jié)點在 x,y, z 方向的壓力系數(shù),其值利用式(3)在整個計算域內(nèi)積分,由各單元的貢獻值組裝而得到 Ni單元插值函數(shù);i總體節(jié)點號;j每個節(jié)點所有領(lǐng)接節(jié)點的數(shù)量3.2 壓力方程 把連續(xù)方程式(1d)用 Galerkin法離散后,把速度方程式(2)代入,整理后得到離散的單元壓力方程: 把單元剛度矩陣用常規(guī)的方法在整個計算域內(nèi)組裝就得到整體壓力方程。3.3 邊界條件在模壁上采用無滑移邊界條件: 在澆口處:u=v=w=給定;3.4 速度修正 求解壓力方程,得到壓力場。但從動量方程求解得到的速度場并不滿足連續(xù)性條件,因此,要按下式用所求得的壓力場去修正當前得到的速度場。 上述壓力、速度方程采用松弛迭代求解。整個求解過程如圖1所示。 3.5 流動前沿位置的確定 熔體在模腔內(nèi)的流動是非穩(wěn)態(tài)的過程,熔體前沿位置隨時間變化。像二維模型一樣,本文沿用 FAN (Flow Analysis Network) J的思路,采用控制體積法來跟蹤熔體每一時刻的前沿位置。但三維控制體積是一個空間體積,比二維控制體積復雜得多,三維控制體積的劃分必須保證各節(jié)點的控制體積完全充滿制品空間,不能有空洞和縫隙。圖2是三維控制體積的形態(tài)圖,箭頭處為制品表面。 (a)制品內(nèi)部節(jié)點的控制體積 (b)制品邊界節(jié)點的控制體積 圖2 三維控制體積4 結(jié)果和討論算例的型腔如圖 3(a)所示。注射材料為 Kumbo生產(chǎn)的AKS780,對應于五參數(shù) Cross模型中的( n,B,Tb,)粘度參數(shù)為 (02 638,451510 Pa, 313 198 043107 Pas,112 23610 K,0 Pa )。 注射溫度為 250,模具溫度為 45,制品的三維有限元網(wǎng)格如圖3(b)所示。(a) 制品尺寸 (b) 立體網(wǎng)格劃分圖3 示例制品“噴泉”效應也是充模流動時的一個典型現(xiàn)象。當熔體以較快的速度注入一個相對較冷的模具中,熔體和型腔壁接觸后,由于傳導冷卻效應,實際上在型腔壁處就形成固體層 ,靠近型腔壁處的熔體剪切應力增加,而中部剪切應力為零,于是靠近型腔壁處熔體流動方向開始向模壁偏轉(zhuǎn)。又由于中部熔體流動速度比沿壁厚度方向上的平均速度快,不斷沖破熔體前沿由于降溫而形成的前沿膜并形成新的前沿膜。因此,此時流體前端呈噴泉狀,后面則以片狀流動在固體層下面通過。圖4(a)是示例制品在幾個充填時刻流動前沿的形狀,實驗結(jié)果和這種理論相符合。相反,如圖4(b)所示兩維半模型的流動前沿形狀不會出現(xiàn)這種“噴泉”效應。 (a) 三維流動前沿的形狀 (b) 兩維半流動前沿的形狀 圖4 三維模型流動前沿形狀(a)和兩維半模型流動前沿形狀(b)的比較圖5所示的幾個充填時刻流動前沿形狀的比較。它所示的當前模型的流動前沿形狀的效果比充填模型的好。如圖6所示的是和充填模型的流動前沿形狀相比較的片門壓力圖,它所示的當前模型的片門壓力和充填模型的相一致。產(chǎn)生這種偏差的主要原因是在處理模型和材料參數(shù)的差異。圖 6 當前三維模型的片門壓力值(虛線)和充填模型的片門壓力值(實線)的比較 圖 5 當前三維模型流動前沿形狀(a)和充填模型流動前沿形狀(b)的比較5 結(jié)論 三維有限元模型代表一個理論模型和數(shù)值模擬填充過程的實現(xiàn)。通過三維實體制品實例來測試他的有效性。在未來塑料注塑成型模擬方面三維模型的注射成型流動模擬是一個發(fā)展的方向,盡管在目前廣泛使用三維模型的注射成型流動模擬需要很長的時間,但是隨著計算機硬件的發(fā)展以及仿真技術(shù)的改進,這種三維模型的技術(shù)將會得到廣泛地應用。參考文獻1 Li DequnNew progress of flow simulation for plastic injection moldingChina International Forum on Die & Mould Technology,2002,(5):4748 2 Hiebert C, Shen SA Finite-elementfinite-difference simulation of injection molding filling processJ Non-Newtonian Fluid Mech7.1(1 980) 3 Prakash CPatankar S V A control volumebased finiteelement method for solving the navier-stokes equations using equal-order velocity-pressure interpolation. Numerical Heat Transfer,1985,(8):259280 4 James G RICE,Rim J SCHNIPEAn equal-order velocitypressure formulation that does not exhibit spurious pressure modesComputer Methods in Applied Mechanics and Engineering,1986(58):135149 5 Hieber C ACh. 1 in injection and compression molding fundamentals,A1.1sayev,ed,Marcel Dekker,New York,l987 6 Tadmor Z,Broyer E,Gutfinger CFlow an analysis method for solving flow Problems in polymer processing Polymer Engineering and Science,1974(14):660665 學號: 畢業(yè)設(shè)計說明書熱水器水管支架塑料模具設(shè)計Water heater pipe of a bicycle plastic mold design 學院 專業(yè) 班級 學生 指導教師(職稱) 完成時間 20xx 年 3 月 12 日至 20xx 年 6 月 15 日開題報告題目熱水器水管支架塑料模具設(shè)計院 (系)專業(yè)年級學號姓名指導教師 20xx年 3 月 12 日畢業(yè)設(shè)計開題報告題目熱水器水管支架塑料模具設(shè)計時間本課題的目的意義(含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析)畢業(yè)設(shè)計是整個教學的重要主成部分,是對學生的全面考核,是學生綜合訓練必不可少的教學內(nèi)容。該課題涉及的內(nèi)容比較多, 可以使學生所學的專業(yè)知識緊密結(jié)合,更加清楚地了解和掌握模具設(shè)計的工作原理,結(jié)構(gòu)過程.初步掌握模具設(shè)計的一般步驟和工藝過程. 通過設(shè)計能熟練的運用設(shè)計資料,如國家相關(guān)部門所頒發(fā)的標準、手冊、圖冊、規(guī)范等,培養(yǎng)獨立工作的能力。該課題比較抽象,需要學生去動腦想象和構(gòu)造具體構(gòu)。設(shè)計(論文)的基本條件及設(shè)計(論文)依據(jù)模具結(jié)構(gòu)形式 澆口種類:直澆口流道: 普通流道 頂出方式:推桿頂出制品精度:4級設(shè)計參考文獻:1塑料模設(shè)計手冊(第二版) 機械工業(yè)出版社2塑料成型加工與模具 黃虹編 化學工業(yè)出版社3塑料制品與模具設(shè)計 徐佩弦編 中國輕工業(yè)出版社本課題的主要內(nèi)容、重點解決的問題主要內(nèi)容:(1)塑料制品外購、結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇;(2)成型模具的結(jié)構(gòu)形式及注塑機選擇;(3)成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計:動、定模型腔尺寸的計算和布置;(4)模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算:頂出機構(gòu)、抽芯機構(gòu)、加熱、冷卻、澆注、排氣系統(tǒng)等尺寸的計算與布置;(5)繪制注射模裝配圖及其零件圖(繪制圖總量折合A0號圖紙不少于3張); (6)在分析、計算、選擇和設(shè)計的基礎(chǔ)上編寫出不少于2萬字的設(shè)計計算說明書(含文獻綜述);本課題欲達到的目的或預期研究的結(jié)果通過這次的設(shè)計,希望能使我們更好的掌握本專業(yè)的專業(yè)知識和技術(shù),能更清楚具設(shè)計要求和技巧,具體結(jié)構(gòu)和工作原理.同時也希望我們能更好的把書本的知識和實際操作融合在一起.為即將面臨的工作打下牢固的基礎(chǔ).計 劃 進 度時 間工 作 內(nèi) 容備 注3.223.263.294.24.54.94.124.164.194.234.265.145.175.285.316.46.76.11查閱、收集國內(nèi)外與課題有關(guān)文獻資料并寫出文獻綜述。寫出畢業(yè)設(shè)計開題報告,與導師進行設(shè)計思想交流。檢索與閱讀與設(shè)計題目相關(guān)的外文資料,并準備與本設(shè)計所用的工具書。畫出設(shè)計零件的2D及3D圖。初步確定設(shè)計方案,畫出草圖和主要設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)的確定。用Pro/E進行分模。繪制模具總裝配圖和主要零件圖。編寫設(shè)計(論文)說明書修改與完善、打印、裝訂、裝袋答辯前準備,答辯指導教師意見 指導教師簽名: 年 月 日專業(yè)教研室意見 教研室主任簽名: 年 月 日文獻綜述學院(系) 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的工藝裝備之一,也是發(fā)展工業(yè)的基礎(chǔ)。模具是成形金屬、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等制件的基礎(chǔ)工藝裝備,是工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展和實現(xiàn)少無切屑加工技術(shù)不可缺少的工具。模具是一種高效率的工藝設(shè)備,用模具進行各種材料的成型,可實現(xiàn)高速度的大批量生產(chǎn),并能在大量生產(chǎn)條件下穩(wěn)定的保證制件的質(zhì)量、節(jié)約原材料。因此,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,模具的應用日益廣泛,是當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高,在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。一、模具加工制造的方法 將金屬材料加工成模具的方法,主要有機械加工、特種加工、塑性加工、鑄造和焊接等。1、機械加工機械加工(即傳統(tǒng)的切削與磨削加工)是模具制造不可缺少的一種重要的加工方法,即使是用其他加工方法制造模具,也需要用切削或磨削加工來完成某些工作。例如模架加工、模坯加工、模具型面加工以及孔類加工等。機械加工的明顯特點是加工精度高、生產(chǎn)效率高,而且用相同的機床和工具可以加工出各種形狀和尺寸的工件。但是,用機械加工方法加工復雜的形狀時,其加工速度很慢,硬的材料也難于加工;材料的利用率不高;而且還要求有熟練的操作工人。盡管如此,在模具制造過程中機械加工仍然是主要的加工手段。2、特種加工特種加工是有別于傳統(tǒng)機械加工方法的非傳統(tǒng)加工方法,也稱電加工。從廣義上來說,特種加工是指那些不需要用比工件更硬的工具,也不需要在加工過程中施加明顯的機械力,而是直接利用電能、化學能、聲能、光能等來除去工件上的多余部分,以達到一定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法,其中包括電火花成形加工、電火花線切割加工、電解加工、電化學拋光、電解磨削、電鑄、化學蝕刻、超聲波加工、激光加工等。 特種加工相對于傳統(tǒng)的機械加工,有如下特點: 1)加工情況與工件的硬度無關(guān),可以實現(xiàn)以柔克剛。 2)工具與工件一般不接觸,加工過程不必施加明顯的機械力。 3)可加工各種復雜形狀的零件。 4)易于實現(xiàn)加工過程自動化。正因為特種加工有上述這些可貴的特點,所以特種加工在模具制造中得到越來越廣泛的應用,并成為模具加工中的一種重要方法。3、塑性加工塑性加工主要是冷擠壓制模法,即將淬火過的成形模(原陽模)強有力地壓入未進行硬化處理的模坯(鋼或其他軟質(zhì)材料)內(nèi),使原陽模的形狀復印在被壓的模坯上,制成所需要的模具。 冷擠壓制模法所成形的模具完全不需要將型面進行精加工,它制模速度快、省料,可以制成各種復雜型面的模具,且形狀精確,利于用一套原模制作多副相同模具。這種制模法一定要事先制作一個成形的原陽模,而且壓制后的模具在淬火時會引起變形。4、鑄造對于一些精度和使用壽命要求不高的模具,人們往往會用簡單方便的鑄造法快速制成。1)鑄鐵 像加工汽車外殼等大件且不規(guī)則形狀的模具,一般都用鑄造方法制成。 鑄鐵模在制造上的優(yōu)點是,可以很容易鑄出復雜的形狀,尺寸不受限制,便于進行機械加工,而且價格低,潤滑性好,膠著少。它的缺點是耐磨性差,精度差。2)鋅基合金 鋅基合金是一 種用鑄造法制造簡易模具的典型材料,其熔點低,可鑄性好,所以鑄造精度相對較高,而且還具有軟鋼那樣的強度、耐磨性和潤滑性。用低熔點材料鋅基合金鑄造模具,也我快速制模法,其制模速度快,制成形狀復雜的模具,但模具的材質(zhì)較軟,耐熱性差,所以模具壽命短,多用于試制和小批量生產(chǎn)的場合。3)合成樹脂 鑄造法制模也有用合成樹脂的,主要有酚醛樹脂、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等。合成樹脂模的優(yōu)點是容易快速制模,輕而無銹,復制和維修都比較簡單。但耐磨性差,遇熱變形大,且強度不高、易疲勞老化。5、焊接焊接法制模是將分散加工好的模塊焊接在一起,形成所需的模具。這種制模方法與整體加工相比,加工簡單、快速、省料、尺寸大小不受限制。但精度難以保證,易殘留熱應變及內(nèi)部應力,承受沖擊的能力差。主要用于精度要求不高的大型模具的制造,或者用于模具的修復。二、模具加工的材料塑料模具的組成零件按其用途可分為兩大類: 一類為結(jié)構(gòu)零件, 包括澆注系統(tǒng)、導向件、定( 動) 模板、頂出機構(gòu)件、支承件等, 選用材料一般為中、低碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼; 另一類為成型零件, 包括型腔、型芯、成型鑲嵌件等, 是直接成型塑料制件的關(guān)鍵零部件, 這些材料的選用決定了模具的性能(加工能力) 、壽命( 耐久性) 和成本的級別, 塑料加工的技術(shù)進步使模具結(jié)構(gòu)日益復雜, 成型零件的模具材料在整副模具中可能只占重量的少部分, 但卻是性能和成本的決定性因素。成型零件結(jié)構(gòu)復雜、要求尺寸精確、接縫密合和表面光滑, 所用材料必須具備以下的特定性能要求:具有一定的綜合力學性能。成型零件在工作過程中要承受溫度、壓力、侵蝕和磨損, 因而要求具有一定的強度和塑、韌性; 切削加工性好。塑料模形狀往往比較復雜, 切削加工成本常占到模具的絕大部分( 一般約75%) , 因而要求具有良好的切削加工性; 具有良好的導熱性和低的熱膨脹系數(shù), 并具有良好的熱加工工藝性; 有些還要求有良好的耐蝕性和一定的耐熱性。在眾多的模具用鋼中, 如何根據(jù)塑料制品的要求和模具鋼特定性能, 合理地選擇塑料模具用鋼是一項非常重要的工作。我國過去無專用塑料模具用鋼, 近年在引進國外塑料模具用鋼的同時, 自行研制和開發(fā)出一些新的塑料模具專用鋼。這些材料能滿足塑料品種在性能上的差異及制品的形狀尺寸、質(zhì)量、精度要求, 其模具材料具有適當?shù)木C合力學性能, 比較好的耐磨性, 良好的切割加工性能、拋光性能、花紋圖案光蝕性能、耐蝕性及焊接性能。目前, 塑料模具材料仍以模具鋼為主, 但根據(jù)成型工藝的不同, 也可采用非鐵合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、低熔點合金等材料。1、 模具鋼塑料模具鋼可分為滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼、非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼等五種。目前用得最多的是滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼和時效硬化型塑料模具鋼。1.1、 滲碳型塑料模具鋼滲碳型塑料模具鋼的含碳量一般在0.10%0.25%的范圍內(nèi)。退火后硬度低、塑性好, 冷加工硬化效應不明顯??捎美鋽D壓的方法加工模具型腔, 也稱冷擠壓鋼。成形后經(jīng)滲碳、淬火、回火可獲得較高的表面硬度。常用的鋼號有DT1、20、20Cr、10Cr5、10Cr2NiMo、12CrNi2、12CrNi3A、12Cr2Ni4、18CrNiW、20Cr2Ni4、20CrNiMo 及最近研制的LJ 鋼( 0Cr4NiMoV) 等。形狀簡單、尺寸小、多型腔的塑料模具最適合用冷擠壓方法制造,可有效地縮短制造周期, 減少制造費用, 提高制造精度。1.2 預硬型塑料模具鋼預硬型塑料模具鋼是調(diào)質(zhì)處理到一定硬度( 分別為10HRC、20HRC、30HRC、40HRC 四個等級) 供貨的鋼材, 有較好的切削加工性能, 可直接進行型腔加工。加工后直接使用, 不再進行熱處理。因省略了熱處理及后續(xù)的精加工, 降低了成本,并縮短制造周期。常用的預硬型塑料模具鋼有3Cr2Mo( P20) 、3Cr2NiMo( P4410) 、40CrMnVBSCa ( P20BSCa) 、SM1( Y55CrNiMnMoV)鋼等。預硬型塑料模具鋼適用于制造成型批量大、以及有鏡面要求的模具, 硬度范圍一般在3240HRC。3Cr2Mo 是國內(nèi)較早開發(fā)的塑料模具鋼, 與AISIP20 相當,目前已在許多鋼廠生產(chǎn), 一般是先進行預硬處理, 然后再進行切削加工。該鋼適用于制造大、中型精密塑料模具, 如: 電視機、洗衣機殼體等塑料模具, 并已獲得較多應用。3Cr2Mo 鋼為預硬型塑料模具專用鋼, 淬火溫度為830870, 回火溫度為550600, 預硬至3035HRC。為了改善預硬型塑料模具鋼的切削加工性能, 可加入易切削元素, 成為易切削預硬型塑料模具鋼, 我國研制了一些含硫易切削預硬型塑料模具鋼和S- Ca 復合易切削預硬型塑料模具鋼, 如8Cr2MnWMoVS 和5CrNiMnMoVSCa( 5NiSCa) 。5NiSCa鋼采用了S- Ca 復合易切削系和噴射冶金技術(shù), 改善了硫化物的形態(tài)、分布和各向異性, 在大截面中硫化物的分布比較均勻。5NiSCa 鋼具有高的淬透性, 在860900淬火和575650回火后, 硬度為3545HRC, 可順利進行各種加工, 用于制造大、中、小型塑料模具。1.3 時效硬化型塑料模具鋼時效硬化型塑料模具鋼適用于制造預硬化鋼的硬度滿足不了要求, 又不允許有較大熱處理變形的模具。這種鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)進行切削加工, 加工后通過數(shù)小時的時效處理, 硬度等力學性能大大提高, 時效處理的變形相當小, 一般僅有0.01%0.03%的收縮變形。若采用真空爐或輝光時效爐進行時效處理, 則可在鏡面拋光后再進行時效處理。時效硬化鋼有低鎳時效鋼和馬氏體時效鋼兩類。我國現(xiàn)有的低鎳時效硬化鋼有25CrNi3MoAl 鋼、SM2 鋼( Y20CrNi3IMnMo) 、PMS 鋼( 10Ni3MnCuAl) 和06 鋼( 06Ni6Cr-MoVTiAl) 等。06 鋼采用8508h 固溶處理后, 硬度為2028HRC, 切削性能和拋光性能都很好, 經(jīng)5005504h 時效處理后, 硬度為4348HRC, 時效處理的變形很小, 適用于制作高精度塑料模具、透明塑料模具等。PMS 鋼具有優(yōu)良的鏡面加工性能, 模具表面粗糙度可達Ra0.05m, 適用于制造要求高鏡面、高精度的各種塑料模具,如光學鏡片模具, 磁帶內(nèi)外殼和電話機、石英鐘、車輛燈具等塑料殼體模具等。SM2 鋼, 含0.1%左右的硫, 切削加工性能得到了改善, 是一種易切削型時效塑料模具鋼。馬氏體時效鋼是以鎳為主要合金成份的微碳高合金鋼, 這種鋼的奧氏體很穩(wěn)定, 經(jīng)固溶處理后即可獲得微碳Fe- Ni 板條馬氏體, 硬度為30HRC 左右。無冷加工硬化效應, 有良好的切削加工性能, 加工成形后, 在480進行時效處理, 硬度為50HRC 左右, 在高強度下能保持較高的韌性, 且有較高的抗氧化、耐腐蝕性能。用于制造要求高耐磨、高精度、超鏡面、型腔復雜的塑料模具。屬于這類鋼的有18Ni ( 250) 、18Ni( 300) 、18Ni( 350) 。但馬氏體時效鋼含有大量的鈷和鎳, 不僅價格昂貴, 且資源受到限制, 我國極少使用。1.4 耐腐蝕型塑料模具鋼加工聚氯乙烯塑料、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品時, 分解出的腐蝕性氣體對模具有腐蝕作用, 要求模具材料有一定的耐蝕性, 為此需在模具表面鍍鉻或直接選用3Cr13、4Cr13、9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、0Cr17Ni7Al 等不銹鋼, 但Cr13 系不銹鋼的熱處理變形較大, 切削加工性能差, 使用范圍小。國內(nèi)近年開發(fā)的PCR( 0Cr16Ni4Cu3Nb) 鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼, 在1050固溶空冷后得到單一的板條馬氏體, 硬度為3235HRC, 可以進行切削加工, 經(jīng)460480時效后,硬度為4244HRC, 有較好的綜合力學性能和抗蝕性能, 在含氟、氯等離子的腐蝕性介質(zhì)中耐蝕性明顯優(yōu)于不銹鋼, 適用于制造含氯、氟或加入阻燃劑的熱塑性塑料的注射模具。1.5 非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼在鍛、軋后即可達到預硬, 不需再進行調(diào)質(zhì)處理, 有利于節(jié)約能源、降低成本、縮短生產(chǎn)周期。為改善其切削加工性, 可加入P、S、Ca 等易切削元素。國內(nèi)對非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼的開發(fā)較晚, 25CrMnVTiSCaRE( FT) 、2Cr2MnMoVS和2Mn12CrVCaS 是近年開發(fā)的新鋼種, 鍛、軋空冷后得到下貝氏體, 直徑!100mm 的FT 鋼硬度可達到3035HRC。2 非鐵合金2.1 銅合金用作塑料模具材料的銅合金主要是鈹青銅, 如ZCuBe2、ZCuBe2.4 等。一般采用鑄造方法制模, 不僅成本低, 周期短, 而且還可制出形狀復雜的模具。鈹青銅可進行固溶- 時效處理,在固溶處理后, 材料的塑性好, 易于切削加工。經(jīng)時效處理后,硬度可達4042HRC。鈹青銅可用于制造吹塑模、注塑模。福建二輕工業(yè)研究所研制的析出硬化型銅基合金, WTi =3.5%6.0%、WNi 60HRC)、切削力小、加工質(zhì)量平穩(wěn)而越來受到重視和推崇,現(xiàn)在許多加工中心定位精度可達5um,轉(zhuǎn)數(shù)達30000轉(zhuǎn)以上,曲面加工精度可達0.01mm,而且加工表面能獲得近乎鏡面的光潔度,因此在未來的模具加工中調(diào)整切削必將點到主導地位。2、CAM等現(xiàn)代化的加工技術(shù)在未來的模具加工中亦會繼續(xù)應用。利用仿真加工軟件,大大縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提升產(chǎn)品的質(zhì)量、減低生產(chǎn)成本。 (二)模具材料的發(fā)展工作1、 加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷的商品化。我國模具鋼的品種規(guī)格較少, 模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和經(jīng)銷的商品化程度低。80%以上的模具鋼仍以黑皮圓棒供貨。越來越多的模具制造廠要求在模具設(shè)計完成后, 模具鋼供應廠商能迅速提供所需鋼材, 減少庫存鋼材數(shù)量, 縮短制模周期。但中國鋼材生產(chǎn)企業(yè)目前尚不適應這一商品市場機制, 這是進口模具鋼材在中國日益擴大的重要原因。 2、 大力推廣應用性能優(yōu)良的新型模具鋼, 不斷完善模具鋼鋼種系列。我國已開發(fā)出性能優(yōu)異, 達到或超過國外同類水平的特色新型模具鋼, 但這些新鋼的推廣數(shù)量和應用范圍不夠大, 有選擇地開發(fā)先進模具鋼, 例如開發(fā)粉末冶金模具鋼, 多元易切削系塑料模具鋼, 建立玻璃、陶瓷, 耐火磚和地磚等成形模具用鋼, 完善中國的模具鋼系列。 3、 進一步提高模具鋼的質(zhì)量。我國某些特殊鋼廠已采用爐外精煉、真空冶煉、快鍛機和精鍛機等生產(chǎn)模具鋼, 模具鋼的質(zhì)量有大幅度提高, 如D2、P20等, 出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達到國際先進水平。但國外對純度要求較高的模具鋼大部分采用電渣重熔, 進一步提高了鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性, 減少偏析。我國還需要在這方面進一步開展工作4、 加強先進模具熱處理技術(shù)的推廣與應用。模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應進一步得到發(fā)展, 一些行之有效的模具表面熱處理技術(shù), 應完善其工藝, 加強其推廣和應用。提高裝備和工藝材料的制造水平, 加強熱處理專業(yè)廠的建設(shè)。四、結(jié)語隨著中國經(jīng)濟在國際份額中的不斷增大,中國將成為世界裝備制造業(yè)的基地,各行各業(yè)對模具需求將會越來越大,對模具加工的要求也會越來越高,模具行業(yè)為造就市場需要,將會朝著短交貨期、高品質(zhì)、高精度、低價格的方向發(fā)展,就需要運用更新的加工技術(shù)與手段和更新的加工材料,使模具工業(yè)的發(fā)展和進步更快快步向前??傊覀円o記:作為制造業(yè)的重要基礎(chǔ)性工藝設(shè)備, 模具技術(shù)被認為是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一, 我國雖已成為模具生產(chǎn)大國, 卻遠非模具制造強國,我們的路還很長。 參考文獻1楊俊秋.模具新材料在塑料模中的應用及展望.模具制造,2007 年第3 期,64-662李明亮.CAD/CAM技術(shù)在模具行業(yè)中的應用與發(fā)展趨勢.大眾科技,2007.997,140-141 3黃毅宏,李明輝。模具制造工藝.北京:機械工業(yè)出版社,1999.6。I 摘 要 近幾年國家振興機械行業(yè) 與機械相關(guān)的各個行業(yè)都越來越重視 CAD CAM 技術(shù) 不僅是因為 CAD CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù) 同時還 因為塑料制品及模具的 3D 設(shè)計與成型過程中 3D 分析正在塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越 來越重要的作用 在本次畢業(yè)設(shè)計中 通過運用三維實體造型高端軟件 UG 對 支架 外形進行 3D 造型 同時也設(shè)計了其塑料外殼注塑模的 3D 模型 還根據(jù)所設(shè)計的 模具尺寸選擇安裝了相應的模架 最終生成了直觀的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 此外還利用 CAD 繪制了模具裝配圖以及各種成型零件圖 這是第一次利用繪圖軟件對整套模 具進行設(shè)計 對所學知識進行了全面鞏固 意義重大 關(guān)鍵詞 殼體 注塑模 實體造型 模具 模架 AutoCAD CAD II Abstract Over the past few years the country vitalizes machinery industry each industry that related with mechanics is all paying more and more attention to the CAD CAM technology That is not only because CAD CAM technology has already been developed into one ripe generality technology but also because 3D design of Plastics piece make and mould and 3D analysis of molding process plays a more and more important role in plastics mould industry In the graduation project through using 3D entity sculpting software UG I build 3D mold of Support also build the plastics injection 3D mold of the shell crust at the same time I chose the appropriate mold frame and made it fixed with the mold according to the measurement of the mold Finally I do the intuitionistic drawing of 3D mold as well In addition also has drawn up the mold assembly drawing as well as each kind of Molding Parts drawing using CAD This is that the first time makes use of the software drawing to carry out design on package mould have carried out all round consolidation on what be learned knowledge The significance is significant Keywords Shell Plastics injection mold solid mold mold mold fram AutoCAD CAD Pro Engineer Pro E III 目錄 摘 要 V ABSTRACT VI 1 緒論 1 2 熱水器管支架設(shè)計及其成型工藝的分析 2 2 1 塑件分析 2 2 1 1 結(jié)構(gòu)分析如下 2 2 1 2 成型工藝分析 2 2 2 塑料的選材及性能分析 2 3 熱水器管支架模具設(shè)計方案 4 3 1 分型面方案的確定 4 3 1 1 分型面的選擇原則 3 4 3 2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 5 4 模具設(shè)計 6 4 1 注塑機選型 6 4 1 1 注射量計算 6 4 1 2 注射機型號的選定 6 4 2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計和澆口的設(shè)計 8 4 2 1 主流道的設(shè)計 4 8 4 2 2 澆口和流道的設(shè)計優(yōu)化 9 4 3 成型零件工作尺寸的設(shè)計和計算 10 4 3 1 型腔零件 剛度和強度校核 12 4 4 模架的確定和標準件的選用 12 4 5 合模導向機構(gòu)和定位機構(gòu) 13 4 5 1 導向機構(gòu)的總體設(shè)計 13 4 5 2 導柱設(shè)計 14 4 5 3 導套設(shè)計 14 4 6 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 15 4 6 1 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則 8 15 4 6 2 塑件的推出機構(gòu) 15 4 7 側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計 16 4 7 1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)類型的確定 16 4 7 2 斜導柱的設(shè)計 16 4 7 3 滑塊的組合及設(shè)計形式 16 4 7 4 各項尺寸的計算與校核 16 4 8 排氣系統(tǒng)設(shè)計 17 4 8 1 加熱系統(tǒng) 17 4 8 2 冷卻系統(tǒng) 17 5 模具裝配 19 5 1 塑料模具裝配的技術(shù)要求 19 IV 5 2 塑料模具裝配過程 19 6 模具工作過程 20 總 結(jié) 21 參考文獻 22 致 謝 23 附件一 英文文獻翻譯 24 1 緒論 1 1 緒論 近年來 中國塑料模具制造水平已有較大提高 大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達 到 50t 以上的注塑模 精密塑料模具的精度已達到 2 m 制件精度很高的小模數(shù)齒輪 模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產(chǎn) 多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模 7800 腔 的塑封模 高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達 6m min 以上的高速塑料異型材擠出模具 及主型材雙腔共擠 雙色共擠 軟硬共擠 后共擠 再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠 等各種模具 在生產(chǎn)手段上 模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高 CAD CAE CAM 技術(shù)的應用面已大為擴展 高速加工及 RP RT 等先進技術(shù)的采用已越來越多 模具標 準件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高 熱流道模具的比例也有較大提 高 中國塑料模具行業(yè)和國外先進水平相比 主要存在以下問題 1 發(fā)展不平衡 產(chǎn)品總體水平較低 雖然個別企業(yè)的產(chǎn)品已達到或接近國際先進 水平 但總體來看 模具的精度 型腔表面的粗糙度 生產(chǎn)周期 壽命等指標與國外 先進水平相比尚有較大差距 包括生產(chǎn)方式和企業(yè)管理在內(nèi)的總體水平與國外工業(yè)發(fā) 達國家相比尚有 10 年以上的差距 2 工藝裝備落后 組織協(xié)調(diào)能力差 雖然部分企業(yè)經(jīng)過近幾年的技術(shù)改造 工藝 裝備水平已經(jīng)比較先進 有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國外 但大部分企業(yè) 的工藝裝備仍比較落后 更主要的是 企業(yè)組織協(xié)調(diào)能力差 難以整合或調(diào)動社會資 源為我所用 從而就難以承接比較大的項目 3 大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱 創(chuàng)新能力明顯不足 一方面是技術(shù)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 對創(chuàng)新和開發(fā)不夠重視 模具企業(yè)不但要重視模具的開發(fā) 同時也要重視產(chǎn)品的創(chuàng)新 4 供需矛盾短期難以緩解 近幾年 國產(chǎn)塑料模具國內(nèi)市場滿足率一直不足 74 其中大型 精密 長壽命模具滿足率更低 估計不足 60 同時 工業(yè)發(fā)達國家的模 具正在加速向中國轉(zhuǎn)移 國際采購越來越多 國際市場前景看好 市場需求旺盛 生 產(chǎn)發(fā)展一時還難以跟上 供不應求的局面還將持續(xù)一段時間 5 體制和人才問題的解決尚需時日 在社會主義市場經(jīng)濟中 競爭性行業(yè) 特 別是像模具這樣依賴于特殊用戶 需單件生產(chǎn)的行業(yè) 國有和集體所有制原來的體制 和經(jīng)營機制已顯得越來越不適應 人才的數(shù)量和素質(zhì)也跟不上行業(yè)的快速發(fā)展 2 2 熱水器管支架設(shè)計及其成型工藝的分析 2 1 塑件分析 圖 2 1 熱水器管支架 上圖 2 1 所示是熱水器管支架參考零件 2 1 1 結(jié)構(gòu)分析如下 該塑件為殼體 表面光滑 在模具設(shè)計和制造上要有良好的加工工藝 確保成型 零件具有一定的光潔度 2 1 2 成型工藝分析 采用一般精度等級 5 級 大量生產(chǎn) 該塑件壁厚約為 2mm 考慮到殼體左右部分比較淺 脫模斜度為 1 度 由 于下面的倒扣需要用到斜頂模斜度也設(shè)置為 1 度 2 2 塑料的選材及性能分析 PP 粒料為本色 圓柱狀顆粒 顆粒光潔 粒子的尺寸在任意方向上為 2mm 5mm 無臭無毒 無機械雜質(zhì) 本品以高純度丙烯為主要原料 乙烯為共聚單體 采用高活 性催化劑在 62 80 及低于 4 0MPa 的壓力下經(jīng)氣相反應生產(chǎn)聚丙烯粉料 再經(jīng)干燥 混煉 擠壓 造粒 篩分 均化成聚丙烯顆粒 密度為 0 90 g cm3 0 91g cm3 是通 用塑料中最輕的一種 聚丙烯樹脂具有優(yōu)良的機械性能和耐熱性能 使用溫度范圍 30 140 同時具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性 幾乎不吸水 與絕大多數(shù)化 學品接觸不發(fā)生作用 本品耐腐蝕 抗張強度 30MPa 強度 剛性和透明性都比聚乙烯 2 熱水器管支架設(shè)計及其成型工藝的分析 3 好 缺點是耐低溫沖擊性差 較易老化 但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服 與發(fā)煙硫酸 發(fā)煙硝酸 鉻酸溶液 鹵素 苯 四氯化碳 氯仿等接觸有腐蝕作用 可用作工程塑料 適用于制電視機 收音機外殼 電器絕緣材料 防腐管道 板材 貯槽等 也用于生產(chǎn)扁絲 纖維 包裝薄膜等 4 3 熱水器管支架模具設(shè)計方案 3 1 分型面方案的確定 分型面是模具上用來取出塑件和澆注系統(tǒng)料可分離的接觸面稱為分型面 分型面的 選擇對模具設(shè)計方式影響最大 分型面設(shè)計是否合理對塑件質(zhì)量和模具復雜程度具有很 大的影響 基本上是一種分型面對應著一種模具設(shè)計方案 所以分型面的選擇決定著 模具總體的設(shè)計方案 3 1 1 分型面的選擇原則 3 1 保證塑料制品能夠脫模 2 使分型面容易加工 3 盡量避免側(cè)向抽芯 4 使側(cè)向抽芯盡量短 5 有利于排氣 6 有利于保證塑件的外觀質(zhì)量 7 盡可能使塑件留在動模一側(cè) 8 盡可能滿足塑件的使用要求 9 盡量減少塑件在合模方向的投影面積 10 長型芯應置于開模方向 11 有利于簡化模具結(jié)構(gòu) 綜上所述 分型面平坦在一個平面上 為了順利脫模 分型面采用如下模具結(jié)構(gòu) 只需要斜頂出模 加工成本經(jīng)濟 塑件成型精度可靠 3 熱水器管支架模具設(shè)計方案 5 3 2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 如圖 3 1 所示 按要求采用一模二腔 3 1 分型面形式與位置 6 4 模具設(shè)計 4 1 注塑機選型 注射機是安裝在注射機上使用的設(shè)備 因此設(shè)計注射模應該詳細了解注射機的技 術(shù)規(guī)范 才能設(shè)計出符合要求的模具 注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的的大小及型腔的模具和排列方式 在確定模 具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下 設(shè)計人員應對模具所需的注射量 鎖模力 注射壓力 拉桿間距 最大和最小模具厚度 推出形式 推出位置 推出行程 開模 距離進行計算 根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機 倘若用戶自己提供型 號和規(guī)格 設(shè)計人員必須對其進行校核 若不能滿足要求 則必須自己調(diào)整或與用戶 取得商量調(diào)整 4 1 1 注射量計算 通過 UG 三維軟件計算體積得 8 96 2 17 921V3cm3c 澆注系統(tǒng)體積取塑件體積的 10 得 17 92 0 1 1 8 2 3 19 712c 4 1 2 注射機型號的選定 根據(jù)以上的計算初步選定型號為 G54 S200 400 型臥式注射機 其主要技術(shù)參數(shù)見 表 4 1 表 4 1 注塑機工藝參數(shù) 注射機的工藝參數(shù)表 G54 S200 400 額定注射量 200 400cm 螺桿直徑 55mm 注射壓力 109M Pa 注射行程 160 mm 和模力 KN 2540KN 最大成型面積 645cm2 最大開模行程 260mm 模具最大厚度 406mm 模具最小厚度 165mm 4 模具設(shè)計 7 1 最大注射量校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計手冊 144 頁 式 5 2 1 1 06G 式中 注塑機最大注謝量 cm G 注塑機額定注謝量 cm 待加工塑料密度 3 gcm 代入數(shù)據(jù)得 10 832 14 9 根據(jù)式 5 2 3 zjfsbmn 式中 n 模具的型腔數(shù) 塑件的質(zhì)量 g 澆注系統(tǒng)分流道凝料的質(zhì)量jmfm g 主流道凝料質(zhì)量 g 塑件飛邊質(zhì)量 gs b 代入數(shù)據(jù)得 g17 3z 根據(jù)校核式 5 2 2 1 80 4 57G 故 合格 2 注射壓力校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計手冊 P145 P 150Mpa Pch 100Mpa 0 75 0 9 j P 112 5 135Mpa Pch 故也是合格的 式中 P 注塑機額定最大注射j j 壓力 Pch 模具成型時需要的注射壓力 3 鎖模力的校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計手冊 P145 P 取 30Mpa k 取 32 pK 30 20Mpa 由表 5 2 1 取 F 17 6Mpa 有 F 故合格 式q32 qP 中 型腔內(nèi)塑料壓力 P 料筒內(nèi)注塑機柱塞或螺桿施加于塑料的壓力 K 損耗系數(shù) F 注射機的額定鎖模力 4 開模行程及其頂出行程校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計手冊 P149 H 25mm H 25mm S 260mm H H 5 10 12 12 55 60mm S 符合要求 式中 H 脫模距離 H 塑件加澆注系統(tǒng)總高 12 8 S 注塑機最大開模行程 4 2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計和澆口的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是引導凝料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道 具有傳質(zhì) 傳壓 和傳熱的功能 4 2 1 主流道的設(shè)計 4 主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道 通常和注射機噴嘴在同一軸線 上 斷面為圓形 具有一頂?shù)腻F度 以便熔體的流動和開模時主流到凝料的順利拔除 1 主流道尺寸和澆口的設(shè)計 1 主流道的小端直徑 D 注射機噴嘴直徑 0 5 1 3 0 5 1 取 D 3 5mm 2 主流道的球面半徑 SR 注射機噴嘴球頭半徑 1 2 30 1 2 取 SR 32mm 3 球面的配合高度 取 h 6mm 4 主流道的長度 取 L 3 122 125mm 2 澆口套的設(shè)計 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸 屬易損件 對材料要求比較嚴 因而 模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套 以便有效的選用優(yōu) 質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理 常采用碳素工具鋼 如 T8A T10A 等 熱處理硬度 為 50HRC 55HRC 如圖 4 1 所示 圖 4 1 主流道襯套 3 定位圈的設(shè)計與固定 由于該模具主流道比較長 定位圈和襯套設(shè)計成分體式 注射機定位孔尺寸為 定位圈尺寸取 兩者之間呈較松的間隙配合 0 125 0 2415 4 模具設(shè)計 9 定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4 2 所示 定位圈和襯套的固定形式如圖 4 3 所示 圖 4 2 定位圈 圖 4 3 主道襯套的固定形式 4 2 2 澆口和流道的設(shè)計優(yōu)化 選擇側(cè)進膠 如圖 4 4 而壓力損失小 進料速度快 成型比較容易 另外傳遞壓 力好 保壓補縮作用強 10 圖 4 4 澆口和流道的設(shè)置形式 4 3 成型零件工作尺寸的設(shè)計和計算 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件 包括凹模 型芯 鑲塊 成型桿和成型環(huán)等 成型零件工作時 直接與塑料接觸 塑料熔體的高壓 料流的沖 刷 脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦 因此 成型零件要求有正確的幾何形狀 較高的尺 寸精度和較低的表面粗糙度 此外 成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理 有較高的強度 剛度 及較好的耐磨性能 設(shè)計成型零件時 應根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求 確定型腔的總體 結(jié)構(gòu) 選擇分型面和澆口位置 確定脫模方式 排氣部位等 然后根據(jù)成型零件的加 工 熱處理 裝配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 計算成型零件的工作尺寸 對關(guān)鍵 的成型零件進行強度和剛度校核 工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸 主要有型腔和型芯的徑向尺寸 型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等 聚甲基戊烯 1 TPX 收縮率 計算收縮率 1 5 3 塑件尺寸公差按 SJ1372 78 標準中的 5 級精度成型 1 凹模型腔的強度 根據(jù) 手冊 139 頁 式 5 1 13 cphbEy b 凹模側(cè)壁的理論寬度 h 凹模型腔的深度 p 凹模型腔內(nèi)的熔體壓力 y 凹模長邊側(cè)壁的允許彈性變形量 4 模具設(shè)計 11 已知 130Mpa E 2 1 Mpa h 2 2cm cmP51010 5y 由 手冊 圖 5 8 22 180 0 12 得 c 11 hl 由 手冊 圖 5 9 126 180 0 67 得 2 1 7 將以上各數(shù)值代入式 5 1 得 1 5 cm 135 30 17b 2 型腔的長 寬尺寸計算 塑件的平均收縮率 為 2 25 模具制造公差取 的制品公差 2 31 1L13 5 4 zdg 1562 56 59 3 0 式中 型腔的 L 方向公稱尺寸1L1 L 制品 L 方向最大尺寸d L 制品 L 方向公稱尺寸1g1 收縮率 制品的設(shè)計公差 模具制造公差 z 213 2 5 4zdgL 136 66 34 3 0 式中 型腔的 L 方向公稱尺寸2L2 3 型腔的深度尺寸計算 H x zgd 3 50 4 0 3250 1 3 0 式中 H 型腔深度公稱尺寸 制品高度最大尺寸 制品高度公x dHgH 稱尺寸 4 型芯的長 寬尺寸計算 113 4zigll 12 0 3 64 2 5 4 164 5 式中 方向最小尺寸1ill2 0 3 54 2 4 54 59 0 3 5 型芯的高度 h x zgi 0 3216 5 1 16 28 3 0 式中 h 型心高度公稱尺寸x 制品深度最小尺寸i 制品深度公稱尺寸 g 4 3 1 型腔零件剛度和強度校核 由于塑件成型部分采用模仁 再從模板上開框把模仁鑲?cè)?用螺絲吃緊 成型部 分離模仁有滿足條件的規(guī)定距離 20 25mm 而模仁離模板四周也有滿足條件的規(guī) 定距離 所以成型時型腔零件完全滿足強度和剛度的要求 在這里就不一一校核 在 動模板上 由于成型壓力很大部分垂直壓在其上 底部為了節(jié)約材料不打算采用支撐 板 4 4 模架的確定和標準件的選用 根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸 再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標準模架 選 用結(jié)構(gòu)形式為 CI3535 120 100 100 01 S 即采用數(shù)量為 1 的標準模架 1 定模座板 350mm x 400mm 厚為 30mm 定模座板是模具與注射機連接固定的板 材料為 45 鋼 通過 4 個 M12 的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接 定位圈通過 2 個 M8 的內(nèi) 六角圓柱螺釘與其連接 定模座板與澆口套為 H8 f8 配合 7 2 定模板 350mm x 350mm 厚 120mm 用于固定型芯 導套 固定板應有一定的厚度 并有足夠強度 一般用 45 號鋼 調(diào)質(zhì)到 230HB 270HB 其上的導柱和導套一端采用 H7 k6 配合 另外一段采用 H7 f7 配合 定模板與澆口套采用 H7 m6 配合 7 4 模具設(shè)計 13 3 動模座板 350mm x400mm 厚為 30mm 材料為 45 鋼 其上的注射機頂孔為直徑 40 mm 4 動模板 350mm x 350mm 厚 100mm 行位滑塊通過矩形導滑槽在模套中滑動 以完成側(cè)向分型和合模復位 材料為 45 鋼 其上的導柱和導柱孔為 H7 k6 配合 7 5 墊塊 63mm x 350mm 厚 100mm 1 主要作用 在動模座板與支撐板之間形成推出機構(gòu)的動作空間 或是調(diào)節(jié)模具的總厚度 以 適應注射機的模具安裝厚度要求 2 結(jié)構(gòu)形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊 該模具采用平行墊塊 3 墊塊材料 墊塊材料為 Q235A 也可以用 HT200 球墨鑄鐵等 改套模具采用 Q235A 制 造 6 推板 220mm x 350mm 厚度 20mm 材料為 45 鋼 其上的推板導套孔與推板導套采用 H7 k6 配合 用 M6 的內(nèi)六角 圓柱螺釘與推桿固定板固定 7 推桿固定板 220mm x 350mm 厚度 25mm 鋼材為 45 鋼 其上的推板導套孔與推板導套采用 H7 f9 配合 7 模架如圖 4 8 所示 圖 4 8 模架 14 4 5 合模導向機構(gòu)和定位機構(gòu) 采用標準模架 模架本身帶有導向裝置 按模架規(guī)格選取即可 4 5 1 導向機構(gòu)的總體設(shè)計 1 導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分 其中心至模具 邊緣應有足夠的距離 以保證模具的精度 防止壓入導柱和導套后變形 2 該導套采用 4 根導柱 其布置為等直徑導柱不對稱布置 3 導柱安裝在支承板和模套上 導套安裝在定模固定板上 4 為了保證分型面很好的接觸 導柱和導套在分型面處應只有承屑槽 在導柱 孔口倒角 5 在合模時 保證導向零件首先接觸 避免凸模先進入型腔 導致模具損壞 6 動定模板采用合并加工時 可確保同軸度要求 4 5 2 導柱設(shè)計 1 采用帶頭導柱 加油槽 如圖 4 1 所示 2 導柱長度必須比凸模端面高度高出 6mm 8mm 3 為了使導柱能順利地進入導向孔 導柱端部常做成圓錐形的先導部分 4 導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定 應保證有足夠的抗彎強度 5 導柱的安裝形式 導柱固定部分與模板按 H7 k6 配合 導柱滑動部分按 H7 f7 或 H8 f7 間隙配合 7 6 導柱工作部分的表面粗糙度為 0 2um 7 導柱應具有堅硬耐磨的表面 不易折斷的內(nèi)芯 多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處 理或碳素工具鋼 T8A T10A 經(jīng)淬火處理 硬度為 50HRC 以上或 45 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì) 表 面淬火 低溫回火 硬度為 50HRC 以上 圖 4 9 導柱 4 5 3 導套設(shè)計 導套與安裝在另外一半模上的導柱相配合 用以確定動 定模的相對位置 以保 證模具運動導向精度的圓套形零件 導套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種 直導套 帶頭導套 4 模具設(shè)計 15 1 采用帶頭導套 如圖 4 10 所示 2 導套的端面應倒圓角 導柱孔最好做成通孔 利于排出孔內(nèi)剩余空氣 3 導套孔的的滑動部分按 H8 f7 H7 f7 的間隙配合 表面粗糙度為 0 4um 導套外徑與模板一端采用 H7 k6 配合 另外一端采用 H7 e7 配合鑲?cè)肽0?4 導套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造 該模具中采用 T8A 圖 4 10 導套 4 6 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 注射成型每一循環(huán)中 塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出 完成 脫出塑件的裝置稱為脫模機構(gòu) 也常稱為推出機構(gòu) 4 6 1 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則 8 塑件推出 頂出 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 塑件的推出是不可忽視的 應遵循以下原則 1 推出機構(gòu)應近盡量設(shè)置在動模一側(cè) 2 保證塑件不因推出而變形損壞 3 機構(gòu)簡單 動作可靠 4 良好的塑件外觀 5 合模時的準確復位 4 6 2 塑件的推出機構(gòu) 該套模具的塑件采用推桿推出 推桿的形式為圓形 1 推桿如圖 4 11 所示 共 19 根推桿 16 圖 4 11 帶肩圓筒推桿 2 推桿應設(shè)置在脫模阻力大的地方 3 推桿應布置均勻 4 推桿應設(shè)在塑件強度 剛度較大的地方 5 推桿直接與模板上的推桿空采用 H8 f8 間隙配合 6 通常推桿裝入模具后 其端面應與型腔地面平齊或高出型腔底面 0 05mm 0 10mm 7 推桿與推桿固定板 通常采用單邊 0 5mm 的間隙 這樣可以降低加工要求 又能在多推桿的情況下 不因各板上的推桿孔加工誤差引起軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn) 象 8 推桿的材料常用 T8 T10 碳素工具鋼 熱處理要求硬度 50HRC 以上 工作端 配合部分的表面粗糙度為 u 0 8um 4 7 側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計 當在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔 凹穴或凸臺時 塑 件就不能直接由推桿等推出機構(gòu)推出脫模 此時 模具上成型該處的零件必須制成可 側(cè)向移動的活動型芯 以便在塑件脫模推出之前 先將側(cè)向成型零件抽出 然后在把 塑件從模內(nèi)推出 否則就無法脫模 4 7 1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)類型的確定 殼體中間的孔無法直接出模需要用到抽芯機構(gòu) 在這里運用機動方式抽芯 驅(qū)動 方式為斜導柱 該塑件的側(cè)凹較淺 所需的抽芯距不大 側(cè)凹的成型面積也不大 所以采用 斜導柱側(cè)抽芯足夠 一般將主型芯和滑塊位置設(shè)于動模 這樣在脫模過程中 側(cè)向分型 時對塑件有限制側(cè)向移動的作用 塑件不會黏附在滑塊上 脫模比較順利 4 7 2 斜導柱的設(shè)計 斜導柱設(shè)置在動模 與滑塊的中線對齊 有足夠的強度 斜導柱頂端用模珂和模板固定并磨到和動模板平 在開模時能隨驅(qū)使滑塊沿動模 板上的導滑槽滑動 4 模具設(shè)計 17 斜導柱傾斜角為 23 度 4 7 3 滑塊的組合及設(shè)計形式 設(shè)計其組合方式時應考慮分型與抽芯的方向要求 并保證塑件有較好的外觀質(zhì)量 另 外還應使滑塊的組合部分具有足夠的強度 該套模具采用兩瓣合模塊組合的結(jié)構(gòu)形式 利用滑塊水平兩側(cè)面的凸耳與模套對應的導滑槽滑動配合 達到側(cè)向分型與復位的 目的 為防止滑塊離開動模 采用壓塊壓住滑塊兩邊的凸耳 4 7 4 各項尺寸的計算與校核 斜導柱 滑塊 導柱之間的相對位置以及脫模推出完成后的相對位置如圖 4 15 所示 斜導柱的導向傾斜角為 23 度 從合模到開模斜導柱剛離開滑塊時 斜導柱的移動 距離是 40mm 保證了滑塊止動上的配合 抽芯距離校核 需要抽芯的距離是 36 5sm 抽 斜導柱剛好抽出來時的推動距離 40l 推 因 2 所以抽芯距離滿足要求 塑件能正常取出 ls 推 抽 圖 4 15 側(cè)向分型與抽芯分析 4 8 排氣系統(tǒng)設(shè)計 模板分型面上設(shè)置 1mm 深的排氣槽用于排氣 而且在成型殼體內(nèi)腔的型芯上設(shè)置 了 23 根推桿 排氣條件足夠 18 4 9 冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 10 4 8 1 加熱系統(tǒng) 該套模具的模溫要求在 70 以下 又是小型模具 所以無需設(shè)置加熱裝置 C 4 8 2 冷卻系統(tǒng) 根據(jù) 實用模具設(shè)計與制造手冊 433 頁 式 6 31 W 431TKa 其中 W 根據(jù) 注射模典型結(jié)構(gòu) 100 例 P201 附表 3 中查得1 85g s W 595 4g W 65 08V V 595 4cm 取直徑 1459 d 20mm L 1 8m 式中 W 通過模具的冷卻水重24dV 2014 39 量 單位時間內(nèi)進入模具的塑料重量 a 每可塑料的熱容量 K 熱傳1W 導系數(shù) 出水溫度 如水溫度 冷卻液容重 V 冷卻水道體積 3T4T L 冷卻水道長度 d 冷卻水道直徑 4 10 模具材料例表 表 4 7 該模具的選材及熱處理見表 零件名稱 材料牌號 熱處理 硬度 說明 模仁 718H 預硬化 36HRC 38HRC 保證加工后獲得較高的形狀和 尺寸精度 易于拋光 圓柱型芯 Cr12MoV 淬火 58HRC 62HRC 淬透性好 熱處理變形小 耐 磨性好 動模型芯 718H 淬火 42HRC 54HRC 保證加工后獲得較高的形狀和 尺寸精度 沿脫模方向拋光 動定模座板 45 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 墊塊 Q235 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 支撐柱 S50C 調(diào)質(zhì) 225HB 240HB 推板固定板 45 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 主流道襯套 T10A 淬火 50HRC 55HRC 導柱導套 T10A 淬火 54HRC 58HRC 定位圈 45 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 復位桿 45 淬火 43HRC 48HRC 5 模具設(shè)裝配 19 5 模具裝配 5 1 塑料模具裝配的技術(shù)要求 塑料模具種類較多 結(jié)構(gòu)差異很大 裝配的具體內(nèi)容與要求也不同 一般注射 壓縮和擠出模具結(jié)構(gòu)相對復雜 裝配環(huán)節(jié)多 工藝難度大 其他類型的塑料模具結(jié)構(gòu) 較為簡單 無論哪種類型的模具 為保證成形制品的質(zhì)量 都應具有一定的技術(shù)要求 1 模具裝配后各分型面應貼合嚴密 主要分型面的間隙應小于 0 05mm 在模具 適當?shù)钠胶馕恢脩b有吊環(huán)或起吊孔 模具的外形尺寸 閉合高度 安裝固定及定位尺 寸 推出方式 開模行程等均應符合設(shè)計圖樣要求 并與所使用的設(shè)備條件相匹配 模具應有標記 各模板應打印順序編號及加工與裝配時使用的基準標記 2 導向或定位精度應滿足設(shè)計要求 動 定模開合運動平穩(wěn) 導向準確 無卡阻 咬死或刮傷現(xiàn)象 安裝精定位元件的模具時 應保證定位精度 可靠 且不得與導柱 導套發(fā)生干涉 3 成型零件的形狀與尺寸精度及表面粗糙度應符合設(shè)計圖樣要求 表面不得有碰 傷 劃痕 裂紋 銹蝕等缺陷 拋光方向應與脫模方向一致 成形表面的文字 圖案 與脫模方向一致 活動成形零件或鑲件應定位可靠 配合間隙適當 活動靈活 不產(chǎn) 生溢料 4 澆注系統(tǒng)表面光滑 尺寸與表面粗糙度符合設(shè)計要求 5 推出機構(gòu)應運動靈活 工作平穩(wěn) 可靠 推出元件不應承受側(cè)向力 既不允許 放生溢料 也不得有卡阻現(xiàn)象 6 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)應運動靈活 平穩(wěn) 斜導柱不應承受側(cè)向力 滑塊鎖挈應 固定可靠 工作時不得產(chǎn)生變形 7 模具加熱元件應安裝可靠 絕緣安全 無破損 能達到設(shè)定溫度要求 模具冷 卻水道應通暢 無堵塞 連接部位密封可靠 5 2 塑料模具裝配過程 塑料模的總裝過程因模具結(jié)構(gòu)的不同而不同 但其主要的總裝配順序不變 具體如 下 1 確定裝配基準 2 安裝導柱導套和型芯 型腔并使間隙均勻 3 安裝側(cè)抽芯機構(gòu)和推出機構(gòu)等 4 其他零件的裝配 20 5 檢驗 試模 5 模具設(shè)裝配 21 6 模具工作過程 模具裝配試模完畢之后 模具進入正式工作狀態(tài) 其基本工作過程如下 1 對塑料進行烘干 并裝入料斗 2 清理模具型芯 型腔 并噴上脫模劑 進行適當?shù)念A熱 3 合模 鎖緊模具 4 對塑料進行預塑化 注射裝置準備注射 5 注射過程包括充模 保壓 倒流 澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模 6 脫模過程 見裝配圖 開模時 開合模系統(tǒng)帶動動模部分后移 斜導柱 逼使側(cè)抽芯滑塊隨著動模的移動側(cè)向抽芯 當斜導柱脫離動模部分時 固定在動模部 分的彈簧波子剛好頂住滑塊 固定防止斜滑塊與動模部分分離或者下滑 使之順利的 留在動模恰當?shù)奈恢?有利于順利合模與復位 塑件先叢型芯中脫出 同時主流道凝 料在塑件的帶動下與澆口套分離 繼續(xù)開模具到一定的距離 推出機構(gòu)工作 推板在 注射機頂桿的作用下 帶動塑件推桿工作 把塑件從主型芯上推出來 從而完成了塑 件與模具的分離 最后將塑件取出 7 塑件的后處理 22 總 結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計是我們大學四年所學知識做的一次總測驗 是鍛煉也是檢驗自己四 年來所學并掌握運用知識的能力 是我們高等院校學生的最后的學習環(huán)節(jié) 通過這次 設(shè)計 我學到了許多原來未能學到的東西 對過去沒有掌握的知識得到了更進一步鞏 固 獨立思考 綜合運用所掌握理論知識的能力得到很大的提高 學會了從生產(chǎn)實際 出發(fā) 針對實際課題解決實際問題 掌握了綜合使用各種設(shè)計手冊 圖冊 資料的方 法 提高了電腦繪圖水平 也是為我們即將參加工作所做的必要準備 打下基礎(chǔ) 更 是我們四年機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)知識的一次綜合 本次設(shè)計也暴露了我們不少的缺點和問題 對于所學知識還沒有做到仔細 認真 消化 許多方面還是只有一個大概的認識 沒有深入探討 對實際事物沒有深刻得了 解 沒有做到理論聯(lián)系實際 沒有達到對所學的知識熟練運用的水平 這也從一個側(cè) 面反映出我們設(shè)計經(jīng)驗不足 思維不夠開拓 不夠靈活 從而是我得出一個結(jié)論 無 論是現(xiàn)在還是以后走上工作崗位 還是再深造 都應該虛心向老師和前輩們學習 從 而不斷完善自我 提高自我水平 總結(jié) 23 參考文獻 1 林清安 Pro ENGENEER 2 0 模具設(shè)計 M 北京 清華大學出版社 2004 2 林清安 Pro ENGENEER 2 0 零件設(shè)計基礎(chǔ)篇 M 北京 清華大學出版社 2004 3 屈華昌 塑料成型工藝與模具設(shè)計 M 北京 機械工業(yè)出版社 1995 4 伍先明 塑料模具設(shè)計指導 M 北京 國防工業(yè)出版社 2006 5 唐志玉 模具設(shè)計師指南 M 北京 國防工業(yè)出版社 1999 6 塑料模設(shè)計手冊 編寫組 塑料模設(shè)計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1994 7 廖念釗 互換性與技術(shù)測量 M 北京 中國計量出版社 1991 8 模具制造手冊編寫組 模具制造手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1996 9 馬金駿 塑料模具設(shè)計 M 北京 中國科學技術(shù)出版社 1994 10 夏巨諶 李志剛 中國模具設(shè)計大典 M 北京 機械工業(yè)出版社 2002 11 張榮清 模具制造工藝 M 北京 高等教育出版社 2006 12 屈 華 昌 主編 塑 料 成 型 工 藝 與 模 具 設(shè) 計 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1996 13 陸 寧 主編 實 用 注 塑 模 具 設(shè) 計 中 國 輕 工 業(yè) 出 版 社 1997 14 彭 建 聲 主編 模 具 技 術(shù) 問 答 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2001 15 上海模具技術(shù)協(xié)會著 塑料技術(shù)標準大全 M 杭州 浙江科學技術(shù)出版社 1990 16 王孝培主編 塑料成型工藝及模具簡明手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 17 黨根茂主編 模具設(shè)計與制造 M 西安 西安電子科技大學出版社 1997 18 賈潤禮等主編 實用注塑模設(shè)計手冊 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2002 19 佟河亭主編 Pro ENGINEER wildfire 中文版習題精解 M 北京 人民郵電 20 張祥杰 Pro ENGINEER wildfire 模具設(shè)計 M 北京 中國鐵道出版社 2002 24 致謝 25 致 謝 回想四年的學習生活 在這里我獲得了知識 學會了學習 也懂得了如何利用學 到的知識去為社會做貢獻 而這些都是我辛勤的老師教予我的 在此 對所有在學習上 生活上給過我?guī)椭睦蠋煴硎局孕牡母兄x 感謝您們孜孜不倦的教導 感謝您們教會 了我如何學習 如何做人 如何做事 本次設(shè)計即將完成 我的心情卻無法平靜 從開始進入課題到論文的順利完成 有多少可敬的師長 同學 朋友給了我無言的幫助 在這里請接受我誠摯的謝意 在這里首先要感謝我的指導老師 指導老師平日里工作繁多 但在我做畢業(yè)設(shè)計 的每個階段從課題的選擇 論文的撰寫到中期檢查 后期詳細設(shè)計 裝配草圖等整個 過程中都給予了我悉心的指導 我的設(shè)計較為復雜煩瑣 但是老師仍然細心地糾正圖 紙中的錯誤 從他的身上 我學習到的不僅僅是專業(yè)知識 更重要的是他淵博的學術(shù) 知識 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 認真負責的工作態(tài)度和待人以誠的寬廣胸懷 使我受益匪淺 必將對我以后的學習和工作產(chǎn)生巨大的影響 在此向他致以誠摯的謝意 其次要感謝同學們給我?guī)椭椭С?在設(shè)計中遇到的困難 他們會熱心的給我排憂 解難 遇到不能解決的問題 大家一起討論 然后還要感謝我的母校對我的大力栽培 感謝大學四年來所有的老師 為我們打下 機械專業(yè)知識的基礎(chǔ) 正是因為有了這些專業(yè)知識此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成 最后感謝我的父母 他們辛勤地工作才讓我有機會坐在這里享受教育 他們豁達的 性格也影響著我從容面對人生 26 附件一 英文文獻翻譯 譯文 1 三維注射成型流動模擬的研究 摘要 大多數(shù)注射成型制品都是具有復雜的幾何輪廓和厚壁或薄壁的制品 這種三維仿真模型將比 兩維半模型具有更精確的填充過程 本文介紹了一種基于三維模型的注射成型流動模擬的數(shù)學模型 和數(shù)值實現(xiàn) 把速度和壓力同次插值方法成功地應用到三維注塑模擬的計算中 從離散的動量方程 中找出壓力和速度的關(guān)系 然后迭代到連續(xù)性方程中得到壓力方程 用三維控制體積法追蹤流動前 沿 并通過算例分析來說明三維模型的有效性 關(guān)鍵詞 三維模型 等序插值法 模擬 注塑成型 1 引言 在注塑成型的過程中 聚合物熔化的流變反應隨著流動前沿的方向大多是非牛頓流體和非等溫 的 由于這些內(nèi)在的因素 分析它的填充過程是很困難的 因此通常進行簡易處理 例如在中面流 和雙面流技術(shù)中 由于大多數(shù)注塑成型的零件都是薄壁卻有復雜的形狀的特征 當分析流動性而厚 度方向的速度和壓力變化被忽略時 通常使用 Hele Shaw 流動簡化 因此這兩種技術(shù)都是兩維的 填充模型 用這種方法填充一個模型的型腔就變成了流動方向的二維問題和厚度方向的一維分析 但由于采用了簡化假設(shè) 它產(chǎn)生的信息是有限的 不完整的 除了用有限差分法求解溫度在壁 厚方向的差異外 基本上沒有考慮物理量在厚度方向上的變化 隨著塑料成型技術(shù)的發(fā)展 注塑 成型零件將具有越來越復雜的形狀 其壁的厚度的多樣性將變得越來越顯著 因此在厚度方向變化 的物理量就不能被忽視 此外 熔體在型腔的表面流動模擬看起來不真實 僅當這些流動模擬出現(xiàn) 在成型型腔時它的真實性才更加明顯 三維流動模型已經(jīng)是研究方向而且在塑料注塑成型模擬方面將是個熱點 在三維流動模型中 熔體在厚度方向的速度分量不再被忽略 熔體的壓力沿厚度方向變化 并且在分解三維實體制品方 面通常使用有限元分析 通過有限元計算 可以獲得完整的數(shù)據(jù) 不僅獲得實體制品表面的流動數(shù) 據(jù) 還獲得實體內(nèi)部完整的流動數(shù)據(jù) 因此 對于薄壁制品 三維流動模擬能夠產(chǎn)生更加詳細的 關(guān)于流動特征的信息和應力分布 對于如在氣體輔助成型中遇到的有厚壁區(qū)域的制品 三維流動模 擬能更加準確地預測其充填行為 許多在二維模型中不能預測的充模過程中的流動行為 如熔體前 沿的流動形態(tài)和推進方式 即 噴泉 效應在三維流動模擬技術(shù)中都可以得到很好的體現(xiàn) 本文提出了一種三維有限元模型來預測模擬塑料熔體的充模流動 把速度和壓力同次插值方法 成功地應用到三維注塑模擬的計算中 從離散的動量方程中找出壓力和速度的關(guān)系 然后代到連續(xù) 性方程得到壓力方程 用三維控制體積法追蹤流動前沿 并通過算例來說明該三維模型的有效性 2 控制方程 充模過程中熔體壓力不是很高 且合理的模具結(jié)構(gòu)可以避免過壓現(xiàn)象 因此設(shè)熔體為未壓縮 附件一 英文文獻翻譯 27 流體 由于熔體粘性較大 相對于粘度剪切應力而言 慣性力和質(zhì)量力都很小 可忽略不計 經(jīng)過簡化和假設(shè) 控制方程的直角分量形式分別為 動量方程 連續(xù)性方程 能量方程 式中 x y z 三維坐標 u v w 分別表示 x y z 方向的速度 熔體密度 P 壓力 T 溫度 熔體粘度 粘度模型采用 Cross 模型 式中 n 非牛頓指數(shù) 剪切速率 材料常數(shù) 0 零剪切粘度 由于在充模過程中 熔體的溫度變化范圍不大 因此 0 采用 Arrhenius 型表達式 式中 B Tb 材料常數(shù) 3 數(shù)值模擬方法 3 1 壓力 速度關(guān)系 三維有限元模型由于沒作 Hele Shaw 流動簡化 其數(shù)值處理方法和二維模型有很大不同 在三 維模型中 用三維立體單元離散制品空間 采用速度和壓力同次插值和迦遼金法來離散控制方程 用三維控制體積法追蹤流動前沿 由于三維模型考慮了厚度方向物理量的變化 其動量方程比二 維模型復雜得多 不可能像二維模型那樣直接通過在厚度方向上的積分得到速度和壓力的關(guān)系 需 要首先對動量方程進行離散 從中找出壓力和速度的關(guān)系 本文采用壓力 速度雙線形插值 用 Galerkin 法對動量方程離散 經(jīng)逐個單元組裝后得到節(jié)點速度和壓力的關(guān)系如下 28 其中 虛擬速度定義為 節(jié)點上的壓力系數(shù)定義為 3 式中 分別表示在 x y z 方向的總體速度系數(shù)矩陣 分別表示節(jié)點在 x y z 方向的壓力系數(shù) 其值利用式 3 在整個計算域內(nèi)積分 由 各單元的貢獻值組裝而得到 Ni 單元插值函數(shù) i 總體節(jié)點號 j 每個節(jié)點所有領(lǐng)接節(jié)點的數(shù)量 3 2 壓力方程 把連續(xù)方程式 1d 用 Galerkin 法離散后 把速度方程式 2 代入 整理后得到離散的單元壓力方 程 把單元剛度矩陣用常規(guī)的方法在整個計算域內(nèi)組裝就得到整體壓力方程 3 3 邊界條件 在模壁上采用無滑移邊界條件 在澆口處 u v w 給定 3 4 速度修正 求解壓力方程 得到壓力場 但從動量方程求解得到的速度場并不滿足連續(xù)性條件 因此 要 按下式用所求得的壓力場去修正當前得到的速度場 附件一 英文文獻翻譯 29 上述壓力 速度方程采用松弛迭代求解 整個求解過程如圖 1 所示 3 5 流動前沿位置的確定 熔體在模腔內(nèi)的流動是非穩(wěn)態(tài)的過程 熔體前沿位置隨時間變化 像二維模型一樣 本文沿用 FAN Flow Analysis Network J 的思路 采用控制體積法來跟蹤熔體每一時刻的前沿位置 但三維控 制體積是一個空間體積 比二維控制體積復雜得多 三維控制體積的劃分必須保證各節(jié)點的控制體 積完全充滿制品空間 不能有空洞和縫隙 圖 2 是三維控制體積的形態(tài)圖 箭頭處為制品表面 a 制品內(nèi)部節(jié)點的控制體積 b 制品邊界節(jié)點的控制體積 圖 2 三維控制體積 4 結(jié)果和討論 算例的型腔如圖 3 a 所示 注射材料為 Kumbo 生產(chǎn)的 AKS780 對應于五參數(shù) Cross 模型中的 n B Tb 粘度參數(shù)為 0 2 638 4 515 10 Pa 3 13 198 043 10 7 Pa s 1 12 236 10 K 0 Pa 注射溫度為 250 模具溫度為 45 制品的三維有限元網(wǎng)格如圖 3 b 所 示 a 制品尺寸 b 立體網(wǎng)格劃分 圖 3 示例制品 噴泉 效應也是充模流動時的一個典型現(xiàn)象 當熔體以較快的速度注入一個相對較冷的模具 中 熔體和型腔壁接觸后 由于傳導冷卻效應 實際上在型腔壁處就形成固體層 靠近型腔壁處 的熔體剪切應力增加 而中部剪切應力為零 于是靠近型腔壁處熔體流動方向開始向模壁偏轉(zhuǎn) 又 由于中部熔體流動速度比沿壁厚度方向上的平均速度快 不斷沖破熔體前沿由于降溫而形成的前沿 30 膜并形成新的前沿膜 因此 此時流體前端呈噴泉狀 后面則以片狀流動在固體層下面通過 圖 4 a 是示例制品在幾個充填時刻流動前沿的形狀 實驗結(jié)果和這種理論相符合 相反 如圖 4 b 所 示兩維半模型的流動前沿形狀不會出現(xiàn)這種 噴泉 效應 a 三維流動前沿的形狀 b 兩維半流動前沿的形狀 圖 4 三維模型流動前沿形狀 a 和兩維半模型流動前沿形狀 b 的比較 圖 5 所示的幾個充填時刻流動前沿形狀的比較 它所示的當前模型的流動前沿形狀的效果比充 填模型的好 如圖 6 所示的是和充填模型的流動前沿形狀相比較的片門壓力圖 它所示的當前模型 的片門壓力和充填模型的相一致 產(chǎn)生這種偏差的主要原因是在處理模型和材料參數(shù)的差異 圖 6 當前三維模型的片門壓力值 虛線 和充填模型的片門壓力值 實線 的比較 附件一 英文文獻翻譯 31 圖 5 當前三維模型流動前沿形狀 a 和充填模型流動前沿形狀 b 的比較 5 結(jié)論 三維有限元模型代表一個理論模型和數(shù)值模擬填充過程的實現(xiàn) 通過三維實體制品實例來測 試他的有效性 在未來塑料注塑成型模擬方面三維模型的注射成型流動模擬是一個發(fā)展的方向 盡 管在目前廣泛使用三維模型的注射成型流動模擬需要很長的時間 但是隨著計算機硬件的發(fā)展以及 仿真技術(shù)的改進 這種三維模型的技術(shù)將會得到廣泛地應用 參考文獻 1 Li Dequn New progress of flow simulation for plastic injection molding China International Forum on Die Mould Technology 2002 5 47 48 2 Hiebert C Shen SA Finite element finite difference simulation of injection molding filling process J Non Newtonian Fluid Mech 7 1 1 980 3 Prakash C Patankar S V A control volume based finite element method for 32 solving the navier stokes equations using equal order velocity pressure 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