挂式空调前盖的注塑模设计含12张CAD图
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计算机为基础的技术,模具的决策支持设计过程aigar HermasteANNES Sutt遏制库特纳摘要: 今天,有一个明显的趋势,在工程行业使用更多的塑料和复合材料。注塑产品的市场的时间越来越短,更关键的,因此所需的时间,可用来制作注塑模具减少。这将需要的产品,工艺和材料性能的综合优化。为了实现产品,工具和流程的优化,在设计过程的早期决定必须得到支持。 注塑成型是一种近净成形制造过程中必不可少的元素,它可能占产品总成本和工程行业的发展时间超过25,特别是当订单数量小。 本文介绍决策分析方法来分析公司的最佳实践的,并使用改进的计算机支持的模具设计过程分析的结果。模式识别技术一起使用,由作者开发的问卷调查,评估技术上和经济上接受不同的塑料制品和注塑模具参数变化。收集信息的最佳实践是从不同的爱沙尼亚公司,开发的问卷。该决定的执行情况分析结果定制Unigraphics的MoldWizard系统描述。关键词:注塑模具的设计,决策分析和支持系统,问卷调查,以评估最佳的工程实践,模式识别方法1引言 如今,模具设计面临越来越大的最后期限的压力和设计本身主要是根据模具设计经验为基础。模具设计师必须具备深入和广泛的经验,因为详细的决策需要不同的参数之间的相互作用的知识。 今天,许多CAD系统提供的几何造型功能,促进模具设计起草行动,但不提供廉价的解决方案所需的知识,养成良好的模具设计,模具设计。计算机辅助工程包通常是在数据处理informationintensive问题。然而,在模具设计需要大量的实用知识。所以的方法,如何来描述最佳实践数据和CAD系统的投入,发展良好的模具设计,必须考虑下。 以前的作品,运用计算机技术在注塑成型领域,涉及许多方面的注塑模具的设计活动。作为一个例子,回族和谭2提出了一种启发式搜索方法的基础上扫业务发展确定脱模方向自动模具设计系统,临别线,侧核心,碱液和永3建立了计算机辅助工具注射机,注射枪,喷射器的大小和位置的选择。基于知识的系统都表现出很大的潜力,协助设计师CAD系统交互概念化的设计,以及最后工程通过广泛的分析程序工程拇指规则的模具设计。模具设计的知识为基础的系统的主要优点是明确的代表和操作知识,代表人类的专长和最佳实践的公司。 本文描述的方法来开发一个基于CAD模具设计支持技术。 Unigraphics的NX的MOLDWIZARD已被选定为基地为例。2途径和方法 工程决策分析是一个过程,允许检查在结构和有效的方式作出决定。决策分析使用技术,如模式识别8 9,人工智能,机器学习8和其他人,以便及时发现决策模式和数据的关系,整合现有的分析设计方法和手段。它可以被看作是计算机自动分析和勘探的数据和知识,在设计塑料部件,其制造技术,包括注塑模具的设计公司使用(最佳实践)。知识发现,机器学习或数据挖掘往往涉及大型数据库。然而,通常建立数据库知识发现的其他用途,往往是很多的冗余数据库中的属性。这增加了知识发现的复杂性和降低了发现知识的质量。知识发现需要以下步骤:连续属性预处理,优化的属性值,消除无用的属性。寻找一个很好的属性约简(有时也被称为功能选择)决策支持系统。从决策系统中提取知识。测试的规则和申请作出决定。 我们的做法是开发一个简单的系统,以支持有效和合理的决定,在模具设计过程中使用现有的CAD元素代表收集知识。来形容的决定,并评估相应的最佳实践,是作者们从不同的使用阐述问卷爱沙尼亚公司收集的数据。标准的Excel技术被用于建模的决定。我们所提出的决策分析技术帮助:塑料模型的一部分,技术规划和决策树的模具设计问题。基于最佳实践的分析决策模型,做出更好的设计决策公司和使用模式识别技术。自定义CAD系统的塑料零件和模具设计(UG NX的MOLDWIZARD)沟通有效的设计方案,基本分析,最好的设计结果决策和支持的假设。2.1知识获取整体模具设计过程中,包括产品设计,选材,制造工艺的选择,模具设计和模具制造过程中选择,如图1所示。模具设计过程包括模具基础设计和型芯/型腔设计。在模具基地的设计过程中工程师有选择模具类型,模具尺寸,加工方法和模具材料,塑料产品参数。在型芯和型腔设计过程中工程师有选择熔体进料系统,冷却和通风系统和弹射系统,根据塑料产品参数。在每一个选择阶段,作出几项决定,以使这些选择。决定如下:融化饲料系统的有关决定:1。腔的数量和布局,收缩率,注塑机的选择2。浇口的位置,大小,类型和截面3。参赛者的布局,长度,直径,类型和截面4。浇口位置,长度,直径,类型和截面的5。分型线的数量和位置,弹射方向冷却和通风系统的有关决定:1。冷却通道的长度,直径和布局,渠道本身及之间的距离之间的渠道和模具型腔2。排气间隙或通风口的位置和大小模具基地大会的有关决定:1。模具类型2。模具尺寸3。定位圈尺寸4。辅助设备弹射系统相关的决定:1。弹射系统类型,布局,组件(板,销,灌木)和它们的类型,位置,尺寸和数量2。喷射器回收系统的类型和位置模具材料相关的决定:1。型腔和型芯插入材料2。型腔和型芯板材料3。模具板材料4。其他组件材料加工方法有关决定:1。型腔和型芯的加工和整理方法2。门,亚军和冷却通道加工方法3。模具板的加工方法在我们的方法中,我们开发的问卷调查,收集信息和数据,从爱沙尼亚公司。问卷分为以下四个部分:1。产品信息 - 信息产品的尺寸,形状,材料,生产和不同的环保要求等。2。进程信息 - 有关工具,注塑机和注塑过程中的信息参数,如预热,冷却时间,射血时间等。3。工具的信息 - 有关模具类型,模具的尺寸,型腔,亚军的信息,喷射系统,冷却系统,模具基础组件,材料和加工方法。4。- 关于成本的一部分,塑料材料成本,模具成本和信息成本信息加工成本。对于每一个决策阶段的决定,要制定最合理,最合适的技术评估收集的知识。在本文中,我们选择,作为一个例子,模具基地大会相关的决策(模具类型和尺寸选择)来展示如何拟议的方法可以用来在Unigraphics的NX MOLDWIZARD环境的。3收集知识的评价模具基地,在装配设计的各个阶段是不同的。模具的基本设计包括模具类型的选择,模具的尺寸选择,加工方法的选择和模具材料的选择。因此,这些不同的设计阶段,不能只是代表一种知识表示的。根据我们必须做出什么样的决定,合理的方法或机制必须选择。每个制造商已经开发自己的模具类型标准。我们的例子基于DME模具基地的标准组件。二甲醚提供六种不同类型的模具,选择从UG NX的MOLDWIZARD在图2所示。每个模具的类型有其自身的规范和板数(类型TCP,美联社,英国石油公司,粗蛋白,.等),这取决于不同的塑料产品参数。产品参数也模式识别技术的输入功能。图2。模具结构类型:TCP,口岸 - 夹板,美联社,英国石油公司 - 腔板,CP的 - 立管,最高人民检察院 - 支撑板,素NP - 中间车牌号码1,素NP2 - 中间车牌号码2。模式识别的基本目标是提供一个有意义的分类输入。它可以被看作是一个两阶段的过程:特征提取和模式分类。一个特点是分为输入模式,采取了测量。一合适的特征之一,这将提供一个明确的输入特征。该模式分类,然后提供一组,然后映射到一个分类的特点状态。鉴于输入功能,分类必须决定哪种类型的类属比赛关系最为密切。量词通常依赖于距离度量和概率论,这样做可以改造每一个非数值的数值,下面的编码和描述规则:1。产品外形尺寸 - 参数值的长度(L),宽度(W)和高度(高)因为这些参数是数值没有编码是必要的。2。产品形状 - 塑料部件可以近似为长方形或圆形。长方形的参数值1;圆形参数值2。3。模腔数 - 编码发生如下:参数值12 3 4 56 7 8 9123-568 1011 12 13 14 1516腔数4。腔布局 - 腔布局类型可分为五个不同的类别:单腔体布局参数值1,圆形布局参数值2,系列布局参数值3,内联布局,参数值4和对称布局有参数值5。不同腔布局如图3所示5。塑料材料 - 下面的编码系统是用来给每个材料A级数值。塑料材料等级和相应的参数值是如下: 塑料材料PMMA PC的甲醛佛罗里达州的PA聚氯乙烯ABS的诗体育参数值12 3 4 56 7 8 9 作为模式分类,我们选择贝叶斯分类理论。基于这一理论,决定计算使用下列公式:GI(X)=- 1/2(X - 导率i)的-1I(X - 导率i)+ LN P(i)+ CI(1) 其中x是一个给定的特征向量(产品,腔的布局和数量的参数),i类(模具结构类型),导率i是i类和I平均值方差矩阵定义为I=(X - 导率i)(X - 导率i)。 在不同的Excel电子表格文件,在此还使用附加的参数或指标纸张。设计参数,可以捕捉和代表的信息,这反映了某些类型的模具设计过程中的元素的可用性。因此这些参数,哪些元素是最适合在一定的模具设计,模具设计人员可以评估项目。模式识别技术的公式(1)计算不同的数值为各种模具基本类型值(图4)。后,数值越来越排序。使出名单反映在模具基地选择类型区(图6)。4集成到CAD系统设计知识 计算机辅助工程技术已被用来代表的注塑成型处理由模拟分析,以协助模具设计。 MOULDFLOW从Mouldflow澳大利亚,塑料及电脑公司,从先进的C-FLOW流量分析CAE技术公司。从结构动力学研究公司,POLYCOOLMOULDCOOL应用工程公司,是一些典型的商业造型模具包灌装过程和/或冷却分析1。还研究人员已经开始采用以知识为基础的方法来解决注射近年来成型及模具设计问题。 IMPARD1是一个专家系统注塑零件设计开发的。输入法1解决注塑部分质量问题。 DTMOULD-11是一种基于知识的注塑模具成本估算系统。MOULDX1和EIMPPLAN-11部分纳入流动性的考虑设计和处理的概念设计开发,注塑件。 ICAD的1,德雷克塞尔大学的知识为基础的系统1等,注塑模具的设计开发。市售包Unigraphics的NX MOLDWIZARD方便程序定制模具设计方案。正常的NX MOLDWIZARD模具设计Unigraphics的CAD环境下可描述如图5所示。 图5。的整体MOLDWIZARD Unigraphics的CAD系统的设计过程中。 单一的标准元素或部件可以在Excel电子表格格式。要自定义,出现这些可用的电子表格。分析决策模型和公司的最佳实践的基础上做出的设计决策,模式识别技术描述AFORE应用到Excel电子表格。我们的目标是扩大在Unigraphics的NX的MOLDWIZARD现有的各种可能性。它有助于支持模具设计过程中,在工具制造公司。例如,如果选择模架在NX MOLDWIZARD管理对话窗口(图6),这显然是明显的,用于两个Excel电子表格文件:1。模具基址寄存器文件和2。相应的模具基础数据库文件。 在模具基地注册文件“moldbase_reg_mm.xls”模式识别技术(图4),以找到最合适的,对应不同的特定标准(例如二甲醚格律模具基础组件)什么类型的模具基础组件。我们的目标是不同的模具基本类型进行排序,所以是最合理的模具基本类型中选择“模具基地管理”对话框窗口(图6)中的第一。它可以帮助模具设计,选择最合理的模具基地型,其特定的模具设计项目。此外,为更具体的数据,对应于输入分类进入模具基地寄存器文件,整体模具的基本类型的选择变得更加准确。图6。模具基地管理对话窗口此外,输入新的参数,称为“可用性指数”。 “指数的含义可用性“是记录每一个模具基地变种的单一选择具体的尺寸在“模架管理”对话框窗口和复制,信息反馈到模具基地数据库文件。这给模具设计的可能性,评估模具基地变种主要用于在同类项目。额外变量“可用性指数”可见MOLDWIZARD“模架管理”对话框窗口在可变部门,(图6)。这种方法的适用性进行了测试实际的例子。结果表明:模式识别技术在NX MOLDWIZARD的模具基地,作为添加剂元素注册文件和额外的变量是方便,以采取进一步的研究考虑。5结论本文提出了一个技术支持的方式和方法的CAD根据现有的CAD资源(Unigraphics的NX的基于模具的设计过程MOLDWIZARD)和收集实验数据。拟议的方法并不是要取代公司现有的系统,而是是一个交流和共享特殊的启发式和经验数据的支持工具。在实施拟议中的CAD方法,可以方便利用工具制造公司的具体知识。本研究的未来发展方向,是实施这一做法,其他类似的决策在模具设计过程中的问题。结合不同的知识表示方法也被认为是找到最好的解决方案,为决策。致谢 支持这项研究是由爱沙尼亚科学基金会(格兰特5620)参考文献1莫长江,秦金水和约翰吉隆坡何,“一个互动的知识为基础的CAD系统的模具设计,注塑成型过程中“,国际先进制造技术,卷杂志。 17日,2001年,第27 - 382许光,模具设计与扫荡行动,“三和谭学研究 - 启发式搜索办法“,计算机辅助设计,卷。 24日,1992年,第81 - 913与碱液,W永H.的研究,“计算机泡沫塑料辅助模具设计产品“,工业电脑,。 18日,1992年,第117 - 1264黄T.,学,“IMD的 - 注塑模具的设计,计算机辅助设计软件”,制造业,1994年,第377 - 385 pasific会议5翔问,贝尔D.,McGinnity研究,“Multiknowledge决策”,知识与信息系统,2004年6罗德里格斯K.,铝Ashaab答,“知识网络为基础的系统架构协同产品开发“,工业电脑,卷。 56,2005,pp.125-1407 Lardeur大肠杆菌,隆格维尔二,“系统工程相互增强和通过决策过程建模:朝向一个综合框架“,卷。 55,2005年,第269 - 2828罗素S.,Norvig还P.,“人工智能:一种现代方法”,2003年,第10819 Theodoridis与,Koutroumbas光,“模式识别。第二版“,2003年,第689塑料注塑模具智能设计工具 jagannath Yammada,泰伦斯L.钱伯斯,苏伦北路Dwivedi机械工程学系路易斯安那大学拉斐特摘要:塑料注塑成型是热塑性塑料制品的最流行的制造工艺和模具设计过程中的一个关键方面。模具的设计需要的知识,专长,并在该领域最重要的体验。当其中之一是缺乏试验和错误的基础上,选择适当的模具制造塑料组件完成。这增加了生产成本,并引入在设计的不一致。 本文介绍了一个聪明的模具设计工具的发展。该工具对模具设计过程中捕获的知识和代表知识符合逻辑的方式。所获得的知识将是确定性和非确定性模具设计过程中的信息。一旦开发模具设计工具指导用户选择适当的模具,为他的塑料部件,根据不同的客户端规范。介绍 塑料注塑成型工艺要求的知识,专长,最重要的是,其成功实施的经验。往往是成型参数控制过程的效率。有效控制和在制造过程中优化这些参数,可以实现的一致性,这部分的质量和成本的一部分的形式。 制造商的经验水平(S)决定的过程中如何有效地参数控制。这有时会导致人类引入不一致错误。还有的情况下,有经验不足,时间紧迫,资源和创新的空间不大。基于知识的工程提供了一个可行的解决方案所有这些问题,创造出了被称为“智能模式”的问题。IKEM 塑料注塑成型的智能知识基础工程模块进程(IKEM)是一种软件技术,是领先一步的并发工程和CAD / CAM系统。它集成了目前有关设计知识和制造流程,有助于通过减少多个工时给用户在产品开发设计阶段的工程变更各种设计方面的有关指令。该系统将用于注塑成型设计,设计迭代和流程集成。当前进程由许多实现从手工计算,CAD图形结构和经验以前的项目。一旦工程师完成的设计,将评估性能。IKEM项目已分为三大模块。1。成本估算模块2。模具设计模块3。制造模块 输入的IKEM系统是两种形式。在CAD模型(PRO-E档案),在用户界面的形式给定的输入方式的输入。图1说明了输入到每个模块,并提供给用户的输出。智能模具设计工具在模具设计工具,其基本形式是一个Visual Basic应用程序从一个文本文件中包含的一部分,用户输入表单的信息输入。文本文件包含从Pro / E的信息文件解析零件的几何形状的信息。输入用于估算模具的尺寸和其他各种功能。文献回顾 模具设计是注塑成型过程中的另一个阶段的经验一名工程师在很大程度上有助于自动化的进程,并提高其效率。问题需要注意的是,到模具设计的时间。通常情况下,设计工程师是指表和标准手册而设计的模具,这消耗大量的时间。另外,大量的时间,进入建模组件模具标准的CAD软件。不同的研究人员已经处理的问题减少所花费的时间以不同的方式来设计模具。 koelsch和詹姆斯2聘用组化技术,以减少模具设计时间。独特的组的一类注塑件,工装需要的编码系统这是一般性的,可以适用于其他产品线,开发注塑。还开发了一个软件系统来实现的编码系统。尝试还针对自动化的模具设计过程中,通过捕捉在该领域的工程师的经验和知识。一个并行的发展模具设计系统就是这样的一个方法,试图建立一个系统并行工程在注塑模具设计流程的方法环境3。他们的研究目标是开发一个模具开发基于并行工程的做法,并制定了过程,有利于基于知识的注塑模具设计,可容纳的设计援助制造的关注,以及产品的要求。 研究人员一直在试图自动化模具设计过程中,通过捕捉只有在模具设计过程中的确定性信息或不确定性信息,以不同的方式。本研究唯一试图开发一个模具设计 捕获这两种形式的信息的应用;确定性和非确定性。采取的方法 为了开发智能模具设计工具,传统的设计方法模具进行了研究。应用程序开发人员和设计工程师的共同努力,一个特定的塑料零件的模具设计。在此期间,该方法通过选择模具基地的工程师密切观察和选择方面确定的过程,需要他的知识/经验。此外,会有倍当工程师将参照表和手册,以规范他的选择的过程。这个耗时的过程也被记录在稍后纳入应用。 在投入和产出方面的应用问题是制定下阶段。这涉及到定义模具布局的信息是最需要用户还可以从他给那些投入的最低数量输出。上收集到的信息在模具设计工作的基础上,遵循公约工程师转化为if-then规则。决策表是用来占所有可能的情况下,出现一个特别的模具设计方面打交道时的过程。所以诬陷的规则,然后组织成相互影响的模块,使用应用程序的开发环境。最后测试其应用程序有效性,当谈到在同行业中生产的塑料零件的模具设计。选择适当的模具基地通常用于制造塑料零件,选择适当的模具基地涉及 腔估计数蛀牙的数量取决于所需的部件数量决定一个给定的时间内。也有其他问题,如塑化能力机,废品率等影响腔的数量是目前在模具基地。 插入和它们的尺寸决定插入方便的模具基地的可重用性,因此有助于降低制造成本。当谈到选择的尺寸和数量,作出决定,根据现有的旧订购新的插入和成本的可重用性。 确定参赛者的大小和位置亚军的大小取决于被塑造的材料。虽然也有其他考虑材料特性决定了其流所需的通道大小。亚军的位置,主要取决于正在使用的拓扑亚军。虽然始终是可取的,一个圆形的热流道系统分支浇道系统,避免亚军平衡是使用最广泛的一个。确定浇口直径浇口直径是根据模具腔数,或塑料,是一个给定的时间内填补的大小决定。 定位大门塑料进入腔在一个点,它可以均匀填充型腔。阿门可位于任何一个圆形孔洞周边的点,但在腹部,当它来填充矩形腔。确定水行的大小和位置形成每个对方的标准距离和任何在模具壁位于行水。公约是没有找到一个模具壁的直径范围内的水线。 基于上述结论的决定模具尺寸所有上述决定的基础上可以近似的模具尺寸估计,并四舍五入至最接近的目录编号。考虑到所有以上方面之前,甚至造型模具基地,降低成本和时间,将重新设计。问题的提出 基于人类的知识/经验,以及模具设计方面的消耗时间指到表格,数据表等问题,为开发应用程序的问题,需要被定义为如图2所示。图2。模具设计模块的组织。 虽然大多数的输入,如腔,腔的图像尺寸,周期时间根据客户的规格,其他如塑化能力的输入,每分钟等的拍摄,可以得到机规格。输出包含应用程序的模具尺寸和其他信息,这显然有助于从目录选择模具标准件基地。除了输入和输出,图2也显示了各种模块,产生最终的输出。构图规则 在这个阶段,专家的知识表示在多个IF-THEN的形式报表。这些规则可能申述定性和定量知识。由定性知识,我们的意思是确定性信息计算可以解决的问题。通过定性,我们的意思是不确定性的信息,但仅仅是基于以前曾规则的规则。一个典型的规则如下所示:如果材料=“缩醛”RunnerLength 0,则RunnerDia = 0.062ENDIF 它制定的规则时,重要的是我们在一个紧凑的信息方式,同时避免冗余性和不一致性。决策表的帮助采取冗余和全面检查,所有上述问题的护理表达对问题的陈述。作为一个例子,在选择一个过程适当的模具基地,模具基地的大小取决于腔插入。为了确保腔,并插入所有可能的组合已经认为我们使用一个决策表,并随后使用决策表的框架规则。表1显示了一个以上的模具尺寸相同的情况下。表1。样品决策表图3。各种组合的插入和型腔模具尺寸 型腔之一,是一个插入的情况下具有相同的模具尺寸的情况下腔数是二和四。可以归结为一个单一规则的三种情况:如果NumberOfInserts= 1,则MoldWidth的(InsertWidth+2)MoldLength=(InsertLength2)MoldThickness= InsertThicknessENDIF 被安排在模块化的方式,使用一个标准的编程语言,为了方便和清晰的规则。每个模块产生一组输出,这将是对其他模块的输入。测试应用程序 智能模具设计中的应用进行了验证,使用不同的测试案例。对于每个的部分信息,模具的信息和对机器的信息是多种多样的和人类专家送入应用程序信息验证的结果。表2显示了这样一个测试案例,其中一部分需要两腔,有没有插入呈现。应用程序提供了近似的模具尺寸,转轮尺寸,浇口基于腔图像尺寸和其他的维和亚军的长度信息。表2。典型的测试案例,显示程序的输入和输出。 获得的模具尺寸都非常接近一个典型的人类专家设计测试用例,但不建议像从DME模具基目录的具体模具明确使用模具标准件基地。然而,在选择适当的模具基地从模具目录非常有用的模具尺寸。亚军尺寸上被使用,因此被限于特定范围内的射门大小的物质基础。总结 本文提出了对发展中国家的智能模具设计所采用的方法执行模具基地的选择,根据用户输入的应用程序。知识收购程序完成后第一设计中密切磋商与模具基地业内专家也收集旧书确定性信息和数据表。所收集的信息,这既可以是定性和定量模具的选择过程中的知识,规则排列的形式表示在不同的模块。决策表是用来减少规则库的规模和规则在问题域的综合基地。应用程序的开发利用规则在不同的模块,然后测试它的有效性,当谈到选择适当的模具基地,在同行业中生产的塑料部件参考文献1。钱伯斯的TL,1998年,“知识表示和混合转换,帕金森AR专家系统“。交易ASME,V 120,页468-4742。 koelsch,詹姆斯河,1999年,“软件,提高模具设计效率”的成型系统,V 57,N 3,P级16-23。3。李,陈,荣显,育民,李,张,邹,1997年“发展的并发模具设计系统:一个以知识为基础的方法“,计算机集成制造系统,V 10,N 4,带够287-3074。佩尔Kynric斯特德曼莎莉,男,1995年,在工程设计专家系统的应用:注塑塑料零件“杂志的智能制造,V6,P 347-353。5。费尔南德斯答,Castany研究,Serraller楼,Javierre三,1997年,“CAD / CAE技术设计助理热塑性塑料注塑模具和原型“信息技术,V 8,带够117-124。6。道格拉斯布莱斯中号,1997年,“塑料注塑材料选择和产品设计”,V 2,页1-48。7。道格拉斯中号布莱斯,1997年,“塑料注塑成型,模具设计基础”,V2,页1-120。泰伦斯大号钱伯斯钱伯斯博士是助理教授,并拥有博士学位从杨百翰大学机械工程。他是在得克萨斯州注册的PE和ASME和ASEE成员。感兴趣的领域包括设计优化和人工智能。苏伦列印DWIVEDIDwivedi博士是一位教授,并担任主席 - 制造业。他拥有博士学位从兰契比尔拉理工学院工程。自己感兴趣的特殊领域,是在制造系统。JAGANNATH小号YAMMADAjagannath是,拉法叶路易斯安那大学的研究生。他拥有学士学位奥斯马尼亚大学机械工程。他的硕士论文开发一个交易智能模具注塑行业设计中的应用,他预计到毕业may2002。 挂式空调前盖的注塑模设计摘 要和传统注塑模具设计方法相比,基于proe和Moldflow的注塑模具设计的设计周期短,成本低并且模具制造工艺性能好。本次毕业设计的零件是挂式空调前盖。首先用计算机辅助软件proe来进行零件的三维造型和注塑模具设计。对设计的零件进行结构与工艺分析,注塑模具设计成三板模,一模一腔,单流道,斜导柱抽芯机构和斜顶抽芯机构,摆钩分型螺钉定距机构。设计成型零部件以及设计合理的推出机构。对设计进行验证主要是对注射机的相关重要参数进行验证,包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等。在校验合格后,进行成型零件加工工艺过程的制定,既要保证塑件的质量,又要兼顾经济性。最后则是模具的装配环节,包括制定装配步骤、明确注意事项等。模具出图环节将使用AutoCAD对装配图和零件图进行修整。然后采用模流分析软件Moldflow对零件进行最佳浇口位置分析和充填+冷却+翘曲分析,根据分析结果对冷却系统和浇注系统进行调整和优化,注塑模具中的浇注系统和冷却系统也进行相应的调整。最后的注塑模具浇注系统合理,流料能够完全充填型腔;冷却系统的冷却效果良好;制品翘曲程度达到合理的范围;模具整体结构合理。关键词:空调前盖;proe;Moldflow;注塑模具AbstractCompared with the traditional injection mold design method, the cycle of the injection mold design based on the proe, and the Moldflow is short, it cost low and have good mould manufacturing technology. This designs topic is about hang up air conditioning panel parts. First he used computer-assisted software proe to make the molding of parts and plastic injection mold design, then to design of parts structure and process analysis, and the injection mold design use three plate mold, which has a cavity in a mold, work shunt way, font oblique guide column core-pulling mechanism and inclined top core-pulling mechanism, put hook screw spacer institutions parting. Design molding parts as well as design the launch of the agency. Validate the design to verify the important parameters of the injection machine, including the thickness of the mold is closed, the mold mounting dimensions, mold opening stroke, the injection molding machine clamping force. Calibration after passing the formulation of the molding parts machining process, we must ensure the quality of the plastic parts, but also take into account the economy. Finally, there is the link of the mold assembly, including the development of the assembly steps, explicit attention to such matters.He will use the AutoCAD drawing session on the assembly and repair parts diagram. Then use the mold flow analysis software Moldflow to do the analysis of the best parts of gate location and filling + Cooling + warpage analysis, According to the results of analysis of cooling system and pouring system to adjust and optimize injection mold, the gating system and cooling system also accordingly.The last of the injection mould casting system is reasonable, the flow can be fully mold filling material;the cooling effect of the cooling system is good ;Products to the scope of the reasonable degree of warping;the whole structure is reasonable as a good mould.Keywords: Air conditioning panel;proe ;Moldflow;injection mold目 录引言11 国内外研究现状11.1 国外注塑模具的发展过程11.2 我国注塑模具的发展以及发展趋势22 塑件设计和分析32.1 材料分析和塑件材料选用32.2 塑件结构分析和造型设计42.2.1塑件造型设计的基本要求42.2.2塑件的几何尺寸以及精度42.2.3塑件的表面质量42.2.4 塑件的整体形状结构42.2.5 塑件结构要素的设计52.3 成型工艺分析与设计52.3.1 成型前的准备62.3.2成型工艺控制72.3.3 注射过程72.3.4 塑件的后处理83 选择注塑机83.1 计算塑件体积和质量83.2 估算浇注系统的体积和质量93.3 选择注塑机93.4 锁模力的校核93.5 注射压力的校核93.6 开模行程的校核104 模具设计104.1型腔布局和分型面的设计104.1.1 型腔数目的确定104.1.2 分型面的设计114.2 浇注系统的设计124.2.1 主流道的设计124.2.2 分流道的设计134.2.3 浇口的设计144.2.4 冷料穴的设计154.3 排气方案的设计164.4 成型零件的设计164.4.1 成型零件结构的设计164.4.2 型腔、型芯及侧型芯尺寸的确定184.4.3 型腔侧壁和支撑板厚度的计算184.5 结构零部件设计184.5.1 标注模架的选择184.5.2 支承零部件的设计194.5.3 合模导向机构设计204.6 推出机构设计204.6.1塑件脱模214.6.2推出机构的导向和复位214.7 侧向分型与抽芯机构设计224.7.1侧抽芯机构的抽芯距和抽芯力的计算234.7.2斜导柱的设计244.8 冷却系统设计245 基于Moldflow的充填和冷却性能分析255.1 选择塑胶材料265.2 设置成型工艺参数265.3网格的划分和修补275.3.1 网格的划分275.3.2 网格的修补与优化285.4 浇注系统的创建295.4.1 确定最佳进浇位置295.4.2 创建浇注系统295.5 冷却系统的创建305.6 分析结果305.6.1 主要的流动分析结果315.6.2 主要的冷却分析结果335.6.3 主要的翘曲分析结果345.7 改善制品翘曲变形355.7.1 改善措施355.7.2 改善效果365.7.3 改善前后结果对比列表366 结论37致 谢38参考文献39 引言塑料自发明以来因其优异的综合性能广泛应用于国民经济诸多领域,为社会进步和经济发展发挥了重要作用,作为四大基础工业材料之一,其应用领域已远远超越钢材、水泥、木材三大产业,目前全球年消费塑料达2.4吨,年增长4%左右,中国年消费塑料4000多万吨,今后几年仍将以至少8%的平均速度增长。注塑模具:塑料工业的发展带动了塑料模具行业的发展,市场对各类模具需求巨大,塑料制品的造型和精度直线与模具设计与制造有关系,对塑料制品的要求就是对模具的要求。有人说,模具是现代工业之母。新的世纪已经来临,世界各国对模具生产技术非常重视,出现许多新工艺、新技术。1 国内外研究现状1.1 国外注塑模具的发展过程20世纪60年代,美、英、加拿大等国的学者开始了一系列有关塑料熔体在模腔内流动与冷却的基础研究,通过合理简化,完成了一维流动与冷却分析程序。20世纪80年代开展了三维流动与冷却分析,并把研究扩展到保压分子取向以及翘曲预测等领域。20世纪90年代后开展了流动、保压、冷却、应力分析的注塑工艺全 过程的集成化研究,为开发实用型的注塑模分析软件奠定了基础。目前,发达国家的塑料流变学、几何造型技术、数控加工及计算机技术的突飞猛进,为注塑模CAD/CAE/CAM系统的开发创造了极为有利的条件。世界各国无不投人大量的人力、物力来研究和开发CAD/CAE/CAM技术,使得这种技术从理论研究到实际应用方面都取得了飞速进步。但注塑模的商品化软件在功能和精度上还有待于进步发展。今后的研究和发展工作主要在于精度的数字化技术,如要完善注塑模CAE软件对注塑全过程的模拟,对复杂形状的产品进行数据采集,且采集速度要快而精确,并直接建立线框模型。总之,注塑模CAD/CAE/CAM的生产组织方式,是一套完整的、科学的、现代化的模具生产组织方式,整个生产过程环环相扣,上下照应,充分体现了整个生产组织上的科学严密性。这种生产方式从根本上杜绝了常规模具生产组织方式的种种弊病,从生产组织系统上保证了注塑模的生产质量。1.2 我国注塑模具的发展以及发展趋势80年代以来,在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持引导下,我国模具工业发展迅速,年均增速均为13%,在未来的模具市场中,塑料管件在模具总量中的比例还将逐步提高。经过半个世纪的发展,模具水平有了较大提高。在塑料管件模具方面已能生产19万吨,上规模,高水平的企业越来越多!由于他的抗腐蚀、廉价等优秀品质,被应用于我国现代化建设的各个领域。精密塑料模具方面,已能生产医疗塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。所生产的这类塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02mm0.05mm,表面粗糙度Ra0.2m,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达1030万次,淬火钢模达501000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50%80%相比,差距较大。在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的proe、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer软件等等。这些系统和软件的引进,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。注塑成型是最大量生产塑料制品的一种成型方法,二十多年来,国外的注塑模CAD技术发展相当迅速。70年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初,人们成功采用有限元法分析三维型腔的流动过程,使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对设计方案进行评价和修改,以减少试模时间,提高模具质量。近十多年来,注塑模CAD技术在不断进行理论和试验研究的同时,十分注意向实用化阶段发展,一些商品软件逐步推出,并在推广和实际应用中不断改进。在塑料成型生产中,先进的模具设计、高质量的模具制造、优良的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等式成型优质塑件的重要条件。一副优良的注塑模具可以成型上百万次这与上述因素有很大的关系,考察国内外模具行业的现状及我国国民经济和现代工业产品生产中模具的地位,总模具的设计理论、设计实践和制造技术出发,塑料模具的制造技术和成型技术大致有以下几个方面的发展趋势。(1)CAD/CAE/CAM技术在模具设计与制造中的应用;(2)快速原型制造及相关技术将得到更好的发展;(3)快速洗消加工将得到更广泛的应用;(4)模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用;(5)电火花加工技术将得到发展;(6)热流道技术奖得到推广;(7)超精加工和复合加工将得到发展;(8)气体辅助注射技术和高压注塑成型等工艺将进一步发展;(9)模具液压成型技术将得到进一步开发应用;(10)模具标注化程度将不断提高;(11)模具优质材料及先进表面处理技术将得到进一步受到重视;(12)模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展;(13)模具自动加工系统的研制和发展;(14)虚拟技术将得到发展。2 塑件设计和分析2.1 材料分析和塑件材料选用塑料是一种以合成树脂(高分子聚合物)为基体的固体材料,除了合成树脂作为基体外,还有一些特定用途的添加剂(少数情况下可以不加添加剂)。塑料可分为普通塑料和工程塑料,其中工程塑料又可分为通用工程塑料和特种工程塑料。本次设计的产品零件是挂式空调前盖,对于产品的力学性能要求不高,耐疲劳性、耐磨损性要求一般,但要求耐热性和耐低温性良好,所以材料选用ABS。ABS树脂是五大合成树脂之一,其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,容易涂装、着色,还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工,广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料。2.2 塑件结构分析和造型设计2.2.1塑件造型设计的基本要求(1)首先应满足产品的使用要求,且不影响制品的外观美感;(2)应能充分发挥塑料的模塑工艺性,以利于模塑成型工艺的控制;(3)应有利于提高塑件的强度和刚度;(4)应防止不良造型使塑件在成型和使用过程中产生应力集中,同时也要考虑不良造型令模具在模塑过程中出现过大的应力集中;(5)应力求塑件结构简单,尽力避免侧孔以简化模具的结构及便于成型操作。2.2.2塑件的几何尺寸以及精度(1)塑件的总体尺寸查找资料,可以初步定空调总长800mm,宽220mm,高60mm,壁厚3mm。(2)塑件尺寸公差影响塑件尺寸精度的因素有:塑料材料的收缩率及其波动、塑件结构的复杂程度、模具因素、成型工艺因素、成型设备的控制精度等:其中主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。本次选用的产品材料为ABS,根据查表可得塑件的标注公差尺寸的高精度等级为MT2、一般精度为MT3,未注公差尺寸等级为MT5。由于空调前盖尺寸精度要求不高,本次设计一般精度MT3。再根据塑件与模具精度的对应关系可得模具的制造精度为IT9。2.2.3塑件的表面质量塑件的表面质量包括塑件表面缺陷、表面光泽性与表面粗糙度。其余模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。空调前盖的表面质量要求不高,所以表面粗糙度取Ra 0.8-0.2um;模具型腔表面粗糙度通常应比塑件对应部分的表面粗糙度在数值上要低1-2级。2.2.4 塑件的整体形状结构挂式空调前盖为宜壳体,前盖前表面为满足空调使用功能需设计成均匀的条孔,为了固定前盖,前侧内表面设计4个倒钩,为了安装转轴需在后侧内表面设计一对对称的钩孔。2.2.5 塑件结构要素的设计(1)塑件的壁厚一般而言,在满足使用要求的前提下,塑件壁厚尽量取小一点,而且塑件的壁厚应尽可能均匀一致。再根据空调前盖的使用条件,前盖壁厚设计成3mm。(2)塑件的脱模斜度塑件材料为ABS,查表可得塑件脱模斜度的推荐值,型芯35/-10 ;型腔40/-1020/ 。(3)加强筋由于设计的空调前盖前表面挖去很多孔,强度有所下降,所以在内表面设计4条加强筋增加零件强度。(4)圆角带有尖角的塑件,在成型时往往会在尖角处产生局部应力集中,在受力或者冲击下会发生开裂。为避免这种情况的出现,除塑件使用上要求尖角外,其余转角处均应尽可能采用圆弧过渡。一般,R外=1.5t=4.5mm,R内=R外/2=2.25mm。通过proe造型,最后的三维零件如图2-1。图2-1三维零件图2.3 成型工艺分析与设计ABS为热塑性塑料,热塑性塑料的注射成型工艺过程见图2-2。 图2-2 热塑性塑料注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射过程和塑件后处理三部分。2.3.1 成型前的准备表2-1 ABS的注射成型工艺参数塑料名称注射成型机类型密度/gcm-3计算收缩率%模具温度/料筒温度C后段中段前段ABS螺杆式1.051.08 0.30.85070200210210230180200注射压力/MPa成型时间/S螺杆转速/rmin-1喷嘴注射时间保压时间冷却时间成型周期形式温度/7090351530153040703060直通式180190(1)确认注塑设备、完成注塑模的安装与试模;(2)塑件原料的检验与预处理;(3)清洗料筒;(4)成型操作前设备的检验与注塑工艺参数设置,注射成型的工艺参数查表可得,见上表2-1。2.3.2成型工艺控制成型工艺控制主要包括温度控制、压力控制、过程时间控制。需要控制温度的部位主要有注射机料筒温度、喷嘴温度及模具温度;压力控制主要有塑化压力、注射压力、保压压力和型腔压力;各程序动作时间包括注射充模时间、注射保压时间、熔体注射(充模与保压)后的模内冷却时间及其它辅助动作所需时间。由此可得,成型工艺的控制由于影响因素较多,是比较难以掌握的部分,工人师傅的经验,对塑件的成型有重要的影响。2.3.3 注射过程注射过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个阶段。2.3.4 塑件的后处理去除毛刺和飞边,对于浇口位置进行抛光处理以达到产品表面质量要求。为了减小由于塑化不均或塑件在型腔中冷却不均而带来的塑件内应力,以避免存在内应力的塑件在使用过程中发生力学性能下降,光学性能变坏,表面出现银纹、变形和开裂。所以塑件脱模后还得进行退火处理。ABS热处理工艺条件见表2-2。表2-2 ABS塑件后处理工艺条件材料制品厚度/mm热处理方法热处理温度/0C热处理时间/minABS3水或者空气60-7516-203 选择注塑机3.1 计算塑件体积和质量使用proe可以直接得到塑件的体积V1=421937.24mm3,见图3-1。图3-1 塑件的体积ABS的密度是=1.06g/mm3塑件质量:m1=V1=421937.241.0610-3=447.25g 3.2 估算浇注系统的体积和质量利用proe可以计算出分流道和浇口内塑料的体积,见图3-2。V2=19637.88mm3质量m= V2=19637.881.0610-3=20.82g图3-2分流道和浇口的体积3.3 选择注塑机本次模具设计采用一模一腔,根据注射量V=V1+V2=441.56cm3,选择注塑机的型号为XZ-ZY-500。该注塑机的规格和性能见表3-1。表3-1 XZ-ZY-500型号注塑机的规格与性能理论注射量/cm3500移模行程/mm500螺杆直径/mm65最大模具厚度/mm450注射压力/Mp145最小模具厚度/mm300锁模力/KN3500喷嘴球半径/mm18注射方式螺杆式喷嘴口孔径/mm33.4 锁模力的校核为了平衡塑料熔体的压力,锁紧模具保证塑件的质量,注塑机必须提供足够的锁模力。要求涨模力小于注塑机的额定锁模力,查表可得锁模力为2300KN,所以锁模力合适。3.5 注射压力的校核注射压力的校核是核定注塑机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力,采用ABS塑料注射成型时所需的型腔压力查表可得30MP。这样看来所选的注塑机的额定压力大于成型时所需的压力,注射压力合适。3.6 开模行程的校核注塑机的开模行程是受合模机构所限制的,注塑机的最大开模距离必须大于脱模距离,否则塑件无法从模具中取出。对于双分型面注射模具的校核公式为:L=H1+H2+a+(510)s-Hm (3-1)式中:s为注塑机最大开模行程,mm H1为推出距离(脱模距离),mm H2为塑件的高度 a为浇注系统的高度,mmHm为定模板的厚度,mm本次设计中,H1=80mm,H2=60mm,a=150mm,Hm=80mm80+60+150+10=300500-80=420通过校核开模行程合适。4 模具设计首先说明,由于本次零件的尺寸比较大,采用proe进行模具设计时,没有较大的模架,所以在模具设计前需将零件缩小一倍。4.1型腔布局和分型面的设计4.1.1 型腔数目的确定由注塑机的最大注射量来确定型腔的数目: (4-1)式中:m1是注塑机最大注射量,cm3或g m2是浇注系统凝料量,cm3或g m是单个塑件的体积或者质量,cm3或g=0.85由计算结果可以看出只能将模具设计成一模一腔。4.1.2 分型面的设计分型面的选择原则:(1)分型面位置应该开设在有利于脱模塑件的最大轮廓处;(2)分型面设置应该尽可能使塑件留在动模的一侧,以便简化脱模机构的设计;(3)分型面设置应该有利于确保塑件的形状及尺寸精度;(4)分型面设置应该满足塑件外观的质量要求;(5)分型面设置应该有利于模具锁紧和保证壁厚的均匀性;(6)分型面设置应该有利于模具的排气;(7)分型面的设置应该有利于模具的加工制造。综合以上各种因素后,把分型面设计成如图4-1所示。图4-1 分型面4.2 浇注系统的设计浇注系统指的是模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由分流道、主流道、冷料穴、浇口等四部分组成。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节,它的设计合理与否,对注塑成型周期与塑件质量(如外观、物理性能、尺寸精度等),以及模具结果、塑料的利用率都有很大的影响,设计时比须遵循如下原则:(1)型腔布置与浇口开设部位力求对称,以便防止模具承受偏载时产生溢料现象;(2)型腔与浇口排列要尽可能地减少注模具外形尺寸,并且要有利于型腔中气体的排出;(3)系统的流道尽可能短,断面尺寸适当(太小则压力和热量损失大,太大则塑料耗费大),尽量地减小弯折,表面粗糙也要低,从而使热量和压力损失尽可能小;(4)对于多型腔应该尽可能的使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处和角落,即分流道尽量可能采用平衡式布置;(5)满足型腔充满的前提下,浇注系统容种尽可能小,以减少塑料的耗量;(6) 浇口位置要适当,尽量避免冲击嵌件和细小的型芯变形,浇口的残痕;(7)流动距离比以及流动面积比的校核 。流动距离比也称为流动比,它指的是塑料熔体在模具中进行最长距离流动时,其中各段料的流通道和各段模腔的长度与其对应的截面厚度之比值的总和,即 (4-2) 式中 流动距离比;模具中各段料流通道以及各段模腔的长度;模具中各段料流通道以及各段模腔的截面厚度。4.2.1 主流道的设计主流道部分在成型过程中,其小端入口处和注射机喷嘴以及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触,属于易损件,对材料的要求比较高,因而模具的主流道部分通常设计成可以拆卸更换的主流道衬套式浇口套,以便于有效地选用优质的钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素的工具钢如T8A、T10A等等,热处理要求为淬火53-57HRC。本次设计采用T10A。浇口套采用浇口套和定位圈设计成整体的形式,用螺钉固定在定模座板上,如图4-2所示。图4-2 主流道示意图4.2.2 分流道的设计分流道指的是主流道末端和浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道的作用是改变熔体的流向,使其以平稳的流态均衡分配到各个型腔。设计时要尽量减少流动过程中热量和压力的损失。(1)分流道截面的形状分流道本次设计采用圆形。(2)分流道截面尺寸一般ABS塑料分流道截面直径的经验值取4.8-10mm,本次设计选用直径7mm。(3)分流道的布置和长度由于空调零件比较长,需要4个浇口,所以流道设计成工字行分流道,分流道的布局和尺寸见图4-3。图4-3 分流道4.2.3 浇口的设计浇口是连接分流道和型腔的一段细短的通道,它是浇注系统的关键部分,浇口的形状,数量,尺寸以及位置对塑件的质量影响很大,浇口的主要作用有两个,一是塑料熔体流经的通道,二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多,有点浇口,侧浇口,直接浇口,潜伏式浇口等,各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定。本次设计采用点浇口,点浇口的特点如下:点浇口又叫橄榄形浇口或菱形浇口 ,是截面尺寸很小的圆形截面浇口,是应用较广泛的一种小浇口,其结构和尺寸如图1所示。点浇口的特点是浇口位置可根据工艺要求灵活地确定,浇口附近塑件变形小,去浇口容易,可自动拉断,有利于自动化操作。点浇适于成型低黏度塑料及黏度对剪切速率敏感的塑料,如PE、PP、ABS等。本次零件过大过长,所以设计4个浇口,由于第一分型面到塑件的投影距离不相同,采用点浇口的长度不一样,浇口的尺寸与形状见图4-4。图4-4 浇口4.2.4 冷料穴的设计本次冷料穴设计在分流道的四个末端。最后的浇注系统如图4-5所示。图4-5 浇注系统4.3 排气方案的设计为了使塑料熔体能够顺利地充填模具型腔,必须将浇注系统与型腔内的空气及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外。本次设计采用间隙排气,动定模板之间的间隙设计成1.4mm。4.4 成型零件的设计由于成形零件直接与高温高压的塑料熔体接触,它必须具有如下一些性质:(1)具有足够的强度和刚度,以承受塑料熔休的高压;(2) 具有足够的硬度及耐磨性,以承受料流的磨擦以及磨损。通常应进行热处理;(3)材料抛光性能好,表面应该光滑美观,表面粗糙度应在Ra0.4以下;(4) 切削加工性能好,热处理变形小,可淬性良好。4.4.1 成型零件结构的设计本次成型零件由凸模、凹模、4个内抽芯和6个侧抽芯组成。凸模和凹模本次设计采用整体式结构设计,proe分型后的成型零件见图4-6,4-7,4-8,4-9,4-10。图4-6 凸模 图4-7 侧抽芯1 图4-8 侧抽芯2 图4-9凹模图4-10内抽芯4.4.2 型腔、型芯及侧型芯尺寸的确定考虑成型收缩对制品尺寸的影响、成型零件在成型过程中的磨损寿命等,规定一下几点:(1)塑件上轴类尺寸以其最大值为公称尺寸,公差为单向负偏差;塑件上孔类尺寸以其最小尺寸为公称尺寸,公差为单向正偏差;(2)模具凹模类尺寸取其最小值为公称尺寸,公差为单向正偏差;模具型芯类尺寸以其最大尺寸为公称尺寸,公差为单向负偏差;(3)塑件及模具成型零件上的中心距类尺寸,其公差为双向对称分布。因该塑件曲面形状复杂,加工时由数控编程进行加工,故本文只对总体尺寸进行公差计算。前面已经确定塑件公差取MT3,多对应的模具公差精度为IT9。IT9的精度为40i,D为公称尺寸,详细尺寸见零件图。4.4.3 型腔侧壁和支撑板厚度的计算(1)型腔侧壁的厚度 长边厚度:S10.2L1+17 (4-3) S10.2160+17 S149mm短边厚度 S20.2L2+17 (4-4) S20.2450+17 S2107mm(2)支撑板的厚度 塑件在分型面上的投影面积为440cm2,查表可以得到支持板得厚度s40mm。4.5 结构零部件设计4.5.1 标注模架的选择 根据型芯型腔的尺寸大小和型腔侧壁的厚度选用700350细水口模架。 4.5.2 支承零部件的设计 (1)固定板、支承板固定板(动模板、定模板)在模具中起安装和固定成型零件、合模导向机构以及推出脱模机构等零部件的作用。为了保证被固定零件的稳定性,固定板应具有一定得厚度和足够的刚度和强度,一般采用碳素结构钢制成,本次设计选用45钢。定模板厚度AP_h=80mm,动模板厚度BP_h=60mm。支承板是盖在固定板或者垫在固定板下面的平板,他的作用是防止固定板固定的零部件脱出固定板,并承受固定部件传递的压力,因此它需要较高的平行度、刚度和强度。本次设计选用45钢,经热处理调质28-32HRC。支承板厚度U_h=45mm。(2) 支承件支承件有垫块和支承柱(3)垫块垫块的作用主要是在动模支承板与动模座板之间形成推出机构所需的动作空间。另外也起到调节模具总厚度,以适用注射机模具安装厚度要求的作用。垫块高度的计算式如下:CP_h=h1+h2+h3+S+(36) (4-5)式中 CP_h为垫块高度; h1为推板厚度; h2为推杆固定板厚度; h3为推板限位钉高度(如果无限位钉则为零); S为脱出塑件所需的顶出行程。其中h1=25mm,h2=20mm,h3=0,S=30mm。计算出垫块的高度CP_h=81mm,本次设计的垫块高度CP_h=100mm。(4)支承柱本次模具为大型模具而且垫块间跨距较大,如果要保证动模支承板得刚度和强度,动模板厚度必须将大大增加,既浪费材料,又增加模具重量。所有在动模支承板下面加设圆柱形的支柱以减小垫板的厚度。支承柱的尺寸规格为:25120 mm。(5)动定模板与注射机的动定固定板相连的模具底板称为动定模板。动定模座板在注射成型过程中起到传递合模力并承受成型力,为保证动定模座板具有足够的刚度和强度,动定模板应具有一定得厚度。本次设计动定模座板采用的是材料为45钢,热处理43-48HRC。动模座板的厚度BCP_h=30mm,定模座板的厚度TCP_h=50mm。4.5.3 合模导向机构设计(1)导向机构的作用:定位作用 模具装配或闭合过程中,避免模具动、定模的错位,模具闭合后保证型腔形状和尺寸精度;导向作用 动定模合模时,首先导向零件相互接触,引导动定模正确闭合,避免成型零件先接触而可能造成成型零件的破坏;承受一定的侧压力 塑料熔体在注入型腔过程中可能产生单向侧压力,或由于注射精度的限制,会使导柱在工作中不可避免受到一定的侧压力。导柱:国家标准规定了两种结构形式,分为带头导柱和有肩导柱,大型而长的导柱应开设油槽,内存润滑剂,以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量,特别对于大型、精密的模具,导柱的直径需要进行强度校核。导套:导套分为直导套和带头导套,直导套装入模板后,应有防止被拔出的结构,带头导柱轴向固定容易。(2)设计导柱和导套需要注意的事项有:合理布置导柱的位置,导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度;导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置,或不等直径对称布置。导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm,以确保其导向与引导作用。导柱工作部分的配合精度采用H7/f7,低精度时可采取更低的配合要求;导柱固定部分配合精度采用H7/k6;导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍,其余部分可以扩孔,以减小摩擦,降低加工难度。导柱可以设置在动模或定模,设在动模一边可以保护型芯不受损坏,设在定模一边有利于塑件脱模。本次设计采用的导柱为带头导柱,导套有直导套和带头导套,尺寸规格以及配合形式见装配图。4.6 推出机构设计注射成型每一循环中,塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出,完成脱出塑件的装置称为脱模机构,也称顶出机构。推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件组成。脱模机构的设计一般遵循以下原则:塑件滞留于动模边,以便借助于开模力驱动脱模装置,完成脱模动作;由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位;结构合理可靠,便于制造和维护。本次设计的是摆钩式顺序脱模机构,其结构特点是第一分型面的分型动作是靠摆钩,摆钩可绕定模板上的转销摆动,在开模前一阶段,摆钩挂在动模板的挡块上,从而使定模板跟动模部分运动,致使中间板与定模板分开,实现第一分型面的分型一浇注凝料脱模。当第一分型面开模到所限定的距离,摆钩会在压板的作用下绕转销而脱离动模板上的挡块,致使定模板失去开模动力而终结第一分型面的分型,与此同时,第二分型面开始打开,第二分型面分型到一定距离后(距离通过限距螺钉控制),动模部分的脱模机构将塑件推出模具,完成塑件及浇注系统凝料的整个脱模过程。具体分型机构见装配图。4.6.1塑件脱模塑件的脱模通过推杆推出机构推出,推杆直径5mm,本次零件比较大,且脱模力很大,所以设计16根推杆,推杆固定在推杆固定板上。推杆的位置需满足以下要求:(1)推杆不宜设置在塑件壁薄处,在塑件的盘、凸台、支撑部位,要多设推杆;(2)在模腔内排气困难的部位应设置推杆,以利于用配合间隙排气;(3)推杆端面应以尽可能大的面积与塑件接触,直径小于2.53mm时应采用阶梯式推杆;(4)推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7。在注射塑状态时,应确保 推杆端面与型腔平齐或伸入0.05到0.1mm。推杆的具体位置见型芯零件图可以看出具体尺寸及位置。4.6.2推出机构的导向和复位推出机构的导向通过支承柱完成,支承柱与推板和推板固定板上的导套配合。 复位采用最简单的复位杆,复位杆安装在推杆固定板上,复位杆为圆形截面,本次设计4根复位杆,其位置应对称设置在推杆固定板四周。合模时,复位杆先于推杆与定模分型面接触,在动模向定模逐渐合拢过程中,推出机构被复位杆顶住,从而与动模产生相对移动直分型面合拢时,推出机构就回复到原来的位置,这种结构中合模和复位是同时完成的。4.7 侧向分型与抽芯机构设计根据零件的形状与结构,设计8个斜导柱侧向抽芯机构,4个内抽芯机构。侧抽芯机构安装在动模板上,其中楔紧块固定在定模板上,而斜导柱固定在楔紧块上,其抽芯与第二次分型同时进行。内抽芯机构安装在推板固定板上,其中楔紧块固定在定模板上其抽芯与推出机构同时进行。抽芯机构见图4-12,4-13,4-14。图4-12侧抽芯1图4-13侧抽芯2图4-14内抽芯4.7.1侧抽芯机构的抽芯距和抽芯力的计算(1)抽芯1的抽芯距和抽芯力的计算抽芯距离计算 S抽= +(23)=2+(23)=45 (4-6)为了保证足够的抽芯距离,本设计实际采用抽芯距为S为20mm。抽芯力计算 公式Q=17610(0.20.999-0.009) =195N (4-7) Q通孔抽芯抽拔力; L活动型芯被塑料包紧的断面周长; H活动型芯成形部分高度; q包紧型芯的压力,一般取812Mpa; 塑料对钢的摩擦系数,取0.150.2; 脱模斜度。(2)抽芯2的抽芯距和抽芯力的计算抽芯距离计算 S抽= +(23)=5+(23)=78 mm为了保证足够的抽芯距离,本设计实际采用抽芯距为S为20mm。抽芯力计算 公式Q=452110(0.20.999-0.009)= 1803N4.7.2斜导柱的设计斜导柱与开模方向的夹角为倾斜角,侧型芯滑块抽芯方向与开合模方向垂直,理想角度为,最常用的为,此设计选用。斜导柱直径计算公式及结果如下:d=14.2mm取15mm (4-8)斜导柱才料的许用弯曲应力,为400Mpa滑块端面至受力点的垂直距离50mm最大弯曲力,查表得1000N 斜导柱长度的计算公式和结果如下:L= + +(510)mm=103mm (4-9)L斜导柱总长(mm);斜导柱固定部分台肩直径;d斜导柱工作段直径;斜导柱斜角;S抽芯距;h斜导柱固定厚度。抽芯1与抽芯2 选用相同的斜导柱。4.8 冷却系统设计本次冷却液采用水,因为水的热容量大,传热系数打,成本低。冷却水道设置在型腔内,水在其中循环流动带走热量,维持模具温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的水能充分吸收成型塑件所传导的热量,使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内,而且要做到使水在回路系统内流动畅通,无滞留部位。本次冷却系统的设计通过Moldflow软件在下面详细介绍。最后设计完成后的模具见图4-15。(a)(b)图4-15模具装配图(a)模具整个三维图,(b)去掉定模部分后的模具三维图5 基于Moldflow的充填和冷却性能分析Mold-flow Plastic Insight(MPI)是Autodesk Mold-flow是欧特克公司开发的一款用于塑料产品、模具的设计与制造的行业软件。 Mold-flow为企业产品的设计及制造的优化提供了整体的解决方案,帮助工程人员轻松的完成整个流程中各个关键点的优化工作。 MPI使用户可以对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数设置进行优化以获得高质量的产品。5.1 选择塑胶材料本次设计采用的材料为ABS,在进行分析之前先选择产品的塑胶材料。选用的ABS材料的材料属性见图5-1。图5-1 ABS材料属性5.2 设置成型工艺参数本次分析塑件的冷却、流动和翘曲,所以工艺参数需设置冷却参数、流动参数和翘曲参数。具体设置见图5-2、5-3、5-4。图5-2冷却设置图5-3流动设置图5-4翘曲设置5.3网格的划分和修补在 Moldfiow中,一共有三种类型的网格,分别是中面网格、表面网格和实体网格。本次采用表面网格。5.3.1 网格的划分选择菜单栏中“生成 网格”命令,在项目的“工具栏”出现“生成网格”对话框, 在网格对话框中输入全局网格变长为5,然后点击生成网格。完成生成网格后,点击网格统计查看划分的网格。见图5-5。图5-5 网格统计5.3.2 网格的修补与优化根据网格统计中可以看出划分的网格只存在纵横比过大。可以通过纵横比诊断查找出纵横比过大的三角形然后进行修改。纵横比诊断见图5-6。图5-6 纵横比诊断5.4 浇注系统的创建5.4.1 确定最佳进浇位置在创建浇注系统前应先确定产品上的进浇位置,依照模具设计,本次需要4个浇口,根据图5-7最佳浇口位置结果显示确定四个浇口位置。图5-7 最佳浇口位置显示5.4.2 创建浇注系统浇注系统见图5-8。图5-8 浇注系统5.5 冷却系统的创建创建的冷却系统见图5-9。图5-9冷却系统5.6 分析结果分析结果日志见下。型腔充填完成保压结束冷却结束5.6.1 主要的流动分析结果(1)充填时间充填时间指熔融塑胶注满型腔所需的时间,本次充填时间为1.487,充填时间过短,后面进行优化。见图5-10。图5-10 充填时间(2)速度/压力切换是的压力速度/压力切换是的压力指由速度控制切换为压力控制是的压力,根据分析结果可查出切换时的压力为63.18MP。见图5-11。图5-11速度/压力切换是的压力(3)熔接痕,见图5-12。图5-12 熔接痕5.6.2 主要的冷却分析结果(1)制品的温度见图4-13。图5-13制品温度(2)制品冻结时间,见图5-14。图5-14 制品冻结时间5.6.3 主要的翘曲分析结果所以因素引起的变形见图5-15。图5-15 翘曲结果5.7 改善制品翘曲变形5.7.1 改善措施从制品翘曲变形结果显示制品中间和两端存在较大的变形。我将从以下两点着手优化:(1)改变浇注系统的浇口位置;(2)增加冷却水道。优化后的浇注系统和冷却系统见图5-16。图5-16 优化后的浇注系统和冷却系统5.7.2 改善效果 改善效果如图5-17。图5-17 翘曲改善后的效果5.7.3 改善前后结果对比列表表5-1 改善前后结果对比分析结果改善前分析结果改善后分析结果注射时间/s1.4872.283最高注射压力/MP60.1869.85熔接痕/deg180180体积温度/0C30.77-24328.11-241.7制品温度/0C25.68-58.4725.6-43.24模具温度/0C25-58.4625-43.24冷却介质温度/0C25.01-29.1025-27.01制品冻结时间/s44.5840.2制品总变形量/mm0.208-1.2260.0154-1.1156 结论三个月的毕业设计即将结束,伴随着它也快要结束了我们四年的大学生涯。通过本次毕业设计的训练,使我既对大学四年课程的学习做了个总结,同时又掌握了最流行的、最先进的设计及分析技术。针对设计课题,进过调查分析、查阅大量的文献资料,请教指导老师有关模具方面的问题,特别是模具在实际中可能遇到的具体问题,使我在这短暂的时间里,对模具设计的认识有了一个质的飞跃。模具设计的过程类似以前做过的课程设计,在本次设计中最大的收获是初步掌握了Moldflow软件进行模流分析。利用Moldflow分析,可以在模具加工前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、流动和冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改,而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面,都有着重大的技术、经济意义。本设计内容涉及相关的力学、流体学、制图、工艺、设备、设计、制造、分析、计算机绘图等技术基础和塑性成型本专业所学知识。通过设计使我提高了分析实际问题、解决实际问题的能力,了解Moldflow模流分析在塑料成型设计中的应用。从陌生到熟悉,这是每个人学习事物所必经的一般过程,我对模具的认识过程亦是如此。经过三个月的努力,我相信这次毕业设计一定能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号,为将来的事业奠定坚实的基础。由于本人能力有限和时间仓促,设计中难免有不足之处,殷切的希望老师和同学加以批评更正。致 谢毕业论文暂告收尾,这也意味着我在的四年的学习生活既将结束。回首既往,自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中,能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过,实是荣幸之极。在这四年的时间里,我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外,与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的毕设设计及论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。作为用时最长、学习最深的一次设计,它综合考察料我大学里所学的全部专业知识,检验而了大我大学四年里的学习质量。在此,我特别要感谢我的导师XX老师。从毕设设计的选题、文献的采集、零件的造型、模具的设计、Moldflow的应用到最终的论文定稿,从模具设计到出图,从内容到格式,他都尽心尽力。没有XX老师的辛勤栽培、孜孜教诲,就没有我毕设设计及论文的顺利完
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