座椅后护罩的注射模设计-滑块抽芯塑料注塑模含NX三维及10张CAD图带模流
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第6章 Moldflow的注塑模拟成型分析6.1模型网格划分及修复为了进行CAE分析,必须要对零件进行网格序列化,通过在moldflow设置相关参数,然后导入模型的stl格式,进行网格划分,一个好的质量的网格,才能有合适的边界条件。网格划分好之后进行网格修补,改善纵横比等。图 4-1 制件在 Moldflow中的造型图 4-2 网格划分参数如上图所示,网格三角形单元边长为 2.00mm。在 Moldflow 中,对网格的参数进行研究和分析,得到网格缺陷如下图所示:图 4-3 网格诊断如上图所示,网格统计中,自由边、重合边、梁单元、连通域等参数均没有错误,最大纵横比也在20以下,满足有限元软件分析要求。6.2浇注方案的选择根据塑件上的浇口痕迹以及老师指导意见,确定使用侧浇道的方式。浇口位置及流道系统如图所示:图 4-4浇口位置及浇注系统方案6.3 充填时间分析充填的时候,塑料熔体沿着流道进入模腔,设计的时候将4个浇口的流道设计成相等的长度,塑料熔体容易开始注入到到达浇口的时间是相等的。进入型腔之后,同时充填各个部分。如下图所示,深蓝色的部位是填充时间最短的区域,相反,红色区域就是填充时间最长的区域,也就是说红色区域是塑料熔体最迟到达的地方。不填充的区域讲没有任何颜色。下图比较清楚地显示了整个模腔的充填时间。图4-5 充填时间从上图分析可以得出,该模具型腔每一个部位都得到了塑料熔体的填充,填充的效果还是比较好的,这就表明塑料熔体的流向比较均匀,在最后填充的额部位,塑料熔体到达的时间都是相同的。软件分析塑料熔体的充填时间大约为1.436s。6.4流动前沿温度分析流动前沿温度是的是塑料熔体充填一个节点时的中间流温度,这个温度是充填过程中流动波前温度的分布,它代表的是流道截面中心的温度,通常情况下不会有太大的变化。熔接线首先形成的地方是在截面的中心,所以,如果流动前沿的温度高,熔接线强度一般都会高;若流动波前温度下降的趋势比较快,接近于凝固温度,那就会阻碍了后面塑料熔体再进入这个区域,产生短射。在壁厚较薄的地方,有可能会出现不能充填的情况,在软件中,这个区域没有温度显示。分析的结果如下图所示。图4-6 流动前沿温度图中的红色区域表示流动前沿温度比较高,塑料熔体都可以充填这些区域。蓝色区域表示这些部位流动前沿温度比较低,可能会发生塑料溶体凝固的现象,导致溶体停滞流动或者流速过满。结果:流动前沿温度最高为231.3,最低式100。6.5 顶出时体积收缩率顶出时的提及收缩率指的是堵料溶体最初进入模具型腔之后的体积与熔体保压冷却成型以后的体积比。体积收缩率的分析如下图所示。图4-7 体积收缩率从图中的分析数据可以得出,顶出时的体积收缩率为5.46,越靠近流道末端,收缩率越小,蓝色区域的收缩率最小。6.6 锁模力的分析在注塑过程中,当定模与动模在注塑机的作用下合模,就会产生一定的锁模力,锁模力会随着时间的变化 而发生变化。锁模力与注塑机的额定锁模力相互紧密联系,也与塑件在Z轴方向上面的投影面积、成型压力存在一定的函数关系,软件所模拟的结果一般不应该超过近注塑机额定锁模力的80%,以确保安全。对模具进行锁模力分析的结果如下图所示。图4-8 锁模力xy图由上图可以看出,锁模力也随着注塑机开始注塑而发生变化,在塑料熔体进入模具型腔后,锁模力逐渐增加,大约完成一次塑件注塑周期之后,锁模力达到最大,之后进入压力逐渐减小的阶段。结果:需要最大锁模力约为4.5T。6.7 冻结层因子分析冻结层因子是取一个中间值,跟随时间的变化,冻结层因子也随之变化,从最小的取值一直到最大的取值。冻结层因子其数值范围在0-1之间,其理想状态是在一个恒定的值,在充填的过程中,冻结层一般都应该在恒定的厚度之间,使得每个部位流动的连续均匀。冻结层因子的分析结果如下图所示。图4-9 冻结层因子从图上可看出塑件在30S时已经凝固下来。6.8 熔接痕分析塑料熔体在不同的浇口进入型腔之后,跟随型腔的外形缓缓流动,在流动的过程中,例如熔体相遇的地方就有可能会出现熔接痕,类似熔体相遇的区域,出现熔接痕的概率就会越大。熔接痕是塑件结构上的一种瑕疵或缺陷,尤其是一些对外观要求比较高的产品来说,更是一种致命的影响,严重影响着塑件的正常使用。一般来说,影响熔接痕的因素有很多,包括注塑工艺的参数(温度、注射压力、保压压力、注射速度和时间等)、模具的结构(浇注系统、排气系统、冷料井、温度控制系统、型腔型芯的表面粗糙度)等。在Moldflow软件中进行模拟分析,可以看出熔接痕大概会出现的区域,如下图所示。图4-10 熔接痕6.9 变形量分析变形量主要与材料的收缩率有关系,不同材料的收缩率都是不一样的,收缩是注塑过程中塑料本身的一种变形属性,这种收缩与模具结构、浇口的位置等的因素没有太大的联系。通过软件的分析,我们可以提前知道塑件在注塑成型后的变形状况,但是这个情况只是接近,并不完全是这样,需要对实际的情况进行分析。总变形量如下图所示。图4-11 总变形量从以上各图可以得出总的变形量0.2348mm,其余XYZ方向如图以及其余模流分析报告与数据,均可以查看附件HTML动态REPORT所示。6.10 温度、零件在注塑充填完成后,塑件需要通过冷却水道来降温,通过一定时间后,冷却至合适的温度后才可以开模和脱模,冷却后的结果值如下图所示。图4-12 温度、零件从上图可以看出,塑件完成冷却后的温度在86.42度左右,人体可以接触。冷却效果非常好,证明水路的设计合理。11摘 要本次设计的是江淮客车6668G座椅后护罩的注塑模具。所用材料是当前应用较为广泛的材料ABS。在设计中,分析塑件的工艺性。模具结构可采用一模两腔,侧浇口进料,注射机采用HTF80XA型号,并对其相关的数据进行校核。首先根据UG 软件设计出分型面,进而设计出型腔、 型芯及斜导柱滑块抽芯机构, 通过各种手册选择标准模架的绘制,并且进行浇注系统、脱模机构、冷却系统等模具重要结构的设计。最后对设计过程中的相关零部件进行了计算和校核,在无误的基础上进行了模具总装,并利用 AUTOCAD 软件绘制出总装及各主要零件的二维工程图,设计出一套塑料注塑模具此次设计的过程中查阅了大量的模具设计资料,通过江淮客车6668G座椅后护罩塑料模具的设计与应用,实现了江淮客车6668G座椅后护罩制作工艺上的突破,同原有的设计方法相比,模具的应用不但提高了生产效率而且提升了产品的质量,模具整体设计的思路和要求符合现代设计潮流和未来的发展方向关键词:座椅后护罩;一模两腔;侧浇口;冷却系统;注塑模具AbstractThis design is the injection mould for the back cover of 6668G seat of Jianghuai Bus. The material used is ABS which is widely used at present. In the design, the technological properties of plastic parts are analyzed. The mold structure can be used with one mold and two cavities, side gate feed, injection machine adopts HTF80XA model, and check the relevant data. Firstly, the parting surface is designed according to UG software, and then the core-pulling mechanism of cavity, core and inclined guide pillar slider is designed. The drawing of standard die frame is selected through various manuals, and the design of important die structures such as pouring system, demoulding mechanism and cooling system is carried out. Finally, the relevant parts in the design process are calculated and checked, and the die assembly is carried out on the basis of correctness. The two-dimensional engineering drawings of the assembly and the main parts are drawn by AUTOCAD software, and a set of plastic injection mould is designed.The design process consulted a large number of mold design information, through the design and application of the plastic mold for the 6668G seat back shield of Jianghuai Bus, a breakthrough in the manufacturing process of the 6668G seat back shield of Jianghuai Bus was achieved. Compared with the original design method, the application of the mold not only improved the production efficiency, but also improved the quality of the product, and the idea and requirements of the overall design of the mold were met. Consistent with Modern Design Trend and Future Development DirectionKey words: seat rear cover; one mold two cavity; side gate; cooling system; injection mold目录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 塑料简介11.2 注塑成型及注塑模12 塑件结构分析32.1 塑件的材料选择42.2 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析42.2.1 塑件的结构设计42.2.2 塑件尺寸及精度42.2.3 塑件表面粗糙度52.3 计算塑件的体积、质量53 塑件成型方案设计63.1 分型面选择63.2 型腔数的确定63.3 型腔布局73.4 浇注系统的类型和位置的选择73.5 成型零件结构设计83.5.1型腔设计83.5.2型芯设计93.6 脱模机构的设计113.6.1 脱模机构的选用原则:113.6.2推杆和扁顶杆推出机构设计113.6.3 脱模力的计算123.7 导向与定位机构设计133.8 排气及引气系统的设计143.9模温调节系统的设计143.10侧向抽芯机构类型选择163.11模架选用183.12 注塑模具的工作原理204 模具零件设计214.1 模具成型零件尺寸计算214.2模具强度与刚度校核214.3浇注系统的设计224.3.1 主流道的设计224.3.2分主流道的设计234.3.3浇口的设计244.4模具冷却系统的设计245 注射机的选用及相关参数的校核255.1 相关参数255.2最大注塑量校核265.3 锁模力校核275.4 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核275.5 开模行程校核28第6章 Moldflow的注塑模拟成型分析296.1模型网格划分及修复296.2浇注方案的选择316.3 充填时间分析326.4流动前沿温度分析336.5 顶出时体积收缩率346.6 锁模力的分析356.7 冻结层因子分析366.8 熔接痕分析376.9 变形量分析386.10 温度、零件39总结40致谢41参考文献42IV1 绪论模具制造是国家经济建设中的一项重要产业,振兴和发展我国的模具工业。日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中。60%80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度。高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗。是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”。用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是制造业中的一项基础产业,是技术成果转化的基础,同时本身又是高新技术产业的重要领域。 1.1 塑料简介塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸,并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能,广泛应用于现代工业和日常生活,它具有密度小,质量轻,比强度高,绝缘性能好,介电损耗低,化学稳定性高,减摩耐磨性能好,减振隔音性能好等诸多优点。另外,许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能1。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料,在国民经济中,塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。 1.2 注塑成型及注塑模将塑料成型为制品的生产方法很多,最常用的有注射,挤出,压缩,压注,压延和吹塑等。其中,注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外,几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短,能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中,其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高,不适合单件及批量较小的塑料件的生产。要了解注射成型和注射模,首先得了解注射机的一些基本知识,注射机是注射成型的主要设备,依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备,按其外形可分为立式、卧式、直角式三种,由注射装置、锁模装置、脱模装置,模板机架系统等组成。注射成型生产中使用的模具叫注射模,它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多,其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关,其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上,动模部分安装在注射机的移动模板上,在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成2 。注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体,并把它注射到型腔中去,在控制条件下冷却定型,使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后,注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。注射成型有三大工艺条件,即:温度、压力、时间。在成型过程中,尤其是精密制品的成型,要确立一组最佳的成型条件决非易事,因为影响成型条件的因素太多,有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。塑料模具的设计不但要采用CAD技术,而且还要采用计算机辅助工程(CAE)技术。采用CAE技术,可以完全代替试模,CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模具制造加工之前,在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压、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。都有着重大的技术经济意义3。2 塑件结构分析在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析,只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。本设计课题-座椅后护罩如图所示,具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构较为简单,生产量大,要求较低的模具成本,成型容易,精度要求高。座椅后护罩二维图座椅后护罩三维立体图2.1 塑件的材料选择设计中选择的座椅后护罩材料为ABS,ABS无毒,无气味,呈微黄色,成型的塑料有较好的光泽,不透明,密度为1.05。ABS价格便宜原料易得,是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。2.2 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析2.2.1 塑件的结构设计(1)、脱模斜度 脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小,不仅会使制品尺寸困难,而且易使制品表面损伤或破裂,斜度过大时,虽然脱模方便,但会影响制品尺寸精度,并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.51.5,塑件材料ABS的型腔脱模斜度为0.35130/,型芯脱模斜度为30/1。(2)、塑件的壁厚 选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀,以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在14,最常用的数值为23。本产品壁厚均匀,周边和底部壁厚均为1-2左右。(3)、塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中,改善其成型加工过程中的充模特性,增加相应位置模具和塑件的力学角度,需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时,塑件的各连接角处均有半径不小于0.51的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍,内圆角半径应是壁厚的0.5倍。(4)、孔由于型芯对熔体有分流作用,所以在孔成型时周围易产生熔接痕,导致孔的强度降低,故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径,孔的周边应增加壁厚,以保证塑件的强度和刚度。2.2.2 塑件尺寸及精度根据我国目前的成型水平,塑件尺寸公差可以参照塑件的尺寸与公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求,本产品采用MT6级精度。 2.2.3 塑件表面粗糙度塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.021.25之间,模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2,即Ra 0.010.63。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加,所以应随时给以抛光复原。本次产品表面粗糙度为外表面Ra0.2,内表面Ra0.81.6。2.3 计算塑件的体积、质量本次设计中,塑件的质量和体积采用3D测量,在三维软件中,使用塑模部件验证功能,可以测得塑件的体积6.931,因ABS的密度为1.05,即可以得出该塑件制品的质量约为7。实测塑件体积3 塑件成型方案设计3.1 分型面选择将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分,它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料,当成型时又必须接触封闭,这样的接触表面称为分型面,它是决定模具结构的重要因素,每个塑件的分型面可能只有一种选择,也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时,应从以下几个方面考虑:1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处;2)使塑件在开模后留在动模上;3)分型面的痕迹不影响塑件的外观;4)浇注系统,特别是浇口能合理的安排;5)使推杆和扁顶杆痕迹不露在塑件外观表面上;6)使塑件易于脱模。综合考虑各种因素,并根据本模具制件的外观特点,受用平面分型面,并选择在塑件的最大平面处,开模后塑件留在动模一侧。分型面的选择3.2 型腔数的确定 因为本设计座椅后护罩结构简单,生产量大,塑件的尺寸较大,为提高塑件成功概率,并从经济型的角度出发,节省生产成本和提高生产效率,采用一模二腔,进行加工生产。3.3 型腔布局型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使型腔每个区域都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满型腔,使塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短,同时采用平衡流道,以求达到良好的浇注质量。型腔布局由图所示。 型腔布局方式3.4 浇注系统的类型和位置的选择本设计中采用普通侧浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分:1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道5浇口 6型腔 7冷料穴在设计浇注系统时应考虑下列有关因素:a)、塑料成型特性:设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求,以保证塑件质量。b)、模具成型塑件的型腔数:设置浇注系统还应考虑到模具是一模二腔或一模多腔,浇注系统需按型腔布局设计。c)、塑件大小及形状:根据塑件大小,形状壁厚,技术要求等因素,结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置,保证正常成型,还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题,从而采取相应的措施或留有修整的余地。d)、塑件外观:设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便,同时不影响塑件的外表美观。e)、冷料:在注射间隔时间,喷嘴端部的冷料必须去除,防止注入型腔影响塑件质量,故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施6。 3.5 成型零件结构设计一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触,成型塑件的某些部分,承受着塑料熔体压力,决定着塑件形状与精度,因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。3.5.1型腔设计型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件,其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关,本设计中采用整体式型腔,其特点是结构简单,牢固可靠,不容易变形,成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹,还有助于减少注射模中成型零部件的数量,并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难,要用到数控加工或电火花加工。型腔三维零件图型腔二维零件图3.5.2型芯设计本设计中零件结构较为简单,深度不大,经过对塑件实体的研究,采用嵌入式型芯。这样的型芯加工方便,便于模具的维护型芯与动模板的配合可采用。型芯三维零件图型芯二维零件图3.6 脱模机构的设计塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程,使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件,推出零件固定板和推杆和扁顶杆,推出机构的导向和复位部件等组成。3.6.1 脱模机构的选用原则:(1)使塑件脱模时不发生变形(略有弹性变形在一般情况下是允许的,但不能形成永久变形);(2)推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排;(3)推杆和扁顶杆的受力不可太大,以免造成塑件的被推局部产生隙裂;(4)推杆和扁顶杆的强度及刚性应足够,在推出动作时不产生弹性变形;(5)推杆和扁顶杆位置痕迹须不影响塑件外观;本设计中采用推杆和扁顶杆推出机构使塑料制件顺利脱模。3.6.2推杆和扁顶杆推出机构设计本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆和扁顶杆机构,设计时推杆和扁顶杆与回针锁定,回针运动时带动推杆和扁顶杆运动。回针端平面不应有轴向窜动。定模板与推杆和扁顶杆孔配合一般为,其配合间隙不大于所用溢料间隙,以免产生飞边,ABS塑料的溢料间隙为。 推杆和扁顶杆推出机构3.6.3 脱模力的计算脱模力的产生范围:(脱模)塑件在模具中冷却定型时,由于体积收缩,产生包紧力。 不带通孔壳体类塑件,脱模时要克服大气压力 。 机构本身运动的磨擦阻力。塑件与模具之间的粘附力。 初始脱模力,开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。相继脱模力,后面防需的脱模力,比初始脱模力小,防止计算脱模力时,一般计算初始脱模力。脱模力的影响因素:a 脱模力与塑件壁厚,型芯长度,垂直于脱模方向塑件的投影面积有关,各项值越大,则脱模力越大。 b 塑件收缩率,弹性模量E越大,脱模力越大。 c 塑件与芯子磨擦力俞大,则脱模阻力俞大。 d 排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素,则型芯斜角大到,塑件则自动脱落。本设计主要计算由型芯包紧力形成的脱模阻力。当开始脱模时,模具所受的阻力最大,推杆和扁顶杆刚度及强度应按此时计算,亦即无视脱模斜度(a=0) Q=8tESlf/(1-m)(1+f) (kN)式中,Q脱模最大阻力(kN) t塑件的平均壁厚(cm) E塑料的弹性模量(N/) S塑料毛坯成型收缩率(mm/mm) l包容凸模长度(cm) f塑料与钢之间的摩擦系数 m泊松比,一般取0.380.49查表得,S=0.005,E=1.810N/cm已知,t0.12cm,l=4.5cm,f=0.28 Q=80.121.8100.0054.00.28/(1-0.43)(1+0.28)=1.32kN-摩擦阻力(N)-摩擦系数,一般取0.151.0,本设计取0.5-因塑件收缩对型芯产生的正压力(N)-塑件对型芯产生的单位正压力,一般取812MPa,本设计取10MPa-塑件包紧型芯的侧面积(2)3.7 导向与定位机构设计导向机构的作用:保证模具在进行开合模时,保证公母模之间一定的方向和位置。导向零件承受一定的侧向力,起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计(1) 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位,其中心至模具边缘应有足够的距离,以保证模具的强度,防止压入导柱和导套后发生变形。(2) 根据模具的形状和大小,一副模具一般需要2-4个导柱。如果,模具的凸模与凹模合模有方位要求时,则用两个直径不同的导柱,或用两个直径相同,但错开位置的导柱。(3) 由于塑件通常留于公模,所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。(4) 导柱和导套在分型面处应有承屑槽(5) 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行(6) 合模时,应保证导向零件首先接触,避免公模先进入模腔,损坏成型零件。2. 导柱的设计(1) 有单节与台阶式之分(2) 导柱的长度必须高出公模端面68mm(3) 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分(4) 固定方式有铆接固定和螺钉固定(5) 其表面应热处理,以保证耐磨。 3. 导套和导向孔(1) 无导套的导向孔,直接开在模板上,模板较厚时,导向孔必须做成盲孔,侧壁增加排气孔。(2) 导套有套筒式台阶式凸台式(3) 为了导柱顺利进入导套孔,在导套前端应倒有圆角r。一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到合模导向的作用.3.8 排气及引气系统的设计在塑料熔体充模过程中,模腔内除了原有的空气外,还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体,塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气,在分型面上开设排气槽排气,利用推杆和扁顶杆运动间隙排气等。由于本次设计中模具尺寸不大,本设计中采用间隙排气的方式,而不另设排气槽,利用间隙排气,以不产生溢料为宜,其值与塑料熔体的粘度有关。3.9模温调节系统的设计对于要求较低模温(一般小于)的塑料,如本设计中的ABS,仅需要设置冷系统即可,因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。模具的冷却主要采用循环水冷却方式,模具的加热有通入热水、蒸汽,热油和电阻丝加热等。温度调节对塑件质量的影响如下:注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响,对于任一个塑料制品,模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形,若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性,使其难于充模,增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。模具冷却水路图冷却计算:单位时间内进入模具应除去的总热量Q,可以用参考文献中的公式计算: Q=W1 a 式中 W1单位时间内进入模具的塑料的重量g a克塑料的热容量(J/g) 经计算:Q=225111613020109J则带走上述热量,所需的冷却水量按下式计算: 式中 W通过模具冷却水的重量(g/h) T3出水温度 T4入水温度 K热传导系数;经计算 W378997 g/h由下式可以计算出冷却水道的直径: 式中 冷却液容重kg/cm3 =0001 kg/cm, L 冷却水道长度cm L=1080cm d冷却水道直径cm 经计算d5.138 cm,取6mm3.10侧向抽芯机构类型选择1、抽心距:S=H+(3-5)其中,S为抽芯机构需要行走的总距离,H为通过测量出来的产品抽芯距离(可以通过3D或2D进行实际测量)3-5MM为产品抽芯后的安全距离本设计中,抽芯距离较小,抽芯10mm即可以达到目的。2、抽芯力: 将塑料制品从包紧的侧型芯上脱出时所需克服的阻力称为抽芯力。抽芯力F=PA(f *cos+sin)p-塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力,通常取812Mpa;A-塑料制品包紧型芯的侧面积,f-磨擦系数,取0.10.2 -脱模斜度,一般就是几度而已。F-单位为NF=10x3534x0.001x(0.1x25cos25+sin25)=79KN(1)滑块的设计滑块设计的要点在于滑块与侧向型芯连接以及注射成型时制品尺寸的准确性和移动的可靠性,滑块分为整体式和组合式两种。滑块材料常用45钢或T8、T10等制造,要求硬度在HRC40以上。(2)导滑槽设计1)导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合,一般采用H8/f8。2)滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1.5倍,而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的2/3,3)导滑槽材料通常用45钢制造,调质至HRC 28HRC32,(3)滑块定位装置设计,由于我们采用的是后模行位的形式,根据生产的实际情况,采用行位压板的方式,主要作用为固定与导向作用。(4)楔紧块设计楔紧角应比斜导柱的倾斜角大23。(5)斜导柱抽芯机构的结构形式 斜导柱和滑块在模具上因安装位置不同,组成了抽芯机构的不同结构形式。1)斜导柱在定模上、滑块在动模上的结构A、设计时必须注意,滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉”现象。所谓干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动侧向型芯与推杆相碰撞,造成活动侧向型芯或推杆损坏。B、如果发生干涉,常用的先复位附加装置有弹簧先复位、楔形滑块先复位、摆杆先复位等多种形式。2)斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构3)斜导柱和滑块同在定模上4)斜导柱和滑块同在动模上本设计中采用斜导柱顶出抽芯,斜导柱侧向抽芯的特点是利用推出机构的推力驱动斜导柱斜向运动,在制品被推出脱模的同时由斜导柱完成侧向抽芯动作。一般分为外侧抽芯和内侧抽芯两种。1、斜导柱抽芯机构适用于制品具有侧孔或较浅侧凹,成型面积较大的场合。2、特点:在制品被推出脱模的同时由斜导柱完成侧向抽芯动作。3、斜导柱的导滑形式4、倾斜角通常不超过30。5、进行斜导柱抽芯机构设计时,若定模一侧有成型型芯,则需设置销钉锁紧或压紧的止动装置,保证制品与定模型芯分离而留在动模一侧。斜导柱抽芯机构3.11模架选用根据对塑件的综合分析,确定该模具是单分型面的模具,由GB/T12556.1-12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择CI型的模架,其基本结构如下:CI型模架图CI型模具定模采用两块模板,动模采用动模板、垫板,又叫两板模,大水口模架,适合侧浇口,采用斜顶抽芯的注射成形模具。由分型面分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式,经过考虑分析,导柱导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸。把型腔排列成一模二腔可得长为130mm,宽为130mm,模架的长L=130+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚230mm模架的宽W=130+复位杆的直径+型腔壁厚230mm根据制品的尺寸,在计算完模架的长宽以后,还需要考虑其它螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响,在设计中避免干涉。综合考虑本设计选用WL=230x230的模架。塑件的高度为30.7mm,塑件的大部分部胶位都留在型腔部分,型芯、型腔的厚度是塑件 所伸入高度加20-40mm。综合考虑强度要求,定模板厚度取60mm, 动模板的厚度取80mm。考虑推杆和扁顶杆的顶出行程要求,支撑板取80mm以满足顶出要求。综上所述所选择的模架的型号为:CI-2323-A60-B80-C80。3.12 注塑模具的工作原理工作原理:当模具型腔填充完后,动模部分在注塑机动模锁模板的带动下向后移动,从而模具从分型面打开,同时,滑块在斜导柱和弹簧的推动下向后移动,完成侧孔抽芯,当注塑机动模移动到一定位置时停止移动,注塑机顶棍通过下模板顶棍孔,推动顶针垫板,带动顶针,从而推动产品将产品从型芯上推出,产品脱离模具后,动模锁模板带动动模部分向前移动,移动到一定位置时,斜导柱带动滑块向前移动,滑块又回到开模前位置,让动模与定模又配合在一起进行下一次填充。注塑模装配二维图4 模具零件设计4.1 模具成型零件尺寸计算塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后,因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小,收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一,选定ABS材料的平均收缩率为0.5%,刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为: 式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/31/4,或取IT78级作为模具制造公差。在此取IT8级,型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸,偏差为正值;模具型芯的最大尺寸为基本尺寸,偏差为负值,中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。 本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算,已给出这ABS的成型收缩率为1.005,模具的制造公差取z =/3。因本设计塑件的尺寸精度为MT3,即 =0.6 mm。如表4-2 表4-2 型腔型芯工作尺寸的计算类别塑件基本尺寸计算公式模具尺寸型腔尺寸计算HmHs =9.75Hm=(Hs+Hs. -2/3)0+zLmLs =62.8Lm=(Ls+Ls. -3/4)0+z型芯尺寸LmLs =41.6Lm=(Ls+Ls. +3/4)0-z4.2模具强度与刚度校核为保证模具能正常工作,不仅要校核模具的整体性强度,也要校核模具局部结构的强度。整体性强度主要针对型腔侧壁厚度,型腔底板厚度,合模面所能承受的压力等几个方面,实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整。校核时应从强度与弯曲两个方面分别计算,选取较大的尺寸。4.3浇注系统的设计4.3.1 主流道的设计流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始,到分流道为止的塑料熔体的流动通道。(1)、主流道的尺寸设计中选用的注射机为HTF80XA,其喷嘴直径为3.5,喷嘴球面半径为11,依此主流道各具体尺寸设计如下: 主流道与浇口套(2)、主流道衬套的形式选用如下图所示类型的衬套,这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位环设计成两个零件,然后配合固定在模板上,衬套与定模板的配合采用。(3)、定位环的固定采用2个M6的螺丝直接锁附固定。浇口衬套固定形式4.3.2分主流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道,分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中塑件为一模二腔,且采用侧浇口,流道布局如下图。流道布局4.3.3浇口的设计浇口又叫进料口,是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能:一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用;另一个是当注射压力撤销后封锁型腔,使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。本次设计浇口形式选择为:侧浇口。浇口的位置选择原则: 浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时,应考虑以下几点: 1. 熔体在型腔内流动时,其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短; 2)每一股分流都能大致同时到达其最远端; 3)应先从壁厚较厚的部位进料; 4)考虑各股分流的转向越小越好。2. 有效地排出型腔内的气体。由于本设计中塑件外表面质量要求较高,所以选用侧浇口。浇口于端面底位置,成型后将其切除,位置隐蔽而不影响外观。4.4模具冷却系统的设计设计冷却系统时,模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数: 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。冷却管路的位置与尺寸塑件壁厚应该尽可能维持均匀。冷却孔道最好设置是在型芯块与型腔块内,设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。通常,钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却孔道直径的12倍,冷却孔道之间的间距应维持35倍直径。冷却孔道直径通常为612 mm(7/169/16英吋),在此取6mm。 5 注射机的选用及相关参数的校核注射成型工艺过程分析如图所示从料头把树脂挤入料筒中,通过螺杆的转动将熔体输送至机筒的前端。在那个过程中,在加热器的作用下加热使机筒内的树脂材料受热,在螺杆的剪切应力作用下使树脂成为熔融状态,将相当于成型品及主流道,分流道的熔融树脂滞留于机筒的前端(称之为计量),螺杆的不断向前将材料射入模腔。当熔融树脂在模具内流动时,须控制螺杆的移动速度(射出速度),并在树脂充满模腔后用压力(保压力)进行控制。当螺杆位置,注射压力达到一定值时可以将速度控制切换成压力控制。5.1 相关参数由于采用一模二腔,需要至少注射量为14g,流道水口废料2g,总注塑量16g,再根据工艺参数(主要是注射压力),综合考虑各种因素,选定注射机为HTF80XA。注射方式为螺杆式,其有关性能参数为: 型号单位80A80B80C 参数螺杆直径mm343640理论注射容量cm3111124153注射重量PSg101113139注射压力Mpa206183149注射行程mm122螺杆转速r/min0220料筒加热功率KW5.7锁模力KN800拉杆内间距(水平垂直)mm365365允许最大模具厚度mm360允许最小模具厚度mm150移模行程mm310移模开距(最大)mm670液压顶出行程mm100液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW11油箱容积l200机器尺寸(长宽高)m4.31.251.8机器重量t3.22最小模具尺寸(长宽)mm240240表 HTF80XA注塑机参数5.2最大注塑量校核模具设计时,必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为: 式中 -型腔数量 -单个塑件的重量 -浇注系统所需塑料的重量 本设计中:n=2 7g =2 gM=2X7+2=14 g注塑机额定注塑量为m=101g,101x80%14,注射量符合要求。5.3 锁模力校核注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积,则成型过程中会出现涨模溢料现象,必须满足以下关系。 式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 -浇注系统在模具分型面上的投影面积 n=2 =760 = 160=760X2 +160=1680注射成型时为了可靠的锁模,应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即: ()P F式中: P塑料熔体对型腔的成型压力(MPa)F注射机额定锁模力(N)其它意义同上根据工具书查得,型腔内通常为20-40MPa,一般制品为24-34MPa,精密制品为39-44MP()P=1680x30x1.1x0.001=55.44 KN800KN锁模力符合要求5.4 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核(1)、模具长宽尺寸模具长宽尺度必须小于注塑机拉杆间距,本设计选用机台拉杆间距为455x455模具长宽为270x350,经核算机台选用合适。(2)、模具厚度(闭合高度) 模具闭合高度必须满足以下公式式中 -注射机允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚本设计中模具厚度为271mm 150H360 符合要求5.5 开模行程校核模具开模后为了便于取出制件,要求有足够的开模距离,所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注塑机的开模行程是有限的,设计模具必须校核所选注射机的开模行程,以便与模具的开模距离相适应。对于单分型面注射模应有:SmaxS= H1 + H2 + H3 + C式中 H1-模具厚度 H2-顶出行程H3 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度C - 安全距离本设计中=920 =271 mm =30mm H3 =80mm C取30mm总的开模距离需要S=411mm以上. 经计算,符合要求。第6章 Moldflow的注塑模拟成型分析6.1模型网格划分及修复为了进行CAE分析,必须要对零件进行网格序列化,通过在moldflow设置相关参数,然后导入模型的stl格式,进行网格划分,一个好的质量的网格,才能有合适的边界条件。网格划分好之后进行网格修补,改善纵横比等。图 4-1 制件在 Moldflow中的造型图 4-2 网格划分参数如上图所示,网格三角形单元边长为 2.00mm。在 Moldflow 中,对网格的参数进行研究和分析,得到网格缺陷如下图所示:图 4-3 网格诊断如上图所示,网格统计中,自由边、重合边、梁单元、连通域等参数均没有错误,最大纵横比也在20以下,满足有限元软件分析要求。6.2浇注方案的选择根据塑件上的浇口痕迹以及老师指导意见,确定使用侧浇道的方式。浇口位置及流道系统如图所示:图 4-4浇口位置及浇注系统方案6.3 充填时间分析充填的时候,塑料熔体沿着流道进入模腔,设计的时候将4个浇口的流道设计成相等的长度,塑料熔体容易开始注入到到达浇口的时间是相等的。进入型腔之后,同时充填各个部分。如下图所示,深蓝色的部位是填充时间最短的区域,相反,红色区域就是填充时间最长的区域,也就是说红色区域是塑料熔体最迟到达的地方。不填充的区域讲没有任何颜色。下图比较清楚地显示了整个模腔的充填时间。图4-5 充填时间从上图分析可以得出,该模具型腔每一个部位都得到了塑料熔体的填充,填充的效果还是比较好的,这就表明塑料熔体的流向比较均匀,在最后填充的额部位,塑料熔体到达的时间都是相同的。软件分析塑料熔体的充填时间大约为1.436s。6.4流动前沿温度分析流动前沿温度是的是塑料熔体充填一个节点时的中间流温度,这个温度是充填过程中流动波前温度的分布,它代表的是流道截面中心的温度,通常情况下不会有太大的变化。熔接线首先形成的地方是在截面的中心,所以,如果流动前沿的温度高,熔接线强度一般都会高;若流动波前温度下降的趋势比较快,接近于凝固温度,那就会阻碍了后面塑料熔体再进入这个区域,产生短射。在壁厚较薄的地方,有可能会出现不能充填的情况,在软件中,这个区域没有温度显示。分析的结果如下图所示。图4-6 流动前沿温度图中的红色区域表示流动前沿温度比较高,塑料熔体都可以充填这些区域。蓝色区域表示这些部位流动前沿温度比较低,可能会发生塑料溶体凝固的现象,导致溶体停滞流动或者流速过满。结果:流动前沿温度最高为231.3,最低式100。6.5 顶出时体积收缩率顶出时的提及收缩率指的是堵料溶体最初进入模具型腔之后的体积与熔体保压冷却成型以后的体积比。体积收缩率的分析如下图所示。图4-7 体积收缩率从图中的分析数据可以得出,顶出时的体积收缩率为5.46,越靠近流道末端,收缩率越小,蓝色区域的收缩率最小。6.6 锁模力的分析在注塑过程中,当定模与动模在注塑机的作用下合模,就会产生一定的锁模力,锁模力会随着时间的变化 而发生变化。锁模力与注塑机的额定锁模力相互紧密联系,也与塑件在Z轴方向上面的投影面积、成型压力存在一定的函数关系,软件所模拟的结果一般不应该超过近注塑机额定锁模力的80%,以确保安全。对模具进行锁模力分析的结果如下图所示。图4-8 锁模力xy图由上图可以看出,锁模力也随着注塑机开始注塑而发生变化,在塑料熔体进入模具型腔后,锁模力逐渐增加,大约完成一次塑件注塑周期之后,锁模力达到最大,之后进入压力逐渐减小的阶段。结果:需要最大锁模力约为4.5T。6.7 冻结层因子分析冻结层因子是取一个中间值,跟随时间的变化,冻结层因子也随之变化,从最小的取值一直到最大的取值。冻结层因子其数值范围在0-1之间,其理想状态是在一个恒定的值,在充填的过程中,冻结层一般都应该在恒定的厚度之间,使得每个部位流动的连续均匀。冻结层因子的分析结果如下图所示。图4-9 冻结层因子从图上可看出塑件在30S时已经凝固下来。6.8 熔接痕分析塑料熔体在不同的浇口进入型腔之后,跟随型腔的外形缓缓流动,在流动的过程中,例如熔体相遇的地方就有可能会出现熔接痕,类似熔体相遇的区域,出现熔接痕的概率就会越大。熔接痕是塑件结构上的一种瑕疵或缺陷,尤其是一些对外观要求比较高的产品来说,更是一种致命的影响,严重影响着塑件的正常使用。一般来说,影响熔接痕的因素有很多,包括注塑工艺的参数(温度、注射压力、保压压力、注射速度和时间等)、模具的结构(浇注系统、排气系统、冷料井、温度控制系统、型腔型芯的表面粗糙度)等。在Moldflow软件中进行模拟分析,可以看出熔接痕大概会出现的区域,如下图所示。图4-10 熔接痕6.9 变形量分析变形量主要与材料的收缩率有关系,不同材料的收缩率都是不一样的,收缩是注塑过程中塑料本身的一种变形属性,这种收缩与模具结构、浇口的位置等的因素没有太大的联系。通过软件的分析,我们可以提前知道塑件在注塑成型后的变形状况,但是这个情况只是接近,并不完全是这样,需要对实际的情况进行分析。总变形量如下图所示。图4-11 总变形量从以上各图可以得出总的变形量0.2348mm,其余XYZ方向如图以及其余模流分析报告与数据,均可以查看附件HTML动态REPORT所示。6.10 温度、零件在注塑充填完成后,塑件需要通过冷却水道来降温,通过一定时间后,冷却至合适的温度后才可以开模和脱模,冷却后的结果值如下图所示。图4-12 温度、零件从上图可以看出,塑件完成冷却后的温度在86.42度左右,人体可以接触。冷却效果非常好,证明水路的设计合理。总结 本次塑料模具设计,全面考虑了塑料成型性能,模具结构特点,注射工艺参数,塑件表面粗糙度以及制造精度等,在理论分析和数据计算生产操作上论证该设计是合理可行的。并且,通过这次设计,我了解了注射模设计概况,熟悉了注射设备,基本掌握了注射成型的一般原理。 在设计和三维建模过程中也遇到了一些问题,通过对问题的探索与分析,最后得到圆满解决,更另深刻的知道了模具设计各个阶段的重要性和严谨性,达到了毕业设计的目的。 伴随经济建设,特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展,对模具设计与制造的人才的需求与日俱增,模具设计制造,特别是注射模具的设计与制造将更为受到重视,并将会广泛应用到各个领域中,飞速发展。 相信这次设计中获得的经验及处理问题的能力将会对今后的学习和工作有所启示和帮助。致谢 在本次毕业设计中,特别感谢指导老师的指导和帮助,给予了我充分的信心和把握,让我按时完成了本次设计。由于经验不足和对专业知识的了解不够透彻,在设计时常常遇到一些问题无法理解,老师则耐心而认真的加以指导帮助,让我学到了书本上学不到的知识,既增长了见识也充实了自己。参考文献1 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,2002.2 余强,陆斐.Pro/E模具设计基础教程M.北京:清华大学出版社,2005.3 颜智伟.塑料模具设计与机构设计M.北京:国防工业出版社,2006.4 姜明艳.薄壁外壳注塑模设计J.北京:国防工业出版社,2002.5 王文广等.塑料注射模具设计技巧与实例M.北京:化学工业出版社,2004.6 模具实用技术丛书编委会编.塑料模具设计制造与应用实例M.北京:机械工业出版社,2002.7 李学锋. 塑料模设计及制造M北京:机械工业出版社,2002.8 王敏杰,宋满仓. 模具制造技术M. 北京: 电子工业出版社,2004.9 谭雪松, 林晓新, 温丽. 新编塑料模具设计手册M北京:人民邮电出版社,2007. 10 许发樾模具常用机构设计M北京:机械工业出版社,2003.11 李德群,唐志玉.中国模具工程大典第3卷塑料与橡胶模具设计M.北京:电子工业出版社,2007.12 伍先明,王群,庞佑霞等.塑料模具设计指导M.北京:国防工业出版社,2006.13 廖念钊,莫雨松,李硕根等.互换性与技术测量M.北京:中国计量出版社,2009.14 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