注塑模具毕设-液晶显示器底座注射模具设计【全套含CAD图纸和说明书】
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毕业设计(论文)任务书 机电工程 学院 机械设计制造及其自动化专业设计(论文)题目 基于Pro/E的液晶显示器底座注射 模具设计 学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 教研室主任 发任务书日期 1.毕业设计的背景:近年来,中国塑料模具的发展非常的快。目前,塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%。随着汽车、电子产品、家用电器、建筑材料的大量需求, 塑料模具占模具总量的比例将逐步提高,且发展速度将快于其它模具。以汽车工业为例,随着汽车产销量高速增长,汽车模具潜在市场十分巨大。据介绍,在生产汽车时,各种功能性零部件都要靠模具成型,仅制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具,而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具,从模具行业生产能力看,目前满足率仅约50%。在建筑领域,塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋,预计2010年全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%50%,塑料排水管市场占有率将超过50%,都会大大增加对模具的需求量。因此,研究注塑模具的设计制造具有非常重要的现实意义。CAD/CAE/CAM技术作为一种现代设计制造方法,把它引入注塑模具的生产实际中,可以大大缩短产品开发周期, 提高生产效率和市场竞争力。2.毕业设计(论文)的内容和要求: 本课题根据液晶显示器底座的特点,分析塑件成型工艺,选定注射机,拟订模具设计方案。利用CAE软件对注塑成型过程进行数值模拟分析,预测成型过程中可能出现的问题,从而优化成型工艺方案及模具结构。再由模具三维结构图绘制出二维装配 图,依据装配图完成模具主要零件的设计和图样绘制。要求:1.查阅文献资料,撰写毕业设计开题报告;外文翻译约4000字;2.对注塑成型过程进行数值模拟分析,优化工艺方案及模具结构;3.绘制注塑模具装配图及主要零件图,总量不少于3张A0图纸;4.编写设计说明书,字数不少于1万5千字,参考文献不少于12篇。3.主要参考文献:1 叶久新,王群.塑料成型工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,2008.2 郭洋.Pro/ENGINEER企业实施与应用M.北京:清华大学出版社,2008.3 二代龙震工作室.Pro/MOLDESIGN Wildfire4.0拆模设计M.北京:电子工业出版社,2009.4 二代龙震工作室.Pro/MECHANICA Wildfire3.0/4.0结构/热力分析M.北京:电子工业出版社,2008.5 屈华昌.塑料成形工艺M.北京:机械工业出版社,2001.6王刚,单岩.Moldflow模具分析应用实例M.北京:清华大学出版社,2005.7博创设计坊.Pro/E4.0注塑产品造型设计M.北京:清华大学出版社,2008.8陈志刚.塑料模具设计M.北京:机械工业出版社,2002.9 张孝民.塑料模具技术M.北京:化工工业出版社,2004.10 黄锐.塑料工程手册M.北京:机械工业出版社,2000.11 Lei Xie, Gerhard Ziegmann. Influence of processing parameters on micro injection molded weld line mechanical properties of polypropylene (PP)J. Microsyst Technol (2009) 15:14271435.12Diaranieh IS, Haufe A, Wolf HJ, Mennig G (1996) Computer simulation of weld lines in injection molded poly(methyl methacrylate)J. Polym Eng Sci 15:20502057.4.毕业设计(论文)进度计划(以周为单位):起 止 日 期工 作 内 容备 注寒假期间第1周第2周第3周第4周第5周第6周第7周第8周第9周第10周第11周第12周第13周第14周准备工作:系统学习注塑模具设计制造相关知识,熟悉课题相关CAD/CAE软件的基本操作和应用。课题调研,查阅资料,熟悉AutoCAD、Pro/E、MoldFlow等软件的应用功能。 完成开题报告及外文资料翻译。设计液晶显示器底座塑料制件,绘制塑件图。分析塑件成型工艺,选择注射机型号。拟订注塑模具总体设计方案,进行有关计算。MoldFlow软件的基本操作和应用实例。对注塑成型过程进行数值模拟分析。优化工艺方案及模具结构 。凸模、凹模等主要零件三维结构设计。模具其它零件三维结构设计及总装配。绘制模具二维装配图。绘制模具凸模、凹模等主要零件图。撰写毕业设计说明书。整理毕业设计材料,课题答辩。教研室审查意见: 室主任 年 月 日学院审查意见: 教学院长 年 月 日附录附录 1附录 2PP材料微量注塑熔接痕对工艺参数的影响摘要作为小型零件的热加工技术,微量注塑越来越受市场的关注。在微量注塑工艺中,改善小型零件的力学性能是一个重要环节。经调查研究微量注塑零件的熔接线强度和工艺参数有关。微拉伸焊缝试样为带有VT单元的可视化模具的设计和制造做准备。聚丙烯(PP)用作本研究的研究材料,并且选了熔体温度、模具温度、注塑压力、保压压力、注塑温度和注塑速度这6个工艺参数作为调查因素。为了实现优化工艺参数和了解其次序的意义,在研究中应用正交实验方法。该微型熔接线强度预测的制定是建立于切比雪夫正交多项式的为基础的多元回分析。研究表明,对熔接线强度的影响作用从强到弱的参数顺序分别是模具温度、熔体温度、注塑速度、注塑温度、保压压力和注塑压力。通过实验证明微型焊接线的预测误差可以低于21%。1前沿今天的市场微观技术的年增长率达20%。在这领域微型电子传感器、微/纳米机械零件、微型燃料电池换热器、加速器和传感器和光学元件是主要部分,要求创新的产品更小、更好、更加强大,可以快速廉价生产。这些微型零件可以通过多种方法制造,如蚀刻、激光烧蚀、电铸、微加工和微成型。这些方法中包括微注塑成型和热压花的微成型被认为是最适合生产。因为它可以高重复性、低成本生产,并多样化的选择聚合物。此外,注塑成型在大型生产阶段由于优良的重现性、高效生产力和设计自由与效率,被认为是最具有成本效益的方法。微型注塑模开始于上个世纪八十年代晚期,从传统的注射成型工艺发展而来。相比与热压花,它缩短了加工时间,这使它成为微小制造的热门研究之一。微型注塑成型过程具有如下优点:加工时间较短,适合大型生产。净成型,不需要进一步工序。能生产复杂的三维形状的零件。各工业公司都能实现,不需要特殊设备(如紫外光源)。然而,比目前标准尺寸有更高的精度和质量要求的微型零件需要有关改善零件质量的紧急调查。如熔接线强度差这些缺陷肯定需要完全理解。根据目前的研究结果,熔接线力学性能低可视为几个因素所致,如贫穷的电子难以通过熔接线及喷水效应流动引发分子的取向和应力集中影响缺口表面等。在目前的研究中, 设计并组装了一个特殊的模具。为了观察微型熔接线的持续发展,该工具集成了可视化单元。考虑到微型注塑中聚合物熔体快速冻结的局限性,VT系统(快速加热/冷却系统)也被安排在这种微型熔接线试样生产工具中。2 实验2.1 实验设备这个试验在卧式注塑成型机上进行。这台机器提供了最大的锁模力、600KN,最大注塑压力2500pa以及螺杆直径30毫米。本研究中所用的聚丙烯,PP(734-52 PPH RNA)由令客户满意的欧洲的GmbH公司生产的。PP的力学性能都列在表1中。为了了解参数性能并进行初步的仿真,PP的流变性质同样通过旋转的流变仪(测试剪切速率范围从0到1000 1/s)和高压力的毛细管流变仪测量(测试剪切速率范围从1000 1000000 1 /s)。结果,如图1所示。表1 PP的性能指标性能 密度 0.9流动速度 52拉伸应力 37热变形温度 105熔点 152比热容 2.62导热系数 0.2067电导率 2.81E-16图1 在200摄氏度时旋转和高压毛细管流变测量结果为了准备微型注塑的熔接线试样、设计并制造结合视觉系统和冷却系统的模具,如图2(a,b)。通过反射法和高测速照相机,视觉系统可以用于记录和观察在微型注塑填充时熔接线形成的过程。在冷却系统中,高功率的电加热管实现快速加热,它是直接联系注塑机由这台机器的系统进行闭环控制,如图2(c)。作为冷却介质、冷却渠道承担快速冷却的作用。实际工作情况在图2(d)。更详细的解释和测试结果已经发表在作者以前的作品当中。试样是为微尺度的狗骨拉伸试验研究样品。试样的几何尺寸如图3。在这一过程中,聚合物熔体从微小拉力试样的两末端流入型腔,最后使熔接痕产生在试样的中间。拉伸试样的整个长度为24毫米,拉伸试样的试验区的长度12毫米。横截面形状是0.1毫米(深)x0.4毫米(宽)的矩形。2.2 实验方法2.2.1 田口实验设计用田口实验方法进行实验,可用于找出影响微型注塑熔接线力学性能的工艺因素,给出一个最优的工艺参数选择最佳质量的熔接线。图2图3表2因子 1 2 3A熔化温度 210 230 250B模具温度 120 140 160C注塑压力 500 1000 2000D保压压力 400 800 1600E喷射温度 40 60 80F注塑速度 60 80 100根据初期实验六个工艺参数作为影响因素:熔体温度、模具温度、注塑压力、保压压力、注塑温度和注塑流量。由于这些因素的非线性影响,影响因素分为三个标准。根据因素标准的划分,L18(37)正交表是被用于实验的设计。在初期实验的帮助下,因素标准的选择更合理、可靠、如图表2。在田口实验的分析基础上介绍了信噪比是一个响应信号除以由于噪声引起的电力信号。最大化的信噪比引起的任何性质是对噪声的反应。在熔接线最大强度力学性能研究中。那么信噪比的应用分析通过下面公式计算(1):yi是实验结果,n是实验试样的数量。用这种分析方法,越大的信噪比导致PP在模具中熔接痕的强度越大。此外,控制整个实验结果因素,同样可以通过田口实验方法计算得到。然后可以得到重要的因素。2.3 多元回归分析根据正交试验得到的结果,基于切比雪夫正交多项式用多元回归法可以建立熔接痕强度和工艺参数的关系。3 结果分析在真正的正交实验开始之前,先要进行填充仿真和一些初步的实验。仿真运用MoldFlowMPI5.0,如图4所示。它可以在模具温度不是很高的情况下(低于1200C)进行计算,即使注塑压力很高微小试样的型腔也不能填充满。这是因为聚合物熔体流进微小型腔时会快速冻结。但是当模具温度达到1200C时,即使在相对很低的注塑压力下,试样也能完全填充。真正的注塑成型实验也验证了结果。初期测试和完全填充的试样如图5所示。为了解决快速加热和冷却问题,在工艺中应用冷却系统,模具温度上升至1200C时,即使在很低的注塑压力和注塑速度情况下试样也能完全被填充。根据这些初始实验、工艺参数的合理因素标准可以存在于下面的正交试验3.1 信噪比分析这个由熔接线的微型拉伸试件根据L18正交表通过注塑成型工艺而来。然后试样通过万能试验机进行拉伸试验,试验的目的是得到试样的最终强度。连杆器的运动速度是1mm/min.夹紧区是13.8mm,2.5KN的负载用来进行测试。不变的工艺条件下,实验样品拉伸试验重复五次,和值的平均值作为最终的结果。最终的拉应力测量结果如图表3。运用公式(1)计算出每个因素标准的信噪比,这用运用田口分析的方法量化每个控制因素标准。图6显示工艺参数对熔接线强度的影响以及告诉我们哪种因素标准会导致最大的熔接线强度。3.2影响机械性能的工艺参数分析从图6可知,更高的熔体温度对熔接线有负面的影响。在宏观熔接线研究中,这是一个意想不到的结果。在过去的宏观熔接线研究中,相信高熔体温度引起更大的溶解痕压力,因为高熔体温度有利于聚合物分子在熔接痕区域扩散。它也可能导致材料劣化这个不情愿的现象,因为在过程这个材料劣化过程包括在敏感的微观区应力变大和化学分子变浓。这将会引起坏机械性能。而在本研究中对微观熔接线、因素之间给出了熔融温度和熔接线强度反比的关系。这可以解释在微型零件注塑成型工中,温度越高负面影响比正面影响越大。这是在微尺度中由于型腔的微小尺寸,在宏观尺度熔体温度的纠缠在聚合物分子上同样不能发挥,同时在宏观尺度对材料降解同样有影响。较高的模具温度对熔接线强度有积极的意义。较高的模温意味着较高的熔接线强度,但是信噪比在1400C和1600C时相同,这说明模具温度高于1400C时模具温度升高熔接线的强度不变。图4至于注塑压力和保压压力,结果是出乎意料的。然而,在各种不同的条件下由于熔接线的强度与许多复杂因素有关,进一步的研究工作必须在下一步中完成。喷射温度表示冷却过程对熔接线强度的影响。越低喷射温度将使熔接线凝固层变厚,这意味着凹陷区附近两个流动面更难连接上。相比,更高的熔体温度将在两个流动面相遇后出现“软连接“,这将导致不良的机械性能。因此最佳的熔接痕强度在平均喷射温度时获得。它的信噪比显然比上下标准好。注塑速度与熔体流动的剪切速率有关,在熔化填充时将影响熔聚合物分子方向。当两个流动面遇到一起,分子的方向是熔接痕强度的主要影响因素。正常的流向促成分子缠结,当分子相互接触时,它们会一起平行流动。更高的注塑速度导致高剪切速率和剪切应力,从而有助于获得质量较好的熔接线。然而,当注射成型速度没有高到足以使分子两个方向定位并行流动,在分子两流动方向之间会出现一个接触区域。它对熔接线的强度时不利的。这就是为什么实验结果表明熔接线强度在80cm3/s时低于60cm3 / s。当注塑速度达到一个更高的标准100 cm3/s、熔接线强度再次提高。图53.3重要的秩序的分析在田口实验分析的基础上,应用极限误差分析和信噪比分析相结合可以进行偏差分析,然后可以找到依赖于对熔接线强度有帮助的各个因素的重要参数。结果如图6所示,实际上可以说模具温度的贡献占42.4%,熔体温度占19.59%因素、注塑速度占12.43%,喷射温度射占11.7保压压力占7.31%,注射压力占6.53%。如此重要的秩序是BAFEDC,温度是对熔接线强度的最主要的影响。而压力对熔接线强度的影响相对就小一些。但是保压压力比注射压力对改善熔接线强度更重要。3.4熔接线的形态分析根据工艺参数和熔接线强度以及对熔接痕强度机械作用之间关系的分析结果,进行进一步的研究是为了发现为什么这种机制会在这种情况下产生。形态学结构在熔接痕附近首先形成,因为影响熔接线强度的工艺参数是基于材料的形态结构对它们的影响的。照片显示的是在扫描电镜下熔接线厚度方向是哪个材料的形态结构(图7)。只有表层和剪切结构和非芯层像普通大小的注塑(在正常大小的注塑工艺中,芯层占材料微结构的主要部分)。这种形态结构在微喷射更容易受成型工艺条件的影响。表层的厚度与温度条件及其相关,抗剪结构注塑速度密切相关。之前印证了结论,说明了模具温度和熔体温度对熔接线强度起着重要的作用,紧随其后的是注射速度。3.5微小熔接线强度预测公式根据田口实验分析,在注塑成型过程中注塑压力和保压压力很少影响熔接痕强度,所以预测公式仅仅是基于其他四个参数的影响,不考虑压力。至于正交试验法、切比雪多项式通常是用作回归分析的基本公式。经过计算与分析发现公式的二次形式在这种情况下并不重要。因此预测公式作为第一个多项式。四个变化系数可以采用切比雪夫多项式系数方程计算,公式如下所示:为了检测预测公式的准确度,使用了另外两个实验,试验结果和预测结果的对比都列在表4。表3图63.6 微型熔接线V切口分析在这项研究中,长途轮廓扫描检测机用于测量熔接线的V形切口轮廓。熔接线不同区域的V切口都经过轮廓扫描比较发现在不同的熔接线有着不同的V切口。对熔接线不同区域分别进行扫描实验,这叫做熔接线区域的中间,如图8所示。图9所示的是试样的V切口在中间表面比边缘大而且深,中间表面的高度比边缘低。这可以解释为试样中间的凝固层和收缩比边缘厉害。然而,根据拉伸试验,试样的边缘V切口更多的减少拉伸极限。所以在这项研究中,试样边缘的V切口将是主要的研究点。这个区域的V切口看作是V切口的大小的评估,如图8所示。V切口的大小和极限拉应力的关系如图10所示。对比Nr2、Nr15和Nr12的实验结果,可得在微型注塑中V切口越小,熔接线的极限拉应力就越大。图7图8图9图10表4 实验结果实验序号 实验结果(MPa) 预测结果 误差比1 30.75 24.56 20.132 28.579 25.54 10.644结论根据模具的外观结构,发现了微型注塑模中PP材料熔接线强度和工艺参数的关系。通过田口分析方法得到了最优的工艺参数,它们是A1B2C1D2E2F3,还得到了影响熔接线力学性能的重要工艺参数。它们是BAFEDC。然后通过切比雪夫正交多项式,为微型注塑模熔接痕建立四个变量预测公式。经实验证明,和比预测误差低21%。此外还研究了熔接线V切口的影响。分析结果表明V切口在试样中间时比在边缘时大而且深,而中间的高度比在边缘时低。小的V切口跟宏观情况一样也会导致很大的熔接线。参考文献1 Ansel Y, Schmitz F, Kunz S, Gruber HP, Popovic G (2002) Development of tools for handling and assembling microcomponents. J Micromech Microeng 12:430437.2 Choi JW et al (2001) A plastic micro injection molding technique using replaceable mold-disks for disposable microfluidic systems and biochips. In: Proceedings of 5th international conference on micro total analysis systems (micro-TAS 2001), Monterey, CA,2125 Oct, pp 411412.3 Diaranieh IS, Haufe A, Wolf HJ, Mennig G (1996) Computer simulation of weld lines in injection molded poly(methyl methacrylate). Polym Eng Sci 15:20502057.4 Eberle H (1998) Micro-injection moulding technology. Kunststoffe Plastic Eourope 88:13441346.5 Michaeli W, Roalla A, Spennemann A, Ziegmann C (1998) Mikrostrukturierte Formteile aus Kunststoff gestalten. F&M Feinwerktechnik, Mikrotechnik Mikro elektronik 9:642645.6 Nguyen-Chung T (2004) Flow analysis of the weld line formation during injection mold filling of thermoplastics. Rheol Acta 43:240245.7 Nguyen-Chung T, Plichta C, Mennig G (1998) Flow disturbance in polymer melt behind an obstacle. Rheol Acta 37:299305.8 Piotter V, Bauer W, Benzler T, Emde A (2001) Injection molding of components for microsystems. Microsyst Technol 7:99102.9 Piotter V, Mueller K, Plewa K, Ruprecht R, Hausselt J (2002) Performance and simulation of thermoplastics micro injection molding. Microsyst Technol 8:387390.10 Xie L, Ziegmann G (2008) A visual mold with variotherm system for weld line study in micro injection molding. Microsyst Technol 14:804809.11 Xie L, Ziegmann G (2009a) Visualizing analysis for weld line forming in micro injection molding by experimental method. Microsyst Technol 15:913917.12 Xie L, Ziegmann G (2009b) Effect of micro tensile samples cross section shape on the strength of weld line in micro injection molding process. Microsyst Technol 15:10311037.13 Yang H, Chou MC, Yang A, Mu CK, Shyu RF (1999) Realization of fabricating microlens array in mass production. Proc SPIE 3739:178185.21 毕业设计(论文)开题报告课 题 名 称:基于Pro/E的液晶显示器底座注射 模具设计 学 生 姓 名:指 导 教 师:所 在 学 院:专 业 名 称: 说 明1根据徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定,学生必须撰写毕业设计(论文)开题报告,由指导教师签署意见、教研室审查,学院教学院长批准后实施。2开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。4本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述,没有经过整理归纳,缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5. 课题类型填:工程设计类;理论研究类;应用(实验)研究类;软件设计类;其它。6课题来源填:教师科研;社会生产实践;教学;其它课题名称基于Pro/E的液晶显示器底座注射模具设计课题来源社会生产实践课题类型工程设计类选题的背景及意义近年来,中国塑料模具发展相当迅速。而注塑成型模具占整个塑料模的90%左右。塑料制品在汽车、手机、电脑、仪表等方面占很大的比例,设计的塑料制品越精密,在精度和强度等方面的要求就要求不断提高,所以主要依靠经验的传统注塑模具设计方法已经无法满足市场的要求。模具CAD/CAM/CAE技术已经成为一种解决设计和制造中各种难题的手段,必将代替传统的模具设计方法。当今世界,随着互联网的发展,电脑已经是日常生活中的必需品,而液晶显示器已经是现在的主流显示器,由于电脑的大量需求,液晶显示器也同样需要大批量生产,而且现在很多消费者都注重电脑的美观性,底座作为显示器的一部分,它的美观性也是很重要的。本设计正是基于Pro/E的液晶显示器底座的注塑模具设计,利用CAD/CAM/CAE技术在较短模具开发周期,较低模具生产成本,使整个产品更具市场竞争力。研究内容拟解决的主要问题现在的电脑基本上都是使用液晶显示器,本设计是液晶显示器底座的模具设计,联系着底座和显示器的连接性以及显示器放在桌上的平稳性。本设计要求用Pro/E设计一套上述制品的注塑成型模具,并且模具结构设计要合理,易于加工装配。还要用MoldFlow对产品进行模流分析,在生产前就把设计的模具存在的缺陷进行改进,缩短生产周期和降低经济成本。主要解决的问题有:(1)熟悉常用塑料的性能,适用的范围; (2)注塑机的选择和校核; (3)浇注系统的设计; (4)成型零件的设计; (5)模架的选择; (4)模具总装图及各零件的绘制。研究方法技术路线1. 观察制品的结构,测量制品的尺寸,画出制品的3D图;2. 分析制品的结构工艺性,了解制品材料的特点;3. 了解注射机的规格型号,通过计算选择合适的注塑机并对注塑机的相关参数进行校核;4. 根据制品的外形尺寸,参阅相关资料并通过计算确定模具结构类型、外形尺寸、型腔数目及分型面;5. 对制品进行模流分析,确定浇口的位置。通过计算确定主流道分流道的尺寸;6. 成型零件钢材的选择及尺寸计算;7. 选定模架的类型和尺寸大小;8. 考虑制品脱模问题,确定脱模方式,计算脱模力的大小;9. 根据制品的大小、质量、材料,设计冷却系统;10. 绘制模具装配图,拆绘模具零件图;11. 撰写设计说明书。研究的总体安排和进度计划第12周1) 调研,资料查询、收集;并分析提供的原始资料和数据;2) 用Pro/E画出塑件的三维模型,并对塑件的结构进行分析;3) 学习Pro/E模具模块、模流分析软件。第35周1) 塑件结构及成形工艺分析。注塑机的型号、规格选择及校核;2) 型腔数目的确定。选择合适的分型面。用Pro/E画出模具的分型面;3) 选择合适的模架,用Pro/E画出模架。第6周应用模流分析软件对设计进行分析,改进设计。第78周绘制出模具总装图和零件图。第9周编写设计说明书。第10周检查总装图和零件图,并打印。第11周检查说明书,并打印。第12周准备论文答辩。主要参考文献1 叶久新,王群.塑料成型工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,2008.2 郭洋.Pro/ENGINEER企业实施与应用M.北京:清华大学出版社,2008.3 二代龙震工作室.Pro/MOLDESIGN Wildfire4.0拆模设计M.北京:电子工业出版社,2009.4 二代龙震工作室.Pro/MECHANICA Wildfire3.0/4.0结构/热力分析M.北京:电子工业出版社,2008.5 王刚,单岩.Moldflow模具分析应用实例M.北京:清华大学出版社,2005.6 博创设计坊.Pro/E4.0注塑产品造型设计M.北京:清华大学出版社,2008.7 屈华昌.塑料成形工艺M.北京:机械工业出版社,2001.8 陈志刚.塑料模具设计M.北京:机械工业出版社,2002.9 黄锐.塑料工程手册M.北京:机械工业出版社,2000.10 张孝民.塑料模具技术M.北京:化工工业出版社,2004.11 Lei Xie, Gerhard Ziegmann. Influence of processing parameters on micro injection molded weld line mechanical properties of polypropylene (PP)J. Microsyst Technol (2009) 15:14271435.12 Diaranieh IS, Haufe A, Wolf HJ, Mennig G (1996) Computer simulation of weld lines in injection molded poly(methyl methacrylate)J. Polym Eng Sci 15:20502057.指导教师意 见 指导教师签名: 年 月 日 教研室意见学院意见教研室主任签名:年 月 日 教学院长签名: 年 月 日图书分类号:密 级:摘要塑料工业飞速发展,塑料制品在日常生活中占据着非常重要的地位。而塑料模具已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品的质量,公司的效益。所以主要依靠经验的传统注塑模具设计方法已经无法满足市场的要求。模具CAD/CAM/CAE技术已经成为一种解决设计和制造中各种难题的手段,必将代替传统的模具设计方法。本次设计过程中,在参考国内外大量文献的基础上基于三维工程软件Pro/E和模流分析软件MoldFlow进行了液晶显示器底座的模型重构以及整套模具设计,并进行了相关的模流分析。本文主要在以下几个方面进行了较为详细的研究:1) 利用Pro/E进行液晶显示器底座造型设计;2) 运用Pro/E进行分型面设计,并生成成型零件;3) 运用Pro/E外挂工具EMX进行标准模架设计包括浇注系统、冷却系统等一系列设计;4) 运用MoldFlow对模型进行冷却分析、流动分析、翘曲分析,并根据分析结果对设计进行优化,最终获得比较合理的设计结果;5) 在相关计算和分析的基础上完成了液晶显示器底座整幅模具设计。关键词 Pro/E;模具设计;液晶显示器底座;模流分析AbstractWith the rapid development of the plastics industry, plastic products in daily life occupy a very important position. The plastic mold has become an important indicator of the level of the countrys manufacturing industry and largely determines the quality of the product, the companys benefit. Therefore, the traditional injection mold design mainly rely on the experience does not meet the market demands. Die CAD/CAM/CAE technology has become a solution to various problems in the means of design and manufacture, will replace the traditional mold design.The design process, in reference to the extensive literature at home and abroad based on three-dimensional engineering software Pro/E and mold flow analysis software MoldFlow reconstruct and design the model of the liquid crystal display base and carry out the related mold flow analysis. This article in the following aspects of a more detailed study:1) Using Pro/E modeling to design the liquid crystal display base;2) Using Pro/E to sub-surface to design and produce molded parts;3) Using Pro/E plug-in tool for standard EMX mold design includes gating system, cooling system and a series of design;4) Using MoldFlow obtain the cooling analysis, flow analysis and warping analysis. Based on the results of the analysis to optimize the design obtain a more reasonable design results;5) Based on the relevant calculations and analysis, LCD base mold design is completed.Keywords Pro/E mold design LCD base mold flow analysisII目 录1 绪论11.1 模具工业的地位11.2 国外塑料模具发展概况11.3 我国塑料模具发展概况11.4 本文研究内容22 塑件结构及成型工艺分析32.1 塑件结构分析32.2 产品成型工艺性分析32.2.1 塑件的分析32.2.2 材料性能分析32.2.3 ABS的注射成型过程43 分型面选择及型腔数目确定53.1 型腔数目的确定53.2 分型面位置的确定54 注射机的选择和校核74.1 注射机的主要参数74.2 塑件体积和浇注系统凝料体积的初步估算74.3 选择注塑机74.4 注塑机的相关参数的校核84.4.1 注射压力校核84.4.2 锁模力校核85 成型零件设计及模架选取95.1 成型零件钢材的选用95.2 成型零件的结构设计95.3 成型零件工作尺寸的计算95.3.1 凹模径向尺寸的计算105.3.2 凹模深度尺寸的计算105.3.3 凹模上芯子径向尺寸的计算105.3.4 凹模上芯子高度尺寸的计算115.3.5 凸模径向尺寸的计算115.3.6 凸模高度尺寸的计算115.4 成型零件尺寸的计算115.5 各模板尺寸的选择125.6 模架各尺寸的校核136 浇注系统及冷却系统设计146.1 主流道的设计和计算146.2 分流道的设计和计算146.3 浇口的设计和计算166.4 校核主流道的剪切速率176.5 冷料穴的设计176.6 冷却系统的设计和计算186.6.1 冷却系统的简单计算186.6.2 冷却系统的设计187 脱模机构及排气系统设计207.1 推出方式确定207.2 脱模力的计算207.3 推杆直径的计算和校核217.4 排气槽的设计228 注射工艺参数的确定及模流分析238.1 MoldFlow简介238.2 模型的网格划分238.3 确定注射工艺参数248.4 冷却分析248.4.1 塑件表面温度分布248.4.2 雷诺数分布248.4.3 冷却介质温度变化258.5 流动分析258.5.1 填充结束时制品的总体温度258.5.2 注射位置处压力268.5.3 锁模力268.5.4 气穴278.5.5 熔接痕278.6 翘曲分析288.6.1 Z轴收缩不均引起的变形量288.6.2 Z轴冷却不均引起的变形量288.6.3 Z轴取向因素引起的变形量299 模具总装及模具动作过程309.1 模具总装309.2 模具动作过程30结论32致谢33参考文献34附录35附录 135附录 244571 绪论1.1 模具工业的地位模具是制造业的一种基本工艺装备,它的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动,使之形成所需要的形体。使用模具制造零件以其效率高,产品质量好,材料消耗低,生产成本低而广泛应用于制造业中。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,在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业”;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”,同时也是“整个工业发展的秘密”,是“进入富裕社会的原动力”。日本模具产业年产值远远超过日本机床总产值。如今,世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。1.2 国外塑料模具发展概况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、提高和改善。1.3 我国塑料模具发展概况我国塑料模具发展迅速。目前,塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%,在模具进出口中的比重高达5070%。随着中国机械、汽车、家电、电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展,这一比例还将持续提高。据介绍,在生产汽车时,各种功能性零部件都要靠模具成型,仅制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具,而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具,从模具行业生产能力看,目前满足率仅约50%。塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋,目前全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%50%,塑料排水管市场占有率将超过50%,大大增加对模具的需求。据专家预测,模具市场的总体趋热是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。近年来,我国塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下,形成了一个巨大的产业链条,从上游的原辅材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业,塑料模具发展一片生机。目前,我国模具工业地域特点明显,主要表现为:东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区,约占全国模具产值的2/3以上。塑料模具与模具整个行业的地域分布相似,浙江、江苏、广东塑料模具位于全国前列,其产值在全国模具总产值中的比例达到70%。1.4 本文研究内容当今世界,随着互联网的发展,电脑已经是日常生活中的必需品,而液晶显示器已经是现在的主流显示器,由于电脑的大量需求,液晶显示器也同样需要大批量生产,而且现在很多消费者都注重电脑的美观性,底座作为显示器的一部分,它的美观性也是很重要的。本设计正是基于Pro/E的液晶显示器底座的注塑模具设计,利用CAD/CAM/CAE技术在较短模具开发周期,较低模具生产成本,使整个产品更具市场竞争力。2 塑件结构及成型工艺分析2.1 塑件结构分析如图2-1、2-2所示是利用Pro/E对底座进行造型及结构设计的三维图,并且对其进行了渲染。该产品为不规则形体,其最大轮廓尺寸为280mm160mm37mm。对于底座的设计要求首先是强度的要求,所以底座内部设有很多加强筋并且在加强筋相交处用空心圆柱连接,起到进一步加固作用(如图2-2所示)。底座上有4个倒扣要与液晶显示器进行配合,所以要保证其一定的精度(如图2-3所示)。图2-1所示的是底座的外观面,所以要求其表面光滑美观,无磨损、无脱模痕迹、无熔接痕、无气泡、等影响外观的缺陷。 图2-1 底座外观 图2-2 底座内部结构图2-3 底座上四个扣位2.2 产品成型工艺性分析2.2.1 塑件的分析该塑件平均壁厚2mm,外形尺寸比较大,所以塑料熔体流程比较大,所需的注射压力会比较大。该塑件的精度等级比较低,属于一般精度等级。2.2.2 材料性能分析(1) 使用性能 综合性能好,冲击强度、力学强度较高,尺寸稳定,耐化学性,电气性能良好,易于成型和机械加工,其表面可镀铬,适合制作一般的机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。(2) 成型性能1) 无定型塑料。其品种很多,各品种的机电性能及成型特性也各有差异,应按品种来确定成型方法及成型条件。2) 吸湿性极强。含水量应小于0.3%(质量),所以必须充分干燥,要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。3) 流动性中等。溢边料0.04mm左右。4) 模具设计时要注意浇注系统,选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。(3) ABS的主要性能指标 见下表2-1表2-1 ABS的性能指标密度/gcm-31.021.08屈服强度/Mpa50比体积/ cm3g-10.860.98拉伸强度/Mpa38吸水性/%0.20.4拉伸弹性模量/Mpa1.4103熔点/130160抗弯强度/Mpa80计算收缩率(%)0.40.7抗压强度/Mpa53比热容/kg1470弯曲弹性模量/Mpa1.41032.2.3 ABS的注射成型过程1) 成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检测,由于ABS吸水性较大,成型前需进行充分的干燥;2) 注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后,由模具的浇注系统进入模具型腔成型,其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段;3) 塑件的后处理。处理的介质为空气和水,处理温度为6075,处理时间为1620s。3 分型面选择及型腔数目确定3.1 型腔数目的确定利用MoldFlow软件对塑件进行最佳浇口位置的模拟分析,如图3-1所示(工艺参数采用默认),最佳浇口位置位于塑件上表面的中间,但是把浇口设在此位置显然会破坏塑件的美观性,观察发现塑件的尾部虽然不是最好的浇口位置,但是在最佳浇口区域范围之内,所以这是可以接受的。考虑到塑件尺寸和模具结构尺寸的大小关系,又考虑到型腔的平衡布置和浇口开设部位的对称,所以采用一模两腔布置。图3-1 最佳浇口位置3.2 分型面位置的确定模具取出塑料件或浇注系统凝料的面为分型面,它的确定是否合理将直接影响模具设计的成功与否。分型面选择的原则重要有以下几点1:1) 分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构,因此,应尽可能使塑件留在动模一侧;2) 分型面的选择应考虑塑件的技术要求,当塑件表面有同轴度、平行度等要求时,应尽可能将其置于同一半模内,否则,将会由于合模误差影响塑件精度;3) 分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置,并使其产生的飞边易于清理和修整;4) 分型面的选择应有利于排气,为此应尽量使分型面与充模时型腔料流末端重合,以利于排气;5) 分型面的选择应便于模具零件的加工;6) 分型面的选择应考虑注射机的技术参数,注塑成型时所需要的锁模力与塑件在合模方向的投影面积成正比,所以选择分型面时,应尽量选择塑件在垂直合模方向上投影面积较小的表面,以减少锁模力。此塑件的分型面不是很难确定,主分型面位置如图3-2红线框所示。底座上的插孔的分型面还未确定,起初的想法是做一个芯子,但是做抽心势必会增加模架的复杂程度,所以最终方案是把芯子和定模做成一体,缺点是增加了模具的加工难度。如图3-3所示的是通过一系列的操作最终完成的分型面。图3-2 分型面位置 图3-3 分型面4 注射机的选择和校核4.1 注射机的主要参数注射模是安装在注射机上的,因此在设计注射模具时应该对注射机的有关参数进行必要的了解,以便设计出符合要求的模具,同时选定合适的注射机型号。从模具设计角度考虑,需要了解注射机的主要参数有:公称注射量、公称注射压力、注射速率、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等2。以下简介几个参数:1) 公称注塑量 指注射机对空注射的情况下,螺杆一次最大行程所注射的塑料体积,它在一定程度上反映注塑机的注射能力,标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。2) 注射压力 为了克服熔料流经喷嘴,流道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。3) 注射速率 为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。4.2 塑件体积和浇注系统凝料体积的初步估算通过Pro/E建模设计分析计算得塑件体积:V塑=2.1102cm3浇注系统凝料体积在没有设计浇注系统的情况下是无法确定的,所以需借住经验公式来估算,在这里浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积: V总=2V塑+V浇=2V塑+0.2V塑=22.1102+0.22.1102=462cm3 式(4.1)4.3 选择注塑机注射机的最大注射量应大于制品的重量或体积(包括流道及浇口凝料飞边),通常注射机的实际注射量最好是注射机的最大注射量的80,所以选用的注射机最大注射量应为0.8V机V总,所以V机V总/0.8=462/0.8=577.5 cm3。根据以上的计算结果,查找国产注射成型机,初选注射机型号为XS-ZY-1000卧式注射机,其主要技术参数见下表4-1表4-1 注射机主要技术参数理论注射容量/ cm31000拉杆空间/mm650550螺杆柱塞直径/mm85最大模具厚度/mm300V注射压力/Mpa121最小模具厚度/mm200注射行程/mm260合模方式两次液压动作注射方式螺杆式定位圈直径/mm150合模力/N45105喷嘴球半径/mm12模板最大行程/mm700喷嘴口孔径/mm44.4 注塑机的相关参数的校核4.4.1 注射压力校核查表4-12可知,对于材料是ABS的厚壁制件所需要的注射压力为80110Mpa,这里取P0=90Mpa,该注塑机的公称注射压力P公=1000Mpa,注射压力安全系数k1=1.11.3,这里取1.2,则:k1P0 =1.290=117P公 式(4.2)所以,注塑机注射压力合格。4.4.2 锁模力校核锁模力是注射机锁模装置施加于模具的最大夹紧力。锁模力的作用在于平衡和克服模腔压力产生的使模具沿分型面张开的力,保持模具紧密锁合,防止溢料。1) 塑件在分型面上的投影面积A塑。通过Pro/E软件测量得A塑=39711.5mm2。2) 浇注系统在分型面上的投影面积A浇。因为浇注系统还未设计,所以采用经验公式进行估算,在这里取A浇=0.2A塑。3) 塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总。则:A总= 2A塑+ A浇=2A塑+0.2A塑=239711.5+0.239711.5= 87365.3mm2 式(4.3)4) 模具型腔内的膨胀力F胀。则:F胀=A总P模=87365.33531105N 式(4.4)式中P模-型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔内的压力,通常取注射压力的20%40%,大致范围为2540Mpa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。ABS属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件,故P模取35Mpa。由表4-1可得该注塑机的公称合模力F锁=45105N,合模力的安全系数为k2=1.11.2这里取1.2。则:k2F胀=1.2F胀=1.231105=37.2105NF锁 式(4.5)所以该注射机合模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定,结构尺寸确定后方可进行。5 成型零件设计及模架选取5.1 成型零件钢材的选用成型零件材料选用的要求如下2:1) 材料高度纯洁;2) 良好的冷、热加工性能;3) 抛光性能优良;4) 淬透性高;5) 耐磨性和抗疲劳性能好;6) 具有耐腐蚀性和一定的耐热性。在这里采用广泛用于制造塑料和压铸模型腔的45钢,45钢调质处理后有较好的综合力学性能。5.2 成型零件的结构设计1) 凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析,本设计采用整体式凹模。如图5-1所示。2) 凸模的结构设计凸模是成型塑件内表面的成型零件,通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析,选用整体式凸模。如图5-2所示。图5-1 凹模 图5-2 凸模5.3 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸计算方法一般有两种:一种是平均值法,即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算;另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算。前一种计算方法简便,但不适用于精密塑件的模具设计;后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内,但计算比较复杂。因为本设计的塑件精度要求只需一般精度等级就能满足要求,所以采用平均值法计算成型零件尺寸,塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。5.3.1 凹模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换:,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差。式(5.1) 式(5.2) 式(5.3) 式(5.4) 式(5.5)式中-塑件的平均收缩率,查表1-22可得ABS的收缩率为0.3%0.8%,所以平均收缩率(下同);-系数,查表4-152可知一般在0.50.8之间,此处取、;-塑件上相应尺寸的公差(下同);-塑件上相应尺寸制造公差,对于中小型零件取(下同)。5.3.2 凹模深度尺寸的计算塑件尺寸的转换:,相应的塑件制造公差。 式(5.6)式中-系数,查表4-151可知一般在0.50.7之间,此处取。5.3.3 凹模上芯子径向尺寸的计算塑件尺寸的转换:,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差。 式(5.7) 式(5.8)式中-系数,查表4-152可知一般在0.50.8之间,此处取、。5.3.4 凹模上芯子高度尺寸的计算塑件尺寸的转换:,相应的塑件制造公差。 式(5.9)式中,-系数,查表4-152可知一般在0.50.8之间,此处取。5.3.5 凸模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换:,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差;,相应的塑件制造公差。 式(5.10)式(5.11) 式(5.12)式中-系数,查表4-152可知一般在0.50.8之间,此处取。5.3.6 凸模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换:,相应的塑件制造公差。 式(5.13)式中-系数,查表4-152可知一般在0.50.8之间,此处取。5.4 成型零件尺寸的计算塑料模型腔在注射成型过程中,在型腔全部充满的瞬间,熔体压力可达到一较高值。型腔必须具有足够的壁厚以承受熔体充模时产生的高压,否则可能因强度不足,产生塑性变形甚至破裂;或因刚度不足,产生大的弹性变形,引起成型零部件在其接触或配合表面出现较大的间隙,形成溢料或飞边,降低塑料制品的精度和影响塑料制品脱模。所以计算成型零件的壁厚是很有必要的。型腔的强度与刚度是型腔应具备的力学性能的两个方面,根据分析,塑料模具型腔对强度与刚度并非在各种情况下都提出较高要求,而是有侧重的。对于大尺寸型腔,刚度不足是主要矛盾,应首先对模具刚度进行校核;对于中小尺寸型腔,在其发生大的弹性变形之前,内应力往往已经超过许用应力,因而强度是主要矛盾,设计型腔侧壁和底板厚度应按强度计算。本设计的塑件属于中小型尺寸,所以强度不足是主要矛盾,应按强度计算型腔侧壁和底板厚度。侧壁厚度: 式(5.14) 式(5.15)底板厚度: 式(5.16)型腔与型腔之间的壁厚:型腔与型腔之间的壁厚没有确切的计算式,所以按经验选取,在这里取。式中-型腔高度,;-型腔长度,;-型腔宽度,;-模具型腔内最大的熔体压(型腔压力估算公式确定,一般是3050MPa);-许用应力(一般中碳钢许用应力为160MPa)。5.5 各模板尺寸的选择模具的大小主要取决于塑件的大小和结构。对于模具而言,在保证足够强度和刚度的条件下,结构越紧凑越好,可以以塑件布置在推杆推出范围之内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架大小。通过计算可得凹模的外形尺寸:长宽高=454mm350mm99mm,凸模的外形尺寸尺寸:长宽高=454mm350mm40mm。所以按模架标准板尺寸A板厚度取125mm,B板厚度取63mm。垫块高度推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度=37+40+25=102mm,选定C为125mm。导柱间距要大于454mm350mm,并且应该大于这个间距多一些,否则会影响到定模板和动模板的强度。复位杆长度方向上的间距454mm。根据上述分析计算,模架尺寸已经确定为模架序号为5号,板面为500mm630mm。本设计分型面采用单分型面,采用推杆脱模,所以模架结构形式为A1型的标准模架。模架的外形尺寸:宽长高=500mm630mm393mm如图5-3所示。图5-3 模架示意图5.6 模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核选用的模架的各个尺寸。模具平面尺寸:500mm630mm550mm650mm(拉杆空间),校核合格。模具高度尺寸:393mm,700mm393mm300mm(模具的最大和最小厚度),校核合格。本设计选用的是全液压式锁模机构的注射机,所以开模行程与模具的厚度有关。模具的开模行程: 式(5.17)S700mm(模板最大行程),校核合格。式中-模具的闭合高度;-塑件脱模所需的推出距离;-包括浇注系统在内的塑件高度。6 浇注系统及冷却系统设计6.1 主流道的设计和计算主流道是塑料熔体进人模具型腔时最先经过的部位,它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形,便于熔体顺利地向前流动,开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。另外,由于浇口套与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。(1)主流道的计算1) 主流道的尺寸:在Pro/E创建的模架上通过测量可得主流道的长度L主=159.5mm。2) 主流道小端直径:d=注射机喷嘴尺寸+(0.51)mm=(7.5+0.5)mm=8mm。3) 主流道大端直径:,式中。4) 主流道球面半径:SR0=注射机喷嘴球头半径+(12)mm=(18+2)mm=14mm。5) 球面的配合高度:h=3mm。(2)主流道的凝料体积知道主流道的各个尺寸,通过Pro/E画出主流道三维图,利用分析工具可得到主流道的凝料体积V主=14.5cm3。如图6-1所示。图6-1 主流道凝料(3)主流道的当量半径。(4)主流道浇口套的材料:主流道浇口套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,易磨损,对材料要求严格,所以设计中采T10A。热处理淬火表面硬度为5055HRC,并且主流道球面需进行硬化处理。6.2 分流道的设计和计算由于型腔是一模两腔布置,所以必须设计分流道。分流道是主流道与浇口之间的通道。在设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低,同时尽量减少分流道的容积,采用的是平衡式分流道。(1)分流道的长度在第5章的计算中,型腔与型腔之间的距离取的是60mm,在这里取分流道的长度L分=58mm。(2)分流道截面形状和尺寸常用的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形等。在分流道的设计中既要有大的截面积以减少熔体流动的压力损失;同时又要求流道的表面积小,以减少熔体的传热损失。因此,常用流道的截面积与周长之比来表示流道的效率。该比值越大,表示流道的效率越高。查得圆形和正方形流道的效率最高。但正方形截面的流道不利于冷凝料的推出,圆形的需开设在分型面两侧,且对应两部分必须相吻合,加工较困难。最常用的是梯形和U形截面,因加工方便,且热量的损失和流动阻力不大,在实际生产中的到了广泛的应用。经过分析,本设计采用U型截面分流道,其表面粗糙度Ra的值取1.6m,其具体的截面形状尺寸如图6-2所示。图6-2 分流道截面尺寸(3)凝料体积知道分流道的截面尺寸和分流道的长度尺寸,通过Pro/E画出分流道的三维图,利用分析工具测得分流道的凝料体积V分=3.23cm3。如图6-3所示。图6-3 分流道凝料(4)校核剪切速率确定注射时间:查表4-82得t=2.5s。分流道体积流量: 式(6.1)剪切速率: 式(6.2)该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间。所以,分流道内熔体的剪切速率合格。6.3 浇口的设计和计算浇口是连接流道型腔的一段细短通道,是浇注系统的关键部分,起着调节控制料流速度、补偿时间及防止倒流等作用,对于多型腔模具,浇口还能用来平衡进料。浇口的形状、尺寸和进料位置对塑件的质量影响很大,塑件上的一些质量问题,如缺料、缩孔、白斑、熔接痕、翘曲等现象,常常是由于浇口的设计不合理而造成的。因此正确设计浇口,对保证塑件的质量是一个重要的环节。浇口的类型主要有直接浇口、侧浇口、护耳浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口等。其中直接浇口适用于体积较大的深腔壳体塑件及高粘度塑料;侧浇口适用于中小型塑件的多型腔模具,其直接优点是截面形状简单、易于加工、便于试模后修正,缺点是在制件的外表面留有浇口痕迹;爪形浇口适用于内孔小且同轴度要求较高的细长管状塑件;点浇口常用于成型各种壳类、盒类零件,其优点是浇口位置能灵活的确定,浇口痕迹较小,易于自动断料,缺点是由于浇口截面积小,流动阻力大,需要提高注射压力。该塑件的最佳浇口位置已经确定,位于塑件的尾部,所以采用矩形侧浇口,并用塔接式进料。采用矩形浇口,易于加工,便于试模修正,采用塔接式进料,不影响塑件的外观表面,保证了塑件的美观度。如图6-2所示。图6-2 矩形侧浇口塔接式进料(1)侧浇口尺寸的确定查表4-92得到ABS材料采用的矩形侧浇口的厚度h=0.81.5mm,宽度b=(310)h,长度L=0.72mm。该塑件属于中小型塑件,如果浇口尺寸设计的不当,会导致填充不满、较多的熔接痕等等一系列的缺陷,所以浇口尺寸选定后还需不断进行优化。初步选定的浇口尺寸:h=1.5mm,b=9mm,L=1mm。(2)校核剪切速率1) 确定注射时间:查表4-82得t=2.5s。2) 浇口体积流量: 式(6.3)3) 剪切速率: 式(6.4)该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率51035104S-1之间。所以,浇口的剪切速率合格。6.4 校核主流道的剪切速率1) 确定注射时间:查表4-82得t=2.5s。2) 主流道体积流量: 式(6.5)3) 剪切速率: 式(6.6)该主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间。所以,主流道的剪切速率合格。6.5 冷料穴的设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上,其作用主要是收集熔体前锋的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。常见的主流道冷料穴结构有带Z形头拉料杆的冷料穴、带球形头的冷料穴、带尖锥头拉料杆的冷料穴及无拉料杆的冷料穴。本模具采用较为常见的带Z形头拉料杆的冷料穴,结构如图6-3所示。开模时,利用拉料杆通过钩头拉住穴内冷料,使凝料从衬套中脱出。图6-3 Z型拉料杆6.6 冷却系统的设计和计算6.6.1 冷却系统的简单计算冷却系统的计算很复杂,下面只进行简单的计算。需要说明的是,冷却系统的简单计算可能不符合实际的设计要求,所以还需根据实际情况修改水路的尺寸以及调整水路的布置方式。(1)单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1) 塑料制品的体积:V=V主+V分+nV塑=(14.5+3.23+22.1102)cm3=437.73cm3 式(6.7)2) 塑料制品的质量:通过Pro/E的分析工具测得m=214.2g=0.2142kg3) 塑件的壁厚为2.5mm,查表4-341可得冷却时间t冷=13.7s,取注塑时间t注=2.5s,脱模时间t脱=8s,则注塑周期:t=t冷+t注+t脱=13.7+2.5+8=24.2s 式(6.8)由此得每小时注射次数:N=(3600/24.2)次=148次 式(6.9)4) 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量:W=Nm=1480.2142=31.7kg/h 式(6.10)(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs查表4-352可知ABS的单位热流量Qs的值的范围在(310400)KJ/kg 之间。故可取Qs=370KJ/kg。(3)计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入口的水温为,出水口的水温为,取水的密度,水的比热容为。则根据公式可得: 式(6.11)计算至此,查表4-302发现,要使冷却水处于湍急状态,模具的冷却孔的直径要达到25mm,这显然是不符合实际情况的,所以本模具的冷却水路设计将根据冷却系统的设计原则以及工厂实际经验来进行设计。6.6.2 冷却系统的设计冷却系统设计原则:1) 冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等,一般取1525mm;2) 冷却水道数量尽可能多,而且要便于加工。一般水道直径选用6.0,8.0,10.0,两平行水道间距取4060mm;3) 所有成型零部件均要求通冷却水道,除非无位置。热量聚集的部位强化冷却,如电池兜、喇叭位、厚胶位、浇口处等。A板,B板,水口板,浇口部分则视情况定;4) 降低入水口与出水口的温差。入水,出水温差会影响模具冷却的均匀性,故设计时应标明入水,出水方向,模具制作时要求在模坯上标明。运水流程不应过长,防止造成出入水温差过大;5) 尽量减少冷却水道中“死水”(不参与流动的介质)的存在;6) 冷却水道应避免设在可预见的胶件熔接痕处;7) 保证冷却水道的最小边距(即水孔周边的最小钢位厚度),要求当水道长度小于150mm时,边间距大于3mm;当水道长度大于150mm时,边间距大于5mm;8) 冷却水道连接时要由O型胶密封,密封应可靠无漏水;9) 对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式,如铍铜、热管等;10) 合理确定冷却水接头位置,避免影响模具安装、固定。根据上述冷却系统的设计原则,凹模的冷却水路采用蛇形串联布置,水路之间的间距为40mm,布置两个入水口和两个出水口,水路直径取10mm,水路至型腔表面的距离为15mm。如图6-4所示。凸模的冷却水路采用串联布置,考虑到水路有可能会干涉到推杆,所以采用的水路布置如图6-5所示,布置两个入水口和两个出水口,水路直径取10mm,水路至型腔表面的距离为15mm。图6-4 凹模水路图6-5 凸模水路7 脱模机构及排气系统设计7.1 推出方式确定脱模机构是指注射成型后使塑件从凸模或凹模上脱出的机构,设计脱模机构时应遵循以下原则:1) 保证塑件不因顶出而变形损坏及影响塑件外观;2) 应尽量使开模时塑件留在动模,以利用注射机的移动部分推出塑件;3) 推出机构运动要准确、灵活、可靠,无卡死与干涉现象;4) 机构本身要有足够的刚度、强度和耐磨性。脱模机构按推出机构的运动特点可分为:一次推出、二次推出、顺序脱模等不同类型。本模具采用一次推出机构,用推杆进行脱模。需要注意的是,该塑件的大部分表面是弧形面,所以用推杆脱模必须把推杆头部加工与塑件表面贴合的圆弧面。如图6-6所示。图6-6 推杆头部形状7.2 脱模力的计算塑件内壁长宽尺寸与壁厚之比: 式(7.1)所以此塑件为薄壁矩形塑件。脱模时所需的脱模力: 式(7.2)式中-矩形型芯短边长度(mm);-矩形型芯长边长度(mm);是塑件壁厚(mm);-塑料的弹性模量(MPa);-凸模被包紧部分的长度(mm);-脱模斜度();-塑料成型的平均收缩率(%); -塑料与钢之间的摩擦因素;-由与决定的无因次数, ;-塑料的泊松比;-塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积(mm2),当塑件底部有通孔时,项视为零,这里。7.3 推杆直径的计算和校核推杆的直径: 式(7.3)式中-推杆直径(mm);-推杆长度(mm),这里取推杆的平均长度;-推杆数量,这里初步取15根推杆;-推杆材料的弹性模量(MPa);-安全系数,取。推杆直径的校核: 式(7.4)式中-推杆材料的需用压应力,。符合强度要求。根据上面的分析计算,推杆的数量和直径虽然已经满足设计要求,但是需要考虑到塑件实际的复杂程度和塑件的质量要求,所以还要对推杆的直径、数量、布置进行进一步的调整。如图6-7所示是经过调整后推杆的布局。图6-7 推杆位置7.4 排气槽的设计排气槽应开设在型腔最后填充的部位,如塑件、流道、冷料穴的浇注终端。该塑件由于采用侧浇口进料,熔体填充型腔的最后部位位于分型面处,已经足够进行排气,所以本模具不需要另行开设排气槽。8 注射工艺参数的确定及模流分析8.1 MoldFlow简介MoldFlow软件作为行业技术的主导和领先者,由一维黏性流动、二维黏性流动发展到今天的黏弹性模拟、三维模拟及新型注射工艺的模拟3。MPI(Moldflow Part Insight)作为其主要产品之一,集成有填充保压(Flow)、冷却(Cool)、翘曲(Wrap)、纤维取向(Fiber)、结构应力(Stress)和收缩(Shrink)、气体辅助成型分析(Gas)等分析模块3,可以对整个注塑过程进行模拟仿真,帮助设计人员在产品设计阶段就可以发现模具设计和注塑成型过程中存在的问题,从而方便地修改设计方案,有效地缩短生产周期和降低生产成本。8.2 模型的网格划分做模流分析的第一步就是网格划分,网格质量的好坏会直接影响后面的诸多分析,又由于此塑件有许多孔和加强筋,纵横比肯定会很大,所以划分网格之后要仔细的对网格进行修改。网格划分的结果如图8-1所示,进行网格统计,得到一下数据连通区域为1,自由边为0,相交单元为0,完全重叠单元为0,最小纵横比为1.155,最大纵横比为47.235,匹配率为89.5%。可以发现跟之前分析的一样网格的纵横比比较大,而且冷却分析对网格的质量要求比较高,所以必须修改网格纵横比,控制最大纵横比在20之内。通过手动修改纵横比之后进行网格统计显示,最大纵横比为19.918,满足分析要求。对网格进行单元质心距离分析(如图8-1)发现有很多单元质心距离太近,如果不进行修改,做冷却分析时可能会发生分析失败,所以必须对质心距离太近的单元进行修改。图8-2所示的是全部修改完成的网格。图8-1 未修改的网格及质心距离分析结果图8-2 修改过后的网格8.3 确定注射工艺参数熔体温度24,型腔温度50,冷却管道直径10mm,冷却介质为水,冷却水温度25,入口雷诺数10000。整个注射成型周期30s,其中注射、保压及冷却时间22s,顶出时间8s。8.4 冷却分析8.4.1 塑件表面温度分布如图8-3所示,可以看出塑件表面温度分布比较均匀,说明冷却水路的布置合理,可以达到所需的冷却效果。图8-3 塑件表面温度分布8.4.2 雷诺数分布如图8-4所示,动定模入口处的雷诺数都为10000,表明所设置的工艺参数都比较合理。图8-4 雷诺数分布8.4.3 冷却介质温度变化由图8-5可知,入口和出口处水温的温差为1,冷却水路长度设计满足冷却要求。设计冷却水路时不要为了省事而将部分或全部水路串联起来,否则会因整个水路过长而导致水温持续升高,降低模具与制品的冷却效果,延长顶出时间,降低劳动生产效率。图8-5 冷却介质温度变化8.5 流动分析8.5.1 填充结束时制品的总体温度填充结束时制品的最高温度不可接近或超过材料的降解温度。如图8-6所示,填充结束时制品的最高温度250.6,此制品的材料是ABS,降解温度是270,所以冷却水路的设计满足冷却要求。图8-6 填充结束时制品的总体温度8.5.2 注射位置处压力如图8-7所示为制品进料口位置的压力在注射、保压、冷却整个过程中的变化图,可以看出最大注射压力为82MPa,所以选用的注塑机的注射压力足以满足要求。随后压力迅速降为64MPa的保压压力,一直持续11s左右,11s以后,压力下降为0。图8-7 注射位置处压力XY图8.5.3 锁模力如图8-8所示,此模具所需的最大锁模力为350.5MPa,大于注射压力,所以满足使用要求。如果锁模力低于或接近注射压力,会造成模具分型面的密闭不良,从而产生溢料飞边大的现象。图8-8 锁模力XY图8.5.4 气穴气穴形成的原因分成两类:1) 由于排气不良等原因造成熔体中水分或挥发成分被封闭在成型材料中所形成的起泡。2) 由于熔体冷却固化时体积收缩而产生在制品厚壁或加强筋、凸台等壁厚不均匀出的气泡。如图8-9所示,此制品气泡出现的主要位置一个是在分型面处,一个是在加强筋处,并且数量不是很多。实际上分型面处排气应该是很好的,由于做模拟没有考虑分型面处的排气问题,所以事实上分型面处是不存在气泡的。而加强筋不在外观表面,所以加强筋上的气泡是可以接受的。图8-9 气穴8.5.5 熔接痕熔接痕产生的原因很多,最主要的原因是在填充过程中出现两个或两个以上流动前沿相汇合时不能很好的融合在一起而产生的。熔接痕不仅影响注塑件的外观质量,更重要的是损害其力学性能,应尽量控制。经MoldFlow分析得到的熔接痕位置如图8-10所示,主要集中在制品的头部,原因是熔料在汇合处融合不完全,可通过适当提高料温、提高注塑压力来改善。图8-10 熔接痕8.6 翘曲分析8.6.1 Z轴收缩不均引起的变形量如图8-11所示的是Z轴方向上由于收缩不均引起的变形,最大变形量为0.4363mm,变形量不是很大,不影响制品的外观。图8-11 Z轴收缩不均引起的变形量8.6.2 Z轴冷却不均引起的变形量如图8-12所示的是Z轴方向上由于冷却不均引起的变形,最大变形量为0.0733mm,变形量很小,对制品的外观没有影响。图8-12 Z轴冷却不均引起的变形量8.6.3 Z轴取向因素引起的变形量如图8-13所示的是Z轴方向上由于取向因素引起的变形,可以看出取向因素对变形没有影响。图8-13 Z轴取向因素引起的变形量9 模具总装及模具动作过程9.1 模具总装1) 安装前先要清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。2) 模具安装采用整体安装法。先在机器下面导轨上垫好板,模具从侧面进入机架内,定模入定位孔,并放正,慢速闭合模板,压紧模板。然后用压板或螺钉压紧定模,并初步固定动模,然后慢速开闭模具,保证开闭模具时平稳、灵活、无卡住现象,然后固定动模。3) 调节锁模机构,保证有足够的开模距离及锁模力,使模具闭合适当。4) 慢速开启模板直至模板停止后退为止,调节顶出装置,保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况,动作是否平衡、灵活、协调。5) 模具装好后,待料筒及喷嘴温度上升到距离注射温度2030时,即可校正喷嘴浇口套的相对位置及弧面接触情况,可用纸片放在喷嘴和浇口套之间,观察两者的接触印痕,检查吻合情况,须使松紧合适,校正后拧紧定位螺钉,紧固定位。6) 开空车运转,观察模具各部分运行是否正常,然后才可注射试模。液晶显示器底座模具总装3D爆炸图,如图9-1所示。液晶显示器底座模具装配图,如图9-2所示。图9-1 液晶显示器底座模具总装爆炸图9.2 模具动作过程模具安装在XSZY1000型注射机上,动模座板15固定在注射机的动模板部分,定模座板07固定在注射机的定模板上。注射机合模后,注射机喷嘴伸入到模具中与浇口套05的入料口处实现对接。对接后,熔融的ABS经主流道、分流道和浇口进入型腔内;经保压,冷却后塑件成型。开模时,定模板02与动模12从分型面处分开,动模向后运动,Z型拉料杆18带动浇注系统的冷凝料及塑料制品一起向后运动,当主流道中的凝料完全拉出一段距离后,注射机的顶杆作用在推板14上,使得浇注系统中的冷凝料和塑料制件在Z型拉料杆18和推杆的作用下一起推出,完成脱模过程。合模时,注射机锁模机构工作,推板14在复位杆20的作用下,回到初始状态,动、定模完全闭合,回到成型位置,进入下一个工作循环。图9-2液晶显示器底座模具总装图01-内六角螺钉;02-定模板;03-内六角螺钉;04-定位圈;05-浇口套;06-凹模;07-定模座板;08-O型密封圈;09-导柱;10-导套;11-水嘴;12-动模板;13-推杆固定板;14-推板;15-动模座板;16-凸模;17-推杆;18-拉料杆;19-推杆;20-复位杆;21-内六角螺钉;22-内六角螺钉;23-内六角螺钉;24-推杆;25-EP圆盘;26-开槽沉头螺钉;27-垫块结论传统的模具设计是一项绝大部分依靠经验的设计工作,基本上每个人所走的步骤都是相同的。不同之处主要在于每个人所设计出来的产品的差异,以及所花费的时间及最后成品的质量。而采用与传统模具设计不同的思路,运用Pro/E+EMX进行联合设
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