小型抽水泵入水三通塑料件注射模具设计-注塑模含8张CAD图
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1CAD/CAE 一体化的注塑模具设计系统伊万马丁和米奥德拉格和扬科蒂普萨乔尔杰卢基奇德扬收稿日期:2011 年 7 月 27 日/接受日期:2012 年 1 月 10 日/在线发布时间:2012 年 1 月 25 日施普林格出版社伦敦有限公司 2012摘要抽象的模具设计是一个知识密集型的过程。本文描述了一个面向知识型的参数, 模块化、基于特征综合计算机辅助设计/ 计算机辅助工程为模具设计系统(CAD / CAE)。数值 CAx 系统的发展在模拟注塑成型和模具设计上有了新的可能性的产品分析。该系统集成了 Pro /工程师专门开发模块的注塑参数的计算,模具设计,模具元素的选择。系统接口使用参数和 CAD / CAE 特征数据库,以简化设计、编辑和审查的过程。还提出了总体结构和输出结果的一部分提出 CAD / CAE 完整的注塑模具设计系统。关键词: 模具设计; 数值模拟; 计算机辅助设计; CAE 1 介绍注塑过程是最常用的塑料零件成型工艺。总得来说,塑料注塑设计包括塑料产品设计, 模具设计和注塑工艺设计, 所有这些都有助于塑造产品的质量也有助于生产效率【1】. 这过程涉及许多设计参数,需要考虑以并行的方式。塑料注塑计算机辅助模具设计在很长一段时间内集中了许多世界范围内的作者。不同作者开发部分程序系统来帮助工程师设计开发,模具,注塑和选择参数。在过去的十年里,许多作者开发了计算机辅助设计/计算机辅助工程 (CAD / CAE)为塑料注塑模具设计系统。2 开发一个协作集成设计系统并发模具设计中 CAD 模具基地网络,使用 Pro / E。3 标准化开发一个应用程序的初始设计的注塑模具。这个系统能够选择和管理标准模具模架,但不提供模具和注塑的计算。作者提出了一个标准化的方法根据注塑模具型腔布局设计系统,只有标准腔布局使用。当使用标准布局,布局配置可以很容易地存储在数据库中。(4、5) 描述一个三维图模具结构设计系统基于功能特性用一组最少的初始信息。此外, 它也适用于设计实体模型中分配功能特性灵活的主要部分模具。本设计系统包括模块模具组件的选择和计算。它使用 Pro / E Program 和 Pro / Toolkit /程序,模块,由模块模选择、修改和设计。6、7 分析了 CAD / CAE 集成的开发。作者还分析了系统和CAD 和 CAE 系统之间数值模拟的注塑和模具设计的集成问题。作者提出了一个功能组成的本体 CAD / CAE 功能。这个特性不仅代表塑料零件的几何信息,而且设计意图是面向分析。部分功能包含塑料部分的整体产品信息, 墙功能、发展功能( 如倒角、孔,等等), 墙和发展特点是所谓的“ 组件功能” 。.(8 、9)开发了2一个模具设计和注塑 CAE 系统参数计算。该系统是基于形态学矩阵和决策图。该系统用于热、流变和力学计算,和物质基础管理, 但是没有集成商业 CAx 软件。10开发注塑设计系统。他们使用的数据库是面向参数和特点。系统使用 Pro / E 为建模数据库组件。11 开发了参数化三维塑料注塑模具设计系统集成了坚实的作品。图 1 用于塑料产品的一般结构集成的注塑模具设计系统其他知识为基础的系统,如 IMOLD,ESMOLD,IKMOULD 和IKBMOULD,已经开发了用于注塑模具设计. IMOLD 分为模具设计成四主要步骤;分型面的设计,印象设计,系统设计和模具底座设计。该软件使用基于知识的 CAD 系统提供的交互式环境,协助设计人员快速完成模具设计,促进了模开始CAD 零件建模模块二 注塑成型数值模拟可接受的几何模型和注射成型工艺参数模块三 成型工艺参数的计算热模计算计算模Mcchanical 计算模最终的模具尺寸计算选择类型标准模具组件和部件模块四模具设计设计为非标准组件水线,销孔设计塑料材料数据库模具数据库模块一3具设计的标准化过程。IKB-模具应用程序由数据库和知识库的模具制造。12开发了一个集成的基于知识的系统模架设计。该系统具有用于压印计算模块,维数计算,模数的计算和选择注塑机。该系统使用 Pro /模架库。本文介绍了KBS 和关键技术,如产品造型,帧治法,和神经网络。多层神经网络已经通过训练反向传播 BP。该神经网络采用长度,宽度,高度和零件在模具中的数量为输入和 9 的参数(长度,宽度,以及向上和高度下设置的,模架边厚度,底部厚度芯,和型腔板)作为输出。 13,14 发展智能协同 KBS 的注射模具。莫在埃尔。15 开发了一种有效的再利用和检索系统,可以用一个简单的图形建模注册标准件在用户界面即使是设计者也可能不知道规则来登记数据库。模具设计系统的开发使用开放 API 和商用 CAD /计算机辅助制造( CAM)/ CAE 解决方案。该系统是适用于现代的模架和模具零件标准化重要工具。该系统采用了编辑设计的方法实现了主模型。所开发的系统提供了方法,使设计人员可以登记的母模,其被定义为的函数三维 CAD,作为标准件及有效地重用标准件即使他们不承认数据库的规则。16开发的自动化软件解决方案工艺设计制造塑料注射模具。这种 CAD / CAPP / CAM 系统不提供 CAE 计算的注塑参数和模具设计。 17利用 CAE 机械,热和流变计算。他们分析了物理,塑料材料的机械和热性能。他们定义的关键参数或装入一部分。18试图开发该系统的所有这将满足所有注射模塑成形的供选择的部分的需要模具技术体系。仿真结果包括几何和制造业数据。仿真结果表明,部分设计师可以优化零件的几何形状,而模具设计师能够优化运行和模具的冷却系统。作者开发了一个程序所有这些都有助于注塑的程序员模拟机直接传输数据到设备。Zhou 等人1开发的虚拟注射成型系统基于数值模拟。19开发注塑模具设计标准组件库使用面向对象的方法。这是一种面向对象库模型定义的机械部件参数。他们开发了一个面向对象的模构件库模型结合不同几何拓扑和非几何信息。在多年来,许多研究人员试图将整个自动化使用各种基于知识的工程模具设计过程(KBE)的方法,基于规则的推理(RBR)和案例库(CBR)和参数化设计模板(PDT ) 。20 开发了一种三维 CAD 知识为基础的辅助注塑模具设计系统(IKB 模具) 。在他们的研究中,由经验丰富的模具设计师和手册通过各种传统的知识获取过程获得设计规则和模具设计的专业知识。传统的方法有 KBE, RBR,CBR 和简单的 PDT 已成功地应用于模腔和一个模具产品的亚军布局设计自动化。4图二 模块用于注射的数值模拟结构成型工艺21提出了一种基于特征和面向对象分层表示和简化的几何符号接近自动化模具装配建模。该各种系统的前面提到的分析表明,作者用不同的方法来解决模具问题把它简化成模具配置器(选择器)的设计。他们采用 CAD / CAE 集成,用于创建精确的规则模架的选择。许多作者使用的 CAE 系统是注塑成型数值模拟定义参数或注射成型。有几个用的是开发的原创 CAE 模块,用于模具和注塑过程的计算。然而,前面提到的所有系统是缺少模块的模具和注塑成型的计算所有这些参数将允许与结果整合数值模拟。这导致的结论是,有一个需要建立一个软件系统集成了哪些参数注射成型,其结果通过数值获得模拟注塑,模具的计算和选择。所有这一切都将被集成到 CAD / CAE 注塑模具设计系统的塑料制品。第一步转换 CAD 模型到模块 2材料的选择和确定注射成型工艺参数门定位器的数量门定位器测定中的位置模拟注射成型分析结果建议可接受的几何模型和 IM 指标的影响创建数值模拟报告模块 35图 3 形式来定义模具的几何形状2 集成的 CAD / CAE 系统的结构如众所周知的那样,不同的计算方法为不同的作者的支持,模具设计系统使用的设计如 KBE(RBR ,CBR ,PDT)或自动化技术如传统(NLP,LP,设计优化技术 BB,GBA, IR,HR )或启发式搜索,如(TS,SA,GA) ,和如(SPA,AR,主编)等特殊工艺。所开发的交互式软件系统成为可能执行部分的三维建模,零件设计分析和仿真模型设计,注塑数值模拟成型及模具设计与所需的计算。该系统由四个基本模块:与模块部分的 CAD 建模与模块用于注塑成型数值模拟过程与模块的注塑参数的计算和模具设计计算和选择与模块建模模(型芯和型腔的设计和剩余的所有设计模具部件)2.1 模块部分的 CAD 建模课程(I)对于该成分的 CAD 建模的模块是第一集成的 CAD / CAE 系统内的模块。这模块,用于生成所述塑料的 CAD 模型产品和合适的仿真模型。这个模块是塑料部件的所有必要的实体模型和几何精度指标。精度规格主要有:项目名称,数量,特性 ID,功能名称,基点位置,模拟的码数退火,材料商品名称,材料牌号,零件公差,机器规格(姓名,锁模力,最大工件的压力,尺寸) ,以及数腔。如果指定的几何精度和规范(给定)与产品型号,同样被用作输入到下一个模块,而该模块仅用于生成的仿真模型。2.2 模块用于注射的数值模拟成型工艺(模块二)模块二是用于注射的数值模拟成型工艺。用户实现一个迭代模拟过程测定注射成型性的参数成型和仿真模型规范。6图 4 形式确定冷却通道和模腔之间的距离在一个产品模型导入后聚合物是从塑料材料数据库中选择,用户选择的选择对于门控子系统的最佳位置。该数据库包含塑料流变学,热学和力学性能材料。用户定义的注塑参数和挑选用于门控子系统的位置。进一步的分析方式进行:塑性流动,填充时间,注射压力,压降,流量前方温度,焊接线的存在,空气过滤器,冷却等。图 5 模具基地选择形式除了前面提到的参数注塑模块显示了以下模拟结果:焊接线的位置,空气疏水阀的分布,分布的注塑压力下,分享应力分布,表面上的温度分布仿真模型,填充一个模拟的质量模型的模拟模型从站立点的质量冷却的和时间的注塑22 ,23。一部分该模块的输出结果输入数据下一个模块。这些输出结果是:材料等级和材料供应商,弹性模量的流动方向,弹性横向方向上的弹性模量,注射压力,脱模温度,模具温度,熔融温度,最高熔化温度热塑性塑料,热塑性塑料的密度在液体和固态,最大喷射压力成型机。在迭代实现 SA 的过程,用户定义的模拟成型性模型和注塑成型的参数。所有结果是由不同颜色的区域代表的仿真模型。2.3 模块的注射参数的计算成型及模具设计计算和选择(第三单元)基于仿真模型的尺寸和夹紧力的用户选择模具材料和系统计算芯和模腔7的宽度和长度板。所述模腔的冷却之间的壁厚通道可以用下面的计算 3 标准:许用剪应力准则,允许弯曲应力准则,并允许角度等温线的标准示于 22,24。该系统采用比较壁厚的值中的最大值按标准计算前面提到的。基于所述仿真模型,用户的几何形状选择形状和模具类型。形式模具的选择形状,类型和子系统都显示在图 5 中一旦这些步骤完成后,用户实现了热,流变和力学计算的模具规格。一个例子的几种形式为机械模具之一计算示于图 6图 6 机械计算模力学计算的算法段在图 7 中示出热,流变学和力学的计算后,用户从模具基座的模具板。形成一个标准的模具板的选择示于图 8 该系统计算梯板的厚度的值,固定,并可动模具板(图 8) 。基于计算出的尺寸,系统将自动采用第一大对于立管的厚度,可移动和固定的标准值模板。厚度和采用的计算标准值列于形式,如图 8交互式系统建议所需的模具板。从数据库中加载模块的尺寸和产生的板的实体模型。板块选择之后,该板的尺寸被自动地,板材料是分配和 3D 模型和 2D 技术图纸是按需生成。模具组件(例如,从尺寸,固定板)中显示了形式为模具板模式代,如图 9 中8图 7 标准的模具板选择图 8 表格模板模型生成9图 9 数字模块四结构它们是系统加载从模具所需的板尺寸基地。通过这种方式,加载必要的任何其他标准的模具,即板组成的模具装配。模具组件由实例板的模型示于图 10然后得到加载其他子系统的组成部分图 5 中示出子系统选择其他组件包括螺栓和垫圈。组件选择的方式由作者和由公司根据生产规则“D-M-E25, 26。图 10 测试的 CAD 模型产品3 案例研究在 CAD 的完整的理论框架/ CAE 集成注塑模具设计系统的塑料制品是介绍了前面的章节中。为了完成这个审查,该系统是在一个真实的案例研究完全测试。系统进行了测试有类似塑料的一些例子部分。基于综合模型的一般结构在图 1 中所示的 CAD / CAE 设计系统,该作者测试系统上的一些具体的例子。一用于验证的测试模式的示例塑料零件示于图 12。用于注射的数值模拟模块成型过程中定义的最佳位置设定门控子系统。深蓝色区域表示最佳用于设置门控子系统,如图 13 的位置基于尺寸,形状,个案研究的材料产物(图 11),最优选通信子系统位置10(图 13),和注射成型参数(表 1),则生成图 11 中所示的仿真模型。图 11 在部分最佳浇口位置的子系统图 12 仿真模型塑料件从完成固定和可移动的模具板后站立点 CAD 建模芯和型腔板,冷却通道,其次是手动选择其他的模具标准件,如浇口套,定位环,导向销,导套,导致引导衬套,垫片接骨板,螺钉(M410,100M10,M1030 M616,M1030等)建模和非标准模具配件(如果有)顶针,顶出孔,插入等。一个完整的模具组件的模型与测试仿真模型是在图 15 中所示。11图 13 模具装配与测试,仿真模型的模型4 结论本研究的目的是开发一个 CAD / CAE 模具设计集成系统,是基于 Pro /E 系统并使用特别设计和开发模块的模具设计。本文提出了一种软件对于相同的成型多腔模具解决方案件,即所谓的一个产品模具。系统专用正常型模具的产品,其设计长度和宽度都比产品大,该系统是定制的特殊要求模具的厂家。使得系统在建议完全控制的 CAD / CAE 功能参数使方便,快捷的模具修改。所描述的CAD / CAE 模块是基于特征的,参数化的基础上,实体模型和面向对象的。对于数字模块模拟注塑允许的精选的注塑参数。该模块注射成型工艺参数的计算和模具设计计算和选择改进设计速度更快,减少了模具设计错误,并提供几何和精度,即必要的信息完整的模具设计。该系统的知识库可借助模具设计师通过互动模块,使他们的自己的智慧和经验,也被纳入进入总模具设计。制造部分证实了所开发的 CAD / CAE 系统提供正确的结果,并证明是一个自信的软件工具。12未来的研究将针对三个主要目标。首先是开发家庭自动化系统模具设计。另一个研究路线是整合 CAPP 系统的注塑模具制造在科学系的开发技术。最后,在这方面下目前的趋势,一个协作系统使用 Web 技术和黑板结构设计和实施。1实习报告实丰公司现已专注于模具的研发和制造。为了确保产品的质量,公司引进了成套的下料、切割、焊接、机加工、热处理以及装配设备,使得模具的品质更上了一个台阶。生产了适用于桥梁、护坡、路沿石、步道砖、草坪砖、振压多联等系列模具和多种类型的板金模具、形状各异的压力模具等。天津市实丰液压机械有限公司是专业生产免烧砖机、砌块成型机、路面砖机以及路缘石等砖机设备、模具的大型企业。公司成立于 1999 年 9 月 1 日,其前身是八十年代建立的天津蓟县精工模具厂,历经 20 多年的艰苦创业,现已发展成为集设备研发、生产制造、销售服务于一体的高新技术企业。公司以设计、开发和制造优质的混凝土砌块成型设备而闻名。第一天到机械厂实习,没有什么准备,只是看了一下零件的加工。第一个车间是箱体零件加工的车间,伴随着车间中空中吊车的游走声,穿过那挂着破碎门帘的陈旧大门.且不说车间的一切,首先让我一惊的是车间上方的两个横幅:多浪费一分钱,就少一分钱和今天工作不努力,明天努力找工作.或许这样的口号对我们这些大学生来说,有点老调和乏味.但我却能感觉到这七,八十年代那些拥有热火朝天的干劲的工人师傅们俭朴的本质和如火的热情。在这里,技术工人告诉我箱体加工工艺路线的安排车床主轴箱要求加工的表面很多。在这些加工表面中,平面加工精度比孔的加工精度容易保证,于是,箱体中主轴孔(主要孔)的加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键问题。这里的工人还告诉我在工艺路线的安排中应注意三个问题:1)工件的时效处理箱体结构复杂壁厚不均匀,铸造内应力较大。由于内应力会引起变形,因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一般精度要求的箱体,可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间,得到自然时效的效果。但自然时效需要的时间较长,否则会影响箱体精度的稳定性。对于特别精密的箱体,在粗加工和精加工工序间还应安排一次人工时效,迅速充分地消除内应力,提高精度的稳定性。2)安排加工工艺的顺序时应先面后孔由于平面面积较大定位稳定可靠,有利与简化夹具结构检少安装变形。从加工难度来看,平面比孔加工容易。先加工批平面,把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除,在加工分布在平面上的孔时,对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的。因此,一般均应先加工平面。3)粗、精加工阶段要分开箱体均为铸件,加工余量较大,而在粗加工中切除的金属较多,因而夹紧力、切削力都较大,切削热也较多。加之粗加工后,工件内应力重新分布也会引起工件变形,因此,对加工精度影响较大。为此,把粗精加工分开进行,有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来,然后在精加工中将其消除。图 1 凹模接下来参观了轴类零件的加工过程合理选用材料和规定热处理的技术要求,对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义,同时,对轴的加工过程有极大2的影响。一般轴类零件常用 45 钢,根据不同的工作条件采用不同的热处理规范(如正火、调质、淬火等) ,以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高的轴类零件,可选用 40Cr 等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后,具有较高的综合力学件能。精度较高的轴,有时还用轴承钢 GCrls 和弹簧钢 65Mn 等材料,它们通过调质和表面淬火处理后,具有更高耐磨性和耐疲劳性。低碳合金钢经渗碳淬火处理后,具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度,热处理变形却很小。处于对经济的考虑,轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件,只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。轴类零件还要进行预加工。 我到车间的时候工人正在用切割机切断棒料毛坯,工人师傅说轮类零件在切削加工之前,还要对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。而轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。从技术人员口中得知轴类零件加工的典型工艺路线是毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削。在接下来的车间里我看到滚轴装配的全过程。首先将轴承和壳体孔清洗干净,然后在配合表面上涂润滑油。根据尺寸大小和过盈量大小采用压装法、加热法或冷装法,将轴承装入壳体孔内。轴承装入壳时,如果轴承上有油孔,应与壳体上油孔对准。装配时,特别要注意轴承和壳体孔同轴为此在装配时,尽量采用导向心轴。轴承装入后还要定位,当钻骑缝螺纹底孔时,应该用钻模板,否则钻头会向硬度较低的抽承方向偏移。由于装入壳体后轴承内孔会收缩,所以通常应加大轴承内孔尺寸,轴承(铜件)内孔加大尺寸量。使轴承装入后,内孔与轴颈之间还能保证适当的间隙。也有在制造轴承时内孔留精铰量,待轴承装配后,再精铰孔,保证其配合间隙。精铰时,要十分注意铰刀的导向,否则会造成轴承内孔轴线的偏斜。在整个过程中,注意里要非常集中,一点差池都会造成巨大的损失。在这个科技时代中,高技术产品品种类繁多,生产工艺、生产流程也各不相同,但不管何种产品,从原料加工到制成产品都是遵循一定的生产原理,通过一些主要设备及工艺流程来完成的。在这里,我比较全面地了解机械加工及相关典型零件的生产技术过程。初步了解典型的机电一体化产品和设备的生产过程、培养了收集资料的能力及提高分析问题的能力,使我更好地学习、掌握机械工程专业知识。在实习中也感到了生活的充实和学习的快乐,以及获得知识的满足。真正的接触了社会,使我消除了走向社会的恐惧心里,让我对未来充满了信心,以良好的心态去面对社会。同时,也让我们体验到了工作的艰辛,了解了当前社会大学生所面临的严峻问题,促使自己努力学习更多的知识,为自己今后的工作奠定良好的基础。通过这次实习我知道生活的艰辛和工作的乐趣,在机械加工这一方面我还有很多不了解的地方,还需要学习。在今后是生活和学习中我会更加努力。这样的学习使我的脑海中对机械有一个大体的轮廓,让一个个零件的加工都在我的眼前运作.突然感觉古人的那句纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行颇有道理.在此,我感谢工厂的友情合作,感谢工厂师傅们的精心的教导.为了明天,我会更加努力地奋斗。小型抽水泵入水三通塑料件注射模具设计SMALL PUMPS WATER INTO THE THREE-WAY PLASTIC PARTS INJECTION MOLD DESIGN摘 要本文详细论述了小型抽水泵入水三通塑料注塑模具的设计加工方法,首先对塑件制品进行工艺性,根据分析结果确定模具的结构方案,为了保证塑件的外表面的质量,该分型面在塑件的断面尺寸的最大部位,制件要求精度四级,型腔数目为一模两腔;浇口为点浇口;选择注塑机型号并对其相关数据进行校核;对型芯、型腔、冷却水道、导向机构以及脱模机构进行详细的设计计算。最后绘制了模具的装配图及模具主要零件图并撰写了说明书。关键词:注塑模具; 塑料件;三通; 一模两腔; ABSTRACTThis paper discusses the small pumps water into the three-way plastic parts injection mold design and processing method, first of all to manufacturability of plastic products, mould structure scheme is determined, according to the results of the analysis in order to ensure the quality of plastic parts of the surface, the parting surface in the section size of the biggest parts of the plastic parts, precision parts required level 4, cavity number for one module and two cavities; Gate for point gate; Select the injection molding machine model and its related data checking; Of core and cavity, cooling water channel, steering mechanism, and demoulding mechanism in detail the design and calculation. Finally draw the mold assembly drawing and mold main detail drawings and written instructions.Key words:Mould of plastics; Plastic parts; Three Direct Links tee joint; One module and two cavities; 目 录第一章 绪论 1第一节 模具成型模具简介 1第二章 毕业设计目的及任务 2第三章 塑料的工艺性及塑件的结构工艺性分析 4第一节 ABS 的成型特性 .4第二节 塑件的结构工艺性 4第三节 ABS 注塑成型的工艺参数 .6第四章 成型设备的选择 7第五章 确定模具工艺方案 10第一节 模具结构方案的拟定 10第二节 分型面位置的确定 12第三节 型腔的排列方式 13第四节 浇注系统形式的设计 14第五节 浇口位置的确定 19第六节 机动式分型抽芯设计 20第七节 塑件的脱模方式设计 24第八节 成型零件的结构设计 26第九节 排气形式的设计 27第十节 合模导向和定位机构设计 28第十一节 合模复位机构设计 29第六章 注塑机的校核 30第一节 注塑量的校核 30第二节 注塑压力的校核 30第三节 锁模力的校核 31第四节 模具与注塑机装模部分相关尺寸的校核 31第五节 开模行程和塑件推出距离的校核 32第七章 模具的相关尺寸的计算 34第一节 模具成型零部件成型尺寸的计算 33第二节 模具成型零件的刚度强度校核 37第三节 斜销几何尺寸和开模行程的计算 40第四节 注塑模温度调节系统的计算 41参考文献 43致 谢 441第一章 绪论第 1 节 塑料成型模具简介1、塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用现在日常生活以及日常生产中,各种各样的材料只有通过成型才能具有使用价值的制品,其中百分之七十五以上的金属制品,百分之九十五以上的塑料制品是通过模具(包括压延辊筒)来成型的。对塑料模具的全面要求是能高效的生产处性能和外观均符合使用要求的制件。模具在使用时要求高效率、操作简单、自动化,所以当塑件的批量较大时,需尽量减少合模和取出制件过程中的手动操作。因此常采用自动测抽芯和自动脱模等高效率制动化模具,在自动生产时同时还要保证制品能够自动脱落或者能够用机械手取出。模具制造要求模具零件第一加工工艺性能要好,第二选材合理,第三制造容易,成本低廉。除简易模具一般来说模具的制作费用都是十分昂贵的,一副制作优良的塑料模具可生产上百万件的塑料制品。因此当制件生产批量不大时,为了节省成本应尽量采用简单合理和廉价的模具。二、我国模具工业的基现状材料成型工艺与模具技术发展奠定了现代工业发展的基础。模具作为重要的生产装备和工艺的发展方向,在现代工业中发挥着越来越重要的作用。通过模具进行产品生产具有高效,优质,节材,节能,成本低等一系列的显著的特点,因此广泛应用于机械,汽车,电子,轻工,军事和航空航天等相关领域的产品,其中百分之六十至百分之八十的零件均用模具来加工生产的,其作用不可替代。在国民经济高速增长的带动和国家产业政策的正确的引导下,特别是部分骨干企业享受到了增值税先征后返的优惠政策,推动了我国模具行业的发展渐入佳境。据不完全统计,目前全国共有模具生产厂家三万多家,大都为中小型模具企业,从业人约为一百万。专业模具厂数量成增长的趋势并且能力也在提2高;“三资”几民营企业发展迅速,已逐步成长为行业的主力。鉴于上述行业现状,我们应该清醒的认识到我国模具行业要跟的上国民经济发展的步伐,将面临更加艰苦的工作。总体上要加速培养模具大市场,重视模具生产标准化、商品化和专业化的长足发展,促进模具标准件上水平,上品种,上规模;逐步建立适应我国国情的模具科研开发和人才培训以及产品生产的基本体系。使我国不但成为模具生产大国,更要发展成为模具生产的强国。第二章 毕业设计目的及任务一、毕业设计目的本次毕业设计课题来源于生活,在日常生活中应用广泛,但成型难度大,模具结构也比较复杂,对模具工作人员是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解,同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。本次设计以小型抽水泵入水三通塑料件注塑模具设计为主线,综合了成型工艺分析,模具结构设计,最后到模具零件的加工方法,模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。能很好的学习致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础专业课程融汇到综合应用本次设计当中来,所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外,同时引用了 AUTOCAD、Pro/E、UG等计算机软件技术,使用 Office 办公软件,力求达到减小劳动强度,提高工作效率的目的。2、毕业设计任务(一)设计任务小型抽水泵入水三通塑料件注塑模具设计(2)资料信息1. 塑件图3图 2-1(a) 塑件图 2-1(b)塑件2. 塑料品种注塑材料为 ABS3.精度要求要求制件精度四级44.生产批量制件大批量生产5.生产设备模具制造设备齐全,技术力量雄厚第 3 章 塑料的工艺性及塑件的结构工艺性分析第 1 节 ABS 的成型特性5ABS 由于综合性能好,应用较广泛,通用型 ABS 代表了市场上出售的绝大多数,主要供制备多数注塑和挤出制品用。通用型 ABS 中也有许多规格,但其材料组成主要是依靠调节三种单体比例达到要求的性能平衡。ABS 具有如下特性:工艺特性:(一)ABS 是无定形聚合物,无明显熔点,熔融流动温度不太高,随所含三种单体比例不同,在 160到 190范围内具有充分的流动性,且热稳定性较好,在 约高于 285时才出现分解现象,因此加工温度范围较宽。(二)ABS 熔体具有明显的非牛顿性,提高成型压力可以使熔体粘度明显减小,粘度随温度升高也会明显下降。(三)ABS 吸湿性稍大于聚苯乙烯,吸水率约在 0.2%到 0.45%之间,但由于熔体粘度不太高,故对于要求不高的制品,可以不经干燥,但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在 80到 90下干燥 2 到 3 小时,可以满足各种成型要求。(四)ABS 具有较小的成型收缩率,收缩率变化最大范围约为 0.3%到0.8%,多数情况下,其变化小于该范围。加工工艺:(一)注塑是 ABS 塑料最重要的成型方法,可以采用柱塞式注塑机,但更常采用螺杆式注塑机,螺杆式注塑机更适于形状复杂制品,大型制品成型。(二)ABS 可以在通用型单螺杆挤出机上挤出管,棒,板等型材,可采用渐变型螺杆,亦可采用突变形螺杆。第 2 节 塑件的结构工艺性1、塑件的尺寸精度和表面粗糙度(一)塑件的尺寸精度6影响模塑件尺寸精度的因素十分复杂,主要有模具制造的精度、模制时由于工艺条件的变化引起成型收缩率的波动,同时由于磨损等因素会造成模具尺寸不断变化,活动配合间隙的变化以及模制件脱模斜度都会影响塑件的精度。塑件精度的确定应该合理,在满足使用前提下尽可能选用低精度等级。(二 )表面粗糙度和光亮度塑料制品的表面状态的改善除了成型工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷外,模具型腔的粗糙度起着决定性作用。有的制品表面要求高,型腔表面粗糙度要求达到 Ra0.02-0.4m。模具使用中由于模腔磨损而是表面变得粗糙,应随时予以维护。透明制品要求型腔和型芯的粗糙度相同,不透明制品应根据情况分别考虑,非配合表面和隐蔽的面可取较大的表面粗糙度。还可利用表面粗糙度的差异来使塑件在开模时留在表面粗糙度较大的型芯上或者留在凹模中。应指出制件的光亮度并不完全取决于型腔的便面粗糙度,而和塑料品种有关,有时可以在原料中加入光亮剂来提高光亮度。与此相反有的制品设计时有意增大塑件表面粗糙度,达到闷光的效果。本塑件为不透明制品应根据情况分别考虑,非配合表面粗糙度及隐蔽面积可取最大值。注塑成型模具塑件表面粗糙度通常为 Ra0.02-1.25m,模腔表面粗糙度大 Ra0.01-0.63m。二、塑件的结构分析(一)塑件的形状应便于模塑,用注塑或传递模塑成型的制品再充模阶段能顺畅地充满型腔皮面流动死角、气泡、缩孔。塑件应便于成型和脱出,本塑件应采用瓣合模结构。由于塑件三个方向上均有孔,所以还应增加侧抽芯结构。(二)斜度设计在塑件的内外表面沿脱模方向应设计足够的脱模斜度,否则会发生脱模困难,如过大推出力推出时易拉坏擦伤塑件。塑件沿脱模方向常用的斜度值对热塑性塑件为 0.5-3.0,热固性酚醛压制件取 0.5-1。一般情况下若斜度不妨碍使用的情况下,则可将斜度值取大一点。有时为了在开模是让塑件留在凸模或者凹模上而有意将该边斜度减小,或将对边斜度放大。有公差要求的尺寸斜度值可在制件的公差范围内,也可在公差范围之外,设计时须注明。本塑件为ABS,脱模斜度取 1。(三)壁厚设计 7塑件的壁厚对质量影响很大。当壁厚过小时,成型时流动阻力大,大型复杂制品难以充满型腔。塑件壁厚的最足够的强度和刚度,脱模时能经受住脱模机构的冲击与震动,装配时能承受紧固力。塑料制品壁厚过大,不但造成原料的浪费,而且对热固性塑件来说增加了压塑的时间,且易造成固化的不完全,对热塑性塑件则会增加冷却时间。之间增加一倍时,冷却时间将增加四倍,使生产效率大大下降。另外也影响产品质量,壁厚塑件也易产生气泡、缩孔、翘曲等缺陷。同时同一个塑件零件的壁厚尽可能一致,否者会因冷却或固化速度不同附加内应力,引起翘曲变形。热固性塑料的小型塑件,壁厚取 1.6-2.5mm,大型塑件取 3.2-8mm。热塑性塑料易成型薄壁制件,流动性好的塑料其制件壁厚能薄到 0.25mm,但一般不宜小于 0.6-0.9mm,常选用 2-4mm。本塑件材料为 ABS,其流动性能好,且制件为壳体类,其壁厚范围 0.80-4.0mm,故制件壁厚取 2mm。(四)增加刚性减小变形的结构设计多数塑料的弹性模量和强度较低,受力时易变形甚至破坏。单纯采用增加壁厚的办法来提高塑料制品的强度和刚度是不合理的,壁厚塑件成型时易产生缩孔和凹痕,此时可采取在不增加壁厚的情况下设置加强筋。加强筋不单增加了塑件强度同时更多地增加了塑件的刚度,降低成型时变形翘曲,大型平面上纵横布置的加强筋能增加该平面的刚性,沿着塑料流向开设的加强筋还能降低塑料的充模阻力。加强筋不宜设计的过厚,否则在其对面的壁上会产生凹陷。加强筋侧壁必须有足够的斜度,筋的底部应呈圆弧过渡。加强筋布置时,应避免或减少塑料局部集中,否则会产生缩孔、气泡。第 3 节 ABS 的注塑成型的工艺参数典型的 ABS 成型工艺性的工艺参数如表 3-1 所示。表 3-1 ABS 注塑成型的工艺参数8工艺参数 通用型 高耐热型后部 180200 190200中部 210230 220240料筒温度/前部 200210 200220喷嘴温度/ 180190 190-200模具温度/ 5070 6065注射压力/MP 7090 85120螺杆转速/(rmm )13060 3060第四章 成型设备的选择1、估算塑件体积,确定型腔数目塑件体积 Vz壁厚 2mm 上小圆壁体积 V1=24210=480 3m9中圆壁体积 V2=3628=576 3m下圆壁体积 V3=3824=304 3底圆壁体积 V4=40323/4=180 3上中圆间端部体积 V5= (36/2)-(24/2)2=11313m长管体积 V6= (15/2)-635=2226.6短管体积 V7= (15/2)-615=954.33小管体积 V8=(8/2)-(5/2) 5=1533m三棱架 V9=3258=240 3半圆球筒 V10= 5(8/2)-(5/2)=1533半圆球 V11=4/3 50.5=262 3m总体积 V1+V2+V11=6695.9 =6.663由于制件大批量生产,所以型腔数目确定为一模两腔,即型腔数 n=2。2、估算浇注系统凝料的体积)(31zjVn-浇铸系统凝料z 3mn-型腔数目-塑件体积zV3103790).652(31)( mVnzj 3、模具获得一次注塑成型需要塑料熔体的量 VjzVnV-获得一次注塑成型需要塑料熔体的量 3mn-型腔数-塑件体积zV3m-浇注系统凝料体积j 3jzVn 3410.279.652m4、计算注塑机最小额定注塑量 gV由 可知gV8.08.0g-注塑机最小额定注塑量g 3m-获得一次注塑成型需要塑料熔体的量V38.0g344106.2.132五、根据注塑机最小额定注塑量 gV据塑料成型设备教材选用注塑机型号为 SZ-100/630 ,卧式。其具体规格及主要技术数据参数如表 4-1 所示。11表 4-1 SZ-100/630 塑料注塑成型机主要技术参数结构形式 卧式 拉杆间距/mm 370 320理论注塑量/cm 75105 移模行程/mm 270螺杆直径/mm 3035 最大模具厚度/mm300注塑压力/MP 170 最小模具厚度/mm150注射速率/(r/min)60 锁模形式 双曲肘塑化能力/(g/s) 7.3 模具定位孔直径/mm55螺杆转速(r/min )14-200 喷嘴球直径/mm 20注塑部分锁模部分 喷嘴口直径/mm 151213第五章 确定模具工艺方案第 1 节 模具的结构方案的拟定在调查研究、收集资料以及塑件工艺性分析的基础上,开始模具总体结构方案的拟定,这个阶段是整个模具设计的关键所在,是发挥设计者创造性的地方。确定模具的结构方案,主要是确定模具的类型,包括分型方式,分型位置等。一般塑料模具有整体式塑料模具和镶块式塑料模具。本次模具设计可以采用以下三种方式,如图 5-1 所示。综合比较之后,方案三镶块式结构模具复杂,并且制造模具的费用也在相应的提高。方案二测抽芯的抽拔距离过长,不利于侧型芯的顺利拔出,模具结构更加复杂。综合所有的因素,故选择方案一整体式测抽芯模具结构。图 5-1(a)瓣合模结构14图 5-1(b)瓣合模结构15图 5-2 侧抽芯结构第二节 分型面位置的确定1、确定分型面的原则(一)塑件在型腔中放置的确定,塑件从模内取出时,一般只采用一个与16注塑机开模运动方向相垂直的分型面,特殊情况下才采用较多的分型面。应该设法避免与开模运动垂直或倾斜的侧向分型和侧向抽芯,并且要尽量避免与开模运动相垂直或倾斜的方向有侧凹或侧孔。(二)分型面形状的确定,一般分型面是与注塑机开模方向相垂直的平面,但也有将分型面做成倾斜的平面,这样的分型面虽然加工困难,但是型腔制造和制品脱模比较容易,分型面上利用锥面增加合模对中性时,其分型面自然也成了曲面。(三)分型面位置的选择,第一,应为分型面处不可避免地会在塑件上留下溢料痕迹,或拼合不准确的痕迹,故分型面最好不选在在制品光亮平滑的外表面或圆弧的转角处。第二,从制件的推出装置设置方便考虑,分型时要尽可能使制件留在动模边当制件上有多个型芯或复杂型状、锥度小的型芯时,制件对型芯包紧力特别大,这种型芯应设在动模边而将凹模放在定模边但如果制件的壁相当厚且内孔较小时,则对型芯的包紧力很小,往往不能确切的判断制件留在型芯上还是凹模内,这是可将型芯和凹模的主要部分都设置在动模边,利用推管脱模。第三,从保证制件相关部位的同心度出发,同心度要求高的塑件,取分型面时最好把要求同心的部分放在模具分型面同一侧。第四,有侧凹或侧孔的制件,当采用制动侧向分型抽芯时,除了液压抽芯能获得较大的侧向抽拔距外,一般分型抽芯机构侧向抽拔距离都较小。取分型面时应首先考虑将抽芯或者分型距离长的一边放在动、定模开模方向上,而将短的一边作为侧向分型或抽芯。对有顶出机构的模具,选分型面时应优先考虑把制件的侧凹或侧孔放在动模边。最后。当分型面作为主要排气面时,料流的末端应在分型面上以利于排气。2、确定塑件的分型面17图 5-3 分型面 1 图 5-4 分型面 2综合分析:(1)分型面应选择在塑件最大截面处,考虑到分型面位置在最大截面处有利于分型,使得模具分型顺利,如图 5-3,图 5-4 两个截面的最大处可选择分型面-或 - 。(2)由于本产品外观光滑,精度要求较高。-分型面下端的圆的部分难以分型,最下端圆的直径大于中间圆的直径,在此分型会阻碍分型。而-分型面,在分型过程中不会发生干涉,易于分型,所以选择-为本模具的分型面。第三节 型腔的排列方式本模具型腔采用一模两腔,其排列形式如图 5-518图 5-5 型腔排列方式第四节 浇注系统形式的设计浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。其中,浇注系统控制着塑料注塑过程中充模和补料两个重要的阶段,所以其对塑件质量关系非常大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始,到型腔入口为止的那一段流道。浇注系统设计的内容包括第一,根据塑件的大小和具体形状进行六道的布置;第二,决定流道截面的尺寸;第三,对浇注系统的数量、形式以及位置进19行优化设计。多型腔模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井等几部分组成。1、主流道的设计为了有效地传递保压压力,浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。在卧式或立式注塑机用模具中,主流道垂直于分型面,而角式注塑机用模具的主流道则开设在分型面上。本次设计主流道设计为垂直于分型面的形式。其便于流道凝料的拔出,设计成具有 2-4锥角的圆锥形,内壁有 Ra0.4m 以下的粗糙度。主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑,二者应紧密地配合,避免高压塑料熔体溢出,凹坑球半径 R2 应比喷嘴球头半径 R1 大 1-2mm,由表 3-1-1 所示所选注塑机的喷嘴球直径为 10mm,所以本模具主流道凹坑球半径R=10+1=11mm.如若相反则主流道凝料将无法脱出,如若大得太多则密封作用不好。主流道小端直径应比注塑机喷嘴孔直径约大 0.5-1mm,常取直径为 4-8mm,视制品大小及补料要求决定。大端直径应比分流道深度大 1.5mm 以上,其锥角不宜太大,一般取 2-6。所以本模具主流道小端直径取 4mm。图 5-6 主流道设计202、分流道的设计(一)分流道系统的设计分流道是将从主流道来的塑料沿分型面引入模具各个型腔的那一段流道,所以分流道开设在分型面上。下面介绍分流道的布置设计原则。1、尽量保证各个型腔同时充满,并均衡的补料,以保证同模各塑件的性能、尺寸尽可能一致。2、各型腔之间距离恰当,应有足够空间排布冷却水道、螺钉等,并有足够截面积承受注塑压力。3、在满足以上要求的情况下尽量缩短流道长度、降低浇注系统凝料重量。4、型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心,一般在模板的中心上。多型腔模分流道的布置有平衡式和非平衡式两类,只有平衡式才能同时满足以上几点要求,适用于生产高精度制品。所谓平衡式的布置是指从主流道到各个型腔的分流道和浇口其长度、形状、断面尺寸都是对应相等的。这种设计可达到各个型腔均衡的进料,均衡的补料。图 5-7 的(a) 、 (b)两图分别是平衡式与非平衡式布置的分流道。本次分流道布置设计为平衡式布置,一模两腔。具体布置方式如图 5-8 所示。图 5-7 分流道的布置形式(a)平衡式布置(b)非平衡式布置21图 5-8 本模具分流道的布置(二)分流道截面形状设计分流道常见截面形状有正六边形、U 形、圆形、半圆形、矩形、梯形等数种,常见流道截面形状如图 5-9 所示。模具选择易于加工,并且在流道长度以及分流道体积相同的情况下流道的流动阻力以及熔体的热量损失都最小的断面尺寸。从减小熔体流动阻力的方面考虑其比表面积(即单位体积所具有的的体积,约等于截面周长与截面面积之比)应越小越好,另一方面,从减小熔体热量损失角度考虑也是如此。图 5-9 常见流道截面形状22综合塑件的信息,以及分析流道截面要易于加工,并且在流道长度和流道体积相同的我情况下,流动阻力和熔体的热量损失都最小,同时考虑经济因素,本模具选用梯形截面分流道。具体数据如下:w=8mm 则 h=(1 )w (4-321) 取 h= w= 8=6mm x=43mw684浇口直接与塑件相连,是把塑件熔体引入型腔。浇口截面形状有矩形、圆心以及又宽又薄的狭缝形。矩形截面浇口常见的有侧浇口和轮辐式浇口;圆形浇口有针点浇口、主流道形浇口、潜伏式浇口;狭缝式浇口有博膜式浇口、扇形浇口等。浇口是模具浇注系统的非常关键的部分,浇口的形状和尺寸对塑件的影响很大,浇口是大部分情况下整个浇注系统中截面尺寸最小的部分,对模具冲模过程中熔体的流动起着关键性的控制作用,塑件成型后制品与浇注系统从浇口处分离截断,所以浇口的尺寸有影响着加工工作量的大小和塑件的外观。各种浇口形式如图(1)浇口设计原则浇口设计原则是使熔体以较快的速度进入并充满模具型腔,同时在充满模具型腔后能适时冷却封闭。所以浇口截面要小,长度要短,这样可以最大限度的增大料流速度,尽快的冷却以减少冷却的时间,并且便于塑件与浇口凝料分离,不留明显的浇口痕迹,以保证塑件的外观质量。23(二)浇口的形式悬着以及尺寸设计由于塑件的结构以及 PE(聚乙烯)的成型特性分析,本模具宜采用浇口形式为点浇口,同时点浇口在开模时容易实现自动切断,制件上的残留浇口痕迹很小。所以本模具点浇口直径取 1.2mm,浇口台阶长度为 0.6mm。(三)点浇口的优点1.点浇口可提高塑料熔体的流速,并且由于浇口两端压力差和摩擦热提高了料流的温度,使得熔体表观粘度降低,增加了熔体的流动性有利于充模。2.点浇口固化快,便于控制补料的时间,更缩短了塑件的成型周期。图 5-10 潜伏式浇口的典型结构及尺寸图 5-12 轮辐式浇口图 5-11 环形式浇口243.多型腔模具中,点浇口便于平衡各种型腔进料的速度。4.由于点浇口直径很小,很容易在开模时实现自动切断,塑件留下的疤痕也较小,不影响制件的外观。采用浇口形式为点浇口,为了取出浇注系统凝料,模具须设计成双分型面。第 5 节 浇口位置的确定1、确定浇口位置需要考虑的因素(一)浇口位置与制品的翘曲变形的关系注塑成型时在充模以及补料和倒流各个阶段都会造成大分子沿流动方向变形取向,当塑料熔体冻结时,分子的形变也被冻结在制品中,其中弹性形变部分形成制品内应力,分子取向还会造成各向收缩的不一致,从而引起制品的内应力和翘曲变形。(2)浇口位置与分子取向关系注塑制品由于分子取向使垂直于流向和平行于流向的强度有差异,应力开裂倾向也有所不同。(3)注塑成型时的喷射现象与浇口位置和尺寸的关系假如浇口的尺寸比较小,同时浇口的对面是一个宽度和厚度都比较大的型腔,所以在注塑时塑料熔体则以高速的流经浇口会产生喷射现象。(4)交口位置应有利于冲模流动、排气以及补料2、确定浇口位置考虑到塑件的结构,塑件时薄壁长流程制品,以及便于料能够充满型腔,故将浇口位置设计位置如图 5-1325图 5-13 浇口位置第 6 节 机动式分型抽芯的设计分型抽芯的动作靠一定的机构来完成,其动力来源可以来自于注塑机的开合模运动或者是另外设置的动力来源,如液压缸、电动机、气压缸等等。模具常用的机构有弹簧、斜导槽、弯销、斜槽、斜滑块、齿轮齿条等等。本模具采用斜销分型抽芯机构。斜销(斜导柱)分型抽芯是应用最广泛的分型抽芯机构,其借助注塑机的推出力完成侧向抽芯,其有结构简单、动作可靠、制造简单,图 5-14 为典型的斜销分型测抽芯结构。测抽芯或者瓣合模滑块装在 T 型槽内,可沿抽拔方向平稳的滑动,驱动滑块的斜销和开模运动方向成一定的角度安装,斜销与滑块上对应的孔松动配合,开模时斜销和滑块 发生相对运动,斜销对滑块产生一个侧向分力,使得滑块完成测抽芯和分型动作。1、斜销设计斜销的斜角一般为 15-20,最大不超过 25,其斜销与固定板件用过度配合,
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