<4D F736F F D20C3DCC2EBC2D6D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC6A1AAA1AAB5DAB6FEB4CED7A2CBDCB3C9D0CD5F E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D20C3DCC2EBC2D6D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC6A1AAA1AAB5DAB6FEB4CED7A2CBDCB3C9D0CD5F E646F63>"

纷绍公冶
7 years ago
Views:

1 目录摘要 ( 关键词 ) 引言制锁模具行业及产品发展状况选题意义设计任务塑件设计分析塑件模型建立模型 3D 图塑件 2D 图的技术条件塑件参数设计塑件材料的选择塑件的厚度塑件收缩率塑件的拔模斜度分型面设计确定型腔数量和排列方式塑件模流分析分析总体结果分析结果图片模流分析说明注塑设备的选择和注射成型工艺注塑设备选择注塑机重要参数校核最大注塑量的校核注射压力校核锁模力的校核开模行程校核模架选择注射成型工艺成型前的准备注塑成型过程塑件的后处理顶出机构设计顶出机构设计要求顶杆和顶板顶出机构顶出机构布局浇注系统设计主流道设计浇口套设计浇口套的固定方式分流道设计

2 5.2.1 分流道的形状与尺寸分流道的布局分流道的长度浇口设计点浇口的尺寸浇口位置的选择成型零件的加工工艺设计型腔和型芯的设计定模型腔设计动模型芯设计加工工艺方案确定镶件的设计浇口镶件型芯镶件冷却系统设计冷却管道工艺计算冷却管直径计算冷却水管孔数冷却水管的设计冷却回路的布置定模冷却水管动模冷却水管模具 3D 图形绘制和爆炸图模具 3D 图形绘制绘制方法及过程模具 3D 爆炸图结束语...36 参考文献...37 致谢...38 Abstract(Key words).39 附录模具装配图成型零件图塑件产品图 2

3 密码轮注塑模具设计第二次注塑成型机电与控制工程学院机械设计制造及其自动化余洪昇学号 : 摘要本文使用 Pro/ENGINEER 完成模具的 3D 设计, 其中包括成型零件的设计, 浇注系统的设计, 顶出机构的设计和冷却系统的设计等在 2D 图的设计过程中, 本人通过 Pro/ENGINEER 把所需要的图转成 2D 图, 然后使用 AutoCAD 进行进一步的优化和后续处理工作 ; 使用 Moldflow 完成塑料模具的分析, 大大缩短了设计的时间, 提高了设计效率经过此次模具设计, 加深了本人对这些设计和分析软件的熟练使用程度, 能够通过计算参数和一些经验, 使用专业软件对模具进行设计分析, 大大加深了对模具设计的了解, 提高了模具设计能力关键词密码轮 ; 模具设计 ; 模流分析 ; 型腔 ; 浇注系统 3

4 1 引言 1.1 制锁模具行业及产品发展状况我国是世界上的制锁大国有资料显示 : 目前, 我国的锁具生产企业已经超过 1000 家, 锁具的年产量已经超过 30 亿把我国锁具其产品现已拥有近 20 大类,100 多个系列,8000 多个花色品种规格, 并基本形成了高低档配套的生产体系从产品结构上看, 仍以挂锁为主, 占全国锁具产品年总产量的 70%; 抽屉锁, 约占 15%; 门锁约占 10%; 自行车锁 ( 包括链条锁钢丝条锁 ) 约占 5% 强一些, 其他锁具约占不足 1% 制锁行业的发展状况 : 门锁市场主要还是机械锁为主, 但是插芯门锁更有发展潜力, 西欧和我国很多大中城市的插芯门锁所占的市场份额越来越大 ; 随着汽车市场的不断扩大, 汽车锁的需求量也不断的增加 ; 高档锁具的开发尚需要努力, 近几年, 我国制锁行业的新产品开发, 无论在产品技术方面还是在产品档次方面, 都是有所提高的, 但是创新能力不足, 高档锁具市场还是被外国企业垄断 ; 农村市场值得重视, 随着农民收入的提高, 农村市场不断扩大, 消费能力不断增强, 我们应该开发出适合农村市场的锁具模具工业是国民经济的基础工业, 是国际上公认的关键工业模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志, 它在很大程度上决定着产品的质量效益和新产品的开发能力进入新世纪以来, 我国模具销售额以年平均 20% 左右的速度增长,2006 年模具销售额达到 720 亿元人民币, 居日本美国之后第三位 ; 模具出口突破了 10 亿美元我国模具生产厂点达到了约 3 万家, 从业人员近 100 万人这些都说明我国模具工业有了相当的规模在大型模具方面, 已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具 6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具 ; 精密塑料模具方面, 已能生产照相机塑料件模具多型腔小模数齿轮模具及塑封模具 ; 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精密塑料模具方面, 已能生产照相机塑料件模具多型腔小模数齿轮模具及塑封模具注塑模型腔制造精度可达 0.02~0.05mm, 表面粗糙度 Ra0.2μm, 模具质量寿命明显提高了, 非淬火钢模寿命可达 10~30 万次, 淬火钢模达 50~1000 万次, 交货期较以前缩短成型工艺方面, 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设计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, 热流道模具开始推广, 有的厂采用率达 20% 以上, 一般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, 差距较大造技术方面,CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶, 以生产锁的企业为代表, 陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统, 这些系统和软件的引进, 虽花费了大量资金, 但在我国模具行业中, 实现了 CAD/CAM 的集成, 并能支持 CAE 技术对成型过程, 如充模和冷却等进行计算机模拟, 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 4

5 1.2 选题意义模具是制造也的一种基本工艺设备, 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制造业中这次毕业设计是属于密码轮双色注塑模具设计及成形过程 CAE 分析第二次注塑成型, 能够提高学生关于塑料模具的设计和成形的水平, 熟练使用计算机辅助设计, 提高学生的综合能力 1.3 设计任务 1. 密码轮双色注塑模具设计和成形分析 : 采用美国 PTC 公司的软件 Pro/ENGINEER 设计出该产品的 3D 图, 并导出 2D 图 ; 同时还要选择该塑料件的材料 ; 完成第一次注塑设计后, 再进行第二次注塑模设计 2. 产品工艺性分析 : 分析密码轮的结构, 看它采用的塑料是否能顺利完成注射冷却脱模, 成型强度刚度以及使用寿命是否满足使用的要求, 找出不足之处, 对密码轮作出结构上的修正, 直到满足这些条件为止, 分析产品的最佳浇口位置, 流动是否平衡 ; 3. 注塑设备选择 : 根据现有的设备, 从中选择合适的注塑设备 ; 4. 确定分型面 : 根据密码轮塑料件的几何形状, 尺寸精度要求, 兼顾脱模方式等选择合适的分型面 ; 5. 成型件设计 : 设计合理的成型零件, 确定模腔的数量和排列方式 ; 6. 选择模架 : 模架为标准件, 选择合适的即可 ; 7. 浇道系统设计 : 包括主流道, 分流道的设计, 确定他们的形状和位置 ; 8. 冷却系统设计与计算 : 冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系, 在确定时, 应尽可能地靠近型腔和尽可能地多, 但不要发生干涉 ; 9. 在模具模拟开模时, 对对模具的动态碰撞进行模拟检查 ; 10. 零部件加工工艺制定 : 为上面设计的模具零部件制定合理的加工工艺路线 ; 11. 把整个模具 3D 模型图设计完毕, 结果就是能有一个完整的模具 3D 图 ; 12. 绘制 2D 模具图纸, 包括模具的装配图纸和成型件图纸 5

6 2. 塑件设计分析 2.1 塑件模型建立这次设计所用到的原型来源于市场上数字密码锁的密码轮, 毕业设计参考市场上的密码轮设计出经过改进的密码轮产品, 并且绘制出这个密码轮的 3D 和 2D 图模型 3D 图模型绘制采用的是 PTC 公司的产品 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0, 绘制出的 3D 结构图如 2-1 所示 : (a) (b) 图 2-1 需成型塑件模型的 3D 图由于此次我做的这个是密码轮的第二次成型, 需要在第一次成型零件的基础上再得到所做出的塑件, 故用于建模的完整成型产品图如图 2-2 所示 : (a) (b) 图 2-2 成型后完整产品图 6

7 2.1.2 塑件 2D 图的技术条件本模型 2D 图由 Pro/E 3D 图转换而来, 并在软件 AutoCAD 上进行整理绘制出来的 2D 图如图 2-3 所示, 如果需要更加详细的塑件尺寸, 请参照附件中的塑件的 2D 图 1. 塑件精度等级及尺寸公差塑件采用采用的精度等级为 5 级精度, 部分尺寸的公差标注如图 2-3 所示, 由于该塑件的结构有些复杂, 在这里只是标注一些重要的尺寸公差 2. 塑件的表面质量和使用性能该塑件要求外形美观, 功能实用, 能够满足密码锁的需求, 塑件的表面粗糙度是决定塑料表面质量的主要因素, 塑件的表面粗糙度与模具型腔的表面粗糙度有关这里我们采用的粗糙度是 Ra=0.05μm 2.2 塑件参数设计塑件材料的选择这个密码轮属于一般的塑料件, 没有特别的要求, 根据以上条件, 我们可选取 ABS 为塑件的材料 ;ABS 材料说明 : 中文名称 : 苯乙烯 - 丁二烯 - 丙烯腈共聚物英文名称 :Acrylonitrile Butadiene Styrene 性能 : 1 综合性能较好, 冲击强度较高, 化学稳定性, 电性能良好 ;2 与 372 有机玻璃的熔接性良好, 制成双色塑件, 且可表面镀铬, 喷漆处理 ;3 有高抗冲高耐热阻燃增强透明等级别 ;4 流动性比 HIPS 差一点, 比 PMMA PC 等好, 柔韧性好用途 : 适于制作一般机械零件, 减磨耐磨零件, 传动零件和电讯零件, 日用品, 管材及文具等 7

8 图 2-3 塑件 2D 图塑件的厚度塑件应有一定得壁厚, 这不仅是为了保证塑件在使用中有足够的强度和刚度, 而且也为了塑件在成型时能保持良好的流动状态壁厚的大小对塑料成型影响很大壁厚过大, 则浪费材料, 还以产生气泡, 缩孔等缺陷 ; 壁厚过小, 则成型时流动阻力大, 难以充型, 为了提高经济成本, 提高生产效率, 因此我们可以采用较小的料厚, 同时通过增加交错的加强筋 8

9 来取代单独的增加产品料厚, 既可以防止产品表面出现缩水, 又能够更大程度的增加产品强度, 据材料的的特性, 查阅相关的资料, 查得 ABS 制品的壁厚通常为 mm 本次设计中, 由于产品体积较小, 故塑件的壁厚为 1.2mm 经过用 Pro/ENGINEER Wildfire 检测产品的厚度, 产品的大部分厚度都符合设计要求塑件收缩率根据以上选用的材料为 ABS, 查相关资料可知,ABS 的收缩率为 0.004~0.007, 这里选择偏中值, 为塑件的拔模斜度由于塑件在冷却过程中产生收缩, 因此在脱模前会紧紧地包裹住凸模或者型腔中其他凸起部分为了便于脱模, 防止塑件表面在脱模时划伤, 擦毛, 在设计塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度塑件的脱模斜度大小跟塑件的性质收缩率摩擦因素塑件的壁厚和几何形状有关在本次设计中, 由本设计材料决定, 它的理想拔模斜度 : 塑件内壁为 35 ~1 30, 塑件外壁为 30 ~40, 但是实际拔模斜度, 我把它设计为 2 在设计完成之后, 为了检测塑件的拔模斜度是否符合要求, 需要对塑件进行拔模检测, PTC 公司的产品 Pro/ENGINEER Wildfire 提供的完善的拔模检测方法, 塑件检测完成后的结果如图所示 : 如图 2-4,2-5 所示 : 粉红色的表示拔模斜度为正的 2 0, 青色的表示拔模斜度为负 2 0, 正跟负是相对而言的图 2 4 图 2-5 9

10 如图所示, 塑件的外侧分别呈粉红色和青色, 出现黄色的几率比极少, 出现黄色, 说明塑件还有部分未拔模, 但经过老师指导, 本塑件由于是第二次塑件成型, 故出现少量的黄色可以忽略不算, 不影响塑件的出模, 故本塑件符合开始设定的拔模斜度的要求分型面设计如图 2-6 所示选择这样的分型面是因为便于塑件的脱模和简化模具结构由于我这个塑件的分型面比较简单, 为了使塑件分型顺利, 经过自交检测以后, 发现没有自交, 塑件可以顺利分型如果发现有相交的分型面, 应该对分型面作修整, 否则在软件中无法分型图确定型腔数量和排列方式由于密码轮是锁具产品中比较重要的一部分, 它是实用的生活用品, 而且体积较小, 故为了提高生产效率, 我采用一模四腔, 型腔的分布图如图 2-7 所示 : 10

11 图塑件模流分析模流分析采用的软件是 Mold flow, 它分析的结果如下 : 分析总体结果表 2-1 总体参数 Material Supplier: Material Grade: Max Injection Pressure: Mold Temperature: Melt Temperature: Model Suitability: Maximum clamp force required: Bayer USA Lustran LGA-SF MPa deg.c deg.c Part model was highly suitable for analysis tonne 11

12 2.3.2 分析结果图片如图 2-8 到 2-16 图 2-8 最佳浇口位置图 2-9 填充时间图 2-10 注射压力图 2-11 体积收缩率图 2-12 气孔图 2-13 熔接痕 12

13 2.3.3 模流分析说明 1. 浇口位置的选择本设计中实际口位置并非是模流分析中最佳浇口的位置, 而是处于最佳与最差浇口位置中间的某个位置, 之所以选择在 3 和 8 的数字上面, 是为了便于熔融液流动, 更好, 更快的填充浇口位置选择在这里对塑件的填充有图 2-14 一定的影响, 但塑件仍然能够完成填充如图 2-14 所示 ; 2. 填充时间如图 2-9 所示, 一个塑件的填充时间为 s; 3. 压力分布如图 2-10 所示, 由图中可以看出, 在填充过程中, 压力随着填充体积的增加而变化, 填充完成以后, 压力的最大值为 2.436MPa; 4. 体积收缩率如图 2-11 所示, 可知道该零件的收缩率最大值是 10.17%, 最小值是 %, 平均收缩率是 5.484%; 5. 气穴分布如图 2-12 所示, 在熔融材料填充过程中, 除了模具型腔内部有空气外, 还会因塑料受热而产生气体在图中可以看出, 注塑零件四周的端面处会产生几处气穴, 因此我们应该要在模具设计过程中设置排气槽根据进料口的位置, 排气槽应该设在型腔最后填充的地方, 同时尽量把排气槽开设在模具的分型面上 ; 6. 熔接痕位置如图 2-13 所示, 黑色曲线显示熔接痕, 由于零件复杂, 所以熔接痕可能比较多 13

14 3. 注塑设备的选择和注射成型工艺 3.1 注塑设备选择注射机按其外形特征可分为卧式注射机立式注射机角式注射机三种, 其中应用最为广泛的就是卧式注射机卧式注射机它的注射系统和合模锁模系统的轴线都呈水平布置, 其注射系统有柱塞式 3 和螺杆式两种结构注射量 60 cm 及其以上均为螺杆式卧式注射机的优点是机器重心低, 比较稳定, 操作维修方便, 成型后的塑件推出后可利用其自重自动落下, 便于实现自动化生产, 对大中小型模具都适用, 其主要缺点是模具安装比较复杂这次我选取宁波海天国际集团股份有限公司生产的 HTF60W1-I 注塑机, 如图 3-1 为该注塑机的图片图 3-1 注塑机的外形表 3-1 注塑机的一些参数理论容量 Shot Size (Theoretical) cm3 38 注塑重量 Injection Weight (PS) g 35 注塑速率 Injection Rate g/s 41 塑化能力 Plasticizing Capacity g/s 4.6 注塑压力 Injection Pressure Mpa 266 合模力 Clamp Tonnage KN 600 移模行程 Toggle Stroke mm 270 最大模厚 Max Mold Height mm 330 最小模厚 Min Mold Height mm 120 顶出行程 Ejector Stroke mm 70 顶出力 Ejector Tonnage KN 22 14

15 3.2 注塑机重要参数校核最大注塑量的校核最大注塑量是指注塑机一次注射塑料的最大容量因聚苯乙烯塑料的密度是 g/ cm, 近似 1g/ cm, 因此规定柱塞式注射机的最大注射量是以一次注射聚苯乙烯塑料的最大克数为标准的 ; 而螺杆式注射机则是用体积来表示最大注射容量, 与塑料的品种无关以容量计算时, 必须使得在一个注塑成型周期内所需的注塑塑料熔体的容量在注塑机额定注塑量的 80% 内, 也就是 V 0.8V 塑注 (1) 式中 V 注为注塑机最大注塑容量, 3 cm ; V 塑为成型塑件与浇注系统体积的总和, cm 3 ; 0.8 为最大注塑容量的利用系数本次模具设计中, 计算如下 : V 塑 = V模 4 + V 流 = = (2) 式中, V 模为成型塑件的体积, 由于本模一模四腔 ; V 流为浇注系统的体积所以 V塑 V 住 = = (3) 而注塑机的注塑容量为 38cm 3, 所以注塑机的注塑容量符合要求注射压力校核注射压力的校核时核定注射机额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力塑料成型时所需要的注射压力是由塑料品种注射机类型喷嘴形式塑件形状和浇注系统的压力损失等因素决定的对于黏度较大的塑料以及形状细薄流程长的塑件, 注射压力应取大一些 15

16 在本次模具设计中, 参考了制件的材料 ABS 的一些参数以及 Mold flow 分析的结果, 确定制品所需的注塑压力为 33.46MPa 而注塑机的注塑压力可以达到 266MPa, 也就是注塑机的注塑压力符合要求锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时, 会产生使模具分型面胀开的力, 这个力的大小等于塑件与浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力, 它应小于注射机的额定锁模力 F P, 才能保证在注射时不发生溢料现象, 即 F = p( na + A1 ) < (4) z F p 式中 F z 熔融材料在分型面上的胀开力 (N); 2 A 单个塑料在分型面上的投影面积 ( mm ) ; p 塑料熔体对型腔的成型压力 (Mpa); n 型腔的数量 ; 2 A 浇注系统在模具分型面的投影面积 ( mm ) ; 1 F P 注射机的额定锁模力 ; 计算如下 na + A1 = = P=30.04 F = = (5) z 也就是型腔内的塑料熔体沿注塑机轴向的推力为 61KN, 而注塑机的锁模力为 600KN, 所以, 注塑机的锁模力符合要求开模行程校核注射机的开模行程是有限制的, 塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离, 否则塑件无法取出由于注射机的锁模机构不同, 由本设计出发, 我选取了注射机的最大开模行程与模具厚度无关时的校核注射机的最大开模程度由连杆机构的最大行程所决定, 并不受模具厚度的影响 16

17 即 : s H 1 + H 2 +5~10 (6) 式中 s -- 注射机最大的开模行程 (mm); H1 -- 推出距离 ( 脱模距离 ); H 2 -- 包括浇注系统在内的塑件高度 H + H + 5 = (7) 1 2 = s = 其开模方式如图 3-3 所示 : 图模架选择根据型腔排列的方式以及初步确定的壁厚, 选择龙记模架, 型号是 Lutaba-2P, SD-Type,A 板厚为 50mm,B 板厚为 50mm,S 板厚为 30mm, 具体一些尺寸如见下图 3-4, 图 3-5 所示图 3-4 模架尺寸 1 图 3-5 模架尺寸 2 17

18 3.4 注射成型工艺注射成型工艺包括成型前的准备注塑成型过程和塑件的后处理三个阶段成型前的准备为了保证注射成型的正常进行和保证塑件的质量, 在注射前应做一定的准备工作, 如对塑料原料进行外观检验, 即检查原料的色泽细度及均匀度等, 必要时还要对塑件进行工艺性能测试 ; 由于 ABS 吸湿性较强, 我们还要在成型前进行充分的预热干燥, 除去物料中过多的水分和挥发物, 以防止成型后塑件出现气泡和花纹等缺陷注塑成型过程完整的注射成型过程包括加料塑化充模保压倒流冷却和脱模几个阶段 : 1. 加料将塑料加入注射机漏斗中, 由柱塞带入料筒进行加热 ; 2. 塑化成型塑料在注射机料筒内经过加热混料等作用以后, 由松散的粉状颗粒转变为熔融状态, 并具有良好的可塑性 ; 3. 充模塑化好的塑料熔体在注射机柱塞推进作用下, 以一定得压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔 ; 4. 保压充模结束后, 在注射机柱塞的推动下, 熔体仍然保持压力进行补料, 使料筒中的熔料继续进入型腔, 以补充型腔中塑料的收缩, 从而成型出形状完整质地致密的塑件 ; 5. 倒流保压结束后, 柱塞后退, 型腔中的熔料压力解除, 这时, 型腔中的熔料压力将比浇口前方的压力高, 如果此时浇口尚未冻结, 型腔中的熔料就会通过浇口流向浇注系统, 使塑件产生收缩变形及质地疏松等缺陷 ; 6. 冷却塑件在模内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体完全冻结时起到塑件将从模具型腔内推出为止的全部过程在此阶段, 补流和倒流将不再进行, 型腔内的塑料将继续冷却硬化和定型 ; 7. 脱模塑件冷却到一定温度, 即可开模, 在顶出机构的作用下将塑件推出模外塑件的后处理由于塑化不均匀或塑料在型腔内结晶取向和冷却等因素影响, 塑件内部不可避免地存在一些内应力, 从而导致塑件在使用过程中产生变形和开裂为了解决这个问题, 我们可采用退火处理和调湿处理来去除内应力, 提高塑件的性能 18

19 4. 顶出机构设计 4.1 顶出机构设计要求 1. 推出机构应尽量设计在动模一侧, 由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆来驱动的, 所以一般情况下, 推出机构应设计在动模一侧, 本设计推出机构也设计在动模 ; 2. 塑件在推出过程中不发生变形和损坏, 为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏, 设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和粘附力的分析计算, 合理选择推出方式, 推出位置和退出元件的数量, 本设计采用顶杆和顶板推出机构, 顶杆数量为 9 根 ; 3. 合模时应使推出机构正确复位 ; 4. 推出机构动作在推出与复位的过程中, 动作应可靠灵活, 结构尽量简单, 容易制造 4.2 顶杆和顶板顶出机构采用圆柱型顶杆和顶板共同作为顶出机构顶杆结构形式如图 4-1(a) 所示 ; 顶板的结构形式如图 4-1(b): (a) (b) 图顶出机构布局顶杆布局如图 4-2 所示, 图 4-3 为模具中的顶出机构立体示意图 19

20 图 4-2 顶出机构的布局图 4-3 顶出机构立体示意图 20

21 5. 浇口系统设计 5.1 主流道设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道, 是熔料最先流经模具的部分, 它的形状和尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响, 因此, 必须使熔体的温度降低量和压力损失量最小浇口套设计为了让主流道凝料能够顺利地从浇口套中拔出, 主流道须设计成圆锥状, 锥角 α = 1, 小端直径 d 比注射机喷嘴直径 d 1 大 0.5mm~1mm 主流道小端的前面是球面, 注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合, 因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径 SR 1 大 1~ 2mm, 主流道表面粗糙度为 Ra=0.05μm 2.5mm 由注塑机的参数可以看到 d 1 = 2, 所以 d = 2+ 1= 3 mm, 浇口套的端面凹球深度为浇口套的尺寸如下图 5-1 所示 : 图浇口套的固定方式在浇口套的上方有一个定位环, 浇口套是由定位环上的螺钉进行固定的, 定位环的直径为 60mm, 定位环和注塑机的定位孔一起定位, 螺钉的尺寸是 M4 20, 其固定方式如图 5-2 所 21

22 示 : 图分流道设计分流道是指浇注系统中主流道末端与浇口之间的一段塑料熔料的流动通道分流道的作用是改变塑料熔体流向, 使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔设计时, 应尽量减少塑料熔体流动过程中的热量损失与压力损失分流道的形状与尺寸本次设计我采用的分流道截面是圆形的, 它是由我这个模具设计分流道长度较长, 且流量较大决定的圆形截面的分流道比梯形和矩形的分流道的效率高, 可以减少熔融材料在流动的损失, 提高注塑的效率, 减少散热面积但是它的缺点也很明显, 就是制造加工比较麻烦, 因此必须把它放在模板的两侧分流道的截面尺寸视塑料品种塑件尺寸成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定本设计分流道的截面直径为 5mm 分流道的布局分流道在分型面上的布置形式采用平衡式布局, 其应该遵循以下两个原则 : 1. 排列应尽量紧凑, 以缩小模版尺寸 ; 2. 流程尽量短, 对称布置, 使胀模力的中心与注射机锁模力的中心一致分流道的布局如图 5-3, 分流道长度较长, 对称分布 22

23 图 5-3 分流道布局分流道的长度根据分流道的布局, 可以计算出出分流道的长度总长 L = = 164mm ; 5.3 浇口设计本设计浇口采用点浇口点浇口又称针点浇口和菱形浇口, 是一种截面尺寸很小的浇口, 俗称小浇口这类浇口由于前后两端存在较大的压力差, 可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热, 从而导致熔体的表面黏度下降, 流动性增加, 有利于型腔填充, 因此对薄壁的塑件和表面黏度随剪切速率变化敏感的塑料成型有利 ; 但不利于成型流动性差和热敏性塑料, 也不利于成型平薄易变性及形状复杂的塑件点浇口的尺寸根据经验的数据, 一般点浇口的直径 d=0.5~1.5mm, 本次设计 d=1.0mm, 高度 l=1.5mm, 浇口位置的选择在选择浇口位置时, 需要根据塑件的结构质量要求与成型工艺条件等综合进行考虑, 一般应遵循以下原则 : 1. 尽量缩短熔体的流动距离 ; 2. 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 ; 3. 浇口应开设在塑件壁厚处 ; 4. 考虑分子定向影响 ; 23

24 5. 减少熔接痕, 提高熔接强度根据模流分析的结果和塑件份型面, 浇口的位置如图 5-4 所示, 图中, 颜色往蓝色方向越深的代表越适合作为浇口的位置实际浇口位置如图 5-5 所示图 5-4 模流分析 - 浇口分析图 5-5 实际浇口位置 24

25 6. 成型零件的加工工艺设计 6.1 型腔和型芯的设计定模型腔设计整体式型腔是在整块金属模板上加工而成的整体式型腔的优点是, 强度和刚度相对较高, 且不易变形, 对塑件的上表面不会产生拼模缝的痕迹, 缺点为切削量大, 模具成本高, 同时给热处理和表面处理带来一定的困难, 上型腔的 3D 图如图 6-1 所示型腔依靠四个面和上表面分别和凹模及定模座板相配合, 而跟定模座板的固定采用四个对称的螺钉固定, 螺钉的直径为 5mm 定模型腔的外形尺寸为 : mm 图 6-1 定模型腔示意图动模型芯设计 3D 结构如图 6-2 所示, 动模型芯的尺寸为 : mm 动模型芯的固定也是由四个对称分布的螺钉固定, 螺钉的大小同样为直径 5mm 25

26 图 6-2 动模型芯示意图 6.2 加工工艺方案确定模具加工的工艺过程一般可分为以下几个阶段 : 1) 粗加工阶段粗加工阶段的主要任务是切除各个加工表面上的大部分加工余量, 使毛胚的形状和尺寸上接近成品因此在此阶段中应采取措施尽可能提高生产效率 ; 2) 半精加工阶段半精加工阶段的主要任务是使主要表面消除粗加工留下的误差, 达到一定得精度及留有精加工余量, 为精加工做好准备, 并完成一些次要表面 ( 如铣槽钻孔等 ) 的加工 ; 3) 精加工阶段精加工阶段主要是去除半精加工所留下的加工余量, 使工件各主要表面达到图纸要求的尺寸精度和表面粗糙度 ; 4) 光整加工阶段对于精度和表面粗糙度要求很高的的零件要可采用光整加工加工顺序的安排 : 1) 机械加工工序安排为 : 先粗后精, 先主后次, 基面先加工, 先面后孔 ; 2) 热处理工序有预先热处理和最终热处理, 其中预先热处理的目的是改善加工性能, 消除内应力为最终热处理作组织准备, 其工序多在粗加工前后 ; 最终热处理的主要目的是提高零件材料的硬度和耐磨性, 常安排在精加工前后 ; 表 6-1 加工工艺方案工序内容设备 1 铣削端铣坯料端面铣床 2 钻削螺孔钻床 3 CNC 粗加工粗加工成型面 CNC 4 热处理调质 26

27 5 磨削磨上下端面磨床 6 CNC 精加工精加工成型面 CNC 7 钳工抛光成型面倒角 6.3 镶件的设计浇口镶件浇口镶件的尺寸如图 6-3 所示 : 图 6-3 浇口镶件型芯镶件镶件的尺寸如图 6-4 所示 27

28 图 6-4 型芯镶件 28

29 7. 冷却系统设计模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度模具温度是否合适均一与稳定, 对塑料流体的充模流动固化成型生产效率及塑件的形状外观和尺寸精度都有重要的影响由 ABS 材料可知, 它成型温度在 200~270, 模具温度在 40~80 调节模具温度的主要目的是 : 缩短成型周期 ; 提高塑件质量本次设计采用的冷却方式为循环水冷却 7.1 冷却管道工艺计算冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质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, 并且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通, 无滞留部位冷却管直径计算由模流分析和塑料分析可知道 : 3 3 塑件的成型周期为 11.16s, 塑件的质量为 15.47g, 水的密度为 Kg / m, 3 ABS 的单位热流量为 Q = J / Kg, 水的比热容 c = 4.178J / kg K 1 冷却水出口处温度 θ = 28 1 冷却水入口处温度 θ 20 2 = 1, 1. 求塑件在固化时没小时释放的热量 Q 3600 Q = ( w1 t) Q1 = (15.47 ) 3.5 = 1.75KJ / h (8) 求冷却水的体积流量 q v Q = ρc ( θ θ ) = (28 20) = m 3 / min (9) 3. 求冷却水在管道直径 d, 一般水孔的直径可根据塑件的平均厚度来确定, 由于本次塑件的厚度为 1.2mm, 故可取水孔直径为 10mm 冷却水管孔数 1. 求冷却水在管道内的流速 v 29

30 v = 4q πd (10 /1000) 4 v = = m / s (10) 2. 求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热系数 α 取 f = ( 水温为 20 时 ), f (ρv) 7.50( ) 2 α = c1 = = 4.95W / m K (11) d (10 /1000) 3. 求冷却管道的中总面积 A / 60 A = = m 3 (12) [ 50 ( ) / 2] 4. 求模具上应开设的冷却管道的孔数 n A n = π dl = 3.14 (10 /1000) (200 /1000) 2 (13) 所以模具上开设的管道孔数为冷却水管的设计冷却回路的布置塑料模具可以看成是一种热交换器, 如果冷却系统不能及时有效地带走必须带走的热量, 不能实现均一的快速冷却, 则在一个成型周期内就不能维持热平衡, 会使塑件内部产生应力而导致塑件的变形或开裂, 从而就无法进行稳定的注射成型所以应根据塑件的形状壁厚及塑料的品种, 设计制造出能实现均一高效的冷却回路冷却回路设置的基本原则如下 : 1. 冷却水道应尽量多, 截面尺寸应尽量大 ; 2. 当塑件壁厚均匀时, 冷却水道到型腔表面的距离应该相当, 故一般水道孔边至型腔表面距离为 15mm; 3. 浇口处冷却应该加强, 在塑料熔体填充型腔过程中, 浇口附近的温度最高, 距浇口越远, 温度就越低, 定模冷却水管如图 7-1 为定模的冷却水道布局设计 30

31 图 7-1 定模水道动模冷却水管动模的水道结构如图 7-2 所示图 7-2 动模水道冷却水道在使用的时候对管壁产生一定的压力, 如果管壁的厚度太薄, 会使管道变形严重的话会使管道破裂, 为了检测管道的壁厚, 在设计冷水管道的结构之后, 需要对管道的壁厚进行检测, 经过分析表明, 除了在管道的转折点或者在塞头附近进壁厚少于 6mm 外 ( 属于正常 ), 其余的全部壁厚均大于 5mm, 而实际的壁厚只需要大于 3mm 即可, 说明冷却水道能正常使用 31

32 8. 模具 3D 图形绘制和爆炸图 8.1 模具 3D 图形绘制绘制方法及过程本次设计中的模具装配图的 3D 模型采用 Pro/ENGINEER 软件绘制绘制图形时, 先绘制整个模型的核心部分, 也就是型腔和工作部分, 然后是添加模架各个零部件等 ; 具体的绘制过程及方法如下 : 导入之前绘制好的产品 3D 图, 设置收缩率为手动创建工件, 整体尺寸为 X=120mm,Y=120mm, Z=50mm 手动创建分型面, 然后稍微作调整 32

33 创建体积块, 分别为浇口镶件和镶件, 然后是分模分别对型腔作复制旋转实体话, 得到最终的上型腔和下型腔在 Pro/ENGINEER 的插件 EMX 中设置模架的参数参数设计完成之后自动生成的模架 3D 图 33

34 模架装配图中把核心零部件装上, 将模架中重合的部分切除, 添加冷却系统和顶出系统, 最终完成整个模具的 3D 模型图 8-1 模具立体图的绘制流程图 34

35 8.1.2 模具 3D 爆炸图 8-2 模具立体爆炸图 35

36 9. 结束语在本次模具设计的过程中, 我从一个对模具设计软件不太熟练的学生, 到如今能够熟练使用模具设计软件进行基本的模具设计, 其中的过程是艰辛的例如在成型塑料模具的设计中, 由于我的塑料模具成型是在密码轮第一次成型的基础上进行的, 所以我要先把第一次成型的产品用 Pro/ENGINEER, 给画出来, 然后再在其基础上完成密码轮的第二次成型设计 ; 分流道的设计上, 由于我这次的分流道不是普通的分流道, 它需要在 A 板和 S 板上进行分流道的设计, 这让我开始在模具分模上走了好久的弯路, 重复进行修改, 最后在黄老师的指导下才成功完成分模 ; 在水道的设计上, 由于分模后上型腔和下型腔的较小, 模芯较大, 故水道不能直接通入上下型腔, 只能在 A 板和 B 板上进行水道的设计 ; 在顶出机构的设计中, 由于这次模具设计是一模四腔, 而且产品较小, 故我采用顶板顶出和顶杆顶出两个机构进行设计, 让模具产品能顺利顶出来这次模具设计过程中也让我发现了一些小问题, 希望以后能够改善 ; 1) 模流分析的功能不够强大, 有一些重要的参数不能给出, 让我在设计中增加了大量的计算 ; 2) 使用 Pro/ENGINEER 把 3D 图转为 2D 图形时, 需要修改好多参数, 而且增加了好多不需要的线, 需要在 AutoCAD 进行大量的修改, 后续工作量大希望这些小问题, 在以后的软件中能够消除, 更方便我们进行模具设计工作 36

37 参考文献 [1] 中国注塑网 : 塑料模具工业现状及发展方向, [2] 周瑞林 : 我国制锁行业现状及发展趋势, [3] 颜智伟 : 塑料模具设计与机构设计, 国防工业出版社,2006. [4] 叶屋臣一 : 注射模具设计和应用, 轻工业出版社,1989. [5] 朱光力, 万金保等 : 塑料模具设计, 清华大学出版社,2002. [6] 邓明 : 现代模具制造技术, 化学工业出版社,2005 [7] 张洪峰 : 塑料模具设计与制造, 机械工业出版社,2006 [8] 黄虹 : 塑料成型加工与模具, 化学工业出版社,2003. [9] 钱泉森 : 塑料成型工艺及模具设计, 山东科学技术出版社,2004. [10] Rean Per Chien:Effect of gas channel design on the molding windows of gas assisted-injection-molded polustgrene, Wiley InterScience, 2003 [11] A.A.Tseng Aknowledge-based design approach for injection molding of plastic balls Wiley IneterScience,

38 致谢在本次模具设计过程中, 得到指导老师黄桂坚和一起做模具设计同学的大力帮助, 特别是黄桂坚老师的悉心指导, 让我受益匪浅, 最后衷心感谢在在模具设计过程中帮助过我的老师和同学 38

39 Injection Mould Design for Password Round The Second Injection Molding Abstract In this password round of injection mold design The design of the second molding,i use Pro/ENGINEER to complete the 3D mold design.including the design of molding parts,the design of gating system,the top of the body design and the design of the cooling system; In the 2D map of the design process,i adopted Pro/ENGINEE required to map into a 2D map. Then use the AutoCAD do some optimization and further follow-up work;using Moldflow s complete analysis of plastic mold,significantly reducing design time and improve the efficiency of the design. After the mold design to enhance my design and analysis of these proficiency in software,so I was able to calculate the parameters and some experience,the use of professional software design and analysis of mold,greatly deeper my understanding of mold design,improved my ability ot mold design. Key words password round; mold design; moldflow analysis; cavity; gating system 39

<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8C3E6BFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC65F E646F63>

<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8C3E6BFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC65F E646F63> 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 题目 : 姓名 : 专业 : 学院 : 密码锁面壳注塑模具设计何松兰机械设计制造及其自动化机电与控制工程学院学号 : 2005111311 指导教师 : 职称 : 黄桂坚工程师 2009 年 05 月 01 日深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 诚信声明本人郑重声明 : 所呈交的毕业论文 ( 设计 ), 题目密码锁面壳注塑模具设计是本人在指导教师的指导下,