鼠標注塑模具畢業(yè)設(shè)計與加工

鼠標注塑模具畢業(yè)設(shè)計與加工,鼠標,注塑,模具,畢業(yè)設(shè)計,加工 大型注塑模具設(shè)計仿真工具：2400升固體廢棄物集裝箱 摘要 大型容器產(chǎn)品通常使用諸如滾塑的程序，這些技術(shù)沒有零件重量或尺寸限制。TIIP，薩拉戈薩大學(xué)注塑成型的機械工程，在歐洲標準下研發(fā)的CONTENURTM固體廢物的新容器高達2000升 ，其結(jié)果是一個新的主體達60公斤重。設(shè)計過程中結(jié)合了數(shù)項CAE工具（美學(xué)設(shè)計，機械設(shè)計及流變模擬），并在去年6月，顯示了最終結(jié)果，通過了不同的測試。如今，在市場上有超過5000個成品在模具生產(chǎn)過程中沒有做過基本的修改（超過100噸的重量）。本文重點論述集成工具和流程的設(shè)計與產(chǎn)品定義（即注射壓力，沖擊厚度和形狀的一部分力量）的方法。在這個過程中，特別是模具控制一些參數(shù)（注射速度，溫度，粘度，澆口位置...）的細節(jié)。 關(guān)鍵詞：CAE設(shè)計；容器；注塑成型 1.引言 過去的幾年，CAE工具在注射熱塑性彈性體成型行業(yè)，構(gòu)建了一個真實的革命。一個開始直到最終的解決方案（包括幾個過程如開發(fā)、測試的原型,修改數(shù)據(jù),新的測試,……）的過程已經(jīng)被一個更快的設(shè)計、翻譯過程和最終的客戶在同一個電腦文件下一起工作（“并行工程”）的過程取代。因此,對模具制造和完成時間減少極大,同時,引入了一些關(guān)于使用CAE的建議。 薩拉戈薩工業(yè)大學(xué)注射塑料(T.I.I.P)車間,C.S.I.C相關(guān)單位,在注射熱塑性彈性體成型中，使用CAE工具已經(jīng)超過了15個年頭，同時在不同行業(yè)（機動車、家電、包裝、玩具等）的上百個項目中積累了很多的經(jīng)驗。T.I.I.P.的工作也包含著和歐洲不同的公司一起調(diào)研的項目（聚合物流變性、半自動磨具設(shè)計等）。 同時，這個組織一直意識到安排仿真技術(shù)制造的重要性，這種形式已經(jīng)合作并且由塑料工業(yè)基金會注射成型部研究會體質(zhì)指導(dǎo)。這個組織給注射成型企業(yè)提供了各項服務(wù)，并且從中沒有任何盈利（如圖1）。許多國家的工業(yè)組織通過不同的程序和研究方向?qū)@個中心進行了支持（新的工藝比如氣輔技術(shù)或噴流注射成型；新的設(shè)計比如使用壓力和溫度的設(shè)備的過程測量技術(shù)）。 圖1 T.I.I.P注塑成型區(qū)域概貌 2.容器工程 1999年，第一個參與城市固體剩余物收集容器制造的西班牙公司（Contenur SPAIN，SL）去T.IIP-aiTIIP集團共同進行大尺寸的注塑件的設(shè)計工作，隨后測試了這些方案在這一領(lǐng)域應(yīng)用的實際可能性。 該項目的主要目標是快速制造大容量（2400 L和更多）的容器，與市場產(chǎn)品中加入了昂貴的加固結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)成型的焊接金屬板或塑料制品產(chǎn)生競爭。顯然，構(gòu)成容器的所有部件中，主要的困難是單一模腔部分的制造。 這個文獻提供了幾個零件和模具設(shè)計的例子和失敗的建議[2,3]，但是不太可能找到40kg重的大的塑料部件，而且，這個模具尺寸上的一個錯誤沒有簡單的解決方案（運輸?shù)侥＞吖ぞ咧圃焐痰闹圃旃S將會太昂貴，試驗和誤差的方法也是不提供）。 對于這個部件的設(shè)計，必須考慮到以下幾個方面： ?與歐洲標準EN12574[4]要求的基本尺寸一致； ?卸載電阻（排出側(cè)）如（圖2）； ?在功能條件和位置區(qū)具有高的耐沖擊性； ?表面容易清洗； ?美學(xué)設(shè)計； ?最低的成本（不僅是加工和裝配，還包括維護）； ?安裝的沖壓機施加的鎖模力限制（大型機器鎖模力的限制范圍在5000噸和10000噸之間）； ?準備標記，也就是說，有自由的和平坦的空間;； ?材料的限制：采用其他CONTENUR設(shè)計的相同材料。 圖 2. 裝卸作業(yè)的邊界條件，材料非線性模型，有限元模型。 特別注意的兩個限制：范圍內(nèi)的最低成本和最大鎖模力。對于最低成本，厚度是關(guān)鍵（原料的成本），在制造時確定；因此，派生機器的成本大約為厚度[5]的平方。 另一方面，為了降低其合模力，部件的投影面積和分布的壓力與一部分厚度也有很大的關(guān)系（狹窄區(qū)域產(chǎn)生較高的注射壓力，可能也會產(chǎn)生大合模力）。 由Castany等研發(fā)的方法，不僅用于注射成型，也適用于其它類似的技術(shù)[6-8]，如下： （a） 測定產(chǎn)品的可行性：鎖模力和厚度在歐洲標準允許的基本幾何條件下調(diào)整尺寸。在這一步只是一般的線條設(shè)計，而不做功能細節(jié)。一些基本的結(jié)果如下表1所示。這些分析通過遺傳物質(zhì)的基本參數(shù)，高密度聚乙烯（表2）得到。對于高級步驟，通過幾個溫度條件計算。 （b） 選擇材料，結(jié)合熔體流動指數(shù)（MFI）和機械性能，在注入點的位置進行模擬，甚至不知道組件最終的幾何形狀，但得出幾個注入點的最好的位置是在容器主體的底部區(qū)域。該標準同時與模具結(jié)構(gòu)和零件的形狀有關(guān)。 （c） 分析主體的形式和零部件的厚度，比較結(jié)構(gòu)上的選擇方案：側(cè)壁形狀，包括氣體輔助技術(shù)注入管的側(cè)壁形狀增加的慣性等也被列入考慮。 （d） 顯然，模具的尺寸和凹陷的存在使得部件和模塊設(shè)計出現(xiàn)了一個其他問題。這種方式中，容器上部邊框的半圓形狀是一個很困難的設(shè)計問題，它由使用性能確定，但是在合模區(qū)域存在滑移。 （e） 將合適的零件體積和可行的不同形式與厚度和機械阻力的形式制造相結(jié)合。在這一步驟，有限元分析、3D設(shè)計和注料仿真技術(shù)同時進行（圖3、4）。最終的零件尺寸如表3。? 表1 簡單塑料模型，第一次仿真分析結(jié)果 主體厚度(mm)/質(zhì)量(kg) 最大注射壓力 (MPa) 鎖模力(kN) 6/52 96 166,000 7/60 71 122,000 8/68 55 94,000 9/76 44 74,000 10/84 35 59,000 表2 基本模擬計算參數(shù) 熔體溫度（℃） 240 在恒定速度下的注射時間 秒 20 百分率 50 模具溫度（℃） 40 表3 2400 L主體的基本尺寸（毫米） 高度 1600 寬度 1480 長度 1600 圖3. 3D數(shù)模（Pro-E繪制） 圖4. C-mold軟件：噴出的塑料溫度和冷卻線管路 用這些基本尺寸核算這四步，設(shè)計組對于最終的幾何圖樣有一個初始目標，這些細節(jié)包含輸出角度，收音機，設(shè)置的輔助配件的位置（軟木、滑軌等）。生產(chǎn)流動分析為關(guān)鍵性的方式，與美國，日本和墨西哥實業(yè)公司模具廠的模具工人一起將模具的各部分固定在最佳的位置。 這個過程的主要方面和仿真技術(shù)（為了保證注射工人的操作其他的細節(jié)不能存在）是： 1. 2.5D幾何圖形式樣模型。 2. 模腔注澆口位置。使用速度軌道去更好的控制料的流動性。根據(jù)軌道的流動澆注的設(shè)計原則使?jié)沧⑴c填滿模腔同步結(jié)束（避免保壓效應(yīng)），尤其要考慮到半圓形區(qū)域的邊界形狀。 3.最佳條件：溫度的選擇、涉及的厚度、設(shè)計的耐久強度評價條件。溫度在210℃到250℃的評價。 4. 必須要依靠正確的速度程序調(diào)節(jié)填料形式。在恒定速度的條件下，假想不允許的壓力值的增長，強化機器的極限。集裝箱磨具的最終布置，建議使用幾個沖壓速度。 這個步驟用目前已經(jīng)存在的小型集裝箱（如圖5），進行了現(xiàn)實的試驗驗證。 圖5 用于工業(yè)生產(chǎn)條件為2400L試驗驗證真正的集裝箱模型 用CAE技術(shù)計算側(cè)面標準的沖壓速度如圖6所示。但是這個“函數(shù)”如果沒有實用性的編程就不能編入到注射成型機內(nèi)部，因為液壓系統(tǒng)不能精確的隨著所有梯度上升。無論如何，這個優(yōu)化程序后，能夠得到大約15%的鎖模力。 圖6 計算機顯示的側(cè)面理論沖擊速度 5. 加注條件準備好以后，模具制造者從一個初步設(shè)想到設(shè)計的裝備，已經(jīng)用一個新的數(shù)值模型和最終的熱流道系統(tǒng)模具所驗證。對于減少填充壓力，這個連續(xù)的工藝是有可能性的，但是實際的工藝安排，維護，一定的停工降低了其用途。 6. 最后，模具冷卻分析、包裝和彎曲矯正過程走向成熟。在這種方式下，Kyowe工業(yè)公司根據(jù)材料的傳熱性采用不同的建筑材料，調(diào)整冷卻管路。成品模具的重量超過了150，000kg（相當于150公噸）。 事實上，在注射成型中，超過6000個部件在制造中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。報廢、使用性能、加工比率是和目前1000L的集裝箱（每小時20-25個零件）相似的。其他組件同時設(shè)計，實際上，得到的最后的結(jié)果非常復(fù)雜，比如：集裝箱的系統(tǒng)，明顯的小于它的主體。 本文作者，定論：CAE輔助工具在設(shè)計中是最基本的工具，同相關(guān)知識和使用相似的模具進行真實的實驗驗證相比。 鳴謝 本文作者，對于T.I.I.P-a.i.T.I.I.P組織和CONTENUR 技術(shù)人員的支持、設(shè)備和最終的目標致以衷心的感謝。特別感謝D.Castany，感謝他們的專門技能在塑料注射成型工藝、設(shè)計、在很多培訓(xùn)班里面進行的講解和世界研討會。 滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 鼠標注塑模具設(shè)計與加工 2013 屆 機械工程 系 專 業(yè) _模具設(shè)計與制造 學(xué) 號 __ 學(xué)生姓名 __ 指導(dǎo)教師 __ _ 完成日期 2013年1月 5日 設(shè)計評語及成績 學(xué)生姓名 專業(yè) 模具設(shè)計與制造 班級 模具1001 學(xué)號 13 設(shè)計題目 鼠標注塑模具設(shè)計與加工 指導(dǎo)教師 姓名 曹鳳江 指導(dǎo)教師 職稱 講師 指導(dǎo)教師評語： 答辯小組意見： 答辯小組組長簽字： 年 月 日 成績： 系主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目 鼠標注塑模具設(shè)計與加工 專業(yè) 模具設(shè)計與制造 班級 模具1001 學(xué)生姓名 所在系 機械工程系 導(dǎo)師 姓名 曹鳳江 導(dǎo)師 職稱 講師 一、設(shè)計內(nèi)容 本課題主要是塑料成型件的設(shè)計，也就是塑料模的工藝方案分析及確定工藝計算，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計計算等內(nèi)容。為了提高生產(chǎn)效率，因此在設(shè)計時要求結(jié)構(gòu)簡單，但是一定要保證其精度要求。 二、基本要求 1、制定注射成型工藝及制造方案2、模具總裝圖、型芯及凹模零件圖3、畢業(yè)說明書。 三、主要技術(shù)指標（或研究方法） 通過成型零件圖和原材料的分析，確定工藝成型參數(shù)，正確校核注塑機的有關(guān)參數(shù)。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)合理選擇分型面和模架，并設(shè)計出澆注系統(tǒng)、推出機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻 1、屈華昌，《塑料成型工藝與模具設(shè)計》高等教育出版社，1995 2、彭建聲，《簡明模具工實用技術(shù)手冊》機械工業(yè)出版社，1993 3、唐志玉，《模具設(shè)計師指南》國防工業(yè)出版社，1999 4、《塑料模設(shè)計手冊》編寫組，《塑料模設(shè)計手冊》機械工業(yè)出版社，1994 五、進度計劃 12月24下達開題任務(wù)、24~31：撰寫開題報告。12月31~1月4完成設(shè)計初稿 4~8完善設(shè)計，準備答辯。1月9設(shè)計答辯 教研室主任簽字 時間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題目 鼠標注塑模具設(shè)計與加工 專業(yè) 模具設(shè)計與制造 班級 模具1001 學(xué)生姓名 一、文獻綜述（立論依據(jù)） 一切從實際出發(fā)根據(jù)廠方現(xiàn)有的實際情況與客戶所提供的資料及有關(guān)要求，科學(xué)的、高質(zhì)量的、完成客戶所要求的任務(wù)。 二、研究內(nèi)容及預(yù)期目標 在實習(xí)期間通過設(shè)計、組裝、調(diào)試、維修模具等一系列的操作過程，對注塑模具的原理及有關(guān)注意事項有了進一步的了解并到達對于簡單模具能獨立完成的程度。 三、研究方案（研究方法） 對沖壓件進行結(jié)構(gòu)分析，從各方面考慮其結(jié)構(gòu)，到模具車間進行模具制造學(xué)習(xí)，積累生產(chǎn)實際經(jīng)驗，了解一些相關(guān)技術(shù)及注意事項，并通過每次對模具的調(diào)試與維修，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)認真分析提出最合理的方案解決出現(xiàn)的一系列的問題。 四、進度計劃 12月24下達開題任務(wù)、24~31：撰寫開題報告。12月31~1月4完成設(shè)計初稿 4~8完善設(shè)計，準備答辯。1月9設(shè)計答辯 指導(dǎo)教師簽字 時間 年 月 日 目 錄 摘 要 I 第1章 緒論 3 1.1 塑料簡介 3 1.2 注塑成型及注塑模 3 第2章 塑料材料分析 5 2．1 塑料材料的基本特性 5 2．2 塑件材料成型性能 5 2．3 塑件材料主要用途 6 第3章 塑件的工藝分析 6 3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 3．2 塑件尺寸及精度 8 3．3 塑件表面粗糙度 8 3．4 塑件的體積和質(zhì)量 8 第4章 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 9 4．1、注射成型工藝過程分析[5] 9 4．2 澆口種類的確定 9 4．3 型腔數(shù)目的確定 10 4．4 注射機的選擇和校核 10 4.4.1 注射量的校核 10 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 11 4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 11 第5章 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 5．1 分型面的設(shè)計 12 5．2 型腔的布局 13 5．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 13 5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 13 5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 14 5．3．3 主流道的設(shè)計 14 5．3．4 分流道的設(shè)計 15 5．3．5 澆口的設(shè)計 16 5．3．6 冷料穴的設(shè)計 17 5．4 注射模成型零部件的設(shè)計[7] 17 5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 18 5．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 5．6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 19 5．6．1 脫模機構(gòu)的選用原則 19 5．6．2 脫模機構(gòu)類型的選擇 19 5．6．3 推桿機構(gòu)具體設(shè)計 20 5．7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 20 5．7．1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 21 5．8．冷卻系統(tǒng)之設(shè)計規(guī)則.............. 22 5．9 模架及標準件的選用 22 5．9．1 模架的選用 23 第6章 模具材料的選用 25 6．1 成型零件材料選用 25 6．2 注射模用鋼種 25 總結(jié) 26 致謝 27 參考文獻 28 摘 要 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，選擇塑件制件尺寸。本模具采用一模兩件，側(cè)澆口進料，注射機采用海天160XB型號，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設(shè)計。 關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；模具設(shè)計；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖；注射機的選擇 第1章 緒論 模具制造是國家經(jīng)濟建設(shè)中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。 塑料簡介： 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽纾⒃诔尚凸袒蟊３制浼鹊眯螤疃话l(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學(xué)穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學(xué)材料，在國民經(jīng)濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 注塑成型及注塑模： 將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。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，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度較高、易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設(shè)備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設(shè)備，依靠該設(shè)備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。 注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。 注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。 注射模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料品種、塑件的復(fù)雜程度和注射機的種類等很多因素有關(guān)，其基本結(jié)構(gòu)都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導(dǎo)柱導(dǎo)向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導(dǎo)向機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)、推出機構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。 注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質(zhì)量。注射機和模具結(jié)構(gòu)確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。 注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結(jié)構(gòu)、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。 塑料模具的設(shè)計不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設(shè)計階段（包括產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計人員憑經(jīng)驗與直覺設(shè)計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。 目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學(xué)的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。 采用CAE技術(shù)，可以完全代替試模，CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設(shè)計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟意義[3]。 第2章 塑料材料分析 2．1 塑料材料的基本特性 ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合理學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS價格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。 ABS無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，、不透明，密度為1.02--1.05。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎沒有影響， ABS不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會溶解或形成乳濁液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化學(xué)藥品的侵蝕時會引起應(yīng)力開裂， ABS有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70左右，熱變形溫度約為93耐氣候性差，在紫外線作用下ABS易變硬發(fā)脆。 ABS的性能指標： 密度 1.02——1.05（），收縮率 ，熔點，彎曲強度80Mpa，拉伸強度3549Mpa，拉伸彈性模量1.8Gpa，彎曲彈性模量1.4Gpa，壓縮強度1839Mpa，缺口沖擊強度1120，硬度6286HRR，體積電阻系數(shù)，收縮率 范圍內(nèi)。ABS的熱變形溫度為93118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40100℃的溫度范圍內(nèi)使用。 2．2 塑件材料成型性能 ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應(yīng)進行干燥處理；ABS在升溫時黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設(shè)計中大都采用點澆口形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應(yīng)控制在6080。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 2．3 塑件材料主要用途 ABS在機械工業(yè)上用來制造空調(diào)渦輪、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管等，還可用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。 第3章 塑件的工藝分析 在模具設(shè)計之前需要對塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。 鼠標蓋3D如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜程度，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。 圖（1）3D視圖 3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應(yīng)具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1 （2）塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設(shè)計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該管連接件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為3左右。 （3）塑件的圓角 為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。 該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為1。 （4）孔 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復(fù)雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計孔時，應(yīng)盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強度降低，故設(shè)計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。 3．2 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設(shè)備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應(yīng)將制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設(shè)計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關(guān)等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關(guān)（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT3級精度，未注采用MT5級精度。 3．3 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時給以拋光復(fù)原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.2，內(nèi)部為0.4。 3．4 塑件的體積和質(zhì)量 本次設(shè)計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在UG軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的質(zhì)量（ABS的密度為1.05），即可以得出該塑件制品的體積為質(zhì)量為53.427克。 第4章 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 4．1、注射成型工藝過程分析[5] 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對所用的設(shè)備和塑料作好以下準備工作。 （1）成型前對原材料的預(yù)處理 根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并 測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A(yù)熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70～80 ℃下干燥2～4 h。 （2）料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。 柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內(nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 （3）脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經(jīng)脫模或機械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚恚康氖菫榱讼嬖诘膬?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時。 4．2 澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計恰當與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。 由于本設(shè)計中空調(diào)渦輪塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口。側(cè)澆口直接在中間的圓端面處進，空調(diào)渦輪組裝后，澆口被遮擋起來。 側(cè)澆口主流道需要設(shè)置鉤針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。 4．3 型腔數(shù)目的確定 因為本設(shè)計中采用側(cè)澆口，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模二腔，進行加工生產(chǎn)。 4．4 注射機的選擇和校核 由于采用一模二腔，需要至少注射量為53.427x2=106.854g，流道水口廢料10g，總注塑量達到116.854g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天160XB。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為： 海天HTF160XB 表4-1注塑機技術(shù)參數(shù) HTF海天注塑機技術(shù)參數(shù) 2 型號 參數(shù) 單位 160×B 螺桿直徑 mm 45 理論注射容量 cm3 320 注射重量PS g 291 注射壓力 Mpa 159 注射行程 mm 201 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 0~230 料筒加熱功率 KW 9.3 鎖模力 KN 1600 拉桿內(nèi)間距(水平×垂直) mm 455×455 允許最大模具厚度 mm 500 允許最小模具厚度 mm 180 移模行程 mm 420 移模開距(最大) mm 920 液壓頂出行程 mm 140 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數(shù)量 PC 5 油泵電動機功率 KW 18.5 油箱容積 l 240 機器尺寸(長×寬×高) m 5.4×1.45×2.05 機器重量 t 5 最小模具尺寸(長×寬) mm 320×320 4.4.1 注射量的校核 模具設(shè)計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為： 式中 --型腔數(shù)量 --單個塑件的質(zhì)量（） --澆注系統(tǒng)所需塑料的質(zhì)量（） 本設(shè)計中：n=2 53.427 =10 M=2x53.427+10=116.854g<291x0.8 注:塑機額定注塑量為291g 注射量符合要求 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。 式中 n --型腔數(shù)目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積 --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 n=2 =9741.5 =150 =2x9741.5+150=19633 注射成型時為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即： （）P < F 式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 根據(jù)教科書表5-1，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP （）P=（19484*2+600）x1.1x30x0.001= 1305.744KN <1600KN 鎖模力符合要求 4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 （1）模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 式中 --注射機允許的最大模厚 --注射機允許的最小模厚 本設(shè)計中模具厚度為320mm 180

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