旋鈕注塑模具設(shè)計(jì)【開(kāi)關(guān)旋鈕】【旋鈕瓶蓋 螺帽形燈罩 】【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】

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簡(jiǎn)介在塑料工業(yè)領(lǐng)域，熱塑性注射模應(yīng)用非常廣泛。這個(gè)過(guò)程包括四項(xiàng)基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個(gè)過(guò)程的70%的時(shí)間都在進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達(dá)到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應(yīng)力等不必要影響的目的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時(shí)間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內(nèi)表面的熱傳遞系數(shù)。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復(fù)雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗(yàn)理論達(dá)不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須制定為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。1.1 熱傳遞分析由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個(gè)非線性問(wèn)題。然而，像熱導(dǎo)率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)都恒為定值。除了聚合物結(jié)晶的影響被忽視外，模具及產(chǎn)品之間的熱接觸阻力也常常被認(rèn)為是常數(shù)。溫度場(chǎng)的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個(gè)演化過(guò)程可以分成兩個(gè)部分：一個(gè)循環(huán)部分和一個(gè)平均瞬時(shí)的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因?yàn)闊釢B透的深度對(duì)溫度場(chǎng)的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡(jiǎn)化了微積分學(xué)，但平均波動(dòng)范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動(dòng)范圍越高。因此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項(xiàng)研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時(shí)間的分析。應(yīng)該注意的是，在實(shí)際操作中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)作為工具設(shè)計(jì)的最后一步。不過(guò)冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設(shè)計(jì)應(yīng)該是工具設(shè)計(jì)的第一階段之一。1.2 成型技術(shù)的優(yōu)化在文獻(xiàn)中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關(guān)注于相同的目標(biāo)。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時(shí)間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產(chǎn)效率下的最小的冷卻時(shí)間。林總結(jié)了模具設(shè)計(jì)在3個(gè)事實(shí)方面的目標(biāo)。零件的冷卻均勻,就能達(dá)到預(yù)期的模具溫度，所以,接下來(lái)就可注射和減小周期時(shí)間。冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時(shí)間和周期時(shí)間的折衷。實(shí)際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠(yuǎn)，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會(huì)導(dǎo)致零件的缺陷。達(dá)到這些目標(biāo)的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度?？梢圆捎脙煞N方法。第一個(gè)是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標(biāo)函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對(duì)冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進(jìn)行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個(gè)個(gè)單元并對(duì)每個(gè)冷卻單元進(jìn)行優(yōu)化。1.3 計(jì)算法則 方案的計(jì)算，數(shù)值方法是非常必要的。進(jìn)行傳熱分析,可以通過(guò)邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計(jì)算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問(wèn)題是網(wǎng)格劃分所花費(fèi)的計(jì)算解決方案的時(shí)間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問(wèn)題的結(jié)果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內(nèi)部溫度需要制定為優(yōu)化問(wèn)題。為了計(jì)算能最小化目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進(jìn)化方法。Huang et al用遺傳算法實(shí)現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時(shí)的因?yàn)樗挠?jì)算范圍很廣。在實(shí)際操作中，模具設(shè)計(jì)的時(shí)間必須最小化，于是一個(gè)可以更快達(dá)到預(yù)期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應(yīng)優(yōu)先選擇。 2 方法論2.1 目標(biāo)本文所描述的方法應(yīng)用于一個(gè)T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過(guò)，因此能比較容易做到。 Part: 零件 Mould: 模具圖 1基于零件的形態(tài)分析, 1和3兩個(gè)表面分別介紹了零件的侵蝕和擴(kuò)張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路3邊界條件的導(dǎo)熱問(wèn)題是第三類在無(wú)限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對(duì)于那些冷卻管路不直觀的復(fù)雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對(duì)應(yīng)于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結(jié)束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。2.2 目標(biāo)函數(shù)在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是最重要的。因?yàn)樽畹屠鋮s時(shí)間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時(shí)間達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量是很重要的。流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對(duì)湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來(lái), 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時(shí)期的最后階段由最小化的目標(biāo)函數(shù)S確定的(方程(1)。S1時(shí)期的目標(biāo)是要達(dá)到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時(shí)期運(yùn)用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個(gè)步驟都是為了引入變量Tfref。必須指出的是當(dāng)Tfref時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)會(huì)減少到第一時(shí)期。相反, 當(dāng)Tfref0第二個(gè)時(shí)期的比重會(huì)增加。3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果數(shù)值計(jì)算結(jié)果是與Tang et al的理論結(jié)果比較而來(lái)的，他們認(rèn)為T(mén)形零件的最佳冷卻是通過(guò)7個(gè)冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復(fù)制他們的結(jié)果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動(dòng)速率Q= 364cm3 / s每個(gè)冷卻通道,t= 23.5 s。圖 2例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給3的擴(kuò)張部分。在插圖3中沿零件表面2的溫度曲線是與脫模時(shí)間比較得來(lái)的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時(shí)針?lè)较蚶L制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計(jì)算出來(lái)的最佳冷卻配置計(jì)比冷卻線更好，這將作為一種參考。 圖3 例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和Tfref下的比重因子。流體溫度T在方程1的最小目標(biāo)函數(shù)下計(jì)算得到的，這里忽略了第二時(shí)期。結(jié)果如圖4和5所示。圖 4圖 5在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對(duì)應(yīng)于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點(diǎn)是由于零件的幾何形狀產(chǎn)生的，很難冷卻。然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對(duì)于零件表面的均與性還不夠完善，但達(dá)到預(yù)期的溫度水平是足夠的。例3：圖 6圖 7 S2階段的影響如圖6所示。這個(gè)階段使得零件的表面溫度均勻。實(shí)際上,在T = 10 K的情況下，整個(gè)2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點(diǎn)之外。然而對(duì)于T的值,侵蝕時(shí)的溫度是不被接受的，因?yàn)槠骄鶜鉁剡^(guò)高(340K相對(duì)于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對(duì)解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時(shí)提取需要的所有熱通量,來(lái)獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會(huì)成為對(duì)抗性的問(wèn)題。最好的解決方案是質(zhì)量和效率的統(tǒng)一。例如T = 100K時(shí)零件的溫度比T = 10 K時(shí)更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。圖 8 4 結(jié)論本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來(lái)獲得零件的均勻溫度場(chǎng)，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時(shí)間。與參考文獻(xiàn)相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對(duì)于確定管路的最少數(shù)量需要進(jìn)一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。參考文獻(xiàn)1 Pichon J. 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Polymer engineering and science, 41:1265-1279, 2001.打印說(shuō)明在cad中按住ctrl+p打印快捷鍵，出現(xiàn)下圖所示截面：要打印彩色或者黑白通過(guò)選擇打印樣式，如下圖所示：打印設(shè)置按照下圖所示：1. 選擇打印機(jī)，讓打印店師傅選擇或者用下圖所示的虛擬打印機(jī)，可打印出來(lái)pdf的文件 2. 選擇打印圖紙的尺寸，選擇A4或者根據(jù)需要3. 選擇圖紙方向，圖紙方向的選擇（本套設(shè)計(jì)中裝配圖選擇橫向，其它的圖紙選擇縱向即可）4. 打印區(qū)域選擇窗口，然后點(diǎn)擊窗口，會(huì)彈出選擇窗口，選擇圖框的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)，如下圖所示5.點(diǎn)擊左下角的預(yù)覽，即可顯示打印預(yù)覽了，如果圖紙方向不對(duì)，在調(diào)整圖形方向即可（右下角） 閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)零件旋鈕說(shuō)明書(shū)班級(jí) 姓名指導(dǎo)老師、2010年 11月 28日塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)2二、塑件工藝性分析3三、成型設(shè)備的選擇4四、模具結(jié)構(gòu)方案的確定6五、成型零部件尺寸的計(jì)算7六、成型零部件的加工9七、參考文獻(xiàn)91塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)零件名稱材料旋鈕圖號(hào)17乳氏液苯乙烯生產(chǎn)批量大批量1、分析制件2、選擇成型設(shè)備3、擬訂模具結(jié)構(gòu)方案4、進(jìn)行必要的計(jì)算并校核5、使用UG5.0軟件繪制零件二維圖及三維圖6、使用UG5.0軟件繪制模具二維圖及三維裝配圖7、使用UG5.0軟件繪制全套零件二維圖及三維圖8、編制主要零件加工工藝規(guī)程并編制相關(guān)數(shù)控加工程序9、填寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和開(kāi)題報(bào)告，并編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)二、塑件工藝性分析1、塑件原材料分析：塑料 使用穩(wěn)定性性能特點(diǎn)成型特點(diǎn)品種 溫度化學(xué)穩(wěn)定強(qiáng)度較好，流動(dòng)性和成型性優(yōu)良，故成性較好，并且有一定品率高，但易出現(xiàn)裂紋，所并且還有的耐磨性，以脫模斜度不宜過(guò)小；由于高頻絕緣但耐熱性比熱膨脹系數(shù)高，塑件中，不PS熱小于塑性70塑料性能。較差。宜有嵌件。該塑件有良好的工藝性能，適合注塑成型，成型前原料要干燥處理。結(jié)論2、塑件尺寸精度分析該零件的重要尺寸，如：260 0.28的尺寸精度為 MT3級(jí)，次重要尺寸的大概為 MT5精度。由以上的分析可見(jiàn)，該零件的尺寸精度屬于中等偏上，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件尺寸是加工可保證。從塑件的壁厚來(lái)看，厚度較均勻。3、塑件的結(jié)構(gòu)分析（1）塑件厚度適中，壁厚較均勻，塑件成型性能良好。（2）塑件本身無(wú)斜度，故需要設(shè)置一定脫模斜度。（3）塑件有螺紋，且螺紋要求較高需要設(shè)置脫螺紋機(jī)構(gòu)。4、確定成型方法3塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)塑件采用注塑成型法生產(chǎn)，采用點(diǎn)澆口、拼合型環(huán)脫螺紋。三、成型設(shè)備的選擇1、注塑機(jī)的選擇（1）利用 UG軟件直接計(jì)算出塑件的體積為 4746mm3,澆注系統(tǒng)的體積為 48624746mm3。一模四腔所需的塑料總體積為 44746=189846mm3。（2）計(jì)算塑件質(zhì)量查相關(guān)資料得：PS材料=1.054g/3，根據(jù)塑件形狀及尺寸，采用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)。塑件和澆注系統(tǒng)的質(zhì)量：W總=（V塑件+V澆）=1.05423.8525.14g（3）注塑機(jī)的選擇查相關(guān)手冊(cè)， PS的注射壓力為 1520MPa，塑件較簡(jiǎn)單，取 P=18MPa。UG查得塑件投影面積 A=550mm2。型腔壓力 P腔=2/3P=12MPa。鎖模力 F=55012=6600N。安裝模具的厚度應(yīng)滿足：HminHHmax。設(shè)計(jì)模具厚度 H總=195mm。選 XS-Z-60型，最大裝模高度 Hmax=200mm，最小裝模高度 Hmin=70mm。H總=195mm介于兩者之間，滿足模具厚度安裝要求。4塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)（4）注塑機(jī)相關(guān)參數(shù)XS-Z-60型注塑機(jī)的主要參數(shù)標(biāo)稱注射量60cm3定位孔直徑噴嘴球頭半徑噴嘴孔直徑螺桿直徑/mm55mmR12最大開(kāi)模行程 S最大裝模高度 Hmax最小裝模高度 Hmin模板最大安裝尺寸180mm200mm70mm4mm38330440mm最大開(kāi)模行程180mm（5）模具開(kāi)模行程校核模具開(kāi)模行程應(yīng)滿足：SmSz其中：Sz為最大開(kāi)模行程，查注塑機(jī) XS-Z-60型 Sz=180mm，Sm為模具的開(kāi)模行程，Sm=塑件的高度+澆注系統(tǒng)的高度+頂出高度+（510）mm=27+39+27.5+7=100.5mm可見(jiàn) SmSz，XS-Z-60滿足其開(kāi)模行程。（6）模具安裝部分的校核該模具的外形尺寸為 180mm350mm，XS-Z-60型注塑機(jī)模板最大安裝尺寸為 330mm440mm，故能滿足模具安裝要求。（7）注塑機(jī)的參數(shù)校核最大注射量的校核校核公式：（0.80.85）V公V總，其中：V總=23.85cm3（0.80.85）V公=（0.80.85）6050cm3可見(jiàn)滿足校核公式，即所設(shè)計(jì)模具注射量滿足 XS-Z-60最大注射5塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)量要求。注塑機(jī)壓力的校核P機(jī)P塑P機(jī)注塑機(jī)的最大注射壓力，MPa或 N/cm3P塑成型塑件所需的注射壓力，MPa或 N/cm3一般 PS取 100200MPa，XS-Z-60型注塑機(jī)的最大注射壓力 P機(jī)=122MPa，可見(jiàn) XS-Z-60注塑機(jī)滿足 PS注射壓力的要求。綜合驗(yàn)證，XS-Z-60型注塑機(jī)完全能滿足此模具的注射要求。（8）塑件的注射工藝參數(shù)的確定工藝參數(shù)規(guī)格工藝參數(shù)規(guī)格預(yù)熱和干燥溫度：200300成型時(shí)間(S)時(shí)間：23h注射時(shí)間：13保壓時(shí)間：1540冷卻時(shí)間：1530總周期：4090160170料筒溫度后端：140160前段：170190噴嘴溫度()注射壓力(Mpa)206060100模具溫度四、模具結(jié)構(gòu)方案的確定1、分型面的選擇分型面應(yīng)選擇在塑件截面最大處，盡6塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)量取在料流的末端，有利于排氣，保證表面質(zhì)量。2、型腔數(shù)量的確定及型腔的排列該塑件采用一模四腔，線性排列方式，這樣有利于脫螺紋。3、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模具澆口套主流道球面半徑 R與注射機(jī)噴嘴球面半徑 R0的關(guān)系為：R=R0+（12）=R0+2=12+2=14mm。模具澆口套主流道小端直徑 d與注射機(jī)噴嘴直徑 d 0的關(guān)系為：d=d 0+（0.51）=d 0+1=4+1=5mm。主流道呈圓錐形，其錐度取 3分流道取半圓形，其半徑 R=4（通常取 15）。澆口采用點(diǎn)澆口，從塑件的頂部進(jìn)料。4、推出方式的選擇此模具的型芯在動(dòng)模開(kāi)模后，塑件包緊型芯留在動(dòng)模一側(cè)，采用拼合型環(huán)脫螺紋的同時(shí)推出塑件。五、成型零部件尺寸的計(jì)算1、成型零件的成型尺寸計(jì)算查得 PS收縮率為 0.65%，模具制造公差取 Z=/3。類型塑件上的尺寸計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果Lm=（LS+LSS-0.5）+0ZLm=（LS+LSS-0.5）+0ZLm=（LS+LSS-0.5）+0Z2826230 0.2828.0426.0323.01+ 0.090型腔尺寸0 0.28+ 0.0900 0.28+ 0.0907塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)Lm=（LS+LSS-0.5）+0Z270 0.5726.89+ 0.19060.2R1Lm=（LS+LSS-0.5）+0ZLm=（LS+LSS-0.5）+0ZLm=（LS+LSS-0.5）+0ZLm=（LS+LSS-0.5）+0ZDm大=（LS+LSS）SS大-中+0ZDm中=（LS+LSS）SS中-中+0ZDm小=（LS+LSS）SS小-中+0Z5.84+ 0.130R0.89+ 0.070R11.511M24R11.23+00.2310.8724.0123.5222.9718.24+ 0.130+ 0.040+ 0.030+ 0.040型芯 18+00.24Lm=（LS+LSS-0.5） 00 0.08Z尺寸2、成型型腔壁厚的確定采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法，依據(jù)直徑 28查下表，得該型腔的推薦壁厚為20mm。8塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)六、成型零部件的加工凸模加工1、工藝分析由于零件較小，外形規(guī)則，采用平口鉗裝夾即可，選擇以下五種刀具進(jìn)行加工：1號(hào)刀為10立銑刀，用于粗加工凸模周圍；2號(hào)刀為12鉆頭，用于加工孔；3號(hào)刀為6立銑刀，用于半精加工凸模；4號(hào)刀為5球刀，用于精加工表面；5號(hào)刀為2球刀，用于加工陡峭。零件工藝規(guī)程S(r/min)1000700F(mm/min)150100100100100工序工序內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格1T01銑周圍余料10立銑刀2T02鉆孔12鉆頭3T03100010001000半精加工凸模6立銑刀4T04精加工表面5球刀5T05加工陡峭2球刀2、加工程序(見(jiàn)電子檔)七、參考文獻(xiàn)簡(jiǎn)明塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，齊衛(wèi)東，北京理工大學(xué)出版社，2008。塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)，葉久新、王群，機(jī)械工業(yè)出版社 2008。塑料成型模具與設(shè)備，夏江梅，機(jī)械工業(yè)出版社，2006。塑料模成型模具設(shè)計(jì)，駱俊廷、張麗麗，國(guó)防工業(yè)出版社，2008。9