鼠標上蓋外殼的注塑模具設計-塑料注射模爆炸含NX三維及9張CAD圖帶模流,鼠標,外殼,注塑,模具設計,塑料,注射,爆炸,nx,三維,cad,圖帶模流 本科畢業(yè)論文（設計）專用 第4章 Moldflow的注塑模擬成型分析 4.1模型網(wǎng)格劃分及修復 為了進行CAE分析，必須要對零件進行網(wǎng)格序列化，通過在moldflow設置相關參數(shù)，然后導入模型的stl格式，進行網(wǎng)格劃分，一個好的質量的網(wǎng)格，才能有合適的邊界條件。網(wǎng)格劃分好之后進行網(wǎng)格修補，改善縱橫比等。 圖 4-1 制件在 Moldflow中的造型 圖 4-2 網(wǎng)格劃分參數(shù) 如上圖所示，網(wǎng)格三角形單元邊長為 3.00mm。 在 Moldflow 中，對網(wǎng)格的參數(shù)進行研究和分析，得到網(wǎng)格缺陷如下圖所示： 圖 4-3 網(wǎng)格診斷 如上圖所示，網(wǎng)格統(tǒng)計中，自由邊、重合邊、梁單元、連通域等參數(shù)均沒有錯誤，最大縱橫比也在20以下，滿足有限元軟件分析要求。 4.2澆注方案的選擇 根據(jù)塑件上的澆口痕跡以及老師指導意見,確定使用側澆道的方式。澆口位置及流道系統(tǒng)如圖所示： 圖 4-4澆口位置及澆注系統(tǒng)方案 4.3 充填時間分析 充填的時候，塑料熔體沿著流道進入模腔，設計的時候將4個澆口的流道設計成相等的長度，塑料熔體容易開始注入到到達澆口的時間是相等的。進入型腔之后，同時充填各個部分。如下圖所示，深藍色的部位是填充時間最短的區(qū)域，相反，紅色區(qū)域就是填充時間最長的區(qū)域，也就是說紅色區(qū)域是塑料熔體最遲到達的地方。不填充的區(qū)域講沒有任何顏色。下圖比較清楚地顯示了整個模腔的充填時間。 圖4-5 充填時間 從上圖分析可以得出，該模具型腔每一個部位都得到了塑料熔體的填充，填充的效果還是比較好的，這就表明塑料熔體的流向比較均勻，在最后填充的額部位，塑料熔體到達的時間都是相同的。 軟件分析塑料熔體的充填時間大約為2.894s。 4.4流動前沿溫度分析 流動前沿溫度是的是塑料熔體充填一個節(jié)點時的中間流溫度，這個溫度是充填過程中流動波前溫度的分布，它代表的是流道截面中心的溫度，通常情況下不會有太大的變化。熔接線首先形成的地方是在截面的中心，所以，如果流動前沿的溫度高，熔接線強度一般都會高；若流動波前溫度下降的趨勢比較快，接近于凝固溫度，那就會阻礙了后面塑料熔體再進入這個區(qū)域，產(chǎn)生短射。 在壁厚較薄的地方，有可能會出現(xiàn)不能充填的情況，在軟件中，這個區(qū)域沒有溫度顯示。 分析的結果如下圖所示。 圖4-6 流動前沿溫度 圖中的紅色區(qū)域表示流動前沿溫度比較高，塑料熔體都可以充填這些區(qū)域。藍色區(qū)域表示這些部位流動前沿溫度比較低，可能會發(fā)生塑料溶體凝固的現(xiàn)象，導致溶體停滯流動或者流速過滿。 結果：流動前沿溫度最高為231.9°，最低式229.9℃。 4.5 頂出時體積收縮率 頂出時的提及收縮率指的是堵料溶體最初進入模具型腔之后的體積與熔體保壓冷卻成型以后的體積比。 體積收縮率的分析如下圖所示。 圖4-7 體積收縮率 從圖中的分析數(shù)據(jù)可以得出，頂出時的體積收縮率為9.997，越靠近流道末端，收縮率越小，藍色區(qū)域的收縮率最小。 4.6 鎖模力的分析 在注塑過程中，當定模與動模在注塑機的作用下合模，就會產(chǎn)生一定的鎖模力，鎖模力會隨著時間的變化 而發(fā)生變化。 鎖模力與注塑機的額定鎖模力相互緊密聯(lián)系，也與塑件在Z軸方向上面的投影面積、成型壓力存在一定的函數(shù)關系，軟件所模擬的結果一般不應該超過近注塑機額定鎖模力的80%，以確保安全。 對模具進行鎖模力分析的結果如下圖所示。 圖4-8 鎖模力xy圖 由上圖可以看出，鎖模力也隨著注塑機開始注塑而發(fā)生變化，在塑料熔體進入模具型腔后，鎖模力逐漸增加，大約完成一次塑件注塑周期之后，鎖模力達到最大，之后進入壓力逐漸減小的階段。 結果：需要最大鎖模力約為90T。 4.7 凍結層因子分析 凍結層因子是取一個中間值，跟隨時間的變化，凍結層因子也隨之變化，從最小的取值一直到最大的取值。 凍結層因子其數(shù)值范圍在0-1之間，其理想狀態(tài)是在一個恒定的值，在充填的過程中，凍結層一般都應該在恒定的厚度之間，使得每個部位流動的連續(xù)均勻。 凍結層因子的分析結果如下圖所示。 圖4-9 凍結層因子 從圖上可看出塑件在30S時已經(jīng)凝固下來。 4.8 熔接痕分析 塑料熔體在不同的澆口進入型腔之后，跟隨型腔的外形緩緩流動，在流動的過程中，例如熔體相遇的地方就有可能會出現(xiàn)熔接痕，類似熔體相遇的區(qū)域，出現(xiàn)熔接痕的概率就會越大。熔接痕是塑件結構上的一種瑕疵或缺陷，尤其是一些對外觀要求比較高的產(chǎn)品來說，更是一種致命的影響，嚴重影響著塑件的正常使用。 一般來說，影響熔接痕的因素有很多，包括注塑工藝的參數(shù)（溫度、注射壓力、保壓壓力、注射速度和時間等）、模具的結構（澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷料井、溫度控制系統(tǒng)、型腔型芯的表面粗糙度）等。 在Moldflow軟件中進行模擬分析，可以看出熔接痕大概會出現(xiàn)的區(qū)域，如下圖所示。 圖4-10 熔接痕 4.9 變形量分析 變形量主要與材料的收縮率有關系，不同材料的收縮率都是不一樣的，收縮是注塑過程中塑料本身的一種變形屬性，這種收縮與模具結構、澆口的位置等的因素沒有太大的聯(lián)系。通過軟件的分析，我們可以提前知道塑件在注塑成型后的變形狀況，但是這個情況只是接近，并不完全是這樣，需要對實際的情況進行分析。 總變形量如下圖所示。 圖4-11 總變形量 從以上各圖可以得出總的變形量0.5588mm，其余XYZ方向如圖以及其余模流分析報告與數(shù)據(jù)，均可以查看附件HTML動態(tài)REPORT所示。 4.10 溫度、零件 在注塑充填完成后，塑件需要通過冷卻水道來降溫，通過一定時間后，冷卻至合適的溫度后才可以開模和脫模，冷卻后的結果值如下圖所示。 圖4-12 溫度、零件 從上圖可以看出，塑件完成冷卻后的溫度在40.69度左右，人體可以接觸。冷卻效果非常好，證明水路的設計合理。 9 摘 要 本篇文章主要的目的是制造出鼠標外殼塑料件注射成型產(chǎn)品，對鼠標外殼注塑模具進行優(yōu)化設計，進一步在三維建模軟件上設計出了鼠標外殼的注塑模具，通過對塑料件的材料分析，模具結構的擬定，采用一模兩腔，側澆口進料，注射機采用海天160X2A型號，模架的確定、脫膜系統(tǒng)以及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等方面設計出這套塑料模具，設計出澆注系統(tǒng)和推出機構。并配備了相應的圖紙。完整地描述了塑料設計的程序步驟，并參閱了大量相關的資料。 關鍵詞：鼠標外殼；注塑模具；一模兩腔；側澆口；注射機；模架；澆注系統(tǒng) Abstract The main purpose of this article is to manufacture the injection molding products of the plastic parts of the mouse casing, optimize the design of the injection mold of the mouse casing, and further design the injection mold of the mouse casing on the 3D modeling software. Through the material analysis of the plastic parts, The mold structure is designed to adopt a mold and two chambers, side gate feeding, and the injection machine adopts Haitian 160X2A model, mold frame determination, stripping system and temperature regulation system to design the plastic mold, design the pouring system and Launch of the agency. And equipped with the corresponding drawings. The procedural steps of the plastic design are fully described and a large amount of relevant information is available. Key words: mouse shell; injection mold; one mold two cavity; side gate; injection machine; mould frame; Gating System IV 目 錄 摘 要 I Abstract II 前 言 1 1 塑件的工藝分析 3 1.1塑料材料分析 4 1.2 塑件的結構設計 5 1.3 塑件尺寸及精度 5 1.4 塑件表面粗糙度 6 1.5 塑件的體積和質量 6 第2章 成型工藝方案及模具結構的確定 7 2.1 注射成型工藝過程分析 7 2.2 澆口種類的確定 7 2.3 型腔數(shù)目的確定 8 2.4 注射機的選擇和校核 8 2.4.1 注射量的校核 9 2.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 9 2.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 10 2.5 分型面的設計 12 2.6 型腔的布局 12 2.7 澆注系統(tǒng)的設計 13 2.7.1 澆注系統(tǒng)組成 13 2.7.2 確定澆注系統(tǒng)的原則 13 2.7.3 主流道的設計 14 2.7.4 分流道的設計 15 2.7.5 澆口的設計 16 2.7.6 冷料穴的設計 16 2.8 注射模成型零部件的設計 17 2.9 成型零部件工作尺寸的計算 18 2.9.1 凹模的設計 19 2.9.2 凸模的設計 20 2.10 排氣結構設計 22 2.11 脫模機構的設計 22 2.11.1 脫模機構的選用原則 23 2.11.2 脫模機構類型的選擇 23 2.11.3 推桿機構具體設計 23 2.12 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 24 2.13冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 25 2.14 模架的選用 25 3 注塑模具工作原理 28 總結 29 致謝 30 參考文獻 31 前 言 一個國家工業(yè)水平的高低和制造業(yè)水平的高低有比較重要的聯(lián)系，制造業(yè)的水平很大程度上體現(xiàn)在模具設計水平上。模具設計水平又與生產(chǎn)摸具的效率是正相關的。能夠在現(xiàn)生產(chǎn)發(fā)展階段中最大限度的利用手頭的資源、充分使用可調(diào)配的時間的模具設計，可以做到在工業(yè)生產(chǎn)領域創(chuàng)造生產(chǎn)優(yōu)化空間。所以在這個層面上說，設計水平的高低對制造業(yè)的發(fā)展也有較大的影響。 二十世紀二十、三十年代，塑料在工業(yè)生產(chǎn)中開始使用，從二十世紀四十年代開始，在世界范圍內(nèi)各個國家加大對石油資源的研究和利用的力度，大大推動塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與此同時塑料對于工業(yè)生產(chǎn)的影響越來越大，往往新品種的塑料在工業(yè)生產(chǎn)制造中表現(xiàn)出傳統(tǒng)金屬工藝件達不到的效果，從而塑料在生產(chǎn)制造領域比重越來越大。 現(xiàn)階段在工業(yè)生產(chǎn)領域中，進行塑料產(chǎn)品大規(guī)模、成品化生產(chǎn)的工具，我們稱之為塑料模具。工具內(nèi)有成型模腔，在生產(chǎn)制造塑料的過程中，有以下幾個步驟，先把模具裝在注塑機上，再將呈熔融狀態(tài)的塑料顆粒注入腔內(nèi)，接著通過模具冷卻系統(tǒng)冷卻后成型，上模與下模分開，頂出機構將成品從模腔頂出脫離模具。這幾個步驟結束之后，將模具再一次進行閉合以再一次進行塑料模具的生產(chǎn)，如此往復進行。根據(jù)實際生產(chǎn)要求的不同，模具可以有許多不同種類的生產(chǎn)結構，滿足基本功能的結構是相同的，不同的結構是為了滿足不同塑料品種、外形等實際要求。模具由澆注、調(diào)溫、型芯型腔、標準件組成。塑料模具高工藝要求的部分是澆注系統(tǒng)和型芯型腔，也是不同塑料模具不同精度、功能體現(xiàn)。 就我國自身來說，現(xiàn)階段我國塑料模具的總體實力與歐美發(fā)達國家的實力差距還是有的，具體表現(xiàn)在模具生產(chǎn)企業(yè)掌握的技術水準不是特別高，工業(yè)生產(chǎn)制造領域在精度、質量要求較高的模具主要依賴歐美進口。就從事塑料模具從事人員的素質來說，我國從事本行業(yè)的普通設計人員并不缺乏，但掌握先進水平的設計人員并不多見，因此從事本行業(yè)的設計者們應該在工程實踐掌握更高的設計水平，以改變我國塑料模具行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。 31 1 塑件的工藝分析 分析塑料工件的工藝性是設計將要加工的塑料模具的必要準備工作。工件的工藝性從表面粗糙度、加工精度、形狀尺寸等幾個方面來研究。通過這一系列的研究和分析能夠初步得到想要加工模具的目標結構和精度。 下圖是鼠標外部殼體塑件的三維模型圖和二維三視圖，塑件模型要有以下幾個要求：1.結構較為復雜；2.批量生產(chǎn)制造；3.低模具成本；4.生產(chǎn)制造精度低。 鼠標外殼塑件三維 鼠標外殼塑件二維 1.1塑料材料分析 大多數(shù)塑料都有一定的毒性，而ABS塑料是環(huán)保型塑料，基本沒有什么毒性，還有較高的韌性，可塑性比較強，可制作任意形狀的塑件。ABS的強度比較高，可制作一些日用產(chǎn)品，其產(chǎn)品比較耐用，實用性比較高，產(chǎn)品表面的光澤度比較好。 鼠標是日常使用的產(chǎn)品，故其塑件可以選擇環(huán)保無毒的ABS塑料，其密度、成型收縮率見表1-1. 表1-1 ABS熱脹冷縮性 成型材料 密度 線膨脹系數(shù)（10-5℃-1） 成型收縮率（%） ABS 1.05 6.0～9.3 0.4～0.9 1.2 塑件的結構設計 （1）、脫模斜度 為了方便目標鑄件順利地從模具脫出，應該在模具脫出的方向設計一定的角度，這個角度稱為脫模斜度。與脫模斜度有關的因素很多，但主要因素是目標塑料成品的尺寸、壁厚、收縮率。脫模斜度的設計也是有講究的，斜度過小，塑料成品的表面容易出現(xiàn)損傷等瑕疵，斜度過大，會對塑件成品的制造精度有較大的影響。因塑料的種類不同，塑件的脫模斜度大小不同。 查看文獻[1]可以得知，塑件ABS的脫模斜度參數(shù)如下表所示。 型腔脫模斜度 型芯脫模斜度 0.35～130/ 30/～1 （2）、塑件的壁厚 在進行塑件的結構設計時，應該注意塑件壁厚的設計，合適的塑件壁厚能夠使各處內(nèi)應力大體相等，防止塑件有成型缺陷。根據(jù)經(jīng)驗公式，塑件壁厚為2～3。根據(jù)設計要求壁厚一般都相對均勻，取得壁厚為2mm左右。 （3）、塑件的圓角 避免塑料工件部分轉接處應力集中的出現(xiàn)，改善充模特性，增加力學角度，在需要過度的地方通過圓角進行過度。若無文字注釋，各連接處圓角半徑都大于0.5～1。 （4）、孔 由塑料加工的成品上一般都會設計一些通孔和盲孔，在一些簡易的加工過程中，盲孔和通孔可以采用型芯成型的方法制造出來。當孔的數(shù)量增多、形狀復雜時，采用這種方法制造盲孔和通孔會增大加工難度，提高模具的生產(chǎn)制造成本，所以選擇簡單孔型。融化的液體在經(jīng)過型芯時，會有分流現(xiàn)象出現(xiàn)，成型孔的附近會出現(xiàn)熔接痕的瑕疵現(xiàn)象，降低整體塑件的強度，故在開孔的位置的附近適當?shù)脑黾铀芰铣善繁诘暮穸龋沟盟芗恼w的強度、剛度得到保證。 1.3 塑件尺寸及精度 依據(jù)現(xiàn)階段塑料模具成型水平，根據(jù)文獻[2]中的相關知識來確定塑料工件的尺寸公差。而本文中設計的塑料工件尺寸一律采用的是精度等級是MT3級，其余的采用等級精度是MT5級。 1.4 塑件表面粗糙度 查看資料可以知道，普通塑料制品的表面粗糙度范圍一般都是Ra 0.02～1.25之內(nèi)，根據(jù)要求塑件表面粗糙度一般為模腔表壁表面粗糙度的2倍，所以模腔表壁表面粗糙度是Ra 0.01～0.63。在實際工作中會出現(xiàn)型腔磨損，所以準備隨時拋光還原。 一般塑料工件外部的表面粗糙度的要求比內(nèi)部的表面粗糙度要高，所以外部的表面粗糙度為Ra0.2，內(nèi)部的表面粗糙度為0.4。 1.5 塑件的體積和質量 在本文中，可以采用實際測量的方法測量塑料工件的質量和體積，通過建模軟件進行建模，通過3D建模軟件，塑件質量我們可以得出，從上文之中我們知道ABS塑料的密度，本文之中工件質量大約為45.5g。 第2章 成型工藝方案及模具結構的確定 2.1 注射成型工藝過程分析 通過分析塑料工件形狀、材料的屬性、總體的質量，試著初步制定塑料工件大體上的工藝過程為： 第一步：提前做好對塑件預處理。 （1）、預處理 通過對物料中水份的檢查、表面顏色的觀察、大體顆粒的篩選、穩(wěn)定性的考核，由于ABS塑料極低的吸水性，在加工成型前不需要特殊處理。有特殊干燥需求的工件，放置于七十到八十攝氏度的環(huán)境下干燥處理兩到四個小時。 （2）、料筒的清洗 第一次使特定種類的塑料、第一次使用特定種類的注射機之前，或在實際的生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)品改變、原始加工的材料物理或化學作用、顏色分解等不利于成型的現(xiàn)象，所以設計人員要在使用之前洗或換料筒。 （3）、脫模劑的選用 為了讓塑料制件能夠方便的從目標模具脫出，可以選擇在模具表面上注射脫模劑。脫模劑對模具的設計影響很大。在大批量的實際生產(chǎn)過程中，硬脂酸鋅、液體石蠟、硅油最常用，本文中選用的是ABS材料，因此選擇硬脂酸鋅。 第二步: 注射成型過程 注射成型過程有加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模。在實際生產(chǎn)的過程中可以劃分為塑化成型過程和冷卻過程。 第三步：制件的后處理 脫模過程完成之后，可以進行后處理通過消除工件之中的內(nèi)應力，增加工件的整體穩(wěn)定程度。退火和調(diào)濕處理最常用。針對ABS塑料，在實際的生產(chǎn)過程中可以通過退火處理，一般時間為一到三小時。 2.2 澆口種類的確定 在澆注的過程中，流動通道是設計師為了把液態(tài)塑料導入型腔之中，而故意開設的流通的通道，其功能是將避免型腔中尚未凝固的塑料倒流和有效地控制流入型腔中的塑料溶體，以防止產(chǎn)生不利的因素。 所以設計者需要對澆注系統(tǒng)的設計十分留心，它將直接影響最后塑料工件的成形效果。 由主流道、分流道、澆口、冷料穴組成。澆口的設計十分的講究，其很大程度上關系到成型的成功與失敗。 通常，在工廠大規(guī)模生產(chǎn)的鼠標外殼，注塑成模的要求很高，所以在這樣的要求下，本文中需要采用側澆口的方式。 2.3 型腔數(shù)目的確定 從前文的分析中我們可以得出，本文中模具的開口設置方式是采用側邊澆口設置，因為目標塑料工件的體積比較小，確保塑料工件的一次成型率。為了控制成本、提高工廠的生產(chǎn)能力和產(chǎn)能，在本篇論文中采用的是普遍采用的一模兩腔。 2.4 注射機的選擇和校核 通過上文我們可知道，本文中選用的注塑方式為一模兩腔生產(chǎn)方式。注射量為九十一克，廢料五克，總九十六克，將其他可操控變量盡可能多的、廣的加以考慮，本文選擇海天160X2A。參數(shù)下表所示： 型號 160×2A 160×2B 160×2C 參數(shù) 螺桿直徑 40 45 48 理論注射容量 253 320 364 注射重量PS 230 291 331 注射壓力 202 159 140 注射行程 201 螺桿轉速 0~230 料筒加熱功率 9.3 鎖模力 1600 拉桿內(nèi)間距(水平×垂直) 455×455 允許最大模具厚度 500 允許最小模具厚度 180 移模行程 420 移模開距(最大) 920 液壓頂出行程 140 液壓頂出力 33 液壓頂出桿數(shù)量 5 油泵電動機功率 18.5 油箱容積 240 機器尺寸(長×寬×高) 5.4×1.45×2.05 機器重量 5 最小模具尺寸(長×寬) 320×320 2.4.1 注射量的校核 在制作模具時，采用的原則為百分之八十原則，即選用的目標塑料工件容量、質量控制在百分之八十的范圍內(nèi)。檢查公式是： 式中：--型腔的個數(shù) --單個塑件的重量大小（g） --澆注系統(tǒng)所需塑料的重量大?。╣） 本設計中：n=2 45.5g =5g M=45.5X2+5= 96g<230gx80% 注塑機額定注塑量為230g 注射量符合要求 2.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時影響鎖模力的主要因素即為塑件的模具分型面上的投影面積。倘若注射機所能容納的最大模塑區(qū)域小于該值，溢流現(xiàn)象可能將會發(fā)生在模具成型的過程中，所以須滿足下面的不等式。 式中 n --型腔數(shù)目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積 ---模具分型面澆注系統(tǒng)的投影區(qū)域 n=2 = 7487.5 =750 =7487.5 x2+750=15725 在模具的注射成型時為了保證鎖模的可靠度，該模具的塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積與塑料熔體對型腔的成型壓力與的乘積之和應該小于注射機所限定的鎖模力的大小。因此可得： （）P < F 式中： P—塑料熔體的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 由數(shù)據(jù)可知，型腔內(nèi)部的成型壓力控制在在20-40MPa，普通的是24-34MPa，精密制品的是39-44MPa范圍之內(nèi)。 （） 鎖模力符合要求 2.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 （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 該論文中設計的成型模具厚度為三百一十七毫米，滿足180

收藏