毕业设计论文一模多腔的注塑模具结构设计及仿真分析文档格式.docx
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ABSTRACT
ThemainfeaturesofthedesignisbasedonsoftwaresimulationflowanalysisMOLDFLOWtoguidethedesignofdiestructure.MOLDFLOWsoftwaretosimulatetheinjectionofplasticmeltintheprocessoffilling,coolingandflow,ensuringaccesstohigh-qualityparts.Breakingtraditionalmoldstructuredesigntestmode,theprocessofrepairmolds,toreducecosts,improveproductivitypurposes.Obtainedthebestqualityinthesimulationresultsofthedata,parametersafterthedesignusedasthebasisforthemold.
Thedesignincludes:
(1)Moldflowinjectionmoldingsimulationofmeltflowinthecavityisverycomplexprocesswithmanyfactors.Suchaspolymerproperties,partsstructure,temperature,pressure,time,andinjectionmoldstructureandotherrelatedequipment.Quantitativesimulationofthemoldingwindowmoldingprocessgiventhestateparameters(suchaspressure,temperature,speed,etc.).
(2)Simulationbasedontheparametersofthemoldingwindowstatethestructuraldesignoftheinjectionmold.Suchasthechoiceofinjectionmachine,injectionsystem,moldedparts,moldbodies,strippinginstitutionsandcoolingsystemdesign,drawingdiepartandassemblydrawings,etc..
Keywords:
SimulationAnalysis;
MoldDesign;
Six-cavityMold;
ProeModeling
1绪论1
1.1模具工业在国民经济中的地位1
1.2我国模具工业的现状1
1.3未来模具发展方向1
1.4论文的提出及研究意义2
2多向按键工艺分析及模具方案的初步确定3
2.1塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析4
2.2塑件的原材料分析4
2.3模具方案的初步确定6
2.31模具结构各个部件的分析确定6
2.32总体结构方案的论证和初步确定6
3运用MOLDFLOW进行模具结构有限元仿真分析7
3.1介绍其功能7
3.2MOLDFLOW分析的流程7
3.3应用MOLDFLOW进行分析8
3.31划分产品网格8
3.32选择成型材料9
3.33确定最佳浇口位置10
3.34创建浇注系统及优化11
3.35创建冷却系统及优化13
3.36成型窗口分析16
3.37选择分析类型17
3.38注射工艺参数的优化20
4多向按键的注塑模具结构的最终确定24
4.1型腔数目及布局的确定24
4.2注塑机的选择25
4.3分型面的设计27
4.4浇注系统的设计29
4.41主流道的设计及计算29
4.42定位圈30
4.43分流道的设计30
4.5浇口的设计32
4.51浇口形状的分析与确定32
4.52浇口位置的确定33
4.6排气系统的设计34
4.7模架的确定34
4.8推出机构的设计34
4.81顶杆的设计及计算35
4.82复位杆的设计36
4.83推板和推杆固定板的设计37
4.9合模导向机构的设计37
4.10成型零件的设计39
4.101计算成型零件的工作尺寸40
4.11冷却系统42
4.12模具工作原理44
5设计总结46
参考文献47
致谢49
附录50
1绪论
1.1模具工业在国民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备,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于制造业中。
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。
振兴和发展我国的模具工业,正日益受到人们的关注。
早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中,将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。
1.2我国模具工业的现状
20世纪80年代以来,国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,同时为模具的发展提供了巨大的动力。
这些年来,中国模具发展十分迅速,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。
振兴和发展中国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。
“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。
目前,中国有17000多个模具生产厂点,从业人数约50多万。
在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其他各类模具约占11%。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM技术的普及率不高,许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。
特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距,这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求,因而需要大量从国外进口。
1.3未来模具发展方向
与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。
今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。
(1)注重开发大型,精密,复杂模具;
随着我国轿车,家电等工业的快速发展,成型零件的大型化和精密化要求越来越高,模具也将日趋大型化和精密化。
(2)加强模具标准件的应用;
使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。
(3)推广CAD/CAM/CAE技术;
模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。
(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期;
随着先进制造技术的不断出现,模具的制造水平也在不断地提高,基于快速成形的快速制模技术,高速铣削加工技术,以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
1.4论文的提出及研究意义
(1)提出:
在传统的模具结构设计中,塑料制件和模具都是依经验设计和试模修正进行,结果导致开发周期长、成本高。
并且制件与模具质量难以得到保证。
注射成型CAE技术根据塑料加工流变学和传热学的基本理论。
建立塑料熔体在模具型腔中的充填、流动、冷却的数学模型,利用数值计算理论构造其求解方法,利用计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态充填、冷却过程。
定量地给出成型过程的状态参数(如压力、温度、速度等)。
这就是我们进行模具、塑料仿真分析的原因所在。
同时塑料产品在我们日常生活中十分常见及必不可少,通过对多向按键的现状分析,了解到多向按键的用处很广泛,不管是机械,家用,还是娱乐、工作用的都特别的多。
它的用途既可以控制电流的接通或断开也可以是各种功能的实现如手机的方向键、游戏机的方向键等。
它的用途很简单但它的作用却很大,它直接关系着工作能否顺利进行。
目前市场上的塑料模具也非常多,设计的很有创意也非常实用.此套模具设计的着重点主要是简单实用,满足市场需求的经济型模具。
(2)设计的目的与意义:
在于掌握注塑模模具设计的大体思路,懂得如何着手分析和考虑问题,掌握零件的造型和加工方法,能独立的设计出一套完整的模具,且能将它应用于实际生产。
通过Moldflow软件的仿真分析,不断改变注射工艺的参数,优化塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等。
可以快速地设计出最优的塑料制品。
(3)设计思路与创新思路:
根据多向按键的工件特点进行分析设计,在设计中结合MOLDFLOW软件进行仿真分析及优化,得出各个最优参数。
最终实现产品最佳效果。
达到以模拟分析减少工作量,提高效率。
2多向按键工艺分析及模具方案的初步确定
多向按键的造型:
图2.01多向按键主视图
图2.02多向按键俯视图
2
图2.03多向按键左视图
2.1塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
1)塑件的结构分析
该零件的总体形状为圆形及弧状,结构比较简单。
2)塑件尺寸精度的分析
该零件的重要尺寸,如,22.7±
0.09mm的尺寸精度为3级,次重要尺寸2.5±
0.07mm和1.2±
0.07mm的尺寸精度为4级,其它尺寸均无公差要求,一般可采用8级精度。
由以上的分析可见,该零件的尺寸精度属中等偏上,对应模具相关零件尺寸的加工可保证。
从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为1.4mm,最小处为0.7mm,壁厚差为0.7mm,较为均匀。
3)表面质量的分析
该零件的表面要求无凹坑等缺陷外,表面无其它特别的要求,故比较容易实现。
综上分析可以看出,注射时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。
2.2塑件的原材料分析
模具设计时要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标。
根据塑件的使用性能上分析,必须具备有一定的综合机械性能,包括良好的机械强度,一定的弹性和耐油性,耐水性,耐磨性,化学稳定性和电绝缘性能。
该塑件要求大批量生产、精度一般。
根据其用途产品要求材料热稳定好,表面光洁,无毒,ABS材料完全满足这些要求,从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看,ABS比较合适。
(1)基本特性
ABS具有极好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
(2)主要用途
ABS在机械工业中用来制造齿轮、泵页轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。
ABS还可以用来制作水表外壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
(3)成型特点
ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度宜稍大;
ABS易吸水,成型加工前应进行干燥处理,含水量应应小于0.3%,要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥;
流动性中等,溢边料0.04左右;
易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力;
在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60º
C,要求塑件光泽和耐热时,应控制在60~80º
C。
模具设计时应注意浇注系统,选择好进料口位置、形式。
推出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹。
脱模斜度宜取2º
以上。
表2.21ABS的主要技术指标
密度
比溶
吸水率
收缩率
热变形
温度
1.02-1.05
0.8-0.98
0.2%-0.4%
130-160
0.3%-0.8%
83-103.
抗拉强度
拉伸弹性
模量
弯曲强度
冲击强度
体积
50Mpa
1.8X107
80Mpa
11HB
9.7HB
4.9X10
表2.22ABS的注射工艺参数
注射机类型
螺杆转数
喷嘴形式
喷嘴温度
螺杆式
50--70
直通式
180-190。
料筒的温度
模具温度
注射压力
保压力
190-200200-220170-190
50-70
60-90Mpa
30-60Mpa
注射时间
保压时间
冷却时间
成型周期
3-5S
15-30S
10-30S
30-70
2.3模具方案的初步确定
2.31模具结构各个部件的分析确定
一初步确定型腔的数量及布局根据产品是多向按键的形状大小,表面精度不是非常高,为提高生产率,可以为一模六腔的平行排布布局,同时其形状不需要设计侧滑块。
二分型面的初步确定使用Proe的分模指令阴影曲面分模方法在产品模型的侧凸部位比较容易实现。
因此初步考虑在侧凸部位作为模具动定模的分型面。
三浇注系统的选择制件产品尺寸较小,注射体积不大同时均为平行排布无需分布太多的主流道。
因此采用中心主流道布置,中心主分流道和伸向侧边的次分流道与浇口相连接,主流道、分流道的形状初步考虑为圆锥形、圆形,便于实现凝料的顺利脱开定模。
浇口截面形状的考虑,根据加工的经济性与方便性原则,同时产品形状特点采用圆形浇口,矩形浇口均可以。
四脱模方式的实现由于产品没有侧孔、侧凹,所以不需要侧抽芯机构。
只需要上下模实现分开,实现上下模分开可以为拉料杆、推杆等方式。
2.32总体结构方案的论证和初步确定
a、第一种该种方案采用垂直分型脱模机构,其浇口套设在定模固定板上,用顶杆实现脱模,浇口设在定模固定板上,采用圆形浇口,用垂直分型镶块来成型型腔。
适合于结构相对简单的塑件。
b、第二种采用外螺纹对合滑块模具结构,其浇口设在定模板上,用顶板实现脱模,用对合滑块来和抽芯机构来成型型腔。
采用爪形浇口,使用于管状塑件,在成型时可起到定位作用,使塑件有较篙的同心度。
但采用爪形浇口时,进料口越多则熔接痕数量也越多,排气性差。
比较上两种方案,分析多向按键的结构较简单,成型相对容易。
而第一种方案中各个机构的实现比较简单,利于实现。
3运用MOLDFLOW进行模具结构有限元仿真分析
3.1介绍其功能
MoldflowPlasticInsight(MPI)是一个提供深入制件和模具设计分析的软件包,它提供强大的分析功能、可视化功能和项目管理工具。
这些工具使客户可以进行深入的分析和优化。
MPI使用户可以对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数设置进行优化以获得高质量的产品。
共有三个分析优化模块:
(1)注塑流动模拟MPI的流动分析模拟了塑料熔体在整个注塑过程中的流动情况,确保用户获得高质量的制件。
使用流动分析用户可以优化浇口位置和加工参数、预测制件可能出现的缺陷、自动确定取得流动平衡的流道系统尺寸。
(2)冷却模拟注塑和保压过程得到了优化后,可以进行冷却系统造型:
包括流道、模具外形、镶块等,并进行冷却分析。
(3)结构模拟MPI的翘曲分析可以预测塑料制件的收缩和翘曲。
可以使用线性和非线性方法来精确预测翘曲的变形量,并指出引起翘曲的主因。
MPI的模内残余应力修正算法(CRIMS)使用户可以精确分析Moldflow数据库中500种材料的翘曲情况。
MPI应力分析功能可以分析塑件的在外力状态下的结构性能,它提供一个线性分析方法在概念设计阶段,快速预测制件是否符合设计的结构要求。
采用非线性方法来确定由于外载荷而导致的永久变形。
3.2MOLDFLOW分析的流程
用PRO/E软件将零件转为IGES格式
↓
用Moldflow软件读入几何模型(IGES)
↓
有限元网格划分并进行模型检查(ModelCheck)
选择成型材料
确定最佳进浇位置
创建浇注系统
创建冷却系统
成型窗口分析
选择分析类型
设置成型参数
立即分析
后置处理,分析计算结果得到流动、冷却、翅曲文件夹
图3.2Moldflow软件多向按键成形分析流程图
3.3应用MOLDFLOW进行分析
3.31划分产品网格
划分产品网格是为了得到质量上乘的网格,才能保证分析的精度和效果好坏的前提条件。
网格区配率不高将无法进行冷却及翘曲分析。
同时网格中不能出现有相交单元、完全重叠单元、复制柱体以及最大纵横比不能超过16。
通过细分网格及不断的网格优化如
(1)修补问题网格通过合并节点来降低最大纵横比。
(2)修补塌陷面、自由边、重叠单元。
(3)修补零面积单元。
通过网格修补、优化后得到符合分析精度的网格信息、质量。
如下面是分析截图得到细分网格质量比较好用于模流分析:
图3.31网格统计
3.32选择成型材料
根据前面的塑件的原材料分析,最适合选用ABS材料。
因此选用GE的PC+ABS,牌号为62031。
软件中选择材料品牌截图如下:
图
图3.32选择成型材料
3.33确定最佳浇口位置
初步确定为以下型腔数量及布局进行分析,在创建浇注系统前应先确定产品上的最佳进浇位置。
浇口位置不正确导致性能不良的影响有:
流动熔料前沿形状导致的熔合线和空气气穴都可能影响零件的外观,特别是增强纤维材料,其机械性能将会受到影响。
更改加工条件对这些影响也是无济于事。
如果浇口设在模制件的较薄部分,厚壁的部分会形成收缩痕迹和空隙。
尽管厚壁部分需要更长的保压时间,但由于材料在薄壁部分结晶较快(图1),厚壁部分将不再有熔料供应。
结果除了会产生光学和机械问题之外,还会在厚壁区域增大收缩量,在非增强型塑料中甚至会导致翘曲变形。
经过MOLDFLOW的模拟分析,得到以下结果:
3.33最佳浇口位置
根据浇口选择原则及从分析图中可知最佳浇口位置在各个凸缘部分最为合适,因此选择靠近中间位置的凸缘为浇口进浇位置。
3.34创建浇注系统及优化
浇注系统是熔融塑胶由机台料筒进入模具型腔的通道,将处于高压下的熔融塑胶快速、平稳地引入型腔。
浇注系统设计不好将导致制品变形和翘曲,其流道和浇口的选择是否合适,对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。
同时有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦,从而引起塑料褪色。
一模多腔时,应使各模腔的容积不致相差太多,否则难以保证制品质量,如圆形浇口与矩形浇口分析对比:
方案一、二圆形浇口与矩形浇口的充填时间分析对比:
充填时间充满型腔的时间及到达各个部位的时间,充填时间太慢会导致生产效率降低,生产成本上升及周期提高,因此在保证产品质量的前提下尽量提高充填时间。
图3.341圆形浇口充填时间
图3.342矩形浇口充填时间
方案一、二圆形浇口与矩形浇口浇注系统的缩痕指数分析对比:
缩痕指数指产品表面产生缩痕的概率,指数高的部位往往是在低压力或零压力状态下完成凝固,没有得到充分的补收缩和压实,出现缩水的可能性高。
负缩痕指数表示那些部位存在过保压现象,在顶出过程中可能会粘模。
从型腔中取出后在没有外力的约束下,收缩的指数是最高的。
缩痕指数过高会导致产品在最后成型时收缩太多而产品尺寸减少,达不到理想的产品质量要求。
图3.343圆形浇口缩痕指数
图3.344矩形浇口缩痕指数
通过对比发现充填时间圆形浇口比矩形浇口要花3倍多的时间,缩痕指数矩形浇口较好。
由于圆形浇口比较难加工而且矩形浇口分析得到的制品效果更好,因此选用矩形浇口作为制品与分流道的中间连接部分。
3.35创建冷却系统及优化
冷却系统对于塑料成型有着重要的影响。
通过优化冷却系统的布局,可以达到使塑件快速、均衡冷却的目的,从而缩短注射成型的冷却时间,提高劳动生产效率,提高制品质量,减小废品率。
如果冷却不好或冷却不均匀,必然导致收缩不均匀,从而使产品质量达不到要求。
为了分析不同冷却系统的效果,设置两道不同水路进行模拟分析对比。
方案一、二交叉形冷却系统与平行冷却系统所有变形量的分析对比:
变形,所有因素:
变形总变形量显示的是产品上每一点变形量。
在形成最终产品时产品每个部位的变形量多少。
冷却系统的好坏将会影响产品冷却不均匀,从而收缩不均匀,最终导致产品尺寸不合格,质量要求不够。
在注射过程中,塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀,这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。
图3.351交叉形冷却系统的变形
图3.352平行冷却系统的变形
方案一、二交叉形冷却系统与平行冷却系统回路冷却介质温度的分析对比:
回路冷却介质温度
回路冷却介质温度指冷却回路进水口和出水口的温度差。
冷却回路温差不宜超过2-3度。
温差过大会使模具温度不均,特别是塑件型腔和模板尺寸很大时,为使塑件的冷却速度基本一致,可以改变冷却水管排列形式。
冷却管道的温差越小,说明冷却的效果越好。
经过分析得出交叉形冷却系统回路介质温度温差只有0.08度,而平行冷却系统温差有0.22度。
图3.353交叉形冷却系统的回路冷却介质温度
图3.354平行冷却系统的回路冷却介质温度
对比仿真分析的充填时间、塑件所有变形因素、回路冷却介质温度,交
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