毕业设计分析方案模流分析分析方案.docx
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毕业设计分析方案模流分析分析方案
TheMoldingCAEforthePlasticProductofMobileCharger
RearShellandDesign&ManufacturingofMold
系部模具技术系
专业模具设计与制造班级模具0838班学生姓名丁宝健
学号20813806指导老师张金标莫建华
2018年4月15日
摘要:
该毕业设计根据企业的需要,课题为手机充电器后盖塑件成型CAE及模具设计
制造。
该文首先介绍了我国塑料模具的现状、发展趋势及我国塑料模具发展的新技术,着重介绍了模具CAD/CAE/CAM技术及其应用情况。
其次围绕手机充电器后盖塑件进行成型CAE分析,对注塑成型模具进行了设计,其主要内容包括:
针对制品的结构特点,确定模具的型腔数目、分型面以及脱模机构。
选择合理的浇注系统和冷却系统。
分析并设计注塑工艺,制定合理的注塑工艺流程,正确选用注塑设备。
然后查阅模具设计手册,选择模架,确定模架的结构尺寸,完成模具的总体设计。
利用UGNX软件对零件进行三维造型,并实现零件的三维装配,同时充分利用计算机绘图软件对零件进行设计,形成了整套注塑模具CAD图。
最后讲述了塑料模具的制造:
模具的生产过程、模具零件的主要加工方法及数控加工程序编制。
该毕业设计使得作者对模具整个设计与制造过程有了更深的理解。
关键词:
注塑成型优化CAD/CAE/CAM模具设计模具加工工艺
Abstract:
Basedontherequirementsofdailylife,thetopicofthisdiplomaprojectisTheMoldingCAEforthePlasticProductofMobileChargerRearShellandDesign&ManufacturingofMold.First,thearticleintroducedthepresentsituationofplasticmold,thetrendandnewtechnologyofthedevelopmentinourcountry.EmphasizeintroducethetechniqueofmoldCAD/CAE/CAManditsapplication.Second,itcarriesontheCAEforplasticproductofmobilechargerrearshellmoldingandthedesignofmold.Itsprimarycoverageincludes:
Accordingtotheconstructfeaturesoftheproduct,numbersofmoldcavitiesandthepartingsurfaceandthedemouldingmachinearedetermined.Reasonablepouringchannelandcoolingsystemsareselected.Andtheninjectiontechnologyisanalyzedandtechnologyprocessismadereasonablyandtheinjectionequipmentisselectedcorrectly.Amoldcarrierisselectedbylookingupmoldhandbookandthediecarrierconstructsizeisdetermined.Atlast,theglobaldesignofthemold.Anddrawingsoftwareisusedtodesignparts,andaseriesofCADdrawingsarecompleted.Then3DdrawingofpartsisdesignedbyUGNXand3Dassemblyofpartsiscarriedout.Finallythearticlenarratedthemanufactureofplasticmold:
theproductionprocess,themainprocessingmethodandhascarriedontheanalysistothetypicalcomponentsprocessingcraftandCNCMachiningandtheproductionofinjectionmoldingprocess.Throughtheprojectofthemold,theoverallprocessofthedesignhasbeenclearlyanddirectlyknown.
Keyword:
injectionmolding。
optimize。
CAD/CAE/CAM。
molddesign。
moldmanufacturing。
process
引言5
第1部分模流分析报告8
1.1基础理论知识8
1.1.1注塑模CAD/CAE/CAM技术8
1.注塑模CAD/CAE/CAM系统组成8
2注塑模CAD/CAE/CAM系统的运用过程及特点8
1.1.2Moldflow软件技术应用111.Moldflow软件概要11
2.MoldflowPlasticInsight 1.2制件分析13 1.2.1制件结构分析13 1.2.2制件材料分析15 1.物料性能15 2.成型性能15 1.3模流分析模型准备16 1.3.1模型简化16 1.3.2网格模型诊断修复17 1.网格划分与统计17 2.纵横比诊断及修复18 3.其他网格缺陷的诊断修复19 1.4浇口位置方案优化20 1.4.1初始方案20 1.4.2优化方案21 1.4.3结论22 1.5保压、冷却工艺方案优化23 1.5.1初始方案231.初始方案设定232.初始方案部分分析结果23 1.5.2优化方案251.优化方案设定252.优化方案部分分析结果26 3.方案优化前后质量控制参量对比27 1.5.3结论28 第2部分模具设计说明书30 2.1产品成型总体方案确定30 2.1.1制件成型方法选择30 2.1.2模具布局方案的确定30 2.2注塑设备的选择30 2.2.1计算塑件的体积和重量30 2.2.2选择设备型号、规格、确定型腔数30 2.3浇注系统设计31 2.3.1确定成型位置31 2.3.2分型面的选择31 2.3.3浇口套的选用32 2.4.4流程比的校核32 2.4脱模机构的设计33 2.4.1顶出机构33 2.4.2脱模力的计算33 2.5侧向抽芯机构的设计33 2.5.1抽拔距与抽拔力的计算34 1.抽芯距的计算34 2.抽芯力的计算34 2.5.2抽芯机构的设计35 1.滑块与滑块槽的设计35 2.定位装置的设计36 3.斜导柱的设计与计算36 2.6温度调节机构的选择36 2.6.1模具温度调节对塑件质量的影响36 2.6.2冷却系统的设计原则37 2.6.3冷却装置的布置如下37 2.7注射机有关工艺参数的校核38 2.7.1注射量的校核38 2.7.2锁模力与注射压力的校核38 1.锁模力的校核38 2.注射压力的校核39 2.7.3材料厚度与注射机开模行程的校核39 1.材料厚度的校核39 2.注射机开模行程校核39 2.8成型零部件的设计与计算机构形式39 2.8.1成型零部件的结构形式39 1.凹模的结构设计39 2.型芯的结构设计39 2.8.2成型零部件的工作尺寸的计算40 2.9模架、支承与连接零件的设计与选择41 2.9.1定模座板<400mm×500mm×30mm)41 2.9.2定模板<330mm×500mm×80mm)41 2.9.3动模板<330mm×500mm×100mm)41 2.9.4动模座板<400mm×500mm×30mm)41 2.10合模导向与定位机构的设计41 2.10.1导柱导向机构42 2.10.2导向孔、导套的结构及要求42 2.10.3导柱布置42 2.11排气与引气系统42 2.11.1排气系统的作用及气体来源42 2.11.2排气系统的设计要点42 2.11.3本方案的排气方式42 第3部分模具加工工艺与使用维护方案44 3.1模具型芯零件加工工艺方案44 3.1.1工艺路径44 3.1.2加工工艺卡44 3.1.3数控铣削加工编程48 1.粗加工工艺48 2.精加工工艺49 3.清根加工工艺50 4.后处理生成加工程序51 3.2模具装配工艺方案533.2.1塑料模具装配与调试的基本工作流程53 3.2.2模具装配工艺流程54 3.3模具的安装与调机要点55 3.3.1模具安装与调机55 3.3.2调试问题解决要点56 3.4模具使用维护要点57 3.4.1模具使用57 3.4.2模具的维护58 第4部分科技英文资料中文翻译61 4.1英文技术文章——Theory: CoolingOverview61 4.2中文翻译——原理: 冷却综述70 第5部分毕业设计总结77 5.1毕业设计工作体会77 5.2毕业设计工作安排77 5.3工作进程管理78 5.4技术路径和解决方案78 5.4.1技术路径78 5.4.2系统问题解决方案80致谢81参考文献82附件模具图纸82 引言 近年来,我国塑料模具工业水平已有较大提高。 大型塑料模具已能生产单套重量达50t以上的注塑模,精密塑料模的精度已可达到3μm,制件精度为0.5μm的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产,多腔塑料模已能生产一模7800腔的 塑封模,高速模具方面已能生产4m/min以上挤出速度的高速塑料异型材挤出模及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。 在生产手段上,模具企业设备数控化率已有较大提高,CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩大,高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多。 模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高,热流道模具的比例也有较大提高。 三资企业蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高。 国外注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。 并且先进工业国家在链条与模具生产中均采用了可靠性设计以及CAD/CAM技术,开发新品速度快、精度高,质量较有保证。 国际著名商品化三维CAD/CAM系统,如美国的UG、Pro/E、Solidworks、MDT等均陆续在模具界得到应用。 UG公司开发了同类型的模块UG/moldwizard。 目前发达国家模具标准化程度达到50%以上,并有完善的标准系列,包括零件标准和模架标准,国际标准化组织已制订了国际模具系列标准,标准件品种多,规格全,质量高,而且全部均已商品化。 塑料成型模具的产量和水平发展十分迅速,高效率、自动化、大型、精密、长寿命模具在模具总产量中所占比例越来越大,模具的发展趋势正在朝塑料模的高效率自动化、大型塑料模具、高精度塑料模具和模具计算机辅助设计 模具行业是一个高新技术密集型,且又十分重视经验的行业。 随着近代工业的飞速发展,塑料制品的用途日益广泛,注塑模具工艺得到空前的发展,依靠人工经验来设计模具已经不能满足需要,企业越来越多地利用注塑模流分析技术来辅助进行塑料模具的设计,指导塑料成型生产。 模塑CAE技术是多学科相互交叉的产物,既包含数理计算方法,又加入了诸多资深工程师的经验。 模塑CAE分析是优化模具设计与产品成型工艺的最佳途径。 利用这类软件,设计人员可以仿真出塑料成型过程中的充填、保压、冷却及脱模后的翘曲变形等过程及结果,准确预测塑料熔胶在模腔内的流动状况,温度、压力、剪切应力以及体积收缩等变量在整个充填过程中某瞬间的分布情况。 利用注塑模流分析技术,能预先分析模具设计的合理性,减少试模次数,加快产品研发速度,提高企业生产效率。 其优点更体现在产品全寿命周期管理 在设计注塑制品时,能够在保证塑件成型的前提下,优化制品的厚度设计,合理进行材料的选择。 从而降低注塑材料、注塑模具的生产成本,加速产品上市速度,增强产品竞争力。 在设计注塑模具时,可优化型腔及浇注系统的布置,确定流道、浇口的尺寸,并可根据分析得出的收缩率,确定模具的型腔、型芯尺寸,预估注射压力和锁模力,以利于选择合适的注塑机,保证塑件成型质量,降低注塑机使用成本。 在产品决策时,可根据分析结果合理确定注塑制品的成型周期,并结合材料价格和注塑机运作情况,正确预测注塑制品的生产成本和产品价格,提高决策的可靠性。 在制定注塑工艺时,可优化注射压力、注射时间、保压时间、模具温度、熔融树脂温度及制品脱模温度等工艺参数,从而优化成型工艺,减少试模费用,降低塑件成本。 注塑模具是塑料成型加工的重要装备,近年来,随着计算机技术的蓬勃发展及其向各个领域的不断渗透,国内绝大多数的现代化模具及塑料生产企业都非常重视计算机辅助技术的应用,基本淘汰了传统的生产方式。 利用现代的设计理论,并结合先进的计算机辅助技术进行注塑模的设计和改进,能够大幅度提高产品质量,缩短研发周期,降低生产成本,提升企业的核心竞争能力。 随着工业生产的飞速发展,新产品的不断涌现,对模具的设计与制造速度、加工质量,提出了更高的要求,即要求以最短的周期、最低的成本来完成这一工装准备工作,以加速新产品投产及产品更新换代,提高经济效益及竞争力。 在现代工业生产中,模具的应用日益广泛,已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。 模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具,在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。 本课题是手机充电器后盖塑件成型CAE及模具设计制造,课题来源于常州TSK精密注塑有限公司。 本毕业设计首先对塑件进行三维造型针。 根据制件及技术要求,进行浇口位置分析、成型窗口分析、充填分析,进行结果解读,预测产品质量缺陷;进行模具布局设定,初步确定冷却方案及工艺参量设定,进行冷却分析、流动分析、翘曲分析,进行结果解读;优化浇注系统、模具冷却方案、工艺参量设定,进行冷却、流动、翘曲分析,解读分析结果。 确定最终优化模具方案及成型工艺方案,预测产品质量,制定注塑成型工艺卡。 在进行模具结构设计时,首先对塑件进行结构工艺性分析。 该塑件形状不规则,有侧孔及内部有凸台,所以加工有一定的难度。 且采用的是PC材料,它具有成型性好,收缩率较大,力学性能好等特点。 由于手机充电器后盖塑件为日常生活用品,内部的圆柱凸台是用来定位的,所以要求型腔的加工位置精度要高。 根据塑件的结构工艺特点,进行模具结构设计。 在选择注塑机时,主要从注射量、锁模力等方面进行考虑;并确定注塑工艺流程,编写注塑工艺流程图。 接着对各个系统进行设计,如浇注系统、排气系统、推出系统及冷却系统等。 通过对模具的结构设计,利用UG NX对零件进行三维造型和模具装配设计,绘制模具的装配图和一系列零件图。 对主要成型零件,制定零件加工工艺卡,应用CAM对成型零件进行粗精加工程序编制,进行模具凹型腔仿真加工,采用合理的加工工艺路线,对模具的装配工艺进行分析,编写模具装配工艺流程。 毕业设计报告 手机充电器后盖塑件成型CAE及模具设计制造 第1部分 第1部分模流分析报告 1.1基础理论知识 1.1.1注塑模CAD/CAE/CAM技术 CAD/CAE/CAM系统是一门综合技术。 CAD/CAE/CAM的含义分别是: CAD(ComputerAidedDesign>——计算机辅助设计;CAE(ComputerAidedEngineering>——计算机辅助工程;CAM(ComputerAidedManufacturing>——计算机辅助制造。 目前,市场上CAD/CAE/CAM软件、硬件品种繁多,但现在还没有一套专业的、集成化的注塑模CAD/CAE/CAM系统。 绝大多数企业使用的CAD/CAE/CAM系统是企业根据自身的技术特点、资金情况,从市场上采购合适的CAD/CAM通用机械软件和专业的注塑模CAE分析软件配套集合而成的。 一套注塑模CAD/CAE/CAM系统一般由硬件系统和相应的软件系统组成的,如图1-1所示。 图1-1注塑模CAD/CAE/CAM系统基本组成 2注塑模CAD/CAE/CAM系统的运用过程及特点 注塑模CAD/CAE/CAM系统是一个有机的整体,整套系统与企业的人才、技术相结合,最终将决定企业的生产效率和产品质量。 其中的技术因素主要是企业在模具方面多年积累的知识、经验和技巧。 <1)传统的模具设计与制造过程传统的模具设计与制造过程如图1-2所示。 图1-2传统模具设计制造过程 1)产品设计和模型构建。 模具设计人员根据用户提供的资料<一般包括三种类型的资料,第一种是产品样件,第二种是图纸,第三种既有产品样件又有图纸,但需要修改样件模型),构建产品模型,绘制详细的产品图纸,计算加工材料的收缩率,为模具设计做好准备。 2)模具设计。 根据上述产品设计结果来确定注塑机型号、型腔数量、型腔排列、分型面和抽芯机构等,同时要设计浇注系统、冷却系统、顶出系统、排气系统及导向系统等,确定模架等标准件,选用模具材料,绘制模具装配图和主要零部件图纸。 3)模具制造。 在模具装配图及零部件图绘制完成之后,根据设计图纸,经过一系列的加工、制造和装配过程,完成模具的制造。 4)试模、修模。 在模具制造装配完成之后,需在事先选定的注塑机上进行试模。 如果试模顺利,就要对产品形状、尺寸进行校验,检查产品与设计要求的符合程度;如果在试模时发现模具本身存在问题,那么模具就要送回模具车间进行修模处理,直到试模成功,打出合格的产品。 修模、试模是一个十分繁琐、复杂的过程。 在许多情况下,还涉及到模具设计方案的修改,需要对模具结构进行较大的改动,造成反复的修模、试模。 需要注意的是,反复的修模会造成模具内部质量的变化<如出现内应力等 ),导致模具的整体性能降低,致使塑料制品质量不能达标,存在着模具全部报废的可能性。 <2)基于CAD/CAE/CAM系统的模具设计与制造过程传统的设计、制造方法存在着诸多弊端。 随着计算机技术的日益发展,CAD/CAE/CAM技术在现代模具设计生产中得到广泛的应用,使用该技术不仅能够提高一次试模成功率,而且可以使模具设计和制造在质量、性能及成本上都有很大程度的提升。 图1-3所示为使用CAD/CAE/CAM技术进行模具设计与制造的基本过程。 图1-3基于CAD/CAE/CAM系统的模具设计与制造 1)计算机辅助设计 计算机辅助设计系统由硬件和软件组成。 硬件包括计算机及其外围设备。 软件包括系统程序、专业应用程序和各种辅助程序。 注塑机计算机辅助设计过程主要包括以下两个环节。 1在样品或图纸基础上利用CAD软件进行三维造型。 2在真实感效果评价满意的基础上进行模具设计。 2)计算机辅助工程分析 CAE技术是一门以CAD/CAM技术水平的提高为发展动力,以高性能计算机和图形显示设备为发展条件,以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法理论为基础的一项较新的技术。 注塑成型过程中,塑料在型腔中的流动、成型与材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。 因此,对于新产品或一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品,即使是具有丰富经验的工艺和模具设计人员,也很难保证一次性成功地设计出合格的模具。 利用CAE技术,在模具基本设计完成之后,进行注塑成型分析,发现设计中存在的缺陷,从而保证模具设计的合理性,提高模具的一次试模成功率,降低企业的生产成本。 注塑成型CAE分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据,其中主要包括: 1浇注系统的平衡,浇口的数量、位置和大小。 2熔接痕的位置预测。 3型腔内部的温度变化。 4注塑过程中的注射压力和熔融料体在充填过程中的压力损失。 5熔融料体的温度变化。 6剪切应力、剪切速率。 根据CAE分析结果,可以判断模具及其浇注系统的设计是否合理,判断是否合理主要依据如下基本原则: 1各流道的压差要小,压力损失应基本一致。 2整个浇注系统要基本平衡,即保证熔融料体要同时到达,同时充填型腔 。 3型腔要基本同时充填完毕。 4充填时间要尽可能短,总体注射压力要小,压力损失也要小。 5熔接痕和气穴位置合理,不影响产品质量。 3)计算机辅助制造 计算机辅助制造就是借助计算机完成制造过程的各项任务,包括生产工艺准备和制造过程。 注塑模CAM的主要功能包括: 1由计算机完成整个模具生产的工艺过程设计。 2由计算机辅助进行模具车间现场管理。 3完成从模具产品的几何模型到工艺模型的转换。 4加工程序的自动编制。 5利用数控机床进行模具零件的自动加工。 6利用仿真技术测试数控刀具轨迹,检测是否存在过切及或加工干涉现象 。 <3)注塑模CAD/CAE/CAM系统的特点 随着CAD/CAE/CAM技术在模具行业的广泛应用,传统的模具设计、制造方法必将被取代,该技术的优势主要表现在以下几个方面。 1)缩短模具设计与制作周期。 CAD系统内容丰富并且功能强大,CAD数据库存有大量模具标准件信息。 专业的CAD系统还可以提供模具设计的专家辅助系统,其中包含各类经验设计参数和常用设计方法,可以减少设计人员因经验不足而花费的时间,从而大大简化设计过程。 电子化的计算机图纸,不仅可以随时修改,而且可以方便地输出,大大缩短设计周期。 数控机床加工的高效率是一般机床或钳加工不能比拟的。 2)提高模具质量。 计算机辅助设计系统提供的专家设计系统,包含大量的综合技术信息和理论背景知识,为设计人员提供了可靠的科学依据。 在计算机辅助设计过程中,通过合理的人机交互过程,可以发挥设计人员和计算机系统各自的优势,从而使模具设计更加快速、合理。 利用CAM技术可自动生
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