电机盖注塑模设计与CAE分析.docx
- 文档编号:30147759
- 上传时间:2023-08-05
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:763.94KB
电机盖注塑模设计与CAE分析.docx
《电机盖注塑模设计与CAE分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电机盖注塑模设计与CAE分析.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电机盖注塑模设计与CAE分析
摘要......................................................3
Abstract..................................................4
第一章绪论...............................................5
第1.1节研究背景.........................................5
第1.2节我国塑料工业的发展现状与特点.....................5
第1.3节塑件分析.........................................6
第二章注塑模具的三维设计及校核..........................10
第2.1节概述............................................10
第2.2节模具总装图......................................10
第2.3节注塑机的选择....................................10
第2.3.1塑件体积和质量的计算...........................10
第2.3.2注塑机的型号和规则的选择.......................10
第2.3.3型腔和型芯尺寸的计算...........................11
第2.4节浇注系统设计....................................12
第2.4.1浇口和分流道设计...............................12
第2.4.2分型面的确定...................................13
第2.4.3浇口的选用.....................................14
第2.4.4排气槽的设计...................................14
第2.4.5冷却系统的设计.................................14
第2.5节脱模结构设计....................................14
第三章模流分析..........................................15
第3.1节概述............................................15
第3.2节模流分析的前期工作..............................15
第3.2.1Pro/e建立塑件模型.............................15
第3.2.2网格划分.......................................16第3.3节最佳浇口位置分析................................19
第3.4节冷却+流动+翘曲分析..............................19
第3.4.1主要的流动的分析结果的分析.....................19
第3.4.2主要的冷却的分析结果的分析.....................25
第3.4.3主要的翘曲的分析结果的分析.....................28
第3.5节本章小结........................................31
第四章总结与展望........................................32
参考文献.................................................33
致谢.....................................................34
电机盖注塑模设计及CAE分析
摘要
塑料工业是一门新兴产业,自塑料问世后几十年,塑料来源丰富,制作方便及成本低廉、金属零件塑料化的发展很快,在机械电子、国防、交通、通讯、建筑、农业、轻工业和日常生活用品等行业中都得到了广泛的应用,对塑料模具要求量增加。
因此,研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本文主要介绍了电机盖注塑模具的设计过程,以Pro/e、CAD等绘图工具为基础,对注塑模具的结构进行了详细的设计,完成了模具的装配图以及主要零件的零件图。
设计过程中,介绍了模具的工作原理,并对模具的浇注系统、成型部分结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择以及相关参数的校核做出了详细的计算。
除了设计之外,本文还通过模流分析软件Moldflow对模具浇注系统、冷却系统及流动系统进行了模拟分析,基本完成了模具的整个设计过程。
关键词:
电机盖、注塑、模具、moldflow
Abstract
Plasticsindustryisanemergingindustry,sinceseveraldecadesaftertheadventofplastic,plasticsourceofrich,convenientandlow-costproduction,plasticandmetalpartsofthedevelopedrapidly,inmachineryandelectronics,defense,transportation,communication,construction,agriculture,lightindustryanddailynecessities,suchasindustry,havebeenwidelyusedontheplasticmoldrequestedincrease.Therefore,theresearchcaststhemoldtounderstandtheplasticproducttheproductionprocessandimprovestheproductqualitytohavetheverybigsignificance.
Thispaperappliesthedesignprocedureoftheinjectionmoldofmotorcover.DetaileddesignofthestructureoftheinjectionmoldiscarriedoutbasedonPro/eandCAD.Theassemblydrawingandsomepartdrawingsofthemainpartsarecompleted.Duringtheprocessofthedesign,theoperatingprincipleofthemoldwasintroducedanddetailedcalculationofthefeedsystem、structureofthemoldingpart、Ejectionsystem、coolingsystem、chooseoftheinjectionmoldingmachineandcheckoftherelevantparameterisprovided.Besides,thesimulationofthefeedsystem、coolingsystemandrunningsystemisgivenoutthroughmoldflow.Theentireprocessofthedesignismostlycompleted.
Keywords:
Motorcover;injection;mold;moldflow
第一章绪论
1.1研究背景
塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。
它在电脑、手机、汽车、电机、电器、仪器仪表、通讯产品制造中具有很重要的作用,应用极其广泛。
注射成形是成形热塑件的主要方法,因此应用范围很广。
注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化,使之成为高黏度的流体,用柱塞或螺杆作为加压工具,使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中,经过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。
本设计的是电机端盖,只要是用来安装电机时起到一个固定作用,而且也对电机后端起到一个很好的保护作用,电机后端接的电机线,若安装上本产品,那么久更加安全保护,让其使用寿命大大增加。
1.2我国塑料模具工业的发展现状及特点
近年来,模具行业结构调整和体制改革步伐加大,主要表现在,大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品;塑料模和压铸模比例增大;专业模具厂数量及其生产能力增加;“三资”及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等。
从地区分布来看,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。
目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江,江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展,模具成型具有优质,高产,低消耗,低成本的特点。
因而,在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用。
在模具成型中,塑料成型占很大的比重。
由于塑料具有化学稳定性好,电绝缘性强,力学性能高,自润滑,耐磨及相对密度小等独特的优异性能,成为工业部分必不可少的新型材料。
我国塑料模具工业今后的主要发展方向:
提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例;在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术;推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术;开发新的成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式;提高塑料模标准化水平和标准件的使用率;应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要;研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
1.3塑件分析
图1-1电机盖结构
外形尺寸:
该塑件壁厚为5mm左右,塑件的外形尺寸不大,塑件材料为热塑性材料,流动性较好,适合于注塑成型。
精度等级:
未标注工差取工差为MT3级。
注塑方式:
对于塑件外形结构的分析,首先想到的是使用直浇口,将浇口位置放置于塑件中心位置。
优势之处在于注塑简单,容易达到注塑的工艺要求。
但是,同时,也给后续的工作造成了不便,塑件需要额外的进行加工,增加了工作量。
之后,考虑使用点浇口的方式进行注塑,即在塑件的四个面上取四个注塑浇口,但是这种注塑方式由于注塑的浇口较小,注塑过程较长,同时也有可能造成塑料难以充满型腔,造成注塑的缺陷。
同时,采用点浇口注塑也会使的表面出现瑕疵。
经过多次的选用研究,最后决定采用中心浇口进行注塑,即在凸模上面加开十字槽,浇口向槽中注塑,通过十字槽塑料从两侧流进型腔中,从而完成注塑。
所用塑料:
PP塑料
化学名称:
聚丙烯
成型收缩率:
Max=2.5%
比重:
0.9-0.91克/立方厘米
成型温度:
160-220℃
干燥条件:
物料性能密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件
性能特性:
(1)物理性能:
聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,密度只有0.90~0.91g/cm3,是目前所有塑料中最轻的品种之一。
它对水特别稳定,在水中24h的吸水率仅为0.01%,分子量约8~15万之间。
成型性好,但因收缩率大,厚壁制品易凹陷。
制品表面光泽好,易于着色。
(2)力学性能:
聚丙烯的结晶度高,结构规整,因而具有优良的力学性能,其强度和硬度、弹性都比HDPE高,但在室温和低温下,由于本身的分子结构规整度高,所以冲击强度较差,分子量增加的时候,冲击强度也增大,但成型加工性能变差。
PP最突出的性能就是抗弯曲疲劳性,如用PP注塑一体活动铰链,能承受7×107次开闭的折迭弯曲而无损坏痕迹,干摩擦系数与尼龙相似,但在油润滑下,不如尼龙。
(3)热性能:
PP具有良好的耐热性,熔点在164~170℃,制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌,在不受外力的,150℃也不变形。
脆化温度为-35℃,在低于-35℃会发生脆化,耐寒性不如聚乙烯。
(4)化学稳定性:
聚丙烯的化学稳定性很好,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,对其它各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使PP软化和溶胀,同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高,所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件,防腐蚀效果良好。
(5)电性能:
聚丙烯的高频绝缘性能优良,由于它几乎不吸水,故绝缘性能不受湿度的影响。
它有较高的介电系数,且随温度的上升,可以用来制作受热的电气绝缘制品,它的击穿电压也很高,适合用作电气配件等。
抗电压、耐电弧性好,但静电度高,与铜接触易老化。
(6)耐候性:
聚丙烯对紫外线很敏感,加入氧化锌、硫代丙酸二月桂酯、碳黑或类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。
PP聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,密度只有0.90~0.91g/cm3,是目前所有塑料中最轻的品种之一。
它对水特别稳定,在水中24h的吸水率仅为0.01%,分子量约8~15万之间。
成型性好,但因收缩率大,厚壁制品易凹陷。
制品表面光泽好,易于着色。
聚丙烯的化学稳定性很好,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,对其它各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使PP软化和溶胀,同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高,所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件,防腐蚀效果良好。
聚丙烯的高频绝缘性能优良,由于它几乎不吸水,故绝缘性能不受湿度的影响。
它有较高的介电系数,且随温度的上升,可以用来制作受热的电气绝缘制品,它的击穿电压也很高,适合用作电气配件等。
抗电压、耐电弧性好,但静电度高,与铜接触易老化。
玻纤增强改性PP,通常,PP材料的拉伸强度在20M~30MPa之间,弯曲强度在25M~50MPa之间,弯曲模量在800M~1500MPa之间。
如果要想把PP用在工程结构件上,就必须使用玻璃纤维进行增强。
玻纤增强改性PP,通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。
具体来说,拉伸强度达到了65MPa~90MPa,弯曲强度达到了70MPa~120MPa,弯曲模量达到了3000MPa~4500MPa,这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美,并且更耐热。
玻纤增强改性PP,一般ABS和增强ABS的耐热温度在80℃~98℃之间,而玻璃纤维增强的PP材料的耐热温度可以达到135℃~145℃。
它可以被用来制作冰箱、空调等制冷机器中的轴流风扇和贯流风扇。
此外,它也可以用于制造高转速洗衣机的内桶、波轮、皮带轮以适应其对机械性能的高要求,用于电饭煲底座和提手、电子微波烤炉等对耐温要求较高的场所
聚氨酯polyurethanes聚氨酯材料是目前国际上性能最好的保温材料。
主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物。
英文缩写PU。
由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。
由于含强极性的氨基甲酸酯基,不溶于非极性基团,具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。
用不同原料可制得适应较宽温度范围(-50~150℃)的材料,包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。
高温下不耐水解,亦不耐碱性介质。
常用的单体如甲苯二异氰酸酯、二异氰酸酯二苯甲烷等。
多元醇分3类:
简单多元醇(乙二醇、丙三醇等);含末端羟基的聚酯低聚物,用来制备聚酯型聚氨酯;含末端羟基的聚醚低聚物,用来制备聚醚型聚氨酯。
聚合方法随材料性质而不同。
合成弹性体时先制备低分子量二元醇,再与过量芳族异氰酸酯反应,生成异氰酸酯为端基的预聚物,再同丁二醇扩链,得到热塑弹性体;若用芳族二胺扩链并进一步交联,得到浇铸型弹性体。
预聚物用肼或二元胺扩链,得到弹性纤维;异氰酸酯过量较多的预聚体与催化剂、发泡剂混合,可直接得到硬质泡沫塑料。
如将单体、聚醚、水、催化剂等混合,一步反应即可得到软质泡沫塑料。
单体与多元醇在溶液中反应,可得到涂料;胶粘剂则以多异氰酸酯单体和低分子量聚酯或聚醚在使用时混合并进行反应。
聚氨酯弹性体用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆和医用人工脏器等;软质泡沫体用于车辆、居室、服装的衬垫,硬质泡沫体用作隔热、吸音、包装、绝缘以及低发泡合成木材,涂料用于高级车辆、家具、木和金属防护,水池水坝和建筑防渗漏材料,以及织物涂层等。
胶粘剂对金属、玻璃、陶瓷、皮革、纤维等都有良好的粘着力。
此外聚氨酯还可制成乳液、磁性材料等。
一、日常生活中的应用是:
家具业应用1.沙发、2.床垫、3.粘合剂、4.涂料、5.油漆、6.座椅扶手家用电器应用1.冰箱、冷柜、消毒柜、热水器等、2.电线电缆护套、3.电器绝缘漆、4.洗衣机电子器件与防水灌封胶建筑业应用1.建筑墙体保温、2.屋顶防水、3.密封胶、4.粘合剂、5.内外墙涂料、6.地板漆、7.合成木材、8.防水堵漏剂、9.塑胶地板交通行业应用1.汽车内饰件:
座椅,扶手,头枕,门内板,仪表盘,方向盘,减震垫;外饰件:
保险杠,挡泥板、2.地毯衬里,油漆、3.保温绝缘部件、管路、4.密封垫圈、5.防滑链制鞋、制革业应用1.鞋底、2.粘合剂、3.皮革整饰剂、4.人造革、合成革涂层体育行业的应用塑胶运动场地(篮球、排球、羽毛球、网球),运动服装(舞蹈服、泳衣、);运动鞋、滑板车。
第二章注塑模具的三维设计及校核
2.1概述
本章主要对注塑模具的三维设计做了详细描述,给出了注塑模具的三维图以及装配图,并对注塑压力、锁模力、注塑机等做出了较为详细的校核
2.2模具总装图
经过对凸凹模及制件尺寸的计算,选用250X250mm的模架。
总装图如下所示:
图2-1模具总装图
2.3注塑机的选择
2.3.1塑件体积和质量的计算
体积:
根据塑件形状进行计算,得到塑件体积
≈54660.59mm²≈54.66cm²
质量:
取材料聚甲醛(POM)的密度取
=1.41g/cm²,则单个塑件的质量m≈77.07g
2.3.2注塑机的型号和规格的选择
根据对塑件体积的计算[3],可选择设备型号、规格、确定型腔数。
注射机的额定注射量为Vb,每次的注射量不超过它的80%,即
(2-1)
式中:
n—型腔数;
—浇注系统的体积(g);
—塑件体积。
根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积
≈30cm²。
经设计,采用单型腔注塑,所以n=1。
则经计算:
Vb=105.8立方厘米。
根据计算的各项参数,选择注塑机型号为XS-ZY-125,注塑机的各项参数如表2-1所示:
2-1注塑机参数
型号
XS-ZY-125
螺杆直径/mm
304542
理论注塑容积/
104106125
注射压力/MPa
150
锁模力/kN
900
最大注射面积/cm²
360
最大模具厚度/mm
350
最小模具厚度/mm
200
模板尺寸/mm
移模行程/mm
300
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴口直径/mm
4
合模方式
液压-机械
顶出形式
两侧推出
2.3.3型腔和型芯工作尺寸的计算
计算所需要的公式如下所示:
经查表计算所得:
型腔厚度为5(-0,01-+0.01)mm
型腔径向尺寸81(-0.1-+0.1)mm
型腔高度为45.5(-0.05-+0.05)mm
主型芯直径为36(-0.01-+0.01)mm
主型芯高度为18(-0.01-+0.01)mm
型芯直径为15(-0.01-+0.01)mm
型芯高度为10(-0.01-+0.01)mm
2.4浇注系统设计
2.4.1浇口和分流道设计
浇口的位置很难通过理论公式计算,根据浇口位置设计的原则:
能使型腔各个角落同时充满、利于补缩、利于排气、避免产生熔合纹、不影响制品外观等,故选择中心孔四周的孔壁处作为浇口。
由于点浇口生产会在外观上产生瑕疵,也为了更好更有效的生产,故采用了中心浇口的注塑方式。
同时为了方便生产,将分流道直接做在凸模上,即在凸模上加开十字槽作为分流道。
图2-2分流道三维视图
2.4.2分型面的确定
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。
一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜,我们在这里选用与合模方向垂直。
选择分型面的原则:
(1)有利于脱模;
(2)有利于保证塑件的外观质量和精度要求;
(3)有利于成型零件的加工制造;
(4)分型面数目与形状通常采用平行分型面,即采用一个与注射机开模运动方向垂直的分型面;
(5)型腔方位的确定:
在决定型腔在模具内的方位时,分型面的选择应尽量防止形成侧孔或侧凹,以避免采用比较复杂的模具结构;
(6)有利于侧向抽芯;
(7)考虑侧向抽拔距;
(8)应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上,而将短抽拔距作为侧向分型芯或抽芯,并注意将侧抽芯放在动模边,避免定模抽芯;
(9)锁紧模具的要求;
(10)有利于排气;
(11)分型面的选择应考虑注射机的技术参数。
综上所述,由于塑件结构相对简单,无侧抽芯,故将分型面设计于塑件的最底部。
动模脱开,后由顶出机构将塑件由分型面顶出。
2.4.3浇口套的选用
由于模具比较简单,注塑方式不复杂,故使用一般的浇口套就行,浇口套三维图如图所示(详细参数见零件图):
图3-3浇口套
2.4.4排气槽的设计
该塑件由于采用中心浇口进料熔体经塑件上方的中心孔向下注塑,而内部的气体可以从凸模与凹模结合处的型芯柱的间隙排出,同时,底面的气体也会沿着分型面等间隙排出。
2.4.5冷却系统的设计
温度对塑件质量影响非常大,因此温度控制在注塑过程中显得尤为重要。
对一般塑件,必须使模温较低,并保持恒定温度,以减少塑件成型收缩率的波动,提高塑件尺寸稳定性。
另外,模具型芯和型腔的各部分温差太大,会使塑件收缩不均匀导致翘曲变形,特别是对于壁厚不一致和形状复杂的塑件,常常会出现因收缩不均匀而变形的情况,因此,必须设计合适的冷却回路,使模具型腔、型芯各个部分的温度基本一致,从而使塑件各部分的冷却速度相同。
由于PP材料属于热塑性材料,它的热变形温度为80℃,故模具温度初步选定为60℃,用常温水对模具进行冷却。
2.5脱模机构设计
由于塑件较大,同时注塑较为简单,故在定模的三处边缘加三个顶杆,采用机械顶出方式进行顶出。
第三章
模流分析
3.1概述
模流分析是运用moldflow软件对塑件进行最佳浇口分析、填充和翘曲分析、冷却分析等等,大致模拟出从填充到保压最后开模的整个过程。
3.2模流分析的前期工作
3.2.1Pro/e建立塑件模型
要进行模流分析,首先必须将待分析件的模型建立出来,同时并转换成moldflow可以识别的格式。
如图3-1所示,将Pro/e模型转换成stl格式:
图3-1塑件三维模型
转化之后所呈现的图形如下:
图3-2stl格式
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机 注塑 设计 CAE 分析