设计模型工具

深圳大学毕业设计(机械类)题目:游戏机手柄方向按钮注射模设计院别:工程技术学院专业:机械设计制造及其自动化学号:1999111216姓名:曾晓红指导教师:程蓉、李积彬、王红志、王贤坤小组成员:刘科亮、唐颖2003年5月23日前言随着各种性能优越的工程塑料不断开发,注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品.
要高质量、经济地生产出注塑制品,必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题,注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本.
注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用,除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外,塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右,所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具,成为发挥注塑成型工艺的优越性,扩大注塑制品的首要问题.
传统的注塑模具设计,主要是依赖设计人员的经验,设计的速度、质量及可靠性的程度,因设计人员的经验而异.
又因模具是单品或极少批量的产品,采用传统设计方法,每一张图纸都需要手工绘制,设计人员的工作强度大,设计工作难以达到规范化、标准化.
目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计,其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE.
我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪,近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具水平有了较大提高.
大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶.
模具质量、模具寿命明显提高;模具交货期较前缩短.
模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件.
塑料模是应用最广泛的一类模具.
近年来,我国塑料模有长足的进步.
在制造技术方面,首先是采用CAD/CAM技术,用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段,CAE软件也得到应用.
摘要:首先对产品进行市场调查及工艺分析,定出可行的方案,然后详细介绍注塑模设计的人工及CAD流程,阐述了在Pro/Engineer环境下注塑模设计的一般流程,对塑件进行CAE分析后,进入模具的结构设计及有关参数计算,接着进行浇注系统及模具的有关键零部件设计,最后把关键零部件的二维图和立体图,还有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来.
关键词:按钮、塑料、注塑模、Pro/EngineerInjectionPlasticMoldDesignAbstract:First,investigatedandanalyzedthetechnologyoftheproduct,decidedtheavailableprogram.
AndthenintroducedthemanualandCADprocessoftheinjectionplasticmolddesign.
ExpoundtheprocessoftheinjectionplasticmolddesignundertheenvironmentofPro/Engineer.
AnalyzedtheCAEoftheproduct.
Thendesignedthestructureofthemoldandcomputedtherelatedparameters.
Finallydesigntherelatedpartofthemoldandshowalloftheengineerpicturesandthree-dimensionaldrawing.
Keyboards:button、plastic、mold、Pro/Engineer目录一、概述(一)产品调研报告··················································11、我国模具技术的现状···········································12、注塑成型工艺介绍·············································3、塑件的选择····················································(二)产品的工艺分析报告·············································1、材料的确定····················································2、塑件制件设计的工艺分析········································(三)模具设计流程(手工与CAD方法)···································1、注射模人工设计流程分析········································2、塑模CAD流程···················································(四)模具设计环境与工具·············································1、PRO/E环境介绍·················································2、PRO/E外挂工具及其功能········································二、CAE:有限元与MOLDFLOW分析·········································1、有限元分析·····················································2、塑件的MOLDFLOW分析·········································三、模具设计··························································(一)模具结构设计与参数计算·········································1、塑件制品分析··················································2、注塑机的确定··················································3、模具结构设计··················································4、注塑机参数校核················································(二)浇注系统设计、关键零部件设计····································1、浇注系统的设计················································2、分型面的选择··················································.
3、排气系统的设计················································.
4、成型零件的设计················································.
5、型腔的侧壁和底板厚度计算······································6、导向机构设计··················································7、脱模机构设计··················································.
8、加热和冷却装置设计············································.
四、附图:····························································1、零部件3D图及工程图···········································2、模具3D装配与爆炸图············································五、模具设计的创新与特色总结·········································六、论文存在问题与解决设想···········································七、参考文献·························································八、致谢·····························································摘要:首先对产品进行市场调查及工艺分析,定出可行的方案,然后详细介绍注塑模设计的人工及CAD流程,阐述了在Pro/Engineer环境下注塑模设计的一般流程,对塑件进行CAE分析后,进入模具的结构设计及有关参数计算,接着进行浇注系统及模具的有关键零部件设计,最后把关键零部件的二维图和立体图,还有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来.
关键词:按钮、塑料、注塑模、Pro/EngineerInjectionPlasticMoldDesignAbstract:First,investigatedandanalyzedthetechnologyoftheproduct,decidedtheavailableprogram.
AndthenintroducedthemanualandCADprocessoftheinjectionplasticmolddesign.
ExpoundtheprocessoftheinjectionplasticmolddesignundertheenvironmentofPro/Engineer.
AnalyzedtheCAEoftheproduct.
Thendesignedthestructureofthemoldandcomputedtherelatedparameters.
Finallydesigntherelatedpartofthemoldandshowalloftheengineerpicturesandthree-dimensionaldrawing.
Keyboards:button、plastic、mold、Pro/Engineer一、概述(一)、产品调研:1、注塑成型工艺介绍:注塑成型工艺是成型塑料制品的一种重要方法.
其基本路线是塑料原料经注射机熔融塑化并注入模具,在模具中固化后脱模成为制品.
通用注塑方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内,经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用,使物料进行均化和熔融,这一过程又称塑化.
然后再借助于柱塞或螺杆的向熔化好的聚合物熔体施加压力,则高温熔体便通过料筒前面的喷嘴和模具的浇注道系统射入预先闭合好的低温模腔中,再经冷却定型就可开启模具,顶出制品,得到具有一定几何形状和精度的塑料制品.
注塑成型几乎适用于所有的热塑性塑料.
注塑成型的成型周期短(几秒到几分钟),成型制品质量可由几克到几十千克,能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品.
因此,该方法适应性强,生产效率高.
注射成型用的注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类,由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成.
2、塑件的选择:选择的塑件为游戏机手制左侧的"上下左右"按钮,下面是现有市场上的多种游戏机手制按钮,种类繁多,根据需要,最终定出一种比较实用且流行的按钮.
按钮构型方案选择:初设计三种后备按钮,作出比较后选出最佳的一种.
下面是所设计按钮的立体图及二维图.
方案一:立体图:平面图:方案二:立体图:平面图:方案三:装配图:爆炸图:经过对所有类型的游戏机按钮进行调查,游戏机按钮的外型应具有曲线美感,而其曲面造型应使得使用起来时手感好.
现在的市场趋势是游戏玩家偏好较好手感和高质量的游戏手制,从各种类型按钮的外型结构、模具制造的难易程度和市场趋势比较,最终选出方案三的按钮作为塑件.
(二)、产品的工艺分析:1、材料的确定:现有的塑料品种繁多,故要求我们根据塑料的性能和功能来合理选择材料,从所设计的塑件品来分析,确定适合按钮的最佳材料为聚苯乙烯.
查有关资料书可以得知所选的聚苯乙烯的工艺性能如下:注塑工艺及模具条件:干燥处理;除非贮存不当,通常不需要干燥处理.
如果需要干燥,建议干燥条件为80°C,2-3h;密度:1.
04-1.
09克/立方米;熔化温度:180—280°C,对于阻燃性材料其上限为250°C;模具温度:40—50°C;注射压力:20—60Mpa;注射速度:建议使用快速的注射速度.
流道和浇口:可以采用所有常规类型的浇口;收缩率:0.
4%~0.
7%;化学和物理性能:大多数商用的PS都是透明的,非结晶材料.
PS具有非常好的集合稳定性,热稳定性,光学透过特性,电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向.
它能够抵抗水,稀释的无机酸,但能够被强氧化物如浓硫酸所腐蚀.
并且会在一些有机溶剂中发生溶胀变形.
2、塑件制件设计的工艺分析:(1)尺寸和精度尺寸:这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小.
由于受塑料流动性的影响,对流动性差的塑料或薄壁制件,在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大,以免塑料容体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差,从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响.
此外,塑件尺寸还受现有的成型设备规格,参数等的影响.
从本人所设计的塑件按钮总体尺寸分析得知,塑件的尺寸较为合理,不会太大,这样就可以避免塑料容体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型.
其尺寸见工程附图一和附图尺寸精度:塑料制件尺寸公差:塑件图上无公差要求的默认为8级精度,本人所选塑件材料为聚苯乙烯,故定塑件的等级为:5级精度.
(2)形状:塑件的几何形状除应满足使用要求外,还应尽可能使其所对应的模具结构简单,便于加工.
而本塑件的形状具备了以上的优点,故为模具设计带来了方便.
(3)壁厚:塑件的壁厚应根据塑件的使用要求,如强度,刚度,尺寸大小,电气性能及装配要求等确定,塑件壁厚一般在1-4mm范围内.
调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量.
最小壁厚应满足:具有足够的强度和刚度;脱模时能经受脱模机构的冲击和振动;装配时能承受紧固力.
壁厚过大:浪费材料,增加了压塑时间或冷却时间;也影响产品质量.
同一个塑料零件的壁厚应尽可能一致.
否则因冷却速度或固化速度不一致产生附加内应力.
综合考虑以上各种因素,及联系本人设计的塑件的性能和功能要求,初步确定塑件的壁厚为:1~1.
5mm.
(4)脱模斜度:在塑件的内外表面,沿脱模方向应设计足够的脱模斜度.
根据已选定的材料聚苯乙烯,查有关资料书可以得知其脱模斜度范围:50′~2°,结合分析本塑件形状,定其脱模斜度为50′.
(5)加强筋等防止变形的结构设计:加强筋:为提高塑件的强度和刚度,不能仅仅采用增大壁厚的方法,而常采用改变塑件的结构,增设加强的方法来满足其强度,刚度的要求.
采用增设加强筋的方法,有时还能降低物料的充模阻力.
加强筋的作用:增加制品强度;确定本塑件肋尺寸的一般标准:制件壁厚:h=1~1.
5mm,每边的斜角(θ):0.
5°~1.
5,肋高(L):=0.
25~0.
40h,取5.
0mm;肋的厚度(t):0.
4-0.
8h,t=0.
8.
其它加强结构:除采用加强筋外,为避免制品变形翘曲,薄壳状的制件可做成球面或拱曲面.
而本人所设计的塑件正是采用了此加强结构.
(6)圆角:塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡,这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度,而且可以改善物料的流动状态,降低充模阻力,便于充模.
塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.
5~1mm,在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些,综合考虑以上的的各种因素后,定本人所设计的塑件的圆角半径为0.
5mm或1mm.
(7)孔的设计:本人所设计的塑件共有两个孔,其中一个用于孔轴的装配,起固定连接作用,孔径为6mm,孔边距取:2~3mm,孔深应工艺分析—>确定收缩率、分型面—>浇道系统设计—>冷却系统与计算—>模具结构件设计—>注射设备选择—>绘制模具设计图纸.
2、塑模CAD流程:注塑模具CAD即计算机辅助设计,它以计算机软件为工具,不仅完成手工设计的各项任务,包括资料查询、设计构思、模型建立、分析计算、自动绘图、零件成型过程和充模过程模拟;而且对制造中的物流和信息进行控制、管理和监督,包括相对于物流系统是"离线"工作的工艺准备、生产作业计划、数控编程等.
目前,它已被公认为现代注塑模具技术的一个重要方面,是注塑模具生产实现自动化的保证.
它的流程如下图所示:确定模具设计要求分析工艺性浇道、冷却系统设计与计算模具结构设计选择注射机绘制模具设计图收缩效率、分型面确定模具设计人员设计经验专家知识决策能力设计、分析软件绘图环境计算机系统通用CAD/CAE系统硬件基础软件数据库知识库:算法图形库模具要提高制造业水平,必需要有先进的设计工具.
随着计算机硬件性能的不断提高,加上三维软件造型功能的不断完善,CAD已完成从二维向三维质的飞跃,到了三维CAD的实用阶段.
用三维CAD/CAM系统进行产品开发,从根本上改变了过去手工绘图,凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式.
设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品(虚拟样机),这是一种新的设计和生产技术管理体制,是提高企业竞争能力主要手段之一.
人手设计与CAD设计的比较:随着市场竞争日趋激烈,传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求.
因为传统手工绘图设计模式,很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作,因此其工作流程是按顺序进行的.
很多时候是等模具做出来了,对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象.
在设计早期不能全面考虑下游过程的要求,从而使产品设计存在很多缺陷,造成设计修改工作量大,开发周期长,成本高.
要提高制造业水平,必需要有先进的设计工具.
随着计算机硬件性能的不断提高,加上三维软件造型功能的不断完善,CAD已完成从二维向三维质的飞跃,到了三维CAD的实用阶段.
用三维CAD/CAM系统进行产品开发,从根本上改变了过去手工绘图,凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式.
设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品(虚拟样机),这是一种新的设计和生产技术管理体制,是提高企业竞争能力主要手段之一.
(四)、模具设计环境与工具:1、PRO/E模具设计的环境:模具设计于pro/engineer环境下进行,所用到的外挂工具是Pro/E+MB+EMX,Pro/ENGINEER是第一套使用3D实体模型的设计工具,彻底改变了传统的设计理念.
由于其强大的功能,已风靡欧美、日本及港台地区,大有取代传统CAD/CAM/CAE系统而成为新一代的业界标准之势.
Pro/E全参数设计、特征基础模型、关系数据库等特色都是其他3D模型工具所不可比拟的.
Pro/E与传统的CAD系统仅提供绘图工具有着极大的不同,它提供了一个完整的解决方案,从工业设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析到数据库管理,甚至产品生命周期的管理.
可以说,Pro/E为业界专业人士提供了一个艺术般的创作环境,让您的创意得到淋漓尽致的表现.
在实际生产过程中,应用Pro/ENGINEER软件,将原来模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线,不但提高了模具的制造精度,而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上.
基于Pro/Engineer模具设计的流程图如下所示:2、PRO/E外挂工具及其功能:Pro/ENGINEER能够仿真注塑模设计的过程.
它能让注塑模具设计人员创建、修改和分析模具构件,并在模具设计变化时,快速更新它们.
其外挂工具Pro/ENGINEEREMX能大大缩短模具设计人员花费在创建、定制和细化模架部件以及注塑模具和压铸模具所需的模具组件上的时间.
Pro/ENGINEEREMX提供了智能、自动化模架和模具组件.
组件就位后,系统会自动完成相邻板材和组件上的余隙切口以及钻孔和螺纹孔的操作.
该过程把模具设计人员从耗时的、重复性的模具细化工作中解放出来.
另外,该工具还简化了复杂的设计工作,并通过一个全新的用户界面,从根本上缩短了学习进程.
Pro/ENGINEEREMX中的模具设计功能:(1)轻松设计、定制和细化模架部件和组件;(2)自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作;(3)由于组件和部件可以被自动放置在模架中,所以在自动放置之前,设计人员可以轻松地实时选择和预览3D组件和部件;(4)可以从15个以上的模架和组件供应商预先定制组件和部件,因此没有必要建立模型库(5)自动创建部件和组件图形,其中包括带有圆圈标注和孔类图表的物料清(6)自动检验整个模具的开启顺序,其中包括滑块、提钩和顶杆等的动作二、CAE分析(一):有限元分析:1、有限元介绍:有限元法是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物,由于它在解决工程技术问题时的灵活性、快速及有效性,发展非常神速,其解题范围包括了各个领域(固体力学、流体场、电磁场、温度场、声场)的数理方程;其计算机程序几乎能求解数理方程中的各类问题,是工程技术人员必备工具,是力学、机械、土木工程、水力等专业的学生的必修课.
有限元法是求解复杂工程问题的一种近似数值解法,现已广泛应用到力学、热学、电磁学等各个学科,主要分析工作环境下物体的线性和非线性静动态特性等性能.
有限元法求解问题的基本过程主要包括:分析对象的离散化,有限元求解,计算结果的处理三部分.
曾经有人做过统计:三个阶段所用的时间分别占总时间的40%~50%、5%及50%~55%.
也就是说,当利用有限元分析对象时,主要时间是用于对象的离散及结果的处理.
如果采用人工方法离散对象和处理计算结果,势必费力、费时且极易出错,尤其当分析模型复杂时,采用人工方法甚至很难进行,这将严重影响高级有限元分析程序的推广和使用.
因此,开展自动离散对象及结果的计算机可视化显示的研究是一项重要而紧迫的任务.
有限元分析的基本步骤和几个问题:离散化:(1)单元怎样划分编排单元码和节点码有什么原则(2)荷载如何移置单元分析:(1)节点力怎样用节点位移表示(2)如何建立以节点位移表示的节点平衡方程式(3)怎样去求单元的内力(应力)整体分析:如何以最快的速度、最少的时间、最好的方案解出方程组,以得到最佳(可行精度)的结果2、塑件的MSC分析:MSC.
Patran软件对可直接从各CAD软件中抓取几何模型,然后,MSC.
Patran可以最大限度地创建一个模型供多个程序进行分析,例如,直接读取Pro/ENGINEER,CATIA,Unigraphics,SolidWork核心等集合模型,创建分析模型供MSC.
Nastran作结构强度及动力响应分析,同时又供MSC.
Patran作高度非线性分析等.
可见,MSC.
Patran就好像一座桥梁,将CAD软件,分析求解器和材料信息等连在一起.
使用MSC.
Patran软件对本塑件进行分析,首先先对其进行受力分析.
塑件受力工况的分析:对本人设计的按钮进行受力分析,可以得知其受力情况有四种:第一种:取按钮顶部的右侧一点作为分析对象,力的种类为压力,力主要集中于此点上,力的方向垂直向下.
第二种:取按钮顶部的对角两点做为分析对象,力的种类为压力,力主要集中于这两点上,力的方向垂直向下.
第三种:取按钮顶部的相邻两点作为分析对象,力的种类为压力,力主要集中于这两点上,力的方向垂直向下.
第四种:取按钮顶部的中间一点作为分析对象,力的种类为压力,力主要集中于这两点上,力的方向垂直向下.
使用MSC.
patran对本塑件分析的步骤:(1)构型的输入与检查:在solidworks中把构型另存,保存类型为ParasolidFile(*.
x_t),然后打开MSCPatran.
File-import,导入先前保存类型为ParasolidFile(*.
x_t)的构型.
(2)网格划分:利用Create/Mesh直接对结构进行网格划分,在Create/Mesh菜单下选择mesh,选中模型,输入网格值为0.
005,之后单击apply,网格就自动生成了.
(3)参数输入:输入弹性模型为:3.
5E10,泊松比为:0.
33(4)结果分析:以按钮顶部为分析对象,其受力情况上面已述清楚,从电脑上分析的结果可以得知以上四种受力情况下的最大应力和最大变形,分别如下:第一种情况:右侧一点受力,最大变形为:1.
26e-11;最大应力为:9.
84mpa;如下图所示:最大变形图最大应力图第二种情况:对角两点受力,最大变形为:3.
72e-12;最大应力为:2.
58Mpa;如下图所示:最大变形图最大应力图第三种情况:相邻两点受力,最大变形为:6.
83e-12;最大应力为:5.
73MPa;最大变形图最大应力图第四种情况:中间处受力,最大变形为:2.
58e-13;最大应力为:2.
18Mpa.
如下图所示:最大变形图最大位移图(5)总体分析与结论:从对本人所设计的按钮进行MSC的分析可以得知其分析过程大致为:读入几何模型—网格划分—工况及边界条件分析—材料选择—单元的物理特性—分析控制—后置处理(结果分析).
(二):MOLDFLOW分析与Pro/Engineer塑料顾问工具:MoldFlowPlasticAdvisers塑件顾问系列用于帮助制件设计者和模具设计者检测其设计的工艺性.
MoldFlow的技术和服务提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本.
所有MoldFlow产品都是围绕着MoldFlow的战略"进行广泛的注塑分析".
通过"进行广泛的注塑分析"将MoldFlow积累的丰富注塑经验带进制件和模具设计,并将注塑分析与实际注塑机控制相联系,自动监控和调整注塑机参数.
"进行广泛的注塑分析"使制件具有更好的工艺性、并优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制件生产质量的稳定性.
在Pro/Engineer环境下也有着Moldflow同样的功能工具PlasticAdvisers,即塑料顾问工具,而且使用它更加方便,更加能检测出你所做出来的铸件的质量,而且塑料顾问工具能模拟浇铸塑料零件的铸模填充动作.
高级特征提供了有用的工艺性知识,它们可以大大减少后期的设计更改和重新设计铸模的成本.
Moldflow与Pro/EPlasticAdvisers的对比:塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改,而不是每个设计,而moflow只能针对每个设计进行分析,所以Pro/Engineer中的塑料顾问是注塑设计有关的行业节省成本和时间的理想工具.
设计人员可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置,塑料模设计顾问则在屏幕上提供了填模动画、描述设计"可模塑性"的图形以及熔合线和气坑等可能出现的问题的位置.
在我该开始设计模具时,使用的就是使用Moldflow对按钮进行流道分析,但是耗费了不少时间,因为它要求我们先在它的环境下建立流道,而且要合理地布置,这样下来,时间耗费了不少,而使用Pro/Engineer的塑料顾问工具则省了以上步骤,只需调进你所做好的Molding就可以进行一切的分析,既方便,又省时间.
对本人所设计的按钮在Pro/EngineerPlasticAdvisers环境下进行流道分析,首先找出其最佳浇口位置,分析结果如下所示:图一图二从图一的结果可以得知,塑件最后注塑出来的质量是挺高的,故选此位置为塑件的浇口位置.
采用圆形排列的流道方式进行注塑,最后注塑出来的结果如图二所示,绿色是质量最好的区域,而红色则是比较差的,从图中可以观察到,注塑出来的产品绿色区域比较多,这表明注塑出来的质量是高的,可以选用此浇注方案.
分析总结:以上的CAE分析为下一步的模具设计奠定了良好的基础,有了以上的CAE分析,模具设计时间将会大大地减少,注塑出来的产品质量将会大幅度地提高,故使用CAE对塑件进行分析是明智且必要的.
(二):MOLDFLOW分析与塑料顾问工具:MoldFlowPlasticAdvisers塑件顾问系列用于帮助制件设计者和模具设计者检测其设计的工艺性.
MoldFlow的技术和服务提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本.
所有MoldFlow产品都是围绕着MoldFlow的战略"进行广泛的注塑分析".
通过"进行广泛的注塑分析"将MoldFlow积累的丰富注塑经验带进制件和模具设计,并将注塑分析与实际注塑机控制相联系,自动监控和调整注塑机参数.
"进行广泛的注塑分析"使制件具有更好的工艺性、并优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制件生产质量的稳定性.
在Moldflow环境下可以进行的模具流道仿真,而在Pro/Engineer环境下也有着Moldflow同样的功能工具PlasticAdvisers,即塑料顾问工具,而且使用它更加方便,更加能检测出你所做出来的Molding的质量,而且塑料顾问工具能模拟浇铸塑料零件的铸模填充动作.
高级特征提供了有用的工艺性知识,它们可以大大减少后期的设计更改和重新设计铸模的成本.
塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改,而不是每个设计,而moflow只能针对每个设计进行分析,所以Pro/Engineer中的塑料顾问是注塑设计有关的行业节省成本和时间的理想工具.
设计人员可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置,塑料模设计顾问则在屏幕上提供了填模动画、描述设计"可模塑性"的图形以及熔合线和气坑等可能出现的问题的位置.
在我该开始设计模具时,使用的就是使用Moldflow对按钮进行流道分析,但是耗费了不少时间,因为它要求我们先在它的环境下建立流道,而且要合理地布置,这样下来,时间耗费了不少,而使用Pro/Engineer的塑料顾问工具则省了以上步骤,只需调进你所做好的Molding就可以进行一切的分析,既方便,又省时间.
对本人所设计的按钮在Pro/EngineerPlasticAdvisers环境下进行流道分析,首先找出其最佳浇口位置,分析结果如下所示:图一图二从图一的结果可以得知,塑件最后注塑出来的质量是挺高的,故选此位置为塑件的浇口位置.
采用圆形排列的流道方式进行注塑,最后注塑出来的结果如图二所示.
三、模具设计(一)、模具设计与参数计算:1、本塑件制品分析:(1)产品要求:从对本产品进行的工艺分析中可以得知,所设计的塑件材料为聚苯乙烯,材料收缩率为:0.
005,进行模具设计时,本人主要负责爆炸图中按钮底部的注塑模设计,其精度要求不高,故可以一次注塑六个,采用圆形分布的流道布置.
塑件立体图如下所示:产品图(2)计算制品的体积重量:该产品为游戏机手柄按钮,材料采用聚苯乙烯,查书《塑料模具设计》附录得知其密度为1.
05,收缩率为0.
5%.
使用pro/engineer软件对三维试题产品自动计算出产品的体积,当然也可以根据实体尺寸手动计算出它的体积.
下面是部分计算过程:通过计算塑件的体积为:V1=0.
52248cm3塑件的重量:M1=ρ.
V1=1.
05*0.
52248=0.
549g浇注系统体积:V2=1.
047cm3浇注系统重量:M2=ρ.
V2=1.
05*1.
047=1.
103g故V总=6V1+V2=6*0.
52248+1.
0473=4.
182cm3故M总=V总*ρ=4.
182*1.
05=4.
391gρ—塑料密度2、注塑机的确定:根据制品的体积和重量查《塑料模具设计》表5—3选定注塑机型号为:JPH50A.
注塑机的参数如下:注塑机最大注塑量:67g锁模力:500KN注塑压力:214MPa最小模厚:150mm最大开距:530mm顶出行程:60mm注塑机定位孔直径:100mm注塑机拉杆的间距:295*295(mm*mm)喷嘴球半径:10mm喷嘴前端孔径:3mm3、模具结构设计:由于考虑到模具的成本和市场需求量,该产品应大批量生产,故本产品应具有较高的注塑效率,模具采用一模六腔结构,侧浇口浇注系统.
根据《塑料模具设计》附录所提供的模架图选模型号为:大水口2020,其具体结构见工程附图.
4、注塑机参数校核:(1)最大注塑量:注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积(包括流道及浇口凝料飞边),通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%.
所以选用的注塑机最大注塑量应0.
8M机>=M塑件+M浇式中:M机——注塑机的最大注塑量,单位g.
M塑件—塑体的重量,单位g,该产品M塑件=6*0.
5486=3.
292gM浇——浇注系统重量,单位g,该产品M浇=1.
103gM机>=(M塑件+M浇)/0.
8=(3.
292+1.
103)/0.
8=5.
494g而本人选定的注塑机注塑量为:67g,所以满足要求.
(2)锁模力校核:锁模力是注射机锁模装置施加于模具的最大夹紧力.
锁模力的作用在于平衡和克服模腔压力产生的使模具沿分型面张开的力,保持模具紧密锁和,防止溢料.
注射机锁摸力与模腔压力的关系可用下式表示:F0≥K.
P模.
AF0——注射机锁模力;K——安全系数,一般取1.
1~1.
2;P模——熔融型料在型腔内的压力.
(15Mpa~20MPa);A——塑件和浇注系统在分型面上的投影之和;F锁机>K.
P模.
A=1.
1*20*19.
79=435.
38KN本人选定的注塑机为:500,满足要求.
(3)模具与注塑机安装部分相关尺寸校核:a、模具闭和高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合.
即模具长*宽H最小,故满足要求(4)开模行程校核:所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关(如全液压合模机构的注塑机),故注塑机开模行程应满足下式:S机-(H模-H最小)>H1+H2+(5~10)mm因为S机-(H模-H最小)=380-(200-150)=330mmH1+H2+(5~10)=15+70+10=95mm即S机-(H模-H最小)>H1+H2+(5~10)mm故满足要求H1——推出距离,单位mm;H2——包括浇注系统在内的塑件高度,单位mm;S机——注塑机最大开模行程.
(二)、浇注系统设计、关键零部件设计:1、浇注系统的设计:浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节,它对注塑成型周期和塑件质量(如外观、物理性能、尺寸精度等)都有直接影响,故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称,防止模具承受偏载而产生溢料现象,而浇口的位置也要适当,尽量避免冲击嵌件和细小的型芯,防止型芯变形,浇口的残痕不影响塑件的外观.
(1)主流道的设计:主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位,它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔.
其形状为圆锥形,便于熔体顺利地向前流动,开模时主流道凝料又能顺利地拉出来.
由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞,通常不直接开在定模板上,而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内.
浇口套的选用:进料口直径:D=d+(0.
5~1)mm=3+0.
5=3.
5mm式中d为注塑机喷嘴口直径.
球面凹坑半径:R=r+(0.
5~1)mm=10+0.
5=10.
5mm式中r为注塑机喷嘴球头半径.
所选浇口套的立体图如下所示,其尺寸图见工程附图:立体图(2)冷料井设计:冷料井位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端.
其作用是捕集料流前锋的"冷料",防止"冷料"进入型腔而影响塑件质量,开模时又能将主流道的凝料拉出.
冷料井的直径宜大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径.
其结构见下一页的铸件图.
(3)分流道的设计:分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等,圆形和正方形截面流道的比面积最小(流道表面积与体积之比值称为比表面积),塑料的温度下降小,阻力亦小,流道的效率最高,但是加工较困难,所以选较常用的半圆形分流道截面形状.
分流道的尺寸:分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及流道长度确定.
对于重量在200g以下,壁厚在3mm以下的塑件可用以下经验公式计算分流道的直径.
D=0.
2654W1/2L1/4式中:D——分流道的直径,mm;W——塑件的质量,g;I——分流道的长度,mm;由于所设计的塑件的质量小于200g,故按以上公式确定其直径.
D=0.
2654W1/2L1/4=0.
2654*4.
3911/2401/4=1.
4mm由于此式计算的分流道直径限于3.
2mm~9.
5mm,而所算出来的结果小于此范围,故参考《塑料模具设计》p78表6-1聚苯乙烯的分流道推荐值,定出分流道直径为3mm.
分流道的布置:选用平衡式的圆形分流道布局.
具体结构见下页的铸件图.
D、浇口设计:浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道,其截面积约为分流道的0.
03~0.
09,长度约为0.
5mm~2mm.
浇口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等,通过MOLDFLOW软件分析可知选用侧浇口较为合理.
侧浇口的端面为矩形,其一般尺寸如下:宽B=1.
5mm~5mm,厚h=0.
5mm~2mm,长L=0.
7mm~2mm,根据成型的需要,定尺寸如下:宽B=1.
2mm,厚h=0.
5mm,长L=2mm.
具体结构见下页的铸件图.
铸件图分型面2、分型面的选择:定模和动模相接触的面称为分型面,分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面等.
结合分析塑件的形状,可知分型面为曲面,而为了有利于脱模,设置分型面时应使塑件留在动模的一侧.
其形状如上图所示.
3、排气系统的设计:利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气,具体结构见模具装配图.
4、成型零件的设计:直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件,其中构成塑件外形的成型零件成为凹模,构成塑件内部形状的成型零件成为凸模(型芯).
由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触,并且脱模时反复与塑件摩擦,因此,要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度.
凹模结构:由于按钮形状复杂,故选用局部镶拼式凹模;凸模:选用镶拼式凸模.
其结构见下图所示,尺寸图见工程附图:凹模凸模5、型腔的侧壁和底板厚度计算:通常模具设计中,型腔壁厚及支承板厚度不通过计算确定,而是凭经验确定.
参考《塑料模具设计》中的经验数据表可以得知:型腔侧壁厚度S的经验值为:S=0.
2L+17=0.
2*100+17=37mm支承板厚度h的经验数据:h≈0.
12b≈0.
12*100≈12mm6、导向机构设计:导向机构的作用:(1)定位作用:合模时保证动定模正确的位置,以便合模后保持模具型腔的正确形状;(2)导向作用:合模时引导动模按序正确闭和,防止损坏凹、凸模.
(3)承载作用:导柱在工作中承受一定的侧向压力.
导向机构结构及设计:模具设计通常购买标准模架,其中包括了导向机构,导向机构包括导套和导柱,根据模架的尺寸结构选用φ20的导柱,然后选用相对应的导套.
其结构见下图所示:导套导柱7、脱模机构设计:注塑成型每一循环中,塑件必须从模具中凹、凸模脱出,完成脱出塑件的装置成称为脱模机构,也称顶出机构.
设计原则:(1)因为塑料收缩使抱紧凸模,所以顶出力应尽量靠近凸模;(2)顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位,如加强肋、凸缘、厚壁等出,作用面积也尽可能大一些,以防止塑件变形和损坏;(3)为保证良好的塑件外观,顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位.
脱模机构的设计:设计成顶杆脱模机构,选用φ6的顶杆,具体结构见下图.
顶杆8、加热和冷却装置设计:加热装置设计:塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率.
参考《塑料模具设计》表6-10常用热塑料的模具温度表可以得知所选塑件材料聚苯乙烯的模具温度为:40°C~60°C;模具温度在80°C以下,所以可以不设置加热装置.
冷却装置设计:为了缩短成型周期,需要对模具进行冷却,常用水对模具进行冷却,即在注塑完后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内,以便迅速使模具冷却.
设计原则:(1)冷却水孔数量尽可能的多,孔径尽可能大;(2)冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等;(3)浇口处要加强冷却;(4)冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位,以防漏水;(5)冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处;(6)进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧,通常应设在注塑机的背面;根据以上原则设计出模具的水流道,具体结构见模具装配图.
四、模具装配图与爆炸图装配图:爆炸图:五、总结:1、模具设计的创新与特色总结:模具设计的创新:在进行模具设计之前,对塑件的分析是至关重要的,单靠人手进行分析既耗费时间,又不够精确,故本人使用了MSC对塑件进行了受力分析,找出了其最大应力和最大变形,为往后的校核工作做好了充分的准备.
在流道的分析与仿真方面,本人分别使用了Moldflow和Pro/engineer中的塑料顾问对塑件进行了分析,定出其最佳的浇口位置,最后定出一次注塑的最大数量及排列分布,做出浇注系统进行分析仿真,最后就可以确定最好的浇注方案,为以后的设计工作省了大量的时间.
本人所设计的模具的最大特色就是应用Pro/Engineer软件及其外挂工具Moldbase和EMX进行设计,与传统的二维设计方法相比,应用Pro/Engineer软件具有明显优势,产品从创意到投产的开发周期缩短60%,且产品质量显著提高.
在设计过程中,改模次数由传统的几十次减少到几次,甚至无须修改,大大节省了改模时间和费用.
2、论文存在问题与解决设想:在刚开始设计时,对模具的认识是少之又少,这给注塑模设计带来了一定的困难,经过一年多的努力,渐渐地了解并熟悉了整个注塑模的设计流程,特别是使用PRO/E进行模具设计方面,此软件功能强大,所有的设计都能在此环境下进行,所以熟悉运用此软件是设计首要的任务.
由于初次使用PRO/E进行设计,在设计过程中遇到了不少的困难,经过一番努力,终于把整个注塑模设计出来了.
设计过程中,遇到不少问题,例如在设计流道时,由于流道的尺寸太小,浇口太小,浇口位置不合理,造成了注塑时间长和浇注质量很差.
后来对流道和浇口的设计进行了改善,最后出来的质量好了很多.
使用Pro/Engineer进行设计既省时间,出来的产品质量又好,但是在工程图的编辑上就显得比较困难,这大概是我还不很熟悉它强大的功能的缘故吧,在此问题上我曾花过不少的时间,最后出来的工程图质量并不理想,所以我把工程图放到了我最熟悉的软件Autocad环境下进行编辑,这样就解决了以上工程图的问题.
【参考文献】:《注塑模具设计要点与图例》许鹤峰陈言秋编著化学工业出版社《实用塑料成型工艺》王文俊编著国防工业出版社《实战Pro/Engineer2001——模具设计》张祥杰编著中国铁道出版社2003《Pro/Engineer2000i2模具设计》林清安著北大宏博改编北京大学出版社2002《塑料模具设计》朱光力万金保等编著清华大学出版社2003致谢:在设计过程中,指导老师们给以了很大的支持和帮助,在这里很感谢他们的指导,感谢李积彬老师、程蓉老师、王红志老师和王贤坤老师.