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I 摘 要 近幾年國(guó)家振興機(jī)械行業(yè) 與機(jī)械相關(guān)的各個(gè)行業(yè)都越來(lái)越重視 CAD CAM 技術(shù) 不僅是因?yàn)?CAD CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù) 同時(shí)還 因?yàn)樗芰现破芳澳＞叩?3D 設(shè)計(jì)與成型過(guò)程中 3D 分析正在塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越 來(lái)越重要的作用 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 通過(guò)運(yùn)用三維實(shí)體造型高端軟件 UG 對(duì) 支架 外形進(jìn)行 3D 造型 同時(shí)也設(shè)計(jì)了其塑料外殼注塑模的 3D 模型 還根據(jù)所設(shè)計(jì)的 模具尺寸選擇安裝了相應(yīng)的模架 最終生成了直觀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 此外還利用 CAD 繪制了模具裝配圖以及各種成型零件圖 這是第一次利用繪圖軟件對(duì)整套模 具進(jìn)行設(shè)計(jì) 對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了全面鞏固 意義重大 關(guān)鍵詞 殼體 注塑模 實(shí)體造型 模具 模架 AutoCAD CAD II Abstract Over the past few years the country vitalizes machinery industry each industry that related with mechanics is all paying more and more attention to the CAD CAM technology That is not only because CAD CAM technology has already been developed into one ripe generality technology but also because 3D design of Plastics piece make and mould and 3D analysis of molding process plays a more and more important role in plastics mould industry In the graduation project through using 3D entity sculpting software UG I build 3D mold of Support also build the plastics injection 3D mold of the shell crust at the same time I chose the appropriate mold frame and made it fixed with the mold according to the measurement of the mold Finally I do the intuitionistic drawing of 3D mold as well In addition also has drawn up the mold assembly drawing as well as each kind of Molding Parts drawing using CAD This is that the first time makes use of the software drawing to carry out design on package mould have carried out all round consolidation on what be learned knowledge The significance is significant Keywords Shell Plastics injection mold solid mold mold mold fram AutoCAD CAD Pro Engineer Pro E III 目錄 摘 要 V ABSTRACT VI 1 緒論 1 2 熱水器管支架設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析 2 2 1 塑件分析 2 2 1 1 結(jié)構(gòu)分析如下 2 2 1 2 成型工藝分析 2 2 2 塑料的選材及性能分析 2 3 熱水器管支架模具設(shè)計(jì)方案 4 3 1 分型面方案的確定 4 3 1 1 分型面的選擇原則 3 4 3 2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 5 4 模具設(shè)計(jì) 6 4 1 注塑機(jī)選型 6 4 1 1 注射量計(jì)算 6 4 1 2 注射機(jī)型號(hào)的選定 6 4 2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口的設(shè)計(jì) 8 4 2 1 主流道的設(shè)計(jì) 4 8 4 2 2 澆口和流道的設(shè)計(jì)優(yōu)化 9 4 3 成型零件工作尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 10 4 3 1 型腔零件 剛度和強(qiáng)度校核 12 4 4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 12 4 5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu) 13 4 5 1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 13 4 5 2 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 14 4 5 3 導(dǎo)套設(shè)計(jì) 14 4 6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 4 6 1 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 8 15 4 6 2 塑件的推出機(jī)構(gòu) 15 4 7 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16 4 7 1 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)類型的確定 16 4 7 2 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 16 4 7 3 滑塊的組合及設(shè)計(jì)形式 16 4 7 4 各項(xiàng)尺寸的計(jì)算與校核 16 4 8 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 4 8 1 加熱系統(tǒng) 17 4 8 2 冷卻系統(tǒng) 17 5 模具裝配 19 5 1 塑料模具裝配的技術(shù)要求 19 IV 5 2 塑料模具裝配過(guò)程 19 6 模具工作過(guò)程 20 總 結(jié) 21 參考文獻(xiàn) 22 致 謝 23 附件一 英文文獻(xiàn)翻譯 24 1 緒論 1 1 緒論 近年來(lái) 中國(guó)塑料模具制造水平已有較大提高 大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá) 到 50t 以上的注塑模 精密塑料模具的精度已達(dá)到 2 m 制件精度很高的小模數(shù)齒輪 模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn) 多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模 7800 腔 的塑封模 高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達(dá) 6m min 以上的高速塑料異型材擠出模具 及主型材雙腔共擠 雙色共擠 軟硬共擠 后共擠 再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠 等各種模具 在生產(chǎn)手段上 模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高 CAD CAE CAM 技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴(kuò)展 高速加工及 RP RT 等先進(jìn)技術(shù)的采用已越來(lái)越多 模具標(biāo) 準(zhǔn)件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高 熱流道模具的比例也有較大提 高 中國(guó)塑料模具行業(yè)和國(guó)外先進(jìn)水平相比 主要存在以下問(wèn)題 1 發(fā)展不平衡 產(chǎn)品總體水平較低 雖然個(gè)別企業(yè)的產(chǎn)品已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn) 水平 但總體來(lái)看 模具的精度 型腔表面的粗糙度 生產(chǎn)周期 壽命等指標(biāo)與國(guó)外 先進(jìn)水平相比尚有較大差距 包括生產(chǎn)方式和企業(yè)管理在內(nèi)的總體水平與國(guó)外工業(yè)發(fā) 達(dá)國(guó)家相比尚有 10 年以上的差距 2 工藝裝備落后 組織協(xié)調(diào)能力差 雖然部分企業(yè)經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)改造 工藝 裝備水平已經(jīng)比較先進(jìn) 有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國(guó)外 但大部分企業(yè) 的工藝裝備仍比較落后 更主要的是 企業(yè)組織協(xié)調(diào)能力差 難以整合或調(diào)動(dòng)社會(huì)資 源為我所用 從而就難以承接比較大的項(xiàng)目 3 大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱 創(chuàng)新能力明顯不足 一方面是技術(shù)人員比例低 水平 不夠高 另一方面是科研開發(fā)投入少 更重要的是觀念落后 對(duì)創(chuàng)新和開發(fā)不夠重視 模具企業(yè)不但要重視模具的開發(fā) 同時(shí)也要重視產(chǎn)品的創(chuàng)新 4 供需矛盾短期難以緩解 近幾年 國(guó)產(chǎn)塑料模具國(guó)內(nèi)市場(chǎng)滿足率一直不足 74 其中大型 精密 長(zhǎng)壽命模具滿足率更低 估計(jì)不足 60 同時(shí) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模 具正在加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移 國(guó)際采購(gòu)越來(lái)越多 國(guó)際市場(chǎng)前景看好 市場(chǎng)需求旺盛 生 產(chǎn)發(fā)展一時(shí)還難以跟上 供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)一段時(shí)間 5 體制和人才問(wèn)題的解決尚需時(shí)日 在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中 競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè) 特 別是像模具這樣依賴于特殊用戶 需單件生產(chǎn)的行業(yè) 國(guó)有和集體所有制原來(lái)的體制 和經(jīng)營(yíng)機(jī)制已顯得越來(lái)越不適應(yīng) 人才的數(shù)量和素質(zhì)也跟不上行業(yè)的快速發(fā)展 2 2 熱水器管支架設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析 2 1 塑件分析 圖 2 1 熱水器管支架 上圖 2 1 所示是熱水器管支架參考零件 2 1 1 結(jié)構(gòu)分析如下 該塑件為殼體 表面光滑 在模具設(shè)計(jì)和制造上要有良好的加工工藝 確保成型 零件具有一定的光潔度 2 1 2 成型工藝分析 采用一般精度等級(jí) 5 級(jí) 大量生產(chǎn) 該塑件壁厚約為 2mm 考慮到殼體左右部分比較淺 脫模斜度為 1 度 由 于下面的倒扣需要用到斜頂模斜度也設(shè)置為 1 度 2 2 塑料的選材及性能分析 PP 粒料為本色 圓柱狀顆粒 顆粒光潔 粒子的尺寸在任意方向上為 2mm 5mm 無(wú)臭無(wú)毒 無(wú)機(jī)械雜質(zhì) 本品以高純度丙烯為主要原料 乙烯為共聚單體 采用高活 性催化劑在 62 80 及低于 4 0MPa 的壓力下經(jīng)氣相反應(yīng)生產(chǎn)聚丙烯粉料 再經(jīng)干燥 混煉 擠壓 造粒 篩分 均化成聚丙烯顆粒 密度為 0 90 g cm3 0 91g cm3 是通 用塑料中最輕的一種 聚丙烯樹脂具有優(yōu)良的機(jī)械性能和耐熱性能 使用溫度范圍 30 140 同時(shí)具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性 幾乎不吸水 與絕大多數(shù)化 學(xué)品接觸不發(fā)生作用 本品耐腐蝕 抗張強(qiáng)度 30MPa 強(qiáng)度 剛性和透明性都比聚乙烯 2 熱水器管支架設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析 3 好 缺點(diǎn)是耐低溫沖擊性差 較易老化 但可分別通過(guò)改性和添加抗氧劑予以克服 與發(fā)煙硫酸 發(fā)煙硝酸 鉻酸溶液 鹵素 苯 四氯化碳 氯仿等接觸有腐蝕作用 可用作工程塑料 適用于制電視機(jī) 收音機(jī)外殼 電器絕緣材料 防腐管道 板材 貯槽等 也用于生產(chǎn)扁絲 纖維 包裝薄膜等 4 3 熱水器管支架模具設(shè)計(jì)方案 3 1 分型面方案的確定 分型面是模具上用來(lái)取出塑件和澆注系統(tǒng)料可分離的接觸面稱為分型面 分型面的 選擇對(duì)模具設(shè)計(jì)方式影響最大 分型面設(shè)計(jì)是否合理對(duì)塑件質(zhì)量和模具復(fù)雜程度具有很 大的影響 基本上是一種分型面對(duì)應(yīng)著一種模具設(shè)計(jì)方案 所以分型面的選擇決定著 模具總體的設(shè)計(jì)方案 3 1 1 分型面的選擇原則 3 1 保證塑料制品能夠脫模 2 使分型面容易加工 3 盡量避免側(cè)向抽芯 4 使側(cè)向抽芯盡量短 5 有利于排氣 6 有利于保證塑件的外觀質(zhì)量 7 盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè) 8 盡可能滿足塑件的使用要求 9 盡量減少塑件在合模方向的投影面積 10 長(zhǎng)型芯應(yīng)置于開模方向 11 有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 綜上所述 分型面平坦在一個(gè)平面上 為了順利脫模 分型面采用如下模具結(jié)構(gòu) 只需要斜頂出模 加工成本經(jīng)濟(jì) 塑件成型精度可靠 3 熱水器管支架模具設(shè)計(jì)方案 5 3 2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 如圖 3 1 所示 按要求采用一模二腔 3 1 分型面形式與位置 6 4 模具設(shè)計(jì) 4 1 注塑機(jī)選型 注射機(jī)是安裝在注射機(jī)上使用的設(shè)備 因此設(shè)計(jì)注射模應(yīng)該詳細(xì)了解注射機(jī)的技 術(shù)規(guī)范 才能設(shè)計(jì)出符合要求的模具 注射機(jī)規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的的大小及型腔的模具和排列方式 在確定模 具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下 設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)模具所需的注射量 鎖模力 注射壓力 拉桿間距 最大和最小模具厚度 推出形式 推出位置 推出行程 開模 距離進(jìn)行計(jì)算 根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺(tái)和模具相匹配的注射機(jī) 倘若用戶自己提供型 號(hào)和規(guī)格 設(shè)計(jì)人員必須對(duì)其進(jìn)行校核 若不能滿足要求 則必須自己調(diào)整或與用戶 取得商量調(diào)整 4 1 1 注射量計(jì)算 通過(guò) UG 三維軟件計(jì)算體積得 8 96 2 17 921V3cm3c 澆注系統(tǒng)體積取塑件體積的 10 得 17 92 0 1 1 8 2 3 19 712c 4 1 2 注射機(jī)型號(hào)的選定 根據(jù)以上的計(jì)算初步選定型號(hào)為 G54 S200 400 型臥式注射機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)見 表 4 1 表 4 1 注塑機(jī)工藝參數(shù) 注射機(jī)的工藝參數(shù)表 G54 S200 400 額定注射量 200 400cm 螺桿直徑 55mm 注射壓力 109M Pa 注射行程 160 mm 和模力 KN 2540KN 最大成型面積 645cm2 最大開模行程 260mm 模具最大厚度 406mm 模具最小厚度 165mm 4 模具設(shè)計(jì) 7 1 最大注射量校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) 144 頁(yè) 式 5 2 1 1 06G 式中 注塑機(jī)最大注謝量 cm G 注塑機(jī)額定注謝量 cm 待加工塑料密度 3 gcm 代入數(shù)據(jù)得 10 832 14 9 根據(jù)式 5 2 3 zjfsbmn 式中 n 模具的型腔數(shù) 塑件的質(zhì)量 g 澆注系統(tǒng)分流道凝料的質(zhì)量jmfm g 主流道凝料質(zhì)量 g 塑件飛邊質(zhì)量 gs b 代入數(shù)據(jù)得 g17 3z 根據(jù)校核式 5 2 2 1 80 4 57G 故 合格 2 注射壓力校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) P145 P 150Mpa Pch 100Mpa 0 75 0 9 j P 112 5 135Mpa Pch 故也是合格的 式中 P 注塑機(jī)額定最大注射j j 壓力 Pch 模具成型時(shí)需要的注射壓力 3 鎖模力的校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) P145 P 取 30Mpa k 取 32 pK 30 20Mpa 由表 5 2 1 取 F 17 6Mpa 有 F 故合格 式q32 qP 中 型腔內(nèi)塑料壓力 P 料筒內(nèi)注塑機(jī)柱塞或螺桿施加于塑料的壓力 K 損耗系數(shù) F 注射機(jī)的額定鎖模力 4 開模行程及其頂出行程校核 根據(jù) 塑料 橡膠成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) P149 H 25mm H 25mm S 260mm H H 5 10 12 12 55 60mm S 符合要求 式中 H 脫模距離 H 塑件加澆注系統(tǒng)總高 12 8 S 注塑機(jī)最大開模行程 4 2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)凝料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道 具有傳質(zhì) 傳壓 和傳熱的功能 4 2 1 主流道的設(shè)計(jì) 4 主流道是連接注射機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道 通常和注射機(jī)噴嘴在同一軸線 上 斷面為圓形 具有一頂?shù)腻F度 以便熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流到凝料的順利拔除 1 主流道尺寸和澆口的設(shè)計(jì) 1 主流道的小端直徑 D 注射機(jī)噴嘴直徑 0 5 1 3 0 5 1 取 D 3 5mm 2 主流道的球面半徑 SR 注射機(jī)噴嘴球頭半徑 1 2 30 1 2 取 SR 32mm 3 球面的配合高度 取 h 6mm 4 主流道的長(zhǎng)度 取 L 3 122 125mm 2 澆口套的設(shè)計(jì) 主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸 屬易損件 對(duì)材料要求比較嚴(yán) 因而 模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套 以便有效的選用優(yōu) 質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理 常采用碳素工具鋼 如 T8A T10A 等 熱處理硬度 為 50HRC 55HRC 如圖 4 1 所示 圖 4 1 主流道襯套 3 定位圈的設(shè)計(jì)與固定 由于該模具主流道比較長(zhǎng) 定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式 注射機(jī)定位孔尺寸為 定位圈尺寸取 兩者之間呈較松的間隙配合 0 125 0 2415 4 模具設(shè)計(jì) 9 定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4 2 所示 定位圈和襯套的固定形式如圖 4 3 所示 圖 4 2 定位圈 圖 4 3 主道襯套的固定形式 4 2 2 澆口和流道的設(shè)計(jì)優(yōu)化 選擇側(cè)進(jìn)膠 如圖 4 4 而壓力損失小 進(jìn)料速度快 成型比較容易 另外傳遞壓 力好 保壓補(bǔ)縮作用強(qiáng) 10 圖 4 4 澆口和流道的設(shè)置形式 4 3 成型零件工作尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件 包括凹模 型芯 鑲塊 成型桿和成型環(huán)等 成型零件工作時(shí) 直接與塑料接觸 塑料熔體的高壓 料流的沖 刷 脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生摩擦 因此 成型零件要求有正確的幾何形狀 較高的尺 寸精度和較低的表面粗糙度 此外 成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理 有較高的強(qiáng)度 剛度 及較好的耐磨性能 設(shè)計(jì)成型零件時(shí) 應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求 確定型腔的總體 結(jié)構(gòu) 選擇分型面和澆口位置 確定脫模方式 排氣部位等 然后根據(jù)成型零件的加 工 熱處理 裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算成型零件的工作尺寸 對(duì)關(guān)鍵 的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核 工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸 主要有型腔和型芯的徑向尺寸 型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等 聚甲基戊烯 1 TPX 收縮率 計(jì)算收縮率 1 5 3 塑件尺寸公差按 SJ1372 78 標(biāo)準(zhǔn)中的 5 級(jí)精度成型 1 凹模型腔的強(qiáng)度 根據(jù) 手冊(cè) 139 頁(yè) 式 5 1 13 cphbEy b 凹模側(cè)壁的理論寬度 h 凹模型腔的深度 p 凹模型腔內(nèi)的熔體壓力 y 凹模長(zhǎng)邊側(cè)壁的允許彈性變形量 4 模具設(shè)計(jì) 11 已知 130Mpa E 2 1 Mpa h 2 2cm cmP51010 5y 由 手冊(cè) 圖 5 8 22 180 0 12 得 c 11 hl 由 手冊(cè) 圖 5 9 126 180 0 67 得 2 1 7 將以上各數(shù)值代入式 5 1 得 1 5 cm 135 30 17b 2 型腔的長(zhǎng) 寬尺寸計(jì)算 塑件的平均收縮率 為 2 25 模具制造公差取 的制品公差 2 31 1L13 5 4 zdg 1562 56 59 3 0 式中 型腔的 L 方向公稱尺寸1L1 L 制品 L 方向最大尺寸d L 制品 L 方向公稱尺寸1g1 收縮率 制品的設(shè)計(jì)公差 模具制造公差 z 213 2 5 4zdgL 136 66 34 3 0 式中 型腔的 L 方向公稱尺寸2L2 3 型腔的深度尺寸計(jì)算 H x zgd 3 50 4 0 3250 1 3 0 式中 H 型腔深度公稱尺寸 制品高度最大尺寸 制品高度公x dHgH 稱尺寸 4 型芯的長(zhǎng) 寬尺寸計(jì)算 113 4zigll 12 0 3 64 2 5 4 164 5 式中 方向最小尺寸1ill2 0 3 54 2 4 54 59 0 3 5 型芯的高度 h x zgi 0 3216 5 1 16 28 3 0 式中 h 型心高度公稱尺寸x 制品深度最小尺寸i 制品深度公稱尺寸 g 4 3 1 型腔零件剛度和強(qiáng)度校核 由于塑件成型部分采用模仁 再?gòu)哪０迳祥_框把模仁鑲?cè)?用螺絲吃緊 成型部 分離模仁有滿足條件的規(guī)定距離 20 25mm 而模仁離模板四周也有滿足條件的規(guī) 定距離 所以成型時(shí)型腔零件完全滿足強(qiáng)度和剛度的要求 在這里就不一一校核 在 動(dòng)模板上 由于成型壓力很大部分垂直壓在其上 底部為了節(jié)約材料不打算采用支撐 板 4 4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸 再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架 選 用結(jié)構(gòu)形式為 CI3535 120 100 100 01 S 即采用數(shù)量為 1 的標(biāo)準(zhǔn)模架 1 定模座板 350mm x 400mm 厚為 30mm 定模座板是模具與注射機(jī)連接固定的板 材料為 45 鋼 通過(guò) 4 個(gè) M12 的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接 定位圈通過(guò) 2 個(gè) M8 的內(nèi) 六角圓柱螺釘與其連接 定模座板與澆口套為 H8 f8 配合 7 2 定模板 350mm x 350mm 厚 120mm 用于固定型芯 導(dǎo)套 固定板應(yīng)有一定的厚度 并有足夠強(qiáng)度 一般用 45 號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)到 230HB 270HB 其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)套一端采用 H7 k6 配合 另外一段采用 H7 f7 配合 定模板與澆口套采用 H7 m6 配合 7 4 模具設(shè)計(jì) 13 3 動(dòng)模座板 350mm x400mm 厚為 30mm 材料為 45 鋼 其上的注射機(jī)頂孔為直徑 40 mm 4 動(dòng)模板 350mm x 350mm 厚 100mm 行位滑塊通過(guò)矩形導(dǎo)滑槽在模套中滑動(dòng) 以完成側(cè)向分型和合模復(fù)位 材料為 45 鋼 其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)柱孔為 H7 k6 配合 7 5 墊塊 63mm x 350mm 厚 100mm 1 主要作用 在動(dòng)模座板與支撐板之間形成推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作空間 或是調(diào)節(jié)模具的總厚度 以 適應(yīng)注射機(jī)的模具安裝厚度要求 2 結(jié)構(gòu)形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊 該模具采用平行墊塊 3 墊塊材料 墊塊材料為 Q235A 也可以用 HT200 球墨鑄鐵等 改套模具采用 Q235A 制 造 6 推板 220mm x 350mm 厚度 20mm 材料為 45 鋼 其上的推板導(dǎo)套孔與推板導(dǎo)套采用 H7 k6 配合 用 M6 的內(nèi)六角 圓柱螺釘與推桿固定板固定 7 推桿固定板 220mm x 350mm 厚度 25mm 鋼材為 45 鋼 其上的推板導(dǎo)套孔與推板導(dǎo)套采用 H7 f9 配合 7 模架如圖 4 8 所示 圖 4 8 模架 14 4 5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu) 采用標(biāo)準(zhǔn)模架 模架本身帶有導(dǎo)向裝置 按模架規(guī)格選取即可 4 5 1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 1 導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分 其中心至模具 邊緣應(yīng)有足夠的距離 以保證模具的精度 防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后變形 2 該導(dǎo)套采用 4 根導(dǎo)柱 其布置為等直徑導(dǎo)柱不對(duì)稱布置 3 導(dǎo)柱安裝在支承板和模套上 導(dǎo)套安裝在定模固定板上 4 為了保證分型面很好的接觸 導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)只有承屑槽 在導(dǎo)柱 孔口倒角 5 在合模時(shí) 保證導(dǎo)向零件首先接觸 避免凸模先進(jìn)入型腔 導(dǎo)致模具損壞 6 動(dòng)定模板采用合并加工時(shí) 可確保同軸度要求 4 5 2 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 1 采用帶頭導(dǎo)柱 加油槽 如圖 4 1 所示 2 導(dǎo)柱長(zhǎng)度必須比凸模端面高度高出 6mm 8mm 3 為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔 導(dǎo)柱端部常做成圓錐形的先導(dǎo)部分 4 導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來(lái)確定 應(yīng)保證有足夠的抗彎強(qiáng)度 5 導(dǎo)柱的安裝形式 導(dǎo)柱固定部分與模板按 H7 k6 配合 導(dǎo)柱滑動(dòng)部分按 H7 f7 或 H8 f7 間隙配合 7 6 導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為 0 2um 7 導(dǎo)柱應(yīng)具有堅(jiān)硬耐磨的表面 不易折斷的內(nèi)芯 多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處 理或碳素工具鋼 T8A T10A 經(jīng)淬火處理 硬度為 50HRC 以上或 45 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì) 表 面淬火 低溫回火 硬度為 50HRC 以上 圖 4 9 導(dǎo)柱 4 5 3 導(dǎo)套設(shè)計(jì) 導(dǎo)套與安裝在另外一半模上的導(dǎo)柱相配合 用以確定動(dòng) 定模的相對(duì)位置 以保 證模具運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的圓套形零件 導(dǎo)套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種 直導(dǎo)套 帶頭導(dǎo)套 4 模具設(shè)計(jì) 15 1 采用帶頭導(dǎo)套 如圖 4 10 所示 2 導(dǎo)套的端面應(yīng)倒圓角 導(dǎo)柱孔最好做成通孔 利于排出孔內(nèi)剩余空氣 3 導(dǎo)套孔的的滑動(dòng)部分按 H8 f7 H7 f7 的間隙配合 表面粗糙度為 0 4um 導(dǎo)套外徑與模板一端采用 H7 k6 配合 另外一端采用 H7 e7 配合鑲?cè)肽０?4 導(dǎo)套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造 該模具中采用 T8A 圖 4 10 導(dǎo)套 4 6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 注射成型每一循環(huán)中 塑件必須準(zhǔn)確無(wú)誤地從模具的凹模中或型芯上脫出 完成 脫出塑件的裝置稱為脫模機(jī)構(gòu) 也常稱為推出機(jī)構(gòu) 4 6 1 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 8 塑件推出 頂出 是注射成型過(guò)程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié) 推出質(zhì)量的好壞將最后決 定塑件的質(zhì)量 因此 塑件的推出是不可忽視的 應(yīng)遵循以下原則 1 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)近盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè) 2 保證塑件不因推出而變形損壞 3 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 動(dòng)作可靠 4 良好的塑件外觀 5 合模時(shí)的準(zhǔn)確復(fù)位 4 6 2 塑件的推出機(jī)構(gòu) 該套模具的塑件采用推桿推出 推桿的形式為圓形 1 推桿如圖 4 11 所示 共 19 根推桿 16 圖 4 11 帶肩圓筒推桿 2 推桿應(yīng)設(shè)置在脫模阻力大的地方 3 推桿應(yīng)布置均勻 4 推桿應(yīng)設(shè)在塑件強(qiáng)度 剛度較大的地方 5 推桿直接與模板上的推桿空采用 H8 f8 間隙配合 6 通常推桿裝入模具后 其端面應(yīng)與型腔地面平齊或高出型腔底面 0 05mm 0 10mm 7 推桿與推桿固定板 通常采用單邊 0 5mm 的間隙 這樣可以降低加工要求 又能在多推桿的情況下 不因各板上的推桿孔加工誤差引起軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn) 象 8 推桿的材料常用 T8 T10 碳素工具鋼 熱處理要求硬度 50HRC 以上 工作端 配合部分的表面粗糙度為 u 0 8um 4 7 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 當(dāng)在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔 凹穴或凸臺(tái)時(shí) 塑 件就不能直接由推桿等推出機(jī)構(gòu)推出脫模 此時(shí) 模具上成型該處的零件必須制成可 側(cè)向移動(dòng)的活動(dòng)型芯 以便在塑件脫模推出之前 先將側(cè)向成型零件抽出 然后在把 塑件從模內(nèi)推出 否則就無(wú)法脫模 4 7 1 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)類型的確定 殼體中間的孔無(wú)法直接出模需要用到抽芯機(jī)構(gòu) 在這里運(yùn)用機(jī)動(dòng)方式抽芯 驅(qū)動(dòng) 方式為斜導(dǎo)柱 該塑件的側(cè)凹較淺 所需的抽芯距不大 側(cè)凹的成型面積也不大 所以采用 斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯足夠 一般將主型芯和滑塊位置設(shè)于動(dòng)模 這樣在脫模過(guò)程中 側(cè)向分型 時(shí)對(duì)塑件有限制側(cè)向移動(dòng)的作用 塑件不會(huì)黏附在滑塊上 脫模比較順利 4 7 2 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 斜導(dǎo)柱設(shè)置在動(dòng)模 與滑塊的中線對(duì)齊 有足夠的強(qiáng)度 斜導(dǎo)柱頂端用模珂和模板固定并磨到和動(dòng)模板平 在開模時(shí)能隨驅(qū)使滑塊沿動(dòng)模 板上的導(dǎo)滑槽滑動(dòng) 4 模具設(shè)計(jì) 17 斜導(dǎo)柱傾斜角為 23 度 4 7 3 滑塊的組合及設(shè)計(jì)形式 設(shè)計(jì)其組合方式時(shí)應(yīng)考慮分型與抽芯的方向要求 并保證塑件有較好的外觀質(zhì)量 另 外還應(yīng)使滑塊的組合部分具有足夠的強(qiáng)度 該套模具采用兩瓣合模塊組合的結(jié)構(gòu)形式 利用滑塊水平兩側(cè)面的凸耳與模套對(duì)應(yīng)的導(dǎo)滑槽滑動(dòng)配合 達(dá)到側(cè)向分型與復(fù)位的 目的 為防止滑塊離開動(dòng)模 采用壓塊壓住滑塊兩邊的凸耳 4 7 4 各項(xiàng)尺寸的計(jì)算與校核 斜導(dǎo)柱 滑塊 導(dǎo)柱之間的相對(duì)位置以及脫模推出完成后的相對(duì)位置如圖 4 15 所示 斜導(dǎo)柱的導(dǎo)向傾斜角為 23 度 從合模到開模斜導(dǎo)柱剛離開滑塊時(shí) 斜導(dǎo)柱的移動(dòng) 距離是 40mm 保證了滑塊止動(dòng)上的配合 抽芯距離校核 需要抽芯的距離是 36 5sm 抽 斜導(dǎo)柱剛好抽出來(lái)時(shí)的推動(dòng)距離 40l 推 因 2 所以抽芯距離滿足要求 塑件能正常取出 ls 推 抽 圖 4 15 側(cè)向分型與抽芯分析 4 8 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模板分型面上設(shè)置 1mm 深的排氣槽用于排氣 而且在成型殼體內(nèi)腔的型芯上設(shè)置 了 23 根推桿 排氣條件足夠 18 4 9 冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 10 4 8 1 加熱系統(tǒng) 該套模具的模溫要求在 70 以下 又是小型模具 所以無(wú)需設(shè)置加熱裝置 C 4 8 2 冷卻系統(tǒng) 根據(jù) 實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè) 433 頁(yè) 式 6 31 W 431TKa 其中 W 根據(jù) 注射模典型結(jié)構(gòu) 100 例 P201 附表 3 中查得1 85g s W 595 4g W 65 08V V 595 4cm 取直徑 1459 d 20mm L 1 8m 式中 W 通過(guò)模具的冷卻水重24dV 2014 39 量 單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入模具的塑料重量 a 每可塑料的熱容量 K 熱傳1W 導(dǎo)系數(shù) 出水溫度 如水溫度 冷卻液容重 V 冷卻水道體積 3T4T L 冷卻水道長(zhǎng)度 d 冷卻水道直徑 4 10 模具材料例表 表 4 7 該模具的選材及熱處理見表 零件名稱 材料牌號(hào) 熱處理 硬度 說(shuō)明 模仁 718H 預(yù)硬化 36HRC 38HRC 保證加工后獲得較高的形狀和 尺寸精度 易于拋光 圓柱型芯 Cr12MoV 淬火 58HRC 62HRC 淬透性好 熱處理變形小 耐 磨性好 動(dòng)模型芯 718H 淬火 42HRC 54HRC 保證加工后獲得較高的形狀和 尺寸精度 沿脫模方向拋光 動(dòng)定模座板 45 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 墊塊 Q235 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 支撐柱 S50C 調(diào)質(zhì) 225HB 240HB 推板固定板 45 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 主流道襯套 T10A 淬火 50HRC 55HRC 導(dǎo)柱導(dǎo)套 T10A 淬火 54HRC 58HRC 定位圈 45 調(diào)質(zhì) 230HB 270HB 復(fù)位桿 45 淬火 43HRC 48HRC 5 模具設(shè)裝配 19 5 模具裝配 5 1 塑料模具裝配的技術(shù)要求 塑料模具種類較多 結(jié)構(gòu)差異很大 裝配的具體內(nèi)容與要求也不同 一般注射 壓縮和擠出模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜 裝配環(huán)節(jié)多 工藝難度大 其他類型的塑料模具結(jié)構(gòu) 較為簡(jiǎn)單 無(wú)論哪種類型的模具 為保證成形制品的質(zhì)量 都應(yīng)具有一定的技術(shù)要求 1 模具裝配后各分型面應(yīng)貼合嚴(yán)密 主要分型面的間隙應(yīng)小于 0 05mm 在模具 適當(dāng)?shù)钠胶馕恢脩?yīng)裝有吊環(huán)或起吊孔 模具的外形尺寸 閉合高度 安裝固定及定位尺 寸 推出方式 開模行程等均應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣要求 并與所使用的設(shè)備條件相匹配 模具應(yīng)有標(biāo)記 各模板應(yīng)打印順序編號(hào)及加工與裝配時(shí)使用的基準(zhǔn)標(biāo)記 2 導(dǎo)向或定位精度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求 動(dòng) 定模開合運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 導(dǎo)向準(zhǔn)確 無(wú)卡阻 咬死或刮傷現(xiàn)象 安裝精定位元件的模具時(shí) 應(yīng)保證定位精度 可靠 且不得與導(dǎo)柱 導(dǎo)套發(fā)生干涉 3 成型零件的形狀與尺寸精度及表面粗糙度應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣要求 表面不得有碰 傷 劃痕 裂紋 銹蝕等缺陷 拋光方向應(yīng)與脫模方向一致 成形表面的文字 圖案 與脫模方向一致 活動(dòng)成形零件或鑲件應(yīng)定位可靠 配合間隙適當(dāng) 活動(dòng)靈活 不產(chǎn) 生溢料 4 澆注系統(tǒng)表面光滑 尺寸與表面粗糙度符合設(shè)計(jì)要求 5 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)動(dòng)靈活 工作平穩(wěn) 可靠 推出元件不應(yīng)承受側(cè)向力 既不允許 放生溢料 也不得有卡阻現(xiàn)象 6 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)動(dòng)靈活 平穩(wěn) 斜導(dǎo)柱不應(yīng)承受側(cè)向力 滑塊鎖挈應(yīng) 固定可靠 工作時(shí)不得產(chǎn)生變形 7 模具加熱元件應(yīng)安裝可靠 絕緣安全 無(wú)破損 能達(dá)到設(shè)定溫度要求 模具冷 卻水道應(yīng)通暢 無(wú)堵塞 連接部位密封可靠 5 2 塑料模具裝配過(guò)程 塑料模的總裝過(guò)程因模具結(jié)構(gòu)的不同而不同 但其主要的總裝配順序不變 具體如 下 1 確定裝配基準(zhǔn) 2 安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套和型芯 型腔并使間隙均勻 3 安裝側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)等 4 其他零件的裝配 20 5 檢驗(yàn) 試模 5 模具設(shè)裝配 21 6 模具工作過(guò)程 模具裝配試模完畢之后 模具進(jìn)入正式工作狀態(tài) 其基本工作過(guò)程如下 1 對(duì)塑料進(jìn)行烘干 并裝入料斗 2 清理模具型芯 型腔 并噴上脫模劑 進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱 3 合模 鎖緊模具 4 對(duì)塑料進(jìn)行預(yù)塑化 注射裝置準(zhǔn)備注射 5 注射過(guò)程包括充模 保壓 倒流 澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模 6 脫模過(guò)程 見裝配圖 開模時(shí) 開合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模部分后移 斜導(dǎo)柱 逼使側(cè)抽芯滑塊隨著動(dòng)模的移動(dòng)側(cè)向抽芯 當(dāng)斜導(dǎo)柱脫離動(dòng)模部分時(shí) 固定在動(dòng)模部 分的彈簧波子剛好頂住滑塊 固定防止斜滑塊與動(dòng)模部分分離或者下滑 使之順利的 留在動(dòng)模恰當(dāng)?shù)奈恢?有利于順利合模與復(fù)位 塑件先叢型芯中脫出 同時(shí)主流道凝 料在塑件的帶動(dòng)下與澆口套分離 繼續(xù)開模具到一定的距離 推出機(jī)構(gòu)工作 推板在 注射機(jī)頂桿的作用下 帶動(dòng)塑件推桿工作 把塑件從主型芯上推出來(lái) 從而完成了塑 件與模具的分離 最后將塑件取出 7 塑件的后處理 22 總 結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)做的一次總測(cè)驗(yàn) 是鍛煉也是檢驗(yàn)自己四 年來(lái)所學(xué)并掌握運(yùn)用知識(shí)的能力 是我們高等院校學(xué)生的最后的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié) 通過(guò)這次 設(shè)計(jì) 我學(xué)到了許多原來(lái)未能學(xué)到的東西 對(duì)過(guò)去沒(méi)有掌握的知識(shí)得到了更進(jìn)一步鞏 固 獨(dú)立思考 綜合運(yùn)用所掌握理論知識(shí)的能力得到很大的提高 學(xué)會(huì)了從生產(chǎn)實(shí)際 出發(fā) 針對(duì)實(shí)際課題解決實(shí)際問(wèn)題 掌握了綜合使用各種設(shè)計(jì)手冊(cè) 圖冊(cè) 資料的方 法 提高了電腦繪圖水平 也是為我們即將參加工作所做的必要準(zhǔn)備 打下基礎(chǔ) 更 是我們四年機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)的一次綜合 本次設(shè)計(jì)也暴露了我們不少的缺點(diǎn)和問(wèn)題 對(duì)于所學(xué)知識(shí)還沒(méi)有做到仔細(xì) 認(rèn)真 消化 許多方面還是只有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí) 沒(méi)有深入探討 對(duì)實(shí)際事物沒(méi)有深刻得了 解 沒(méi)有做到理論聯(lián)系實(shí)際 沒(méi)有達(dá)到對(duì)所學(xué)的知識(shí)熟練運(yùn)用的水平 這也從一個(gè)側(cè) 面反映出我們?cè)O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足 思維不夠開拓 不夠靈活 從而是我得出一個(gè)結(jié)論 無(wú) 論是現(xiàn)在還是以后走上工作崗位 還是再深造 都應(yīng)該虛心向老師和前輩們學(xué)習(xí) 從 而不斷完善自我 提高自我水平 總結(jié) 23 參考文獻(xiàn) 1 林清安 Pro ENGENEER 2 0 模具設(shè)計(jì) M 北京 清華大學(xué)出版社 2004 2 林清安 Pro ENGENEER 2 0 零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)篇 M 北京 清華大學(xué)出版社 2004 3 屈華昌 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20 張祥杰 Pro ENGINEER wildfire 模具設(shè)計(jì) M 北京 中國(guó)鐵道出版社 2002 24 致謝 25 致 謝 回想四年的學(xué)習(xí)生活 在這里我獲得了知識(shí) 學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí) 也懂得了如何利用學(xué) 到的知識(shí)去為社會(huì)做貢獻(xiàn) 而這些都是我辛勤的老師教予我的 在此 對(duì)所有在學(xué)習(xí)上 生活上給過(guò)我?guī)椭睦蠋煴硎局孕牡母兄x 感謝您們孜孜不倦的教導(dǎo) 感謝您們教會(huì) 了我如何學(xué)習(xí) 如何做人 如何做事 本次設(shè)計(jì)即將完成 我的心情卻無(wú)法平靜 從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成 有多少可敬的師長(zhǎng) 同學(xué) 朋友給了我無(wú)言的幫助 在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師 指導(dǎo)老師平日里工作繁多 但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì) 的每個(gè)階段從課題的選擇 論文的撰寫到中期檢查 后期詳細(xì)設(shè)計(jì) 裝配草圖等整個(gè) 過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo) 我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣 但是老師仍然細(xì)心地糾正圖 紙中的錯(cuò)誤 從他的身上 我學(xué)習(xí)到的不僅僅是專業(yè)知識(shí) 更重要的是他淵博的學(xué)術(shù) 知識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和待人以誠(chéng)的寬廣胸懷 使我受益匪淺 必將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生巨大的影響 在此向他致以誠(chéng)摯的謝意 其次要感謝同學(xué)們給我?guī)椭椭С?在設(shè)計(jì)中遇到的困難 他們會(huì)熱心的給我排憂 解難 遇到不能解決的問(wèn)題 大家一起討論 然后還要感謝我的母校對(duì)我的大力栽培 感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師 為我們打下 機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ) 正是因?yàn)橛辛诉@些專業(yè)知識(shí)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成 最后感謝我的父母 他們辛勤地工作才讓我有機(jī)會(huì)坐在這里享受教育 他們豁達(dá)的 性格也影響著我從容面對(duì)人生 26 附件一 英文文獻(xiàn)翻譯 譯文 1 三維注射成型流動(dòng)模擬的研究 摘要 大多數(shù)注射成型制品都是具有復(fù)雜的幾何輪廓和厚壁或薄壁的制品 這種三維仿真模型將比 兩維半模型具有更精確的填充過(guò)程 本文介紹了一種基于三維模型的注射成型流動(dòng)模擬的數(shù)學(xué)模型 和數(shù)值實(shí)現(xiàn) 把速度和壓力同次插值方法成功地應(yīng)用到三維注塑模擬的計(jì)算中 從離散的動(dòng)量方程 中找出壓力和速度的關(guān)系 然后迭代到連續(xù)性方程中得到壓力方程 用三維控制體積法追蹤流動(dòng)前 沿 并通過(guò)算例分析來(lái)說(shuō)明三維模型的有效性 關(guān)鍵詞 三維模型 等序插值法 模擬 注塑成型 1 引言 在注塑成型的過(guò)程中 聚合物熔化的流變反應(yīng)隨著流動(dòng)前沿的方向大多是非牛頓流體和非等溫 的 由于這些內(nèi)在的因素 分析它的填充過(guò)程是很困難的 因此通常進(jìn)行簡(jiǎn)易處理 例如在中面流 和雙面流技術(shù)中 由于大多數(shù)注塑成型的零件都是薄壁卻有復(fù)雜的形狀的特征 當(dāng)分析流動(dòng)性而厚 度方向的速度和壓力變化被忽略時(shí) 通常使用 Hele Shaw 流動(dòng)簡(jiǎn)化 因此這兩種技術(shù)都是兩維的 填充模型 用這種方法填充一個(gè)模型的型腔就變成了流動(dòng)方向的二維問(wèn)題和厚度方向的一維分析 但由于采用了簡(jiǎn)化假設(shè) 它產(chǎn)生的信息是有限的 不完整的 除了用有限差分法求解溫度在壁 厚方向的差異外 基本上沒(méi)有考慮物理量在厚度方向上的變化 隨著塑料成型技術(shù)的發(fā)展 注塑 成型零件將具有越來(lái)越復(fù)雜的形狀 其壁的厚度的多樣性將變得越來(lái)越顯著 因此在厚度方向變化 的物理量就不能被忽視 此外 熔體在型腔的表面流動(dòng)模擬看起來(lái)不真實(shí) 僅當(dāng)這些流動(dòng)模擬出現(xiàn) 在成型型腔時(shí)它的真實(shí)性才更加明顯 三維流動(dòng)模型已經(jīng)是研究方向而且在塑料注塑成型模擬方面將是個(gè)熱點(diǎn) 在三維流動(dòng)模型中 熔體在厚度方向的速度分量不再被忽略 熔體的壓力沿厚度方向變化 并且在分解三維實(shí)體制品方 面通常使用有限元分析 通過(guò)有限元計(jì)算 可以獲得完整的數(shù)據(jù) 不僅獲得實(shí)體制品表面的流動(dòng)數(shù) 據(jù) 還獲得實(shí)體內(nèi)部完整的流動(dòng)數(shù)據(jù) 因此 對(duì)于薄壁制品 三維流動(dòng)模擬能夠產(chǎn)生更加詳細(xì)的 關(guān)于流動(dòng)特征的信息和應(yīng)力分布 對(duì)于如在氣體輔助成型中遇到的有厚壁區(qū)域的制品 三維流動(dòng)模 擬能更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其充填行為 許多在二維模型中不能預(yù)測(cè)的充模過(guò)程中的流動(dòng)行為 如熔體前 沿的流動(dòng)形態(tài)和推進(jìn)方式 即 噴泉 效應(yīng)在三維流動(dòng)模擬技術(shù)中都可以得到很好的體現(xiàn) 本文提出了一種三維有限元模型來(lái)預(yù)測(cè)模擬塑料熔體的充模流動(dòng) 把速度和壓力同次插值方法 成功地應(yīng)用到三維注塑模擬的計(jì)算中 從離散的動(dòng)量方程中找出壓力和速度的關(guān)系 然后代到連續(xù) 性方程得到壓力方程 用三維控制體積法追蹤流動(dòng)前沿 并通過(guò)算例來(lái)說(shuō)明該三維模型的有效性 2 控制方程 充模過(guò)程中熔體壓力不是很高 且合理的模具結(jié)構(gòu)可以避免過(guò)壓現(xiàn)象 因此設(shè)熔體為未壓縮 附件一 英文文獻(xiàn)翻譯 27 流體 由于熔體粘性較大 相對(duì)于粘度剪切應(yīng)力而言 慣性力和質(zhì)量力都很小 可忽略不計(jì) 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化和假設(shè) 控制方程的直角分量形式分別為 動(dòng)量方程 連續(xù)性方程 能量方程 式中 x y z 三維坐標(biāo) u v w 分別表示 x y z 方向的速度 熔體密度 P 壓力 T 溫度 熔體粘度 粘度模型采用 Cross 模型 式中 n 非牛頓指數(shù) 剪切速率 材料常數(shù) 0 零剪切粘度 由于在充模過(guò)程中 熔體的溫度變化范圍不大 因此 0 采用 Arrhenius 型表達(dá)式 式中 B Tb 材料常數(shù) 3 數(shù)值模擬方法 3 1 壓力 速度關(guān)系 三維有限元模型由于沒(méi)作 Hele Shaw 流動(dòng)簡(jiǎn)化 其數(shù)值處理方法和二維模型有很大不同 在三 維模型中 用三維立體單元離散制品空間 采用速度和壓力同次插值和迦遼金法來(lái)離散控制方程 用三維控制體積法追蹤流動(dòng)前沿 由于三維模型考慮了厚度方向物理量的變化 其動(dòng)量方程比二 維模型復(fù)雜得多 不可能像二維模型那樣直接通過(guò)在厚度方向上的積分得到速度和壓力的關(guān)系 需 要首先對(duì)動(dòng)量方程進(jìn)行離散 從中找出壓力和速度的關(guān)系 本文采用壓力 速度雙線形插值 用 Galerkin 法對(duì)動(dòng)量方程離散 經(jīng)逐個(gè)單元組裝后得到節(jié)點(diǎn)速度和壓力的關(guān)系如下 28 其中 虛擬速度定義為 節(jié)點(diǎn)上的壓力系數(shù)定義為 3 式中 分別表示在 x y z 方向的總體速度系數(shù)矩陣 分別表示節(jié)點(diǎn)在 x y z 方向的壓力系數(shù) 其值利用式 3 在整個(gè)計(jì)算域內(nèi)積分 由 各單元的貢獻(xiàn)值組裝而得到 Ni 單元插值函數(shù) i 總體節(jié)點(diǎn)號(hào) j 每個(gè)節(jié)點(diǎn)所有領(lǐng)接節(jié)點(diǎn)的數(shù)量 3 2 壓力方程 把連續(xù)方程式 1d 用 Galerkin 法離散后 把速度方程式 2 代入 整理后得到離散的單元壓力方 程 把單元?jiǎng)偠染仃囉贸Ｒ?guī)的方法在整個(gè)計(jì)算域內(nèi)組裝就得到整體壓力方程 3 3 邊界條件 在模壁上采用無(wú)滑移邊界條件 在澆口處 u v w 給定 3 4 速度修正 求解壓力方程 得到壓力場(chǎng) 但從動(dòng)量方程求解得到的速度場(chǎng)并不滿足連續(xù)性條件 因此 要 按下式用所求得的壓力場(chǎng)去修正當(dāng)前得到的速度場(chǎng) 附件一 英文文獻(xiàn)翻譯 29 上述壓力 速度方程采用松弛迭代求解 整個(gè)求解過(guò)程如圖 1 所示 3 5 流動(dòng)前沿位置的確定 熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)是非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程 熔體前沿位置隨時(shí)間變化 像二維模型一樣 本文沿用 FAN Flow Analysis Network J 的思路 采用控制體積法來(lái)跟蹤熔體每一時(shí)刻的前沿位置 但三維控 制體積是一個(gè)空間體積 比二維控制體積復(fù)雜得多 三維控制體積的劃分必須保證各節(jié)點(diǎn)的控制體 積完全充滿制品空間 不能有空洞和縫隙 圖 2 是三維控制體積的形態(tài)圖 箭頭處為制品表面 a 制品內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的控制體積 b 制品邊界節(jié)點(diǎn)的控制體積 圖 2 三維控制體積 4 結(jié)果和討論 算例的型腔如圖 3 a 所示 注射材料為 Kumbo 生產(chǎn)的 AKS780 對(duì)應(yīng)于五參數(shù) Cross 模型中的 n B Tb 粘度參數(shù)為 0 2 638 4 515 10 Pa 3 13 198 043 10 7 Pa s 1 12 236 10 K 0 Pa 注射溫度為 250 模具溫度為 45 制品的三維有限元網(wǎng)格如圖 3 b 所 示 a 制品尺寸 b 立體網(wǎng)格劃分 圖 3 示例制品 噴泉 效應(yīng)也是充模流動(dòng)時(shí)的一個(gè)典型現(xiàn)象 當(dāng)熔體以較快的速度注入一個(gè)相對(duì)較冷的模具 中 熔體和型腔壁接觸后 由于傳導(dǎo)冷卻效應(yīng) 實(shí)際上在型腔壁處就形成固體層 靠近型腔壁處 的熔體剪切應(yīng)力增加 而中部剪切應(yīng)力為零 于是靠近型腔壁處熔體流動(dòng)方向開始向模壁偏轉(zhuǎn) 又 由于中部熔體流動(dòng)速度比沿壁厚度方向上的平均速度快 不斷沖破熔體前沿由于降溫而形成的前沿 30 膜并形成新的前沿膜 因此 此時(shí)流體前端呈噴泉狀 后面則以片狀流動(dòng)在固體層下面通過(guò) 圖 4 a 是示例制品在幾個(gè)充填時(shí)刻流動(dòng)前沿的形狀 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和這種理論相符合 相反 如圖 4 b 所 示兩維半模型的流動(dòng)前沿形狀不會(huì)出現(xiàn)這種 噴泉 效應(yīng) a 三維流動(dòng)前沿的形狀 b 兩維半流動(dòng)前沿的形狀 圖 4 三維模型流動(dòng)前沿形狀 a 和兩維半模型流動(dòng)前沿形狀 b 的比較 圖 5 所示的幾個(gè)充填時(shí)刻流動(dòng)前沿形狀的比較 它所示的當(dāng)前模型的流動(dòng)前沿形狀的效果比充 填模型的好 如圖 6 所示的是和充填模型的流動(dòng)前沿形狀相比較的片門壓力圖 它所示的當(dāng)前模型 的片門壓力和充填模型的相一致 產(chǎn)生這種偏差的主要原因是在處理模型和材料參數(shù)的差異 圖 6 當(dāng)前三維模型的片門壓力值 虛線 和充填模型的片門壓力值 實(shí)線 的比較 附件一 英文文獻(xiàn)翻譯 31 圖 5 當(dāng)前三維模型流動(dòng)前沿形狀 a 和充填模型流動(dòng)前沿形狀 b 的比較 5 結(jié)論 三維有限元模型代表一個(gè)理論模型和數(shù)值模擬填充過(guò)程的實(shí)現(xiàn) 通過(guò)三維實(shí)體制品實(shí)例來(lái)測(cè) 試他的有效性 在未來(lái)塑料注塑成型模擬方面三維模型的注射成型流動(dòng)模擬是一個(gè)發(fā)展的方向 盡 管在目前廣泛使用三維模型的注射成型流動(dòng)模擬需要很長(zhǎng)的時(shí)間 但是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展以及 仿真技術(shù)的改進(jìn) 這種三維模型的技術(shù)將會(huì)得到廣泛地應(yīng)用 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