本科畢業論文-塑料齒輪注塑模具設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 h 菜單中有許多命令可用來檢查網格模型的質量，包括 Mesh Statistics（網格統計）報告和其它檢查并顯示網格問題的命令。如：縱橫比檢查、單元重疊及相交檢查、取向檢查、連續性檢查、自由邊檢查、厚度檢查、重復次數和表面網格匹配檢查等。 應用診斷工具，進行縱橫此診斷，診斷結果如圖 所示。 圖 縱橫比診斷結果 由圖中可以看出，存在稍大縱橫比，這將對分析的正常進行與分析結果的精度產生一定的影響，可以進行修復優化。 B. 縱橫比修復 Mesh 菜單下有一個叫 Mesh Tools（網格修復工具）的工具集，這是一個包含一系列網格修復工具的對話框，包括：自動修復（ Auto Repair）、修復縱橫比（ Fix Aspect Ratio）、自動合并（ Global Merge）、合并節點（ Merge Nodes）、置換對角邊（ Swap Edge）、匹配節點（ Match Node）、局部重劃網格（ Remesh Area）、插入節點（ Insert Nodes）、移動節點（ Move Nodes）、對齊節點（ Align Nodes）、調整單元取向（ Orient Elements）、填充孔（ Fill Hole）、創建邊界（ Create Regions）、光順節點（ Smooth Nodes）、創建柱體單元（ Create Beams）、創建三角單元（ Create Triangles）、刪除實體（ Delete 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 7 頁 共 53 頁 7 Entities）和清理多余節點（ Purge Nodes）等。 應用網格診斷修復工具，進行節點、三角形邊等操作，進行縱橫此修復 ，修復結果如圖 所示。 圖 縱橫比修復結果 同樣，應用網格診斷修復工具，對單元重疊及相交、取向、連續性、自由邊等進行檢查及修復，診斷修復后結果如圖 。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 8 頁 共 53 頁 8 圖 修復后網格統計 從統計結果可以看出，網格質量已基本滿足分析要求。 澆口位置方案優化 在制品及模具設計中，是否有合適澆口位置直接影響到制品設計的工藝性質量和模具設計制造的可實現性及成型工藝。因此澆口位置方案應有充分考量并實現方案的優化。 初始方案 初始方案澆口設置在齒輪側面最大輪廓處，具體位置如圖 所示。 圖 側面澆口位置 對所采用澆口方案進行快速充填分析，部分分析結果如下： （ 1）充填時間分析結果 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 9 頁 共 53 頁 9 圖 充填時間分析結果 （ 2） V/P切換時壓力分析結果 圖 V/P切換時壓力分析結果 優化方案 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 10 頁 共 53 頁 10 優化方案是在制件頂面中間勻布設置 3 個點膠口，如圖 。 圖 頂面中間澆口位置 對所采用澆口方案進行快速充填分析，部分分析結果如下： （ 1）優化后的充填時間分析結果 圖 優化后的充填時間分析結果 （ 2）優化后的 V/P切換時壓力分析結果 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 11 頁 共 53 頁 11 圖 V/P切換時壓力分析結果 結論 由充填分析結果可以看出，優化方案相對于初始方案注射時間由 縮小到，熔料流動比較均勻，到達結構相同的地方的時間相同，制件的綜合力學比較一致穩定。 由 V/P 切換時壓力分析結果可以看出，優化方案相對于初始方案壓力由 縮小到 ，壓力梯度比較均勻，結構相同的地方壓力一致。 由上述比較可以看出，第二種的優化方案在熔料流動、注射時間、壓力及對制件性能影響等方面都取得了更好的結果，是一個優化的方案。 由鎖模力分析圖和流動前沿溫度分析結果也可對此進行驗證，如圖 。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 12 頁 共 53 頁 12 圖 鎖模力及流動前沿分析圖 冷卻工藝方案優化 初始方案 （ 1）初始方案設定 冷卻系統設計方案如圖 215 所示。在易設置冷卻系統的定模部分設置冷卻通道。動 模部分未設置。冷卻介質為恒溫水，溫度為 30℃。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 13 頁 共 53 頁 13 圖 初始方案冷卻系統 （ 2）初始方案部分分析結果 對初始方案進行冷卻、流動、翹曲分析，部分分析結果如下： 圖 冷卻時間分析結果 由上圖所示制品最大冷卻時間為 ，流道最大冷卻時間為 。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 14 頁 共 53 頁 14 圖 冷卻回路溫度分析結果 由上圖所示，可以分析出冷卻介質出入口溫度差為 ℃。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 15 頁 共 53 頁 15 圖 全局翹曲變形量分析結果 由上圖可以分析出，制品全局變形量為 。 優化方案 （ 1）優化方案設定 冷卻系統優化設計方案如圖 所示。該方案在動模部分設置了冷卻通道，努力使冷卻更均勻。 圖 優化方案冷卻系統 （ 2）優化方案部分分析結果 對初優化方案進行冷卻、流動、翹曲分析，部分分析結果如下： 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 16 頁 共 53 頁 16 圖 冷卻時間分析結果 圖 冷卻回路溫度分析結果 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 17 頁 共 53 頁 17 圖 222 全局翹曲變形量分析結果 （ 3）方案優化前后質量控制參量對比 方案優化前后質量控制參量對比如表 。 表 優化前后質量控制參量對比 質量控制參量 初始方案 優化方案 優化效果 制品冷卻時間 (s) 良好 冷卻回路溫度差 (℃ ) 0 良好 全局翹曲變形量 (mm) 良好 結論 由冷卻時間分析結果可以看出，優化方案相對于初始方案制品冷卻凝固時間由 縮短到 ，且制件的各處冷卻比較均勻； 由冷卻回路溫度分析結果可以看出，優化方案相對于初始方案冷卻液出口相對于入口溫度差由 ℃降到 0℃。 由全局翹曲變形量分析結果可以看出，優化方案相對于初始方案變形量由 降到 ，且制件各處翹曲變形比較均勻。 由此可見優化方案能有效縮短冷卻時間，提高冷卻回路冷卻效果和保證冷卻的均勻性，能降低制品成型的變形量，是一個優化了的方案。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 18 頁 共 53 頁 18 3 制件的工藝設計分析 脫模斜度的意義和影響 通常情況下制件在冷卻后會產生一定的收縮，也會產生包緊力，該力作用在凸模或者成型的型芯上；也可粘附作用，塑件是緊貼在凸模的型芯上。為了容易脫模，還要防止塑件表面在脫模時刮傷和擦毛，在設計的時候塑件表面沿脫模方向一般具有合理的脫模斜度。 脫模斜度的確定 因為該塑料齒輪為小型制件，所以本次設計中采用 1176。的拔模斜度，這樣從外表面到內表面，模具的脫模斜度基本正常，能保證正常的脫模斜度要求。 型腔數量的確定 模具型腔數量的確定主要跟注射機的最大注射量、額定鎖模力、塑化速 度、制品的尺寸和精度、生產的經濟性等因素有關。該塑件（制件）為小型塑料件，相對應的模具規格也是小型的。同時，考慮到模具結構尺寸與塑件尺寸之間的關系，加之制造成本和經濟利益的因素，決定選用一模四腔的模具結構形式。 型腔布局 （ 1） 流動長度要適當，流道廢料盡量少，澆口位置要合適統一，進料要平衡，還要使型腔壓力平衡； （ 2） 排位應保證流道、澆口套距定模型腔邊緣有一定距離，以滿足封膠要求； （ 3） 排位應滿足模具結構等的空間要求； （ 4） 為了使模具達到較好的冷卻效果，排位應注意螺釘、推桿對冷卻水孔的影響，預留冷卻水孔的位置； （ 5） 排位要盡可能緊湊，以減小模具的外形尺寸，且長寬比例要適中，同時也要考慮注射機的要求。 [5] 、額定鎖模力、塑化速度、制品的精度要求、生產的經濟性等因素有關。一模多穴排位時，要考慮到進膠的平衡性，如果有行位應優先考慮朝 X或 Y 方向運動便于加工。產品 之間沒有流到時，可適當縮小產品之間的間距，最小間距可以做到 50100mm，若有流到通過，則間距做到 100150mm。綜合考慮上述排列原則及加工難度、經濟性、效率、成本等因素，又由于本設計選擇的 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 19 頁 共 53 頁 19 是一模四腔，故采用縱向上下左右對稱排列，如圖 ： 圖 型腔布局圖 型腔的結構 由于該模具為一模四腔，考慮到型腔型芯加工的方便性和維修更換零件的方便性，型腔型芯采取組合嵌入式結構，又考慮到型腔型芯是直接與塑膠接觸的零件，對材料的剛硬度和耐腐蝕性有比較高的要求，因此型腔型芯的材料要比定動模板的 材料好，因此型腔型芯選用比較好的進口模具不銹鋼 S136H，而定動模板選用國產材料 2Cr13。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據成型零件尺寸結合標準模架，選用細DBI2527A49B40C80L250(GB/T125562021)此種小型細水口三板模標準模架 [7]，其基本結構如圖 。 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 20 頁 共 53 頁 20 圖 32模架結構示意圖 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 21 頁 共 53 頁 21 表 模具各零部件選材及熱處理表 [8] 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注塑模時應該詳細了解注射機的技術規范 ,才能設計出符合要求的模具。 注射機規格的確定主要是根據塑件的大小及型腔數目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推 (頂 )出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據這些參數選擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規格，設計人員必須對這些參數進行校核，倘若不能滿足要求，則必須自己調 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 22 頁 共 53 頁 22 整或與用戶取得商 量再進行調整。 對塑件體積、質量的計算 對于該設計，用戶提供了塑件（制件）的圖樣及尺寸，使用三維軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形體積，如圖 所示，查資料知其密度平均值 塑件體積 V1 ≈ 塑件質量 m1 ≈ 1V? = ≈ 圖 3D塑件體積測量示意圖 澆注系統凝料體積的計算 運用三維軟件可以測出凝料的體積 V2，如圖 V2= 該模具一次注射所需塑料 體積 V0 = V1+V2 = + ≈ 質量 m0 = 0V? = ≈ 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 23 頁 共 53 頁 23 圖 3D凝料體積測量示意圖 注射機型號的選定 近年來我國引進注射機型號很多，國內注射機生產廠的新機型也日益增多。掌握使用設備的技術參數是注塑模設計和生產所必需的技術準備。在設計模具時，最好查閱注射機生產廠家提供的《注射機使用說明》上標明的技術參數。根據以上計算一次注射量的分析以及考慮到塑件品種、塑件結構、生產批量及注射工藝參數、注射模具尺寸大小等因素，由以上數據計算知，該模具一次注塑所需 塑料，該模具的整體尺寸為300x270x314mm(LxHx 厚度 )參考設計手冊初步選定型號為 XS— ZY250 型臥式螺桿注射機，它的主要技術參數見下表 ： 表 XS— ZY250型螺桿式注射機的主要技術參數 [11] 序號 主要技術參數項目 參數數值 1 最大注射量 /cm179。 250 2 注射壓力 /MPa 130 3 塑化能力（ g/s） 6 4 拉桿間距（ mm mm） 448*370 5 鎖模力 /kN 1800 6 動、定模固定板尺寸 /（ mm mm） 598*520 5 最大模具厚度 /mm 350 6 最小模具厚度 /mm 200 7 最大開模行程 /mm 500 8 噴嘴前端球面半徑 /mm 15 9 噴嘴孔直徑 /mm 3 10 頂出桿根數 5 淮陰工學院畢業設計說明書 （論文） 第 24 頁 共 53 頁 24 11 注射時間 /s 2 12 螺桿轉速 r/min 2 3 3 5 89 注射機的工藝參數的校核 （ 1）注射量校核 注射量以容積表示 最大注射容積為 Vmax=α V = 250= 式中 maxV 模具型腔和流道的最大容積（ cm3）； V 指定型號與規格的注射機注射量容積（ cm3），該注射機為 250cm3； ? 注射系數，取 ～ ，該處取 。 每次注射的實際注射量容 積 V0 應滿足 V0Vmax，而 V0＝ , Vmax=α V =250= , V0Vmax故符合要求。 （ 2）最大注射壓力的校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力 Pmax=130MPa,應該大于注射成型所需用的注射壓力 P0,即 0max pkP ?? 式中 k? —— 安全系數，常取 k? ＝ ～ 。實際生產中，根據經驗數據，該 ABS塑件成型時所需注射壓力 P0為 50MPa～ 60MPa。代值計算符合要求。 安裝尺寸的校核 參考我國塑料注塑模具模架國家標準，在 2021 年發布的《塑料注塑模模架技術條件》 (GB/T125562021)和《塑料注塑模架》 (GB/T125552021)