【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，是發(fā)展熱流道模具的重點(diǎn)。 快速成型技術(shù)是 20 世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù) , 是在現(xiàn)代CAD/ CAM、 CNC、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)以及新材料等技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的?？焖俪尚透鶕?jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的三維模型 , 能在很短時(shí)間內(nèi)直接制造出產(chǎn)品樣品 , 是制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)重要技術(shù)。 逆向工程技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，給現(xiàn)代工業(yè)帶來(lái)三大變化：精確加工制造出復(fù)雜的零件；大大縮短產(chǎn)品的研制周期；有效地將各種現(xiàn)代化工具和理論應(yīng)用到具體問(wèn)題，解決從前難以解決的問(wèn)題。其已經(jīng)用到舊零件的還原、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品 的檢測(cè)中，它不僅能消化和吸收實(shí)物原型，并且能修改再設(shè)計(jì)以制造出新的產(chǎn)品。 從模具產(chǎn)需情況看，我國(guó)中低檔模具已供過(guò)于求，而以大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具為主要代表的高技術(shù)含量模具自給率只有 60%左右，還較低，很大一部分仍需進(jìn)口。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前模具總銷(xiāo)售額中塑料模具占比最大，約45%；沖壓模具約占 37%；鑄造模具約占 9%；其他各類(lèi)模具共約 9%。 （ 3）從我國(guó)人均模具塑料消費(fèi)情況看，人均為 46 公斤，僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的1/3，這預(yù)示著我國(guó)塑料制行業(yè)人會(huì)保持高速發(fā)展。工程塑料制品在“以塑代鋼”、“以塑代木”的必然趨勢(shì) 下，還會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)；由此可見(jiàn)，在模具總量中占比最高的塑料模具，也將會(huì)以較高的增長(zhǎng)速度發(fā)展。 （ 4）從模具生產(chǎn)成本上看，我國(guó)模具使用壽命相對(duì)美國(guó)、日本較低，生成周期較長(zhǎng)。只有走“專(zhuān)、精、特”的道路才能縮短模具生產(chǎn)周期、提高模具壽命，用模具制造的精細(xì)化來(lái)提高模具的可靠性和穩(wěn)定性。 選題的意義 選擇水壺內(nèi)蓋作為塑料模具設(shè)計(jì)的選題，首先運(yùn)用了工程材料、工程力學(xué)所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)塑料制品的性能特點(diǎn)對(duì) 力學(xué)性能參數(shù) 、 成型材料的特性 進(jìn)行選擇；其次對(duì)各個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，給下一步的設(shè)計(jì)提供參照，依據(jù)對(duì)制品，應(yīng)用 moldflow 進(jìn)行優(yōu)化分析，；最后進(jìn)行最核心的步驟 —— 模具的設(shè)計(jì)，不僅要培養(yǎng)我們的設(shè)計(jì)能力，也是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合考察， 塑料成型技術(shù) 、注塑模具設(shè)計(jì) 、傳熱學(xué)、 公差與互換性 等學(xué)科都得到了運(yùn)用；并且貫穿于 繪圖的 整個(gè)過(guò)程當(dāng)中。此選題對(duì)我們知識(shí)的運(yùn)用和能力的培養(yǎng)都有重要的現(xiàn)實(shí)意 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 義。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 塑件的分析及材料選擇 塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析 圖 和圖 分別為水壺內(nèi)蓋的 3D 立體圖和 2D 工程圖。 圖 水壺內(nèi)蓋立體圖 圖 水壺內(nèi)蓋二維圖 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 由圖 和圖 可知，在設(shè)計(jì)水壺內(nèi)蓋時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1）塑件作為水壺內(nèi)蓋， 要求不能有熔接痕和斑點(diǎn)， 外觀光潔。 （ 2）塑件為回轉(zhuǎn)體，為提高制品的 剛度 和 強(qiáng)度 ，一側(cè)有加強(qiáng)筋，且壁厚均勻，符合最小壁厚要求。 （ 3）不必考慮側(cè)向抽芯裝置，因?yàn)樵撍芗o(wú)側(cè)向凹凸結(jié)構(gòu)。 （ 4）為了降低了應(yīng)力集中， 提高塑件制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，塑件的所有轉(zhuǎn)角均設(shè)計(jì)為圓角，也可以使塑件材料成型時(shí)有流線型流路，同時(shí)易于塑件 頂出。 （ 5）為了保證塑件的順利脫模，塑件內(nèi)部 有 1176。 拔模斜度。 （ 6）塑件為深腔結(jié)構(gòu)，在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，要力求均勻冷卻，保證 塑件的形狀，將 收縮 、 變形 的程度降到最低。 塑料材料的選擇 PP 的物理化學(xué)性能 PP 是聚丙烯的縮寫(xiě)，是一種高純晶度材料，是常用材料中最輕的，密度僅為 ,產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好。 PP 耐磨性好，由于 HIPS，高溫沖擊性好。硬度低于 ABS，但優(yōu)于 PE。并且有較高的熔點(diǎn)。由于均聚物型的聚丙烯溫度高于 0176。 C 以上時(shí)非常脆，因此許多商業(yè)的聚丙烯材料是加入1%~4%乙烯的無(wú)規(guī)則共聚物，或更高比例乙烯含量的嵌段式共聚物。共聚物型的聚丙烯材料有較低的熱扭曲溫度、低透明度、第光澤度、低剛 性，但是具有更強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度。聚丙烯軟化溫度為 150176。 C。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。 PP 料流動(dòng)性好，成型性能好，適合扁平大型膠件。 PP 料是通用塑料中耐熱性最好的，其熱變形溫度我 80~100176。 C，能在沸水中煮。 材料的注塑工藝 干燥處理：如果儲(chǔ)存適當(dāng)，則不需要干燥處理。 PP 染色性較差，色粉在塑料中擴(kuò)散不夠均勻，大型件尤為明顯。 PP 制品表面若需要噴油等裝飾，需先用 PP 擦拭。 注射壓力： 70~80MPa。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 注射速度： PP 冷卻速度快，宜快速注射，適當(dāng)加深排氣槽來(lái)改善排氣不良。 熔化溫度： PP 結(jié)晶溫度高，加工溫度需要較高。 PP 的應(yīng)用范圍 機(jī)械工業(yè)：洗碗機(jī)門(mén)襯墊、干燥劑通風(fēng)管、洗衣機(jī)框架及機(jī)蓋、冰箱門(mén)襯墊。 汽車(chē)工業(yè)：擋泥板、通風(fēng)管、風(fēng)扇等。 電子工業(yè)：草坪和園藝設(shè)備如剪草機(jī)和噴水器等。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 Moldflow 分析 劃分網(wǎng)格 首先采用三維軟件 solidworks 進(jìn)行建模，再將文件導(dǎo)入到 Moldflow 軟件中，用 MPI 模塊對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將最大縱橫比降低為 6，同時(shí)要保證匹配率達(dá)到 90%以上，以保證接 下來(lái)翹曲分析的精準(zhǔn)性。 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)的結(jié)果為：壺蓋上的三角形區(qū)域?yàn)?11243 個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為 5612 個(gè)，網(wǎng)格體積為 cm 179。，網(wǎng)格面積為 cm 2，公共邊為 15327 個(gè)，無(wú)自由邊、交叉邊，無(wú)配向不正確單元。最大縱橫比為 ，匹配率為 %。符合要求。 網(wǎng)格劃分如圖 圖 水壺內(nèi)蓋 的網(wǎng)格劃分 最佳澆口位置的確定 如圖 ，最佳澆口位置為于圖中的藍(lán)色位置，共有兩處，一處位于球型弧面處，另一處位于壺蓋頂端的中心處，由于球型弧面為曲面，且要求 外觀質(zhì)量較高，所以不能將澆口選在此處。所以將澆口位置選在水壺蓋頂端中心處，采用點(diǎn)澆口澆注形式，其澆口位置痕跡小，對(duì)壺蓋的外觀基本無(wú)影響。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 最佳澆口位置 PP 的選用及材料屬性 材料選用 PP材料，選用此材料的推薦工藝為：模具溫度范圍在 40℃ 80℃之間，建議使用 50℃左右，模溫太低，塑件表面光澤差，甚至無(wú)光澤；模溫太高，已發(fā)生收縮凹陷、翹曲 變形等。熔體溫度范圍在 160℃ 190℃之間，絕對(duì)最大熔體溫度為 275℃，為減少收縮、飛邊等缺陷，往往取偏下限的料溫。最大注射壓力為 140Mpa，保壓時(shí)間應(yīng)較長(zhǎng)以保證塑件尺寸。熔體溫度的設(shè)置要在推薦范圍內(nèi)，以免溫度過(guò)高使材料發(fā)生降解。 充填分析 填充時(shí)間 塑件的填充時(shí)間為 。兩個(gè)件同時(shí)填充，沒(méi)有時(shí)間差。填充時(shí)間如 圖 。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 填充時(shí)間 V/P 轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力 V/P 轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力為 ，該壺蓋為薄殼制品，壁厚為 2mm，注射 時(shí)要以很高的注射壓力，才能把流動(dòng)性較好、料溫較高的 PP 材料以較高的注射速度壓入型腔。 V/P 轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力如圖 。 圖 V/P轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 流動(dòng)前沿處的溫度 圖 顯示了流動(dòng)前沿的溫度分布狀況，溫度相差為 9℃，處于合理范圍，此方案可以實(shí)行。 圖 氣穴產(chǎn)生位置 因?yàn)樵谀＞咧谐嗽械目諝?，還有塑料因局部過(guò)熱分解而生成的低分子氣體，所以在注射過(guò)程中，氣體若不及時(shí)排出型腔，就會(huì)導(dǎo)致大量氣穴產(chǎn)生。氣穴可能導(dǎo)致制品表面有缺陷，甚至可能由于氣體壓縮產(chǎn)生熱量而出 現(xiàn)裂痕。 氣穴產(chǎn)生在壺蓋凸緣的底端處，此處為分型面處，可以排氣，方案合理。圖 中紅色圈為氣穴產(chǎn)生的位置。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 氣穴位置 縮痕指數(shù) 縮痕是指制品表面產(chǎn)生陷窩、收縮痕跡、凹坑等現(xiàn)象，縮痕深度一般比較小，并不影響制品的使用性能和強(qiáng)度，但由于它使光線朝不同方向反射，使產(chǎn)品的外觀達(dá)不到要求。 影響縮痕指數(shù)的參數(shù)主要有保壓壓力、熔體溫度、保壓時(shí)間。延長(zhǎng)保壓時(shí)間可以縮小縮痕深度，但在澆口凍結(jié)之前有效；增加保壓壓力可以降低縮痕深度；適當(dāng)?shù)奶岣呷垠w溫度也可以有效的降 低縮痕深度。 如圖 （ 1）為熔體溫度為模溫 50℃，熔體溫度為 220℃，保壓壓力為 時(shí)縮痕指數(shù)圖，其縮痕指數(shù)為 0。 大連工業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 （ 1）縮痕指數(shù) 如圖 （ 2）為模溫 50℃，熔體溫度為 230℃，保壓壓力為 時(shí)縮痕指數(shù)