【導讀】出來的模具成型質(zhì)量較低。本論文所研究課題是借助于三維設計軟件Pro/e，然后通過對塑件的成型過程進行計算機有限元模擬分析，有效地。預測了實際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題，確定了產(chǎn)品的最佳成型工藝參數(shù)。過對相關(guān)工藝參數(shù)的調(diào)整，改善了原有模具設計方案中的不足之處。了產(chǎn)品的研發(fā)周期、模具設計周期和加工周期,提高了一次試模成功率。我國注塑模具發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢-----------------------------------------------1. 課題研究的目的與意義-------------------------------------------------------------4. 2兒童早教機前殼模具設計-------------------------------------------------------------------5. 塑件成型工藝性分析----------------------------------------------------------------5. 模具型腔與分型方案設計----------------------------------------------------------8. 注塑機的初選型與校核-----------------------------------------------------------10. 成型零部件設計--------------------------------------------------------------------21. 結(jié)構(gòu)零部件設計--------------------------------------------------------------------25. 3模具三維實體造型-----------------------------------------------------------------------------34. 4塑件成型過程的計算機模擬分析-----------------------------------------------------38

　　

【正文】 =25mm） 材料 采用 45 鋼 ， 用 4 個 M8 的內(nèi)六角螺釘與推桿固定板固定。 其上需開設推板導套的安裝孔。 9. 推桿固定板 （ 420mm 485 mm、 H=25mm） 材料 也采用 45 鋼 ，其上須開設推桿和推板導套的臺肩孔。 模具厚度的校核 模具厚度 H 應滿足 min maxH H H?? 由注塑機參數(shù)得 maxH =450mm，山東科技大學學士學位論文 30 minH =300mm，把各個模板的厚度值加起來得到模具厚度： H=45+80+27+48+57+120+48=425mm minH H maxH ， 符合要求。 冷卻系統(tǒng) 設計 注射模具的溫度對塑料熔體的充模流動、固化定型、生產(chǎn)效率、塑件的形狀和尺寸精 度都有重要的影響。注射模具中設計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，是通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)力。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，由于要求的模具溫度不高，所以無需設計加熱系統(tǒng)。 冷卻回路的尺寸確定 模具冷卻裝置的設計與使用的冷卻介質(zhì)和冷卻方法有關(guān)。因為 水的 比熱容量大 ， 傳熱系數(shù)大，成本低 ，所以本方案用水作為冷卻介質(zhì)。水冷就是 在模具型腔周圍開設冷卻水道 ，利用水循環(huán)帶走熱量，維持所需溫度 。 1. 冷卻回路所需的總表面積 )(3 6 0 0 wmMqA ??? ?? 式 式中 A—冷卻回路總表面積， m178。； M—單位時間內(nèi)注入模具中的樹脂質(zhì)量 ， kg/h； q—單位質(zhì)量樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量 （ q=4 510 J/kg）； ?—冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ， W/m178。K； m? —模具 成型表面的 溫度（ 60℃ ）； w? —冷卻水的平均溫度 （ 30℃ ） 。 山東科技大學學士學位論文 31 冷卻水 的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ? 可用下式計算： )( dv??? ? 式 式中 ?—冷卻水的密度，取 1000kg/m179。； v—冷卻水的流速，取 ； d—冷卻水孔直徑，取推薦值 d=10mm； ? —與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)， ? =。 所以 ? =7330 W/m178。K。 設注射時間為 1s，塑件與 冷卻系統(tǒng) 總體積 為 222cm179。，塑件密度為179。， 則單位時間內(nèi)注入模具的塑料質(zhì)量為 1 0 0 03 3 6 0 2 2 ? ???M =280 kg/h 把以上個參數(shù)代入式 ，得到 冷卻回路所需總表面積： 3073303600 104280 5?? ???A =178。 2. 冷卻回路的總 長度 dAL ?? 式 式中 L—冷卻回路總 長， m； d—冷卻水孔直徑， d=10mm。 所以 冷卻回路總長度 L=。 3. 冷卻 管道數(shù)目的計算 由于冷卻回路的總長度為 ，而定模板的寬度為 450mm，所以冷卻管道的總數(shù)目為： n=≈ 10 由于冷卻回路只設置在定模板上，模具又采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)，因此山東科技大學學士學位論文 32 可在每個型腔周圍適當位置分別開設 5 條冷卻管道。 4. 冷卻 水體積流量的計算 )(60 21 ??? ?? c Mqqv 式 式中 Vq —冷卻 水 體積流量 ， m179。/min； c —冷卻 水 的比熱容， c=4200J/(kg K)? ； 1? —冷卻 水的 出口溫度（ 30℃ ）； 2? —冷卻 水 的進口溫度（ 25℃ ） ； 其他參數(shù)同上。 所以 51 0 0 04 2 0 060 1042 8 0 5 ??? ???vq= 210? m179。/min 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計 冷卻系統(tǒng)的設計應能使冷卻介質(zhì)及時有效地帶走熱量，實現(xiàn)均一的快速冷卻，否則模內(nèi)就不能維持周期性熱平衡，會使塑件內(nèi)部產(chǎn)生應力而導致產(chǎn)品的變形或開裂。因此應根據(jù)塑件的形狀、壁厚及塑料的品種等因素設計出能實現(xiàn)高效、均一冷卻 的 回路。 1. 冷卻 水回路的布置 冷卻回路的布置應遵循冷卻水道盡量多、水孔盡量大；冷卻水道至型腔表面的距離應盡量相等； 澆口處加強冷卻；冷卻水道出入口的溫差盡量??；冷卻水道應沿著塑件收縮的方向設置；冷卻水道的布置應避開塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位等幾個基本原則。 冷卻水道至型腔表面的距離應在12~15mm 左右 。 2. 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 山東科技大學學士學位論文 33 常用的冷卻系統(tǒng)有直流式、直流循環(huán)式、循環(huán)式和噴流式等多種結(jié)構(gòu)形式。由于循環(huán)式冷卻水道加工費時，難度較大；而直流循環(huán)式冷卻效果又較差，所以 本 課題方案擬采用直流式冷卻 水道 結(jié)構(gòu) ，如圖 所示： 圖 直流式冷卻水道 本章小結(jié) 本章通過傳統(tǒng)的模具設計方 法 ， 首先對兒童早教機前殼塑件進行了工藝性分析，然后根據(jù)選定的注塑機 對 兒童早教機 模具的成型零 部 件 和結(jié)構(gòu)零部件 進行 了詳細的設計 計算，并對 澆注系統(tǒng)、 推出機構(gòu) 和 冷卻系統(tǒng)等進行了 具體 設計。 通過 這些相關(guān)工作 ， 確定了 兒童早教機 前殼 模具的整體設計方案， 并繪制了模具的二維總裝配圖和定模板、主型芯以及動模板等 幾個 重要零件的零件圖。 為后續(xù) 的三維建模工作奠定了 理論 基礎 。 3 模具三維實體造型 本 章內(nèi)容就是介紹如何借助于 Pro/e 軟件對 模具 進行 三維實體造型。 主要 分為以下三部分 內(nèi)容 ：塑件三維造型、實體 分模 、創(chuàng)建模架完善模具 。 山東科技大學學士學位論文 34 塑件三維造型 由于早教機外殼形狀十分復雜，若直接建模則不僅要分別創(chuàng)建成型零件的 復雜外形，還必須考慮到塑件的收縮以及成型零件的尺寸變化 ，過程很繁瑣，而且還難以保證型芯和型腔成型形狀的一 致性 。 如果先對塑件產(chǎn)品進行三維實體造型，再借助于 Pro/e 軟件的分模功能創(chuàng)建成型零件，則相對會簡單許多。 如上所述，正因為塑 件形狀的復雜性，尤其是一些曲面根本無法測量 ，僅僅依靠現(xiàn)有的工具就難以保證塑件模型和產(chǎn)品實體吻合一致。因此在實際造型時只能盡量向產(chǎn)品實體靠攏，但這并不影響我們對模具的三維造型 。另外由于在 Pro/e 分模方面的知識有限，因此在產(chǎn)品的造型過程中也對塑件進行了適當簡化，以減小造型和分模難度。上一章的圖 和圖 就是產(chǎn)品的三維模型效果圖。 實體分模 完成了塑件的三維造型，接下來就是模具 分模工作了， 這兒只對一個型腔進行分模，另外一個型腔可以在后續(xù)的工作中通過鏡像等工具加以補充。 分模的步驟如下： 1. 導入塑件參照模型 選擇 模具模型 裝配 參照模型，把塑件的三維模型導入進去， 約束方式 選擇缺省，其余接受默認設置。 2. 創(chuàng)建模具工件 選擇創(chuàng)建 工件 手動，創(chuàng)建選項選擇創(chuàng)建特征 加材料，其余默認。然后借助于拉伸工具創(chuàng)建模具工件， 長度為定模板的一半（ 330mm），高度為定模板和推件板厚度之和（ 107mm），寬度和定模板相同（ 450mm）。 塑件山東科技大學學士學位論文 35 在工件中 位置 如圖 所示： 圖 塑件在工件中 的布置 圖 分型曲面 3. 創(chuàng)建分型面 選擇分型曲面工具 ，把模具工件隱藏，然后復制粘貼整個塑件內(nèi)表面，并填補上面的按鍵孔。 然后沿著塑件的 分型面 拉伸一個 貫穿 模具工件平 面 。 4. 分割模具體積快 選擇分割模具體積塊工具 ， 選擇步驟 3 所創(chuàng)建的平面作為第一分型面，其余接受默認選擇。然后再次進行模具體積塊分割，選擇分割模具體積快，選擇塑件一側(cè)的那個體積快，然后選擇圖 所示的分型曲面作為第二分型面，其余接受默認退出。 5. 模具元件的抽取 選擇模具元件 抽取，選取全部體積塊，完成模具元件的 抽取。然后選擇模具進料孔 定義間距 定義移動，分別把模具元件向相反的方向移動一定距離 ，查看一下是否分模成功。 6. 成型零件的完善 雖然完成了模具的分模工作，但只是單個型腔的分模，還必須把模具元件加以 后續(xù) 處理 ，才能成為完整的成型零件。完善后的定模板和型芯分別如圖 和圖 所示： 山東科技大學學士學位論文 36 圖 定模板 圖 型芯 模架 的 創(chuàng)建 結(jié)構(gòu)零部件大都是形狀規(guī)則的模板和桿類零件， 雖然 其造型相對簡單 ，但難點在于統(tǒng)觀整體，準確把握有裝配要求零件的定位問題 。 這兒只簡單介紹一下其中幾個比較重要零件 創(chuàng)建 的 注意事項 ，包括動模板（型芯固定板）、推件板和澆口套。 圖 動模板 1. 動模板 由于型芯固定在動模板上，而型芯的固定部分又不是規(guī)則的圓形，而是在 圓形輪廓的基礎上“切了一刀”（為了避免與澆口套干涉），如圖 所示，所以動模板的相應固定輪廓也必須一致，而且還需要畫出臺肩部分山東科技大學學士學位論文 37 以及推桿導向孔、導柱固定孔、拉料桿固定孔和螺紋孔 。動模板的三維模型如圖 所示。 2. 推件板 由于本課題方案采用了推件板推出機構(gòu)，推件板沿著型芯推出，所以推件板的導向孔輪廓必須與型芯相同 。 3. 澆口套 澆口套 應 穿過定模座板和定模板，與定位圈配合，而且還要在其一端開設分流道，另一端開設與注塑機噴嘴 相 配合的球形凹面。 本章小結(jié) 本章 簡要地介紹了如何 運用 Pro/e軟件對模具 成型 零件進行 分模和結(jié)構(gòu)零件進行 三維造型，使設計 更加直觀、形象。 模具 CAD 技術(shù)的運用， 改變了傳統(tǒng)的僅依靠二維圖紙設計模具的方法， 有效 地 保證 了 注射模設計的準確性 ,提高 了 設計效率。 山東科技大學學士學位論文 38 4 塑件成型過程的計算機模擬 分析 有限元 分析 方法的基本思想 和特點 1. 基本思想 有限 元 法是 適應 電子計算機的 使用 而迅速發(fā)展起來的一種 比較新穎和有 效的 數(shù)值 計算方法。它 起源于 20 世紀 50 年代 航空工程中飛機結(jié)構(gòu)的矩陣分析 ，隨后很快 地 應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)性問題。有限元法 的 基本思想 是把具有無限個自由度的連續(xù)系統(tǒng) ， 理想化為 只 有有限個自由度的單元 集合體 ，使問題轉(zhuǎn)化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問題。 2. 特點 （ 1） 概念 清楚， 容易理解。 可以在不同的水平上建立起對該方法的理解。 （ 2） 適應性強，應用范圍廣。 有限元法 可以用來求解工程中許多復雜的問題，特別是采用其他數(shù)值計算方法（ 如 有限元差分法 等 ）求解困難的問題 。如復雜結(jié)構(gòu)形狀問題，復雜邊界條件問題，非勻質(zhì)、 非線性材料問題，動力學問題等。 （ 3） 有限元法采用矩陣形式表達，便于編制計算機程序，從而可以充分 地利用高 速數(shù)字 計算機優(yōu)勢。由于有限元法計算過程的規(guī)范化，國內(nèi)外有許多通用程序 ， 可以直接套用，非常方便。 著名的有 SAP 系列， ADINA，ANSYS， ASKA， NASTRAN， MARK， ABAQUS 等。 （ 4） 有限元法的缺點是解決工程問題 的計算量相當大， 必須首先編制計算機程序，必須運用計算機求解。 目前，有限元法還在不斷發(fā)展，今后將 會 更加完善，使用范圍也會更加廣泛。 Moldflow 正是 一種 比較 成熟的 ，用于 注塑成型有限 元 分析 的 軟件 ，下面將對其 做簡單介紹。 山東科技大學學士學位論文 39 Moldflow 簡介 Moldflow 軟件 是美國 MOLDFLOW 公司的產(chǎn)品，該軟件 包括 Moldflow Plastics Advisers（產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱 MPA）、 MoldFlow Plastics Insight（注塑成型模擬分析，簡稱 MPI）和 MoldFlow Plastics Xpert（注塑成型 品質(zhì) 控制專家，簡稱 MPX）三個部分。 本 章要應用和介紹的是 MoldFlow Plastics Insight 模塊。 MPI 解決方案可以對塑料產(chǎn)品和模具進行深入 的 分析，它可以在計算機上對整個注塑過程進行模擬分析 ，包括充填、 流動 、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應力和收縮， 以及氣體輔助成型分析等，使模具設計者在設計階段就可以找出未來產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷， 提高一次試模的成功率。 模擬分析 計劃 與 前處理 1. 分析計劃 本次 計算機模擬分析的計劃是：首先 分析 塑件的最佳澆口位置 ，并與已有方案進行比較； 然后對現(xiàn)有方案進行充填和 流動 分析；最后對 塑件產(chǎn)品的 成型工藝進行 冷卻 +流動 +翹曲 分析，并根據(jù)分析結(jié)果對現(xiàn)有方案進行工藝參數(shù) 的 優(yōu)化。 2. 前 處理 （ 1） 產(chǎn)品導入 Moldflow 軟件與其他 CAD 系統(tǒng)具有 良好的數(shù)據(jù)接口，可以從外部導入STL、 IGES 等格式的 CAD 模型 文件。 只需 在 Pro/e 中 把塑件的三維模型以STL 文件的格式導出 ，然后把模型導入 Moldflow 即可（必須先新建一個工程），在導入選項