【正文】 ............................. 32 第十章 經(jīng)濟分析 .................................................................................................................................. 33 致 謝 ................................................................................................................................................ 35 參 考 文 獻 ............................................................................................................................................ 36 5 第一章 引言 模具在加工工業(yè)中的地位 模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，已成為當(dāng)代工業(yè)生 產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。例如飛機制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套，其中主機八千套、發(fā)動機二千套、輔機二萬套。 對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀 、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。 模具影響著制品的質(zhì)量。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難易程度很大。另外模具對制品的成本也有影響。由于制件品種和產(chǎn)品需求量很大，對模具也提出了越來越高的要求。 模具的發(fā)展趨勢 “十二五 ”期間，中國模具業(yè)將進一步調(diào)整結(jié)構(gòu)，開拓市場，苦練內(nèi)功，提升水平， 使中國模具業(yè)在整體上再上一個新臺階，而這并不只是模具業(yè)的 “一家之事 ”。 （ 1）半導(dǎo)體封裝模具走向自動化 半導(dǎo)體封裝模具業(yè)對模具的要求是：一是要求精加工模具，目前電子產(chǎn)品不斷集成化、小型化，產(chǎn)品趨向高端，尺寸也越來越小，封裝體越來越薄，這對封裝要求越來越高，對模具精度要求很高。芯片尺寸縮小，芯片面積與封裝面積之比越來越接近于 1， I/O數(shù)增多、引腳間距減小。 今后半導(dǎo)體封裝模具發(fā)展方向是向更高精度、更高速的封裝模具 ——自動封裝模具發(fā)展。系統(tǒng)中設(shè)置多個塑封工作單元，每個單元中安裝模盒式 MGP 模，多個單元按編制順序進行封裝，整機集上片、上料、封裝、下料、清模、除膠、收料于一體。 隨著微電子技術(shù)飛速發(fā)展，半導(dǎo)體后工序塑封成型裝備應(yīng)用技術(shù)不斷提高，自動化作業(yè)已成必然趨勢。 設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展更上層樓 中國模具業(yè)雖然有了長足的發(fā)展，取得了巨大進步，但在模具業(yè)的上下游配套環(huán)節(jié)中，加工設(shè)備大都依賴進口，而機床是一薄弱環(huán)節(jié)。中國模具工業(yè)協(xié)會副秘書長秦珂認(rèn)為，國內(nèi)廠商應(yīng)重視 裝備制造業(yè)重視模具業(yè)的需求，目前國內(nèi)設(shè)備廠商如沈陽機床集團公司等已意識到模具機床的 “增值 ”潛力，著重在加工中心、數(shù)控機床等設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)。 在模具標(biāo)準(zhǔn)件領(lǐng)域，國內(nèi)已有較大產(chǎn)量的模具標(biāo)準(zhǔn)件主要是模架、導(dǎo)向件、沖頭等，汽車模具用含油導(dǎo)板、斜楔等。羅百輝指出，標(biāo)準(zhǔn)化成為模具業(yè)發(fā)展的新趨勢，模具業(yè)要擴大模具標(biāo)準(zhǔn)件的品種，提高其精度， 提高生產(chǎn)集中度，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。 7 第二章 工藝方案分析 塑件分析 三通管工件如圖 1 所示。因此本次畢業(yè)設(shè)計主要是針對以上問題進行模具設(shè)計，以解決實際生產(chǎn)中存在的問題。除此之外，還應(yīng)考慮塑件設(shè)計原則： 在滿足性能和使用條件下，盡可能使結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻、連接可靠、裝使用方便； 結(jié)構(gòu)合理，用簡單的加工方法就能完成模具的制作； 減小成型加工后的輔助加工。它將 PS， SAN， BS 的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學(xué)性能。 ABS 工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現(xiàn)象。 ABS 樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類， 8 不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。還有其它主要技術(shù)指標(biāo)是熔點（℃）： 130～160；抗拉屈服強度（ Mpa） ： 50；拉伸彈性模量（ Mpa） ： 103；彎曲強度（ Mpa） ： 80；沖擊強度（ kj/m2） ： 261（無缺口時）、 11（有缺口時）；體積電阻率為（Ω cm） ： 1016。因而 ABS 適用于制作一般機 械零件、減摩耐磨零件、傳動零件和電訊零件。 80%= 初選注射機型號： XZY300 其相關(guān)數(shù)據(jù)見表 。一般根據(jù)注射機料筒塑化速率確定型腔數(shù)量 n ； m mKmn p 1?? （ 31） 式中 K——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取 ； pm ——注射機最大注塑量， g； 1m ——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量， g ； m ——單個塑件的質(zhì)量， g 。 塑料 ABS 的密度為 ， 收縮率為 %～ %， 取 平均收縮率為 ﹪ 。 估算澆注系統(tǒng)的體積： V= 26952 mm3 注射機最大注射體 V3=320 cm3 由此可求出： n()/=4 本設(shè)計實例采用一模兩腔的型腔布局。 鎖模力的校核 鎖模力又稱合模力，是指注射機的合模機構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力。 12 表 4 模內(nèi)的平均壓力 制品特點 模內(nèi)平均壓力模p （ Mpa） 舉例 容易成型制品 PE、 PP、 PS 等壁厚均勻的日用品 一般制品 在模溫較高下成型的薄壁容器類制品 中等黏度塑料盒有精度要求的制品 ABS、 PMMA 等有精度要求的工程結(jié)構(gòu)件，如殼件、齒輪等。 開模行程的校核 注射機開模行程是有限的，塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機的最大開模行程，否則塑件無法從模具取出。 13 第四章 Moldflow模流分析 網(wǎng)格劃分及診斷修復(fù) 首先在 UG 軟件中，將制件模型轉(zhuǎn)換成 igs 格式并導(dǎo)入 MPI 中，對其進行網(wǎng)格劃分，初試劃分結(jié)果和網(wǎng)格統(tǒng)計結(jié)果 及網(wǎng)格診斷 如下圖 和圖 所示： 圖 ： 網(wǎng)格統(tǒng)計 圖 ：縱橫比診斷 進行網(wǎng)格修復(fù)的網(wǎng)格統(tǒng)計如下圖： 14 圖 修復(fù)后的縱橫比顯示 最佳澆口位置分析 網(wǎng)格處理好后，選擇的材料為 ABS,然后對其進行最佳澆口位置的分析，澆口的設(shè)計主要包括澆口的數(shù)目、位置、形狀和尺寸的設(shè)計。澆口設(shè)計應(yīng)保證提供一個快速、均勻、平衡、單一方向流動的充填模式，避免射流、滯留。所以在確定成型方案之前，對制品進行最佳澆口位置的預(yù)分析，其結(jié)果如下圖 所示。 圖 澆口位置分析 澆注方案的設(shè)計 綜合考慮到最佳澆口位置及朔件形狀特征，最終確定了以下兩種澆注方案 15 澆注方案一的設(shè)計 圖 方案一 澆注方案二的設(shè)計 圖 方案二 不同澆注方案的 Moldflow 流變分析結(jié)果及其比較 流變分析的目的是通過對熔融體流經(jīng)流道，澆口填充型腔的過程的模擬，預(yù)測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化 、氣穴和熔接痕的位置，并且優(yōu)化模腔的布局。 雖然填充分析過程只是整個成型周期中的一小部分，但它確實非常重要的過程，如果填 16 充不充分，則不能進行保壓和冷卻過程，因此，為了保證制件質(zhì)量，塑料熔融體必須確保填充充分。 (1) 填充時間 填充時間指的是熔融體填滿整個型腔所需的時間，兩種方案的分析結(jié)果分別如圖 、圖 所示。 17 (2) 氣穴位置 氣穴是指在塑料熔融體注射充填過程中，模腔內(nèi)除了原有空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣，塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體等。 圖 氣穴位置（方案一） 圖 氣穴位置（方案二） 由上圖可以看出，方案一 比 方案二所形成的氣穴 略 少， 但所處 易于設(shè)置排氣，所以就氣穴位置來說，兩種澆注方案都滿足要求。熔接痕的形成原因是由于各澆口流出熔料經(jīng)過形狀復(fù)雜的型腔到達(dá)匯聚處時各自的溫度、壓力和速度不完全一致產(chǎn)生的。兩種方案所形成的熔接痕的位置分別如圖 和圖 所示 。因此，就熔接痕而言，方案二比方案一好。 鎖模力： XY 圖表示鎖模力隨時間而變化的 19 情況。 鎖模力會隨著型腔的充填而逐漸變化，要降低鎖模力的最大值，最重要的是設(shè)法降低充填所需壓力。 方案一的最大鎖模力約為 噸，發(fā)生在填充時間為 的時候；方案二的最大鎖模力約為 噸，發(fā)生在填充時間為 的時候，大大低于 方案一，因此，就鎖模力而言，方案二較好。在制件比較薄的地方，如果這一溫度太低，則會造成滯流、短射現(xiàn)象的發(fā)生。兩種方案的熔融體流動前沿溫度的分析結(jié)果如圖 和圖 所示。C 相近。 設(shè)計方案的選定 由 方案分析的比較得方案二和方案相比；充填時間，方案二略好；氣穴與熔接痕兩者相差不多；但方案二的鎖模力和流動前沿溫度比方案一好，且方案二的模架比方案一的模架更簡易，故而此次設(shè)計選用方案二。 分析零件特點后，發(fā)現(xiàn)零件的外表面有比較高的精度要求， 簡易分型面示意圖 如下圖 所示： 圖 分型面 22 主流道的設(shè)計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。主流道各部分尺寸如下圖 所示： 圖 主流道個部分尺寸 按照前面所選取的注射機的參數(shù)和設(shè)計要求主流道各部分尺寸計算如下： 主流道小端直徑 mmmmRd )()1~( ??????? 主流道球面半徑 1 4 m m2 m m122)~(1SR 1 ????? R ； 主流道錐角 α＝ 2176。為了方便拉出主流道，這里取 α＝ 2176。 主流道襯套的設(shè)計 因為在澆注成型時，主流道要與高溫熔料體和注塑機噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以本設(shè)計不將主流道直接開在定模板上，而是設(shè)計成獨立的主流道襯套，然后將它嵌入到定模座板中。 本次設(shè)計所選用的澆口套為把澆口套與定位圈設(shè)計成整體形式，澆口套與模板間的配合采用 H6/M6 的過渡配合，用螺釘 定位于定模座板上，此種設(shè)計一般只用于小型注射模，如下圖 所示： 23 圖 澆口套 分流道的設(shè)計 在設(shè)計中考慮到，在保證成型質(zhì)量的前提下盡量縮短流程，減少斷面積以縮短充填及冷卻時間，縮短成型周期，減少澆注系統(tǒng)損耗的朔料，因為梯形截面分流道加工叫容易，且熱量損失與壓力損失均不大，為常用形式，故本次設(shè)計選梯形分流道截面?！?10176。澆口的設(shè)計與位置的選擇恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到朔件能否完好、高質(zhì)量地注射成型。 側(cè)澆口尺寸計算的經(jīng)驗公式如下： b= 30 )~( A= 30 95 60)~( = (） t=(~)? = （ ） 24 L 取 b——側(cè)澆口的寬度， mm。 t——側(cè)澆口的厚度，慢慢； ? ——澆口處朔件的厚度， mm。 拉料桿和冷料穴設(shè)計 冷料穴一般開設(shè)在主流道對面的 動模板上，其標(biāo)稱 直徑與主流道直徑相同或略大一些，深度約為直徑的 1～ 倍， 最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積。結(jié)構(gòu)如圖 ： 圖 冷料穴及拉料桿 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 排氣系統(tǒng)的作用是在注射成型過程中，將型腔中的氣體有序而順利地排出，以免塑件產(chǎn)生氣泡、疏松等缺陷。一般來說，在模具結(jié)構(gòu)里，氣體能從分型面、頂桿等結(jié)構(gòu)件中自然而然地排出氣體。 Rαd