车型电源转换插头注塑模具设计毕业论文Word格式文档下载.docx
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模具CAD/CAE技术在模具行业的广泛应用,将彻底改变传统的模具设计方式,下面主要介绍本论文所应用的两个CAD/CAE软件PRO/ENGINEER和MOLDFLOW的基础知识和所应用的模块:
1.PRO/ENGINEER软件及其应用
PRO/ENGINEER是PTC(美国参数技术公司)的产品,于1988年问世。
PRO/ENGINEER具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型和便于移植设计思想的特点,该软件用户界面友好,符合工程技术人员的机械设计思想。
PRO/ENGINEER整个系统建立在统一的完备的数据库以及完整而多样的模型上,由于它有二十多个模块供用户选择,故能将整个设计和生产过程集成在一起。
在最近几年PRO/ENGINEER已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件,在中国模具工厂得到了非常广泛的应用。
本论文主要是利用PRO/ENGINEER完成Golf车型电源转换插头的三维造型,然后再利用模具功能完成对模具的定模和动模的分模,这时分型面的选择很重要,关系着模具能否顺利分模。
为了检验电源转换插头模具设计的合理性,利用PRO/ENGINEER的外挂软件EMX6.0(注塑模具设计专家)模架库进行了开模仿真,确保成型零件的模具设计满足要求,顺利开模,不会发生干涉。
2.MOLDFLOW软件及其应用
MOLDFLOW软件是美国MOLDFLOW公司的产品,该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场的地位。
2000年4月,收购了另一个世界著名的塑料成型分析软件C—MOLD。
下面结合上述所介绍的模具设计容进行仿真验证其技术参数的合理性。
MOLDFLOWPLASTICSINSIGT(注射成型模拟分析,简称MPI):
对塑料产品和模具进行深入分析的软件包。
它可以在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩,以及气体辅助成型分析等。
使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率。
注射成型模拟分析(MOLDFLOWPLASTICSINSIGT简称MPI)的模块功能有:
塑料材料与注塑机数据库,材料数据库包含了超过4000种塑料材料的详细数据,注塑机数据库包含了290种商用注塑机的运行参数,而且这两个数据库对用户是完全开放的;
流动分析,分析塑料在模具中的流动,并且优化模腔的布局、材料的选择、填充和保压的工艺参数;
冷却分析分析冷却系统对流动过程的影响,优化冷却管道的布局和工作条件,与流动分析相结合,可以得到完美的动态注塑过程;
翘曲分析,分析整个塑件的翘曲变形。
包括线形、线形弯曲和非线形,同时指出产生翘曲的主要原因以及相应的改进措施;
优化注塑工艺参数,根据给定的模具、注塑机、塑件材料等参数以及流动分析结果自动产生控制注塑机的填充保压曲线,从而免除了在试模时对注塑机参数的反复调试;
结构应力分析,分析塑件在受外界载荷情况下的机械性能,在考虑注塑工艺的条件下,优化塑件的强度和刚度;
确定合理的塑料收缩率,MPI通过流动分析结果确定合理的塑料收缩率,保证模腔的尺寸在允许的公差围,从而减少塑件废品率,提高产品质量。
各功能模块的应用,可以以最少成本,最短时间,最实际可行的方案来优化目标。
1.3本论文研究容
本文主要是对Golf车型电源转换插头模具进行了设计,这主要包含注塑模具的建立、利用PRO/ENGINEER软件进行三维图形的绘制和建立效果图、充分表达出各个系统的设计思路、确定相应的模具零件、建立模具的总体装配和相应参数的计算,并且利用MOLDFLOW软件对电源转换插头注塑模具进行分析优化,并应用它进行了电源转换插头注塑过程充填模拟。
在模拟过程中分析了各种注塑工艺参数如温度、翘曲、压力等参数影响。
在应用实例中以PRO/ENGINEER和MOLDFLOW作为工具,以PC+ABS塑料为例,模拟了电源转换插头的模具图绘制及注塑系统、冷却系统等的设计和模具的填充过程、翘曲分析、温度变化等,使其达到制品合格率大幅提高的要求,改变了大部分企业依靠手工试模的传统模式,起到很好的社会效应。
第2章Golf车型电源转换插头塑件工艺性分析
2.1注塑材料分析
2.1.1塑料原材料性能分析
1.注塑成型的材料:
即塑料,它原材科为树脂.也可以是加有各种添加剂混台物,性能和注塑条件息息相关。
在进行模具设计时需要确定注塑材料后根据此材料的各种物理、化学、力学性能束确定各种物理参数大小,保证生产出台格产品,塑料总体具有如下性能:
具有良好的收缩性、流动性、热性能和冷却速度,好的吸湿性。
2电源转换插头材料分析:
塑件所用材料为PC+ABS。
前者化学名为聚碳酸脂其物理性能为冲击强度高、尺寸稳定性好,无色透明、着色性好、电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好、但自润滑性差、有应力开裂倾向、高温易水解、与其它树脂相溶性差的性能。
适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件。
后者化学名称叫丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物,其物理性能为综台性能较好、冲击强度较高、化学稳定性高、电性能良好的性能。
有高抗冲.高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
流动性比HIPS差一点,比PMMA、PC等好.其柔韧性好。
适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件。
ABS工程塑料般是不透明的.外观呈绿牙色,无毒.无味,兼有韧、硬、刚的特性。
ABS工程塑料具有优良的综合性能.有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能好、耐磨性、抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。
2.1.2注塑材料主要参数
注塑材料为ABS(丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物)和PC(聚碳酸酯)即PC+ABS,其主要参数如下所示:
熔体密度:
0.98258g/cm
固体密度:
1.1161g/cm
粘度指数:
VI(300)0079
流变转换温度:
144℃
弹性模量:
2780MPa
剪切模量:
992.9MPa
泊松比:
0.4
比热容:
1650J/(Kg℃)
模具表面温度:
75℃
熔体温度;
265℃
2.2注塑材料成型过程
注塑成型过程包括塑化、填充、保压和冷却四个阶段。
塑化是由固体状态的PC和ABS加热后变化成为具有流动性能的过程。
填充是将塑化材料充实到模型腔进行填满的过程。
根据本论文设计的方案,用MOLDFLOW设计分析的填充时间图如下图2-1所示:
图2-1模具型腔填充时间图
从上图可以看出,型腔两工件的填充时间颜色分布看,填充时间分布比较均匀,流动填充的时间相差很小,流动性较好。
保压阶段时塑料熔体因受到冷却而发生收缩,但因塑料仍处于柱塞或螺杆稳定压力下料筒的熔料会被继续注入模腔以补充因收缩而留出空隙。
如果柱塞或螺杆停在原址不动,压力曲线略有衰减。
如果柱塞压力保持不变,也就是随着熔料入模同时向前作少许移动,则在此阶段中模具压力保持不变。
运用MOLDFLOW的MPI分析得出保压阶段的参数分布如下表2-1所示:
从保压阶段参数分布表可以看出,此阶段中模具压力保持不变,随着时间的增加,到注塑时间到8.61s时,锁模力逐渐减少至0T,并保持不变,直至保压百分比到达百分之百。
冷却的重要工艺参数是冷却时间。
在保证冷却均匀前提下,冷却时间越短越好,这也就是我们要进行冷却优化的目的。
冷却的过程与型腔水道分布以及模具支架流动水道的水的温度分布有很大关系。
表2-1保压阶段参数分布表
时间
(s)
保压
(%)
压力
(Mp)
锁模力
(T)
状态
0.70
1.05
30.56
13.05
P
1.11
5.14
11.09
1.61
10.14
7.69
2.11
15.14
3.21
2.61
20.14
1.47
3.11
25.14
0.63
3.61
30.14
0.48
4.11
35.14
0.44
4.61
40.14
0.42
5.11
45.14
0.39
5.61
50.14
0.35
6.11
55.14
0.31
6.61
60.14
0.25
7.11
65.14
0.19
7.61
70.14
0.12
8.11
75.14
0.05
8.61
80.14
0.00
9.11
85.14
9.61
90.14
10.11
95.14
10.59
100.00
2.3注塑材料成型工艺条件
注塑材料成型工艺条件包含温度控制、压力的控制和时间。
而这三者对塑料制品质量具有非常重要影响。
降低温度时,需要提高压力以保证塑料进入型腔,温度过低熔料难以注满型腔;
温度过高塑料易于降解;
注射压力过高产品易产生飞边,压力过低注塑易出现短射,设计过程中必须结合实际特点来确定三者之间关系。
完成一次注射成型周期过程中在保证质量的前提下,尽量缩短成型周期的时间,其中以注射时间和冷却时间最为重要,它们对制品质量有很大的直接作用。
注射时间中的保压时间就是对型腔中材料的压力时间,在整个注塑时间占有较大的比例,保压时间的大小对制品的尺寸精度具有决定性影响。
通常依赖浇口和流道的结构形式以及模温和料温的因素。
冷却时间主要决定于之间的厚度和塑料的性能等因素。
冷却时间的终点以模件脱模时不引起变动为宜。
图2-2所示反映压力、温度、时间三者关系。
图2-2压力、温度、时间关系曲线图
2.3.1温度的控制类型
注塑过程中温度的控制是十分关键的环节,它主要包括如下温度的控制:
1.料筒温度:
料筒温度应能保证使塑料尽快熔融及达到化学发泡剂的分解温度。
熔料进入模腔时的温度不宜过高,以利发泡成型。
熔料的喷嘴温度应选择好,既要满足发泡要求,又不导致树脂的分解、气泡破裂、发泡倍数下降。
2.喷嘴温度:
它的温度略低于料筒温度,这主要是防止熔料在直通式喷嘴可能发生的“流口水”现象。
主要是影响塑料的塑化和流动,料筒前端喷嘴处的温度要单独控制,为防止塑料熔体的流涎作用,并估计到塑料熔体在注射时,快速通过喷嘴,有一定的摩擦热产生,所以,喷嘴的温度稍低于料筒的最高温度,但不能过低,不然会造成喷嘴的堵塞,增大流动阻力,甚至熔料不能通过喷嘴进入模具型腔,或者把喷嘴外的冷料带入型腔,影响制品的质量,造成堵塞喷嘴形成注塑机的压力超过极限值而停机。
3.模具温度:
它对制品在性能影响和表面质量有很大影响。
模具温度的高低决定了塑料结晶性的有无、尺寸和结构。
它直接影响熔体的充模流动性的性能,提高模具温度可以改善熔体在模腔的流动性,增强制件密度和结晶度、减少充模压力和制件中的压力。
降低模具温度,能缩短冷却时间,提高生产率,但是会降低熔体在模腔中的流动性,导致制件产生较大的应力或明显熔接痕、轮廓不光滑等制品缺陷。
在实际生产中发现模具的温度的不同对于制件有很大的影响,主要体现在制件总是向模温较高处发生弯曲。
所以模具的前后温度尽量相等,差异最大不超过10℃,这种理想的情况能够满足生产的要求,能够减少注塑件的变形量和废品率,提高产品质量和降低成本。
图2-3温度高低对零件变形的影响。
图2-3模温对制品变形的影响
2.3.2压力控制
注塑过程中压力包括塑化压力和注射压力两种,它直接影响塑料塑化和制件质量。
1塑化压力:
采用螺杆式注射机时.螺杆顶部熔料在螵杆转动后退时所受到压力称为塑化压力。
塑化压力在保证制件质量时应该取低值,很少超过20kg/cm
。
2注射压力:
它是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施加压力为准的。
它主要克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力,给予熔料充模的速率和压实。
如下图2-4所示为注射位置压力图。
实际拖用的压力应比充满型腔压力偏高,在注射过程中.模控压力急剧上
图2-4注射位置处压力图
升,最终达到一个峰值,这个峰值就是通常所说的注射压力。
注射压力显然要比充满型腔压力偏高。
从图中可以看出,注射压力约为38MPa,大于型腔充满时的压力30.5MPa.这些参数对于选择注塑机时有参考意义。
2.4本章小结
Golf车型电源转换插头的特点是薄壁件,尺寸不大质量轻、零件的壁厚小、壁厚四处均匀,不利于原料流动,在壳空隙易产生熔积痕与气穴.其制件表面光滑、无融合线,应力均匀等的高强度高精度产品,其产品不但加工精度要求高,而且零件的一致性和互换性要求也很高,主要考虑的问题是手机壳上下在注塑后两壳的对正性和紧密性。
因此选择其材料为PC+ABS.将它看作一般的弹塑性材料,其参数为:
屈服熔体密度为0.98258g/cm
,弹性模量:
2780MPa,泊松比为0.4。
根据前期MOLDFLOW的成型工艺分析和工艺条件(压力、温度)的控制,确定工件的材料和后续各个章节所采用的工艺,使塑件表面美观、光洁、无明显熔接痕、银丝和流痕.同时为了从成型零件上顺利脱出塑件,必须在塑件外表面沿脱模方向设计足够的脱模斜度。
塑件的转角处应尽可能采用圆弧过渡,以增加塑件的强度和改善充模流动性,同时增加美观程度。
第3章成型零部件设计
3.1创建塑件三维模型
建模过程一般是根据用户提供的零件图或者塑件样品(图3-1塑件样品),利用PRO/ENGINEER模块中各种建模命令,灵活运用创建命令建立Golf车型电源转换插头参数化的三维模型。
图3-1塑件样品
在本文章中根据零件的实物,首先进行零件结构的示意图绘制,表达其外形结构的具体尺寸是二维图形,建立电源转换插头的结构图。
然后根据结构图利用PRO/ENGINEER软件中的三维建模命令拉伸、旋转、抽壳等命令来创建实体造型,在建模中应该体现零件分型面的位置,为后续的分析做好准备。
接着利用编辑命令来修改局部环节达到电源转换插头完整的整体效果。
使用中注意图形编辑命令时应该重点把结构修正完备,特别是孔或槽的位置体现。
根据图3-1中所给的塑件样品,测绘其尺寸,采用PRO/ENGINEER软件对零件进行设计,绘制平面图形,再对这个电源转换插头注塑件进行三维实体造型。
在草绘环境中用直线、倒角、尺寸标注等二维绘图命令在基准面上建立塑件的底面二维草图,然后对三维图形进行拉伸、旋转、圆角、倒角、等命令的操作来生成塑件的三维实体模型。
3.2分型面的选择
分型面选择的基本原则:
分型面应在塑件外形最大轮廓处,分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模,分型面的选择应保证塑件的精度要求,分型面的选择应满足外观的质量要求,分型面的选择要便于模具的加工制造,分型面的选择应有利于排气。
因此,在选择和确定分型面时,应全面分析、比较和考虑,选定比较有利的方案。
在选择分型面的时候,首先,要考虑利于产品脱模,即分型面应选择在制品的最大外形尺寸处。
其次,要利于型腔的加工,从而使制品的精度易于得到保证。
利于型腔或型芯结构的装卸和保证强度质量。
最后还要利于嵌件的安装以及活动镶件活动螺的安装。
综上所述,本设计将分型面设计在如图3-2所示位置,将分型面设计在此处,可以有利于型芯及型腔的加工。
图3-2分型面
3.3凹模的设计
凹模亦称型腔。
凹模是成型制品外表面的成型零件,是制品外表面形状、结构的复制。
按照其组成方式不同,可以分为:
整体式凹模和组合式凹模。
组合式凹模又可以分为:
整体嵌入式凹模、局部镶嵌式凹模、底部镶拼式凹模和四壁拼合式凹模。
以上几种凹模方式相比较而言,整体式凹模的特点是牢固、不宜变形、不会在塑件上产生接线痕迹。
但加工整体式凹模相对困难,且热处理不方便。
而组合式凹模,可以简化复杂的加工工艺,减少热处理变形,拼合处有间隙利于排气,便于模具的维修,节省贵重的模具钢。
为了保证组合后型腔尺寸精度和装配的牢固,减少塑件上的镶块的尺寸、形位公差等级高。
综合比较后本设计采用整体嵌入式凹模,由于塑件表面有通孔形状,固需要在凹模上镶嵌镶针使其成型。
由于本次设计主要应用的软件是PTC公司的PRO/ENGINEER。
因为,在设计过程中应用了该软件中的三维造型技术与装配功能模块,所以在设计凹模的过程中,由软件可以直接设计生成凹模的具体形状结构如图3-3中所示。
3.4凸模的设计
凸模即成型塑料制品的表面的大型芯,而成型制品上的孔是小型芯或称为成型杆。
图3-3凹模示意图
凸模分为:
整体结构的凸模、整体镶入结构的凸模和镶拼组合结构的凸模。
就以上几种凸模结构看,整体结构的凸模多使用于试制性制品的小模具或形状很简单的小模具,偶有使用整体结构的凸模,是将凸模与模板成为一整体来加工。
由于材料浪费太大,所以一般情况下不宜采用。
整体镶入结构的凸模,其结构节约优质钢材,便于制造加工。
镶拼组合结构的凸模,多应用于复杂制品模具,其特点是易于加工,质量容易得到保证。
本次设计的塑件的结构并不是很复杂,所以选择整体镶入结构的凸模最为合适。
但在设计这类型芯时,必须注意结构合理,应保证型芯和镶块的强度,防止热处理时变形且应避免尖角与壁厚突变。
应用PRO/ENGINEER软件设计的整体凸模如图3-4所示。
3.5模具型腔的分布
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要影响。
在大批量生产中,由于注射模具价格在整个生产费用中所占比例小,提高生产率和注射模具寿命问题比较突出,所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。
因此合理安排注塑模具的型腔布局对模具的生产过程有重要意义。
为了提高模具生产效率和经济性、保证塑件精度,模具设计时应首先确定型腔数目。
确定型腔数应考虑的以下几点要求:
图3-4凸模示意图
(1)长期大批量生产适于采用多型腔结构;
(2)制品较小时适于采用多型腔结构;
(3)制品批量小、不集中,易用单腔结构;
(4)制品复杂或精度高,多腔一致性差,制造困难,故适宜单腔结构。
型腔数目的确定,应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n,即
(3-1)
T—注塑机额定锁模力(N);
p—型腔塑料熔体的平均压力(MPa);
A
/A
—分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积(mm
)。
大多数小型件常用多型腔注射模,而高精度塑件的型腔数原则上不超过4个,生产中如果交货允许,我们根据上述公式估算,采用一模两腔。
考虑本制品的结构与生产批量,确定采用一模两腔的多型腔结构。
另外考虑到模具成型零件以及脱模方式的设计,模具的型腔排列方式如下图3-5所示:
图3-5型腔分布示意图
3.6模具分解图
模具分解可以检查模具是否有干涉现象产生,如图3-6、3-7所示。
通过检验,无干涉现象产生,证明模具分模设计合理。
图3-6模具装配图
图3-7模具分解图
3.7本章小结
根据Golf车型电源转换插头的实体件,完成工件三维实体图的绘制,再根据分型面的选取原则确定开模时合理的分型面,完成模具零件的凸模和凹模的生成。
本论文采用一腔两模注塑零件,可以提高零件生产率。
最后利用PRO/ENGINEER进行开模仿真和干涉检测,避免了模具设计人员因经验不足引起错误,设计效率高、设计精度高、设计和加工成本降低,设计周期缩短等诸多优点,大大提高了模具设计开发的一次成功率,真正意义上实现了产品的全相关性设计与制造一体化。
第4章浇注系统设计
浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。
一般的浇注系统主要是由主流道、分流道、浇口和冷料穴等组成。
4.1浇注系统设计要点
(1)浇注系统力求距型腔距离近、一致,并首先进入制品的厚壁部位、不宜直冲型芯(尤其是细