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笔盖的注塑模具设计【笔帽、笔套注塑模1模12腔优秀课程毕业设计含12张CAD图纸带任务书+开题报告+外文翻译】-zsmj22

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注塑 模具设计 笔帽 笔套 注塑模具
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笔盖的注塑模具设计【笔帽、笔套注塑模1模12腔优秀课程毕业设计含12张CAD图纸带任务书+开题报告+外文翻译】-zsmj22

笔盖的注塑模具设计【笔帽、笔套注塑模1模12腔】

摘  要    

注塑成型在整个制造业的生产中占有十分重要的地位，据估计注塑成型的制品约占模具塑料制品总产量的三分之一及以上，注塑模具在模具工业中的重要性显而易见，现在注塑模具设计和制造中的传统方法早已满足不了现代生产发展的需要，为赢得竞争市场，持续发展，模具生产必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。

在计算机技术日益发达的今天，将计算机运用于注塑模具以及制造业中已经迫在眉睫。本文主要研究的工作和成果如下：

    本文具体的阐述了模具CAD/CAE的技术特点，以及先进制造模式在模具行业中的应用，在分析的国际国内模具市场，国内模具CAD/CAE的发展趋势的基础上提出以计算机应用技术为手段的辅助模具设计的新方法。主要针对注塑模具常见的成型方法进行了分析研究，以达到将注塑模具过程智能化在熟悉注塑模具设计基本知识的基础上，对系统进行分析并设计出系统的总体框架。 我们运用Pro/E软件中的模具模块以及塑料仿真模块来进行对模具进行了各个系统的设计。

本文是对笔盖注塑模具设计的一个详细的介绍，这次的笔盖模具设计我们主要采用了侧抽芯注射模。每个笔盖有一个大孔，成型需要侧抽芯。本模具采用一模十二腔，二次分型，点浇口进料，弹簧和斜导柱分别抽芯。设计的主要内容有：笔盖的设计，笔盖材料的选择，注塑机的选用、分型面、型腔布局、浇注系统、型腔尺寸计算、型芯尺寸的计算、螺纹型心、模架的选择、推出脱模机构的设计、温度调节系统和装配图与零件图的绘制等。本次设计主要是通过对塑件的形状、尺寸及其精度要求进行注射成型工艺的工艺分析、侧向分型与抽芯机构设计，重点在侧抽芯机构的设计。在这过程中分析了模具受力，推出脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计以及排气系统等，并绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图。设计中力求模具结构设计简单、合理、实用，使得模具结构紧凑、工作可靠，可实现全自动操作。

关键词：注塑模；一模12穴；型腔；导柱。

Abstract

      Injection molding occupies a very important position in the whole manufacturingproduction, It is estimated that about one third of injection molding products mold plastic products production and more importance in the mold injection mold industry is obvious,now injection mold design and manufacture of traditional methods had failed to meet the needs of modern production development, to win the competition in the market, sustainable development, mold production must change the traditional production methods, the introduction of new technology, new thinking

      This paper describes the technical characteristics of the specific mold CAD/CAE, as well as advanced manufacturing mode in the mold industry, mold on the basis of international and domestic market analysis, the domestic mold cadcae trends on the proposedapplication of computer technology as a means of secondary mold design new method. The main injection mold for forming a common method were analyzed, in order to achievethe injection molding process intelligence In the familiar basic knowledge of injection mold design based on system analysis anddesign of the overall framework of the system. We use proe software modules and plastic mold simulation module to perform a type ofmold, core pulling, each system has been designed

     Daily necessity, sometimes adopt the not that high plastics of accuracy and strengths to spread to move, because the plastics has the plasticity strong, the density is small, higher than strength, the knot good luck, the chemistry stability is high, diverse characteristics of external appearance, as a result be subjected to more and more factories house and the people's fancies.The plastics industry is a newly arisen industry, is along with the development of the petroleum industry but should but living of, the plastics system piece almost have already entered each realm of the whole industry sections and people's daily lifes currently.Along with the machine industry  electronics industry, aviation industry, the instrument appearance industry and usually the development of the thing industry, the plastics models the demand of make the piece more and more, the quantity request is also more and more high, this will beg model the piece of the development of the molding tool, the level of the design manufacturing also the beard is more and more high.This text also design the process to carry on elaborate to a cover molding tool.

Key words：Injection mold; Exactly 12 holes; Cavity; Guide post;

目  录

引言 1

1  塑件总体分析 2

1.1 尺寸分析 2

1.2 材料的选择 2

1.3 体积及质量计算 4

1.3.1体积的计算 4

1.3.2质量及面积的计算 4

2  型腔数目的确定 5

3  成型零部件的设计 6

3.1 型腔、型芯工作尺寸计算 6

3.1.1型腔尺寸计算 6

3.1.2型芯尺寸计算 6

3.2 成型零部件的强度与刚度计算 7

3.2.1刚度校核 7

3.2.2强度校核 7

4  分型面的选择 7

5  浇注系统的设计 9

5.1 浇注系统的构成 9

5.2 浇注系统设计原则 9

5.3 主流道的设计 9

5.3.1主流道的形状设计 9

5.3.2主流道的尺寸设计 10

5.4 分流道的设计 11

5.4.1分流道截面的设计原则 12

5.4.2分流道截面的具体设计 12

5.4.3分流道的尺寸的设计 13

5.4.4分流道的布置形式 14

5.5 冷料穴的设计 15

6  冷却系统的设计 15

6.1 模具温度的影响 15

6.2 冷却系统主要设计原则 16

6.3 冷却回路尺寸的确定及布置 17

6.3.1水道孔径的设计 17

6.3.2冷却回路的布置 18

6.4 冷却时间计算 19

6.5 用水量M的计算 20

6.6 成型周期计算 21

7  模具材料选择 21

7.1 模具满足工作条件要求 21

7.2 模具满足工艺性能要求 22

7.3 模具满足经济性要求 23

8  选择注射机 23

8.1 注射机型号选取 23

8.2注射机参数的校核 25

9  模具主要参数的计算 27

9.1 脱模力的计算 27

9.2 初始脱模力 27

9.3 推杆直径计算 28

9.4 推杆的应力校核 28

9.5 推板的厚度计算 29

9.6 推出机构的设计 29

9.6.1推杆的设计 29

9.6.2复位杆的设计 30

9.7  脱模方式的确定 30

10  模具结构设计 31

10.1 结构设计主要原则 31

10.2 模具强度的设计 32

10.2.1凹模的设计 32

10.2.2 嵌底式组合凹模侧壁强度的计算 33

10.2.3  支撑板的强度计算 33

11  排气系统的设计 34

11.1 排气会产生的缺点 34

11.2 排气方式及机构的设计 35

12 模架的选择 36

13  成型零件加工工艺规程 37

14  结束语 39

参考文献 40

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内容简介：
摘 要 注塑成型在整个制造业的生产中占有十分重要的地位，据估计注塑成型的制品约占模具塑料制品总产量的三分之一及以上，注塑模具在模具工业中的重要性显而易见，现在注塑模具设计和制造中的传统方法早已满足不了现代生产发展的需要，为赢得竞争市场，持续发展，模具生产必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。 在计算机技术日益发达的今天，将计算机运用于注塑模具以及制造业中已经迫在眉睫。本文主要研究的工作和成果如下： 本文具体的阐述了模具 及先进制造模式在模具行业中的应用，在 分析的国际国内模具市场，国内模具 发展趋势的基础上提出以计算机应用技术为手段的辅助模具设计的新方法。主要针对注塑模具常见的成型方法进行了分析研究，以达到将注塑模具过程智能化在熟悉注塑模具设计基本知识的基础上，对系统进行分析并设计出系统的总体框架。 我们运用 软件中的模具模块以及塑料仿真模块来进行对模具进行了各个系统的设计。 本论文是对笔盖注塑模具设计的一个详细的介绍，这次的笔盖模具设计我们主要采用了侧抽芯注射模。每个笔盖有一个大孔，成型需要侧抽芯。本模具采用一模十二腔，二次分型，点浇口 进料，弹簧和斜导柱分别抽芯。设计的主要内容有：笔盖的设计，笔盖材料的选择，注塑机的选用、分型面、型腔布局、浇注系统、型腔尺寸计算、型芯尺寸的计算、螺纹型心、模架的选择、推出脱模机构的设计、温度调节系统和装配图与零件图的绘制等。本次设计主要是通过对塑件的形状、尺寸及其精度要求进行注射成型工艺的工艺分析、侧向分型与抽芯机构设计，重点在侧抽芯机构的设计。在这过程中分析了模具受力，推出脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计以及排气系统等，并绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图。设计中力求模具结构设计 简单、合理、实用，使得模具结构紧凑、工作可靠，可实现全自动操作。 关键词 ： 注塑模；一模 12穴；型腔；导柱 。 a in It is of in is of to of to in of of as as in on of on of as a of a in to n of on of of We to a of to to is is of as a be to s is a is of of s of of is of of of is to on to a 2 目 录 引言 . 1 1 塑件总体分析 . 2 寸分析 . 2 料的选择 . 2 积及质量计算 . 4 积的计算 . 4 量及面积的计算 . 4 2 型腔数目的确定 . 5 3 成型零部件的设计 . 6 腔、型芯工作尺寸计算 . 6 腔尺寸计算 . 6 芯尺寸计算 . 6 型零部件的强度与刚度计算 . 7 度校核 . 7 度校核 . 7 4 分型面的选择 . 7 5 浇注系统的设计 . 9 注系统的构成 . 9 注系统设计原则 . 9 流道的设 计 . 9 流道的形状设计 . 9 流道的尺寸设计 . 10 流道的设计 . 11 流道截面的 设计原则 . 12 流道截面的具体设计 . 12 流道的尺寸的设计 . 13 流道的布置形式 . 14 料穴的设计 . 15 6 冷却系统的设计 . 15 具温度的影响 . 15 却系统主要设计原则 . 16 却回路尺寸的确定及布置 . 17 道孔径的设计 . 17 却回路的布置 . 18 却时间计算 . 19 水量 M 的计算 . 20 型周期计算 . 21 7 模具材料选择 . 21 具满足工作条件要求 . 21 具满足工艺性能要求 . 22 具满足经济性要求 . 23 8 选择注射机 . 23 射机型号选取 . 23 射机参数的校核 . 25 9 模具主要参数的计算 . 27 模力的计算 . 27 始脱模力 . 27 杆直 径计算 . 28 杆的应力校核 . 28 板的厚度计算 . 29 出机构的设计 . 29 杆的设计 . 29 位杆的设计 . 30 脱模方式的确定 . 30 10 模具结构设计 . 31 构设计主要原则 . 31 具强度的设计 . 32 模的设计 . 32 底式组合凹模侧壁强度的计算 . 33 支撑板的强度计算 . 33 11 排气系统的设计 . 34 气会产生的缺点 . 34 气方式及机构的设计 . 35 12 模架的选择 . 36 13 成型零件加工工艺规程 . 37 14 结束语 . 39 参考文献 . 40 第 1 页 共 40 页 引言 模具是我国国民经济的基础工业，是制造业的重要基础工艺装备，随着社会 的不断进步、经济的不断发展，各种各样的商品被不断生产出来，其中大多数商品的生产都依赖于模具的多样化。国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑业的发展也要求模具工业的发展与之相适应。 模具在制造业中所具有的重要地位，使得模具的制造能力和技术水平已成为衡量国家制造业水平和创新能力的重要标志。近年来随着模具制造能力的不断提高，使得模具有着高精度、长寿命、高生产率、型腔形状和模具结构复杂的特点。如今模具的生产方式广乏采用 用高速切削加工技术，快速成型技术和快速制模技术的一系列 的先进技术。模具未来的加工也向着粗加工向高速加工发展，成型表面的加工向精密、自动化发展，光整加工向自动化发展，快速成型加工技术的发展，模具维化、智能化和网络化发展，模具的标准化程度将不断提高。但我国模具的发展存在着一些不足：发展不平衡，工艺装备落后，组织协调能力差，供需矛盾短期难以缓解，大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足，以上的这些缺点严重阻碍了我国模具的发展，以上缺点成为我国当前模具工业首要解决的问题。 随着塑料制品在社会中的用途越来越广，对塑料模具提出了更高的要 求。 四年学习的结束，使自己对模具的认识有了清晰的了解。这次设计的题目是笔盖进行注塑设计，通过对塑件进行分析、对模具结构的设计和计算。通过 进行造型分析，最后用 然对模具的结构有一些感性的认识和理性的认识，也进行过实践和相应的课程设计，但这次设计是对四年学习的一个总结，由于缺乏真正的实践经验，使这次毕业设计的过程中遇到了很多困难，但是通过老师的指导和详细的查阅资料，以及和同学们的讨论，解决了不少的问题相信这次设计能够符合设计的要求，完成设计的任务。 由于自身知识的不够完善，在设计的过程中存在着一些不足和不完善的地方，恳请老师指正。 第 2 页 共 40 页 1 塑件总体分析 寸分析 图 套的截面图纸 塑件的主要技术要求：未注公差按 8级 ; 材料采用 料的选择 通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据。对于常温工作状 态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。综合各项因素最后选择 能 毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。 3,收缩率为 弹性模量值为 松比值为 湿性 250。 力学性能 优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具 有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。耐蠕变性比 ，但比 。 弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。 热学性能 3118，制品经退火处理后还可提高 10左右。40时仍能表现出一定的韧性，可在 00的温度范围内使用。 电学性能 电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大 第 3 页 共 40 页 多数环境下使用。 可以说是聚 苯乙烯 的改性，比 有良好的加工性能，可以使用注塑机、挤出机等塑料成型设备进行注塑、挤塑、吹塑、压延、层合、发泡、热成型，还可以焊接、涂覆、电镀和机械加工。工前需进行干燥处理，干燥温度为 7085，干燥时间为 26h；品在加工中容易产生内应力，如应力太大，致使产品开裂，应进行退火处理，把制件放于 7080的热风循环干燥箱内 24h，再冷却至室温即可， 升温时粘 度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大， 吸水，成型加压前应进行干燥处理， 产节痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力，在正常的成型条件下壁厚，熔料温度对收缩率影响极小，在要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50 60 c,而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 60 80 c。 最常用的工程塑料，广泛应用于制造齿轮、轴承、把手、泵叶轮、 电视机 、计算机、打字机壳体、键盘、电器仪表、储电池槽、冰箱部件等及机械工业部件、各种日用品、消费品包装等制品。 塑成型温度 160220之间，注射压力在 70130具温度为 5575。 图 笔套的三维模型图 如图所示塑料制件材料为丙烯腈 丁二烯 查表得收缩率为： 取值 大批量生产 1）该塑件尺寸较小，一般精度等级 4，为降低成本，采用一模多腔，并不对制品进行后加工。 2）根据塑件的生产效率及为 提高成型效率采用侧浇口。 3)为了方便加工和热处理 ,型腔与型芯采用拼镶结构 . 第 4 页 共 40 页 积及质量计算 积的计算 将笔套分成 3个部分进行计算，如下图所示： 图 积分割图 已知： ,4 . 0 m . 5 ,3 5 . 0 m m , 1 0 m m , 7 0 m m , 4 0 , 3 0 m m , m m ,R 32132121 1h 14 第一部分的体积为： )r+ 1 4 1 5 9 2 61 / 3-)r+ 1 4 1 5 9 2 61 / 3=V 2112222212111 1 4 1 5 9 2 6+)r+ 1 4 1 5 9 2 61 / 3- 21212331211 1= 21r 而总体体积为： V= 查表塑料模设计手册之二表 量及面积的计算 （ 1）单个塑件质量： 31 . 0 4 1 2 7 8 . 4 8 1 0 1 . 3 2 9 6M V g g （ 2）在分型面上面的投影面积为投影S=（ 3）曲 面的整体表面积：总S=3 2（ 4）曲面的平均厚度为： 3 第 5 页 共 40 页 图 维剖视图 2 型腔数目的确定 一次注射只能生产一件塑件的模具称为单型腔模具；一次注射能生产两件或两件以上塑件的模具称为多型腔模具。与多型腔模具相比较，单型腔模具具有塑件的形状和尺寸一致性好、成型的工艺条件容易控制、模具结构简单紧凑、模具制造成本低、 制造周期短等特点。但是，在大批量生产的情况下，多型腔模具应是更为合适的形式，它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。 在多型腔模具的实际设计中，确定型腔数目的方法一般有两种。一种方法是首先确定注射机的型号，再根据注射机的技术参数和塑件的技术经济要求，计算出要求选取型腔的数目；另一种方法是先根据生产效率的要求和塑件的精度要求确定型腔的数目，然后再选取择注射机或对现有的注射机进行校核。一般可以按下面几点对型腔的数目 ： 尺寸精度等级要求一般 , 根据经济性来确定型腔数目，经计算采用一模 12腔 总体积及质量为： 图 腔排布图 第 6 页 共 40 页 塑件总体积 塑件总体质量 5 9 总 3 成型零部件的设计 腔、型芯工作尺寸计算 查表塑料模设计手册之二表 取值 型腔径向尺寸 z =(1+S) 0+ (3 型腔深度尺寸 z =(1+S)+0 z (3型芯径向尺寸 z =(1+S) +0 z (3型芯高度尺寸 z=(1+S) hs+x +0 z (3式中： 塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（ ； 塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（ ； 塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（ ； 塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸（ ； 塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（ ； X 1/3； 塑件公差（ ； Z 模具制造公差，取（ 1/31/5） 。 腔尺寸计算 尺寸 公差值 / 计算 14 z =(1+ + z =(1+ +8 z =(1+ 51+1/3 0+ 型芯尺寸计算 尺寸 公差值 / 计算 z =(1+ 8 35 z =(1+ 35+1/3 第 7 页 共 40 页 型零 部件的强度与刚度计算 度校核 3423化简得出 s 式中： E 型腔材料弹性模量； J 梁的惯性矩 S 侧壁厚度 P 型腔内单位面积熔体压力 根据查表结果得出 E=105 =取 30入计 算得 结果 19 成立故能满足其刚度要求。 度校核 s r( )12 (3式中： 型腔材料许用拉应力为 150入计算得出 19 r( )12 成立， 故能满足其强度要求，确定最小 壁厚之后 ,结合模具抽芯原则 ,初步确定选用 模架周边尺寸为 246 249 4 分型面的选择 分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计可以对塑件的质量、模具的整体结构、工艺操作的难易程度及模具的制造等都有很大的影响。 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型 第 8 页 共 40 页 位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置，形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种要素的影响。因此选择分型面时应综合分析比较，所以要根据以下几条原则选择分型面： （ 1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出； （ 2） 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于动模内设置的推出机构动作，否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性； （ 3） 保证塑件的精度要求。与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具型腔内。如果塑件上精度要 求较高的成型表而被分型面分割，就有可能由于合模精度的影响引起形状和尺寸上不允许的偏差，塑件因达不到所需的精度要求而造成废品； （ 4） 满足塑件的外观质量要求。选择分型面时应避免对塑件的外观质量产生不利的影响，同时需考虑分型面处所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面处产生飞边； （ 5）便于模具加工制造。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面； （ 6）对成型面积的影响。注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件 (包括浇注 系统 )在合模分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此为了可靠地锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件 (型腔 )在合模分型面上的投影面积； （ 7）对排气效果。分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁表面重合； （ 8）对侧向抽芯的影响。当塑件需侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利，选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向，并尽量把 侧向拍芯机构设置在动模一侧。 经综合思考，我们采用的是以笔套的中截面为分型面。 第 9 页 共 40 页 5 浇注系统的设计 注系统的构成 浇注系统通常由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。其 作用是使 使熔体均匀充满型腔，并使注射压力有效地传送到型腔的各个部位，以获得形状完整、质量优良的塑件。浇注系统 的 设计 是否 适当 ，直接 影响 成形品的 外观 、物性、尺寸精度和成形周期。 注系统设计原则 浇注系统的设计基本原则： (1)分析塑料的成型性能，分析浇注系统对塑料熔体流动的影响以及在充模、保压补缩和倒流的各阶段中，型腔内 塑料的温度、压力的变化情况，使设计出的浇注系统适应所用塑料的成型性能，保证塑件制品的质量； (2)有利于型腔中气体的排出； (3)避免塑料熔体直接冲击型芯或嵌件，以防其变形或移位； (4)尽量缩短流程和减少拐弯，减少熔体压力和热量的损失，保证充填压力 和速度，减少塑料用量，提高熔接强度； (5)防止塑料制品的变形，设计时应注意由于冷却收缩的不均匀或多浇口进料、浇口收缩等原因引起制品的变形； (6)浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小； (7)浇注系统的位置应尽量与模具的中心线对称； (8)浇口的去除、休整 应方便，保证制品外观质量。 (9)浇口应设在制品壁厚的部位，以利于补缩； (10)浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位； (11)对于细长型心的模具，宜采用中心顶部进料方式，以免型芯受冲击变形； (12)不要在制品中承受载荷或冲击载荷的部位设置浇口； 流道的设计 流道的形状设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触出开始到分流道为止的塑料体的流动通道，主流道设计如下： 第 10 页 共 40 页 (1) 主流道设计成圆锥型 ,其锥角为 2 4，对于黏度较大的熔体可以增大 (2) 主流道截面设计成圆形截面加工容易，且热量损失与压力损失均不大，为常用形式。 (3) 圆形截面主流道的直径可根据塑件的流动性良好，所以造圆形截面。 流道的尺寸设计 有关的尺寸计算 4/D V K (5式中： 3 V= S K=得出 D= 5流道截面直径推荐值 注射 机注塑量 10 30 60 125 250 500 1000 主流道进口端与出口端的直径 2 2 2 2 2 2 2 聚已烯、聚苯乙烯 3 砷、聚碳酸酯 4 7 5 9 主流道尺寸的确定 ： 1、以上两个表格并根据经验公式可得主流道的进口端直径 口端 第 11 页 共 40 页 直径可取 2、由于塑件的单件重量为 以注塑机选择注射量为 30而可得到主流道进口端直径为 口端直径 查表可知 表 5材料的 材料种类 E,A A 5 主浇套剖视图 流道的设计 分流道是主流道的连接部分， 介于主流道和浇口之间，起分流和转向作用。分流道必须在压力损失最小的情況下，将熔融塑胶以较快速度送到浇口处充模，因在截面积相等的条件下，正方形之周长最长，圆形最短。面积如太小，会降低塑料流速，延长充模时间，易造成产品缺料、烧焦、银线、缩水；如太大易积存过多气体，增加冷料，延长生产周期，降低生产效率。 在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单中期检查表（指导教师） 指导教师姓名： 填表日期： 20 年 4 月 20 日 学生学号 学生姓名 题目名称 笔盖注塑模具设计 已完成内容 1、完成装配图的绘制； 2、完成大部分论文； 3、完成英文翻译； 4、大部分零件图的绘制； 检查日期： 2014成情况 全部完成 按进度完成 滞后进度安排 存在困难 相关部分的计算比较难进行。 解决办法 查阅相关资料，并且与指导老师和同学们一起讨 论解决方案。 预期成绩 优 秀 良 好 中 等 及 格 不及格 建 议 教师签名： 教务处实践教学科制表 说明： 1、 本表由检查毕业设计的指导教师如实填写； 2、 此表要放入毕业设计（论文）档案袋中； 3、 各院 (系 )分类汇总后报教务处实践教学科备案 一、毕业设计（论文）的内容 毕业设计内容 1、查找相关的资料并阅读消化，明确笔盖注塑模具设计要求，分析该塑料制品成型工艺及其可能性和经济性等因素，对零件图纸进行结构和工艺分析，设计成型工艺； 2、掌握成型设备的技术规范，进行模具结构设计及模具设计的有关计算； 3、模具总体尺寸的设计与结构草图的绘制，模具结构总装图和零件工作图的设计绘制； 4、编制主要零件的制造工艺。 二、毕业设计（论文）的要求与数据 1、笔盖形状特点确定其注塑模的方案设计； 2、该塑料制品的设计难点是抽芯机构的设计； 3、确定其使用的材料为 塑料； 4、制品的具体尺寸请测绘出图； 5、塑件成型时无变形，注出的制件表面光滑，无气泡和其它缺陷，无飞边或少飞边。 三 、毕业设计（论文）应完成的工作 1、完成注塑模的总体方案设计，完成 开题报告。 2、进行模具结构设计并选用标准件，完成零件间的配给选用及相关的设计计算。 3、用 纸绘制装配图，采用 件绘制零件图， 绘图工作量折合 张以上，其中必须包含两张 上的计算机绘图图纸 ，用 软件对塑件和模具进行实体造型。 4、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括 300 单词 详细的英文摘要； 5、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）； 6、完成导师所指定的其它工作。并附有开题报告一份。 四、应收集的资料及主要参考文献 1 屈华昌 M机械工业出版社， 2002. 2 模具实用技术丛书编委会模具实用技术注塑模具设计制造与应用实例M北京 :机械工业出版社， 2002. 3 颜智伟 M防工业出版社， 2006. 4 姜明艳 J. 北京：机械工业出版社， 2002. 5 王文广等 M学工业出版社 6 模具实用技术丛书编委会编 M械工业出版社 7 李学锋 M械工业出版社 2002. 8德 玉泉译 M版社 ,2005. 9谭雪松 , 林晓新 , 温丽编 . 新编塑料模具设计手册 M民邮电出版社， 2007. 10 2003 五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件 计算机一台 计软件 1 毕业设计的主要内容、重点和难点等 毕业设计的主要内容： 近年来，中国塑料模具发展速度相当快。注塑模市场 得到了很大的 发展 ，市场 竞争 也越发 激烈。 为了做到高质高效低成本来提高市场占有率 ,注塑模具的开发、设计与加工 结合 术 具有重大意义 。 模具生产技术水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 ，其主要内容如下： 1、参观调研，查阅资料。到模具制造相关企业调研，了解模具设计、生产、制造及加工情况。结合本次毕设课题，查阅模具相关资料； 2、 撰写开题报告； 3、通过对产品的性能分析， 完成相关的模具结构与零件设计； 4、设计的模具结构要求完整、合理； 5、合理选择尺寸、公差、表面粗糙度和制件材料，绘制的产品图样完整； 6、认真分析制件图，确定模具型腔、模具结构、分型面和进料口形式，计算含收缩率的相关尺寸和模具的强度和刚度； 7、 翻译专业外语文献。 8、 撰写毕业设计（论文）说明书； 9、 绘制模具总装图、零件图； 毕业设计的重点难点： 1、塑件的合理性设计及结构工艺性分析； 2、材料选择，收缩率计算。模具强度及刚度分析； 3、塑件壁厚成型工艺考虑及保证塑件的外观要求； 4、模具型腔数的确定，模具结构、分 型面和进料口形式的选择； 5、保证 塑件成型时无变形，注出的制件表面光滑，无气泡和其它缺陷，无飞边或少飞边。 6、绘制模具总装图、零件图及尺寸标注。 2 准备情况（查阅的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等） 模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志 专家预测，大型、精密、设计合理的注塑模具将受到市场普遍欢迎。 通过调研及查阅资料 ,对 侧抽芯液压锥螺纹接头三 通管注塑模设计 方案有了初步的构 思。 调研情况 20 世纪 80 年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以 15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。 中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 122屏幕彩电塑壳注射模具、 容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑 料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料 1等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。 进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入 后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户 对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。 流程 ： (1)思考与创新 ：绘 制 草图，确 定 笔盖 外观 形式； (2)实践 操作 ： 通过 件 画出 其 三维模型； (3)用 出内部的结构，实现外观 要求； (4)将 的图导入 ； (5)修改结构图。 (1)对塑料零件的材料、形状和功能进行分析 (2)确定型腔的数目 确定型腔的数 目条件有：最大注射量、锁模力、产品的精度要求和经济性等。 (3)选择分型面 分型面的选择应以模具结构简单、分型容易，且不破坏已成型的塑件为原则。 (4)型腔的布置方案 型腔的布置应采用平衡式排列，以保证各型腔平衡进料。型腔的布置还要注意与冷却管道、推杆布置的协调问题。 (5)确定浇注系统 浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。浇注系统的设计应根据模具的类型、型腔的数目及布置方式、塑件的原料及尺寸等确定。 (6)确定脱模方式 脱模方式的设计应根据塑件留在模具的部分而同。由于注射机的推出顶杆在动模部分，所以 ，脱模推出机构一般都设计在模具的动模部分。因此，应设计成使塑件能留在动模部分。设计中，除了将较长的型芯安排在动模部分以外，还常设计拉料杆，强制塑件留在动模部分。但也有些塑件的结构要求塑件在分型时，留在定模部分，在定模一侧设计出推出装置。推出机构的设计也应根据塑件的不同结构设计出不同的形式，有推杆、推管和推板等结构。 (7)确定调温系统结构 模具的调温系统主要由塑料种类决定。模具的大小、塑件的物理性能、外观和尺寸精度都对模具的调温系统有影响。 (8)确定凹模和型心的固定方式 当凹模或型心采用镶块结构时，应合理 地划分铁块并同时考虑镶块的强度、可加工性及安装固定。 (9)确定排气尺寸 一般注射模的排气可以利用模具分型面和推杆与模具的间隙；而对于大型和高速成型的注射模，必须设计相应的排气装置。 (10)确定注射模的主要尺寸 根据相应的公式，计算成型零件的工作尺寸，以及决定模具型腔的侧壁厚度、动模板的厚度、拼块式型腔的型腔板的厚度及注射模的闭合高度。 (11)选用标准模架 根据设计、计算的注射模的主要尺寸，来选用注视模的标准模架，并尽量选择标准模具零件。 (12)绘制模具的结构草图 在以上工作的基础上，绘制注射模的完整 的结构草图，绘制模具结构图是模具设计十分重要的工作，其步骤为先画俯视图（顺序为：画模架、型腔、冷却管道、支撑柱、推出机构），再画出主视图。 (13)校核模具与注射机有关尺寸 对所使用的注射机的参数进行校核：包括最大注射量、注射压力、锁模力及模具的安装部分的尺寸、开模行程和推出机构的校核。 (14)注射模结构设计的审查 对根据上述有关注视模结构设计的各项要求设计出来的注射模，应进行注射模结构设计的初步审查，同时，也有必要对提出的要求加以确认和修改。 (15)绘制模具的装配图 装配图是模具装配的主要依据，因此应 清楚地表明注视模的各个零件的装配关系、必要的尺寸（如外形尺寸、定位圈直径、安装尺寸、活动零件的极限尺寸等）、序号、明细表、标题栏及技术要求。 (16)绘制模具的零件图 由模具装配图拆绘零件图的顺序为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件后结构零件。 (17)复核设计图样 注射模具设计的最后是审核所设计的注射模，应多关注零件的加工、性能。 已查阅的文献资料 1 屈华昌 M等教育出版社， 2007. 2 宋长发 M防工业出版社， 2011. 3 任 仲贵 . 理 M. 北京 ： 清华大学出版社 ， 1991. 4 王明强 . 计算机辅助设计技术 M. 北京 ： 科学出版社 ， 2002. 5 许鹤峰 M学工业出版社， 1999. 6 李名尧 械工业出版社， 2004. 7 潘宝权 M机械工业出版社， 2004. 8 张维合 M化学工业出版社 ,9 李学锋 . 塑料模设计及制造 M机械工 业出版社 ,10 Y. W. Hu . et J, 2001, 39(14): 31093126. 现有设备及实验条件：计算机一台，使用软件为 上实验条件可满足本次毕业设计的要求。 3、 实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料 一、 2013 年 12 月 9 日至 2013 年 12 月 22 日，理解消化毕设任务书要求并收集、分析、消化资料文献，根据毕设内容完成并交开题报告； 二、 2014 年 1 月 6 日至 2014 年 1 月 13 日，开展调研，了解塑件结构，对原材料进行分析，考虑塑件的成型工艺性、模具的总体结构的形式，并完成部分英文摘要翻译。 三、 2014 年 3 月 4 日至 2013 年 3 月 31 日，查阅资料，熟悉 注射模的结构及有关计算，拟定模具的方案设计、总体设计及主要零件设计，拟定成型工艺过程，查阅有关手册确定适宜的工艺参数，注射机的选择及确定注射设备及型号规格； 四、 2014 年 4 月 1 日至 2014 年 4 月 6 日，完成设计计算任务，总体结构的设计和完成总装配图及零件图的设计； 五、 2014 年 4 月 7 日至 2014 年 4 月 21 日，完成设计，图纸绘制任务，工艺规程说明书的编写； 六、 2014 年 4 月 22 日至 2014 年 5 月 4 日，完善设计并完成论文的撰写； 七、 2014 年 5 月 5 日至 2014 年 5 月 9 日，修改并打印毕业论文及整理相关资料， 交指导老师评阅，准备论文答辩。 指导教师意见 指导教师（签字）： 2013 年 12 月 日 开题小组意见 开题小组组长（签字）： 2014 年 1 月 日 院（系、部）意见 主管院长（系、部主任）签字 ： 2014 年 1 月 日 1 in a in of is A of of is at is of a of as on of is is be by In of in of a an a of at to of An of is in of of . is of in in a of in of to In of a of in in is by of is of It is of in be 2 in by of to by a to on on of is to in of a a a of In to of of et 1 a in a of an in of is to in Yu et 2,3 to to 4 of it a to to on of as a In 990s, of D to it to in In D to of on at in of a of a A as 1(a), an on of to in a on is is to In of on In of a as 1(b),of is In to of an in of an to 3 by on an a) a of(b) a 1. 2. he AD to AD is to be to AD to of in of a to a of is In is on is to is up to In to an of is as of is in 0 ) at 5 0 to ,=（ 0+245+90） /4, 4 as is of in on To of is 0 m a .1 is 2. 3. 3. in a of is 1(a). As 1(a), of of 2 2 H) as of of is G) in G = of 5 at is to to be by of in to of in of a in n to of on of a 0 30 0 mm In is 00 is to 00 in is a 380 380 mm .7 is 3. 4. in a G =50 in of a 0 mm is 4. It is 4 is on is at It is is to at of to to of of to be at In to of is 6 5 if is a is to , is of N at as 4, 5. It is 5 to in of It is is . of at of of t is to in In to of of a 0 mm,is as of 00 kN 00 kN,a Pa as in An 00 kN in an in to at 00 kN 00 N in In to of of at to N, as 4, 6 is 6 of is of in of a of is to at no on of 7 5. N 6. at of (a) 100 (b) 600 4. n of a at so (b) a of a a in is by a E. An of in .7 mm is 3. in of of by no is on to to a at of to at of as 7. It is 7 on 8 at of as D E 1(b)is of as 7, to a 7. in 8. In to a of of a of is 8. It is at of is at to in as B, of , as (b), to be 9 to of be by by to to as in of of on of to be by or We of be by of in is to a of is to in to be to of so be on to as 9, to at of by as at to at to of 10 9. to of of is of be is in A at is by E 1(b). is 10. a of 10. 11 11. of 12. An of of is of , as 1(b). a of in as so is to be by at of of In to of is to is to to 12 is is is to of a as 12. It is 12 In to as 13(a). in as 13(b). It is 13(b) be by a It be in if an is is is by of of as B 1(b), is to is is to be to In to a to to as to be as 13 13. (a) b) in 14. In to result 1 拉深 模设计中拉深壁起皱的分析 F K C 湾大学机械设计研究所 在带有斜度的方形盒和带有阶梯的方形盒的拉深中发生的起皱现象一直在被研究。这两中类型的起皱现象有一个共同的特征：全都发生在相对无支撑、无压边的拉深壁处。在带有斜度的方形盒的拉深中，常受到工序参数的影响，例如：模具的间隙值和压边力等，所以常用有限元模拟的方法来研究分析起皱的发生。模拟的结果表明模具的间隙值越大，起皱现象就越严重，而且增加压边力也不能抑制和消除起皱现象的发生。在带有阶梯的方形盒拉深的起皱现象分 析中，常通过实际生产中一种近似的几何结构来研究、试验。当凸模与阶梯边缘之间的金属板料在拉深时分布并不均衡，就会在侧壁发生起皱现象。为了消除起皱现象的发生，一个最优的模具设计常采用有限元的方法进行分析。模拟的结果和起皱试验论证了有限元分析的准确性，并且表明了在拉深模具设计中使用有限元方法分析的优越性。 关键词 :侧壁起皱； 拉深 模；带有阶梯的方形盒；带有斜度的方形盒 一、 引言 起皱是金属板料成形中常见的失效形式之一。由于功能和视觉效果的原因，起皱通常是不能为零件制品所能接受的。在金属板料成形加工中通常存在三种 类型的起皱现象：法兰起皱；侧壁起皱和由于残余压应力在未变形区产生的弹性变形。在冲压复杂形状的时候，拉深壁起皱就是在模具型腔中形成的褶皱。由于金属板料在拉深壁区域内相对无支撑，因此，消除拉深壁起皱比抑制法兰起皱要难得多。我们知道在不被支撑的拉深壁区域中材料的外力拉深可以防止起皱，这可以在实践中通过增加压边力而实现，但是运用过大的拉深力会引起破裂失效。因此，压边力必须控制在一定的范围内，一方面可以抑制起皱，另一方面也可以防止破裂失效。合适的压边力范围是很难确定的，因为起皱在拉深零件的中心区域以一个复杂的形状形成 ，甚至根本不存在一个合适的压边力范围。 为了研究起皱的原因， et ：一张薄板延着对角的一个方向进行不均匀拉深。他们还提出了一个近似的理论模型，起皱的初始是由于弹性变形导致横向压力发展成为不均匀的压力场。 Yu et 们发现根据他们的理论分析，起皱发生在两个环形的起伏处，而且试验结果指出了 46 处起皱。 过圆锥形凸模和半球形凸模的拉深来研究金属板料的起皱。同时，他们也试图整理 2 防止发生起皱 的特性参数。 这些试验都仅仅围绕在与简单形状成形有关的起皱问题上，例如：一个圆形的盒件等等。在 20 世纪 90 年代初期， 3D 动态有限元方法的应用成功，使得解决金属板料成形复杂形状的起皱现象的分析变成了可能。目前，研究人员都使用3D 有限元方法来分析带有斜度的方形盒和带有阶梯的方形盒零件拉深时在拉深壁处由于金属板料流动引起的褶皱以及在成形过程中的参数的影响因素 。 一个有斜度的方形盒，如图 1（ a）所示，盒形件的每一个倾斜的拉深壁都与圆锥盒形件相似。拉深成形过程中，在拉深壁处的金属板料是相对无支撑的，因此，褶皱是倾斜的 。在目前的研究中，各种关于起皱的成型过程参数都被研究。在带有阶梯的方形盒件的研究中，如图 1（ b）所示，观察到了另一种类型的起皱。在当前的研究中，为了得出分析的效果，实际生产用阶梯形结构的零件来研究。使用有限元方法可以分析出起皱的原因，并且可以使一个最优的模具设计消除起皱现象。有限元分析使得模具设计在实际生产中更为合理化。 （ b）带有阶梯的方形盒件 图 1 二、有限元模型 模具的几何结构（包括凸模、凹模、压边装置等等），通过使用 设计。使用 3 个节点或 4 个节点形成壳形的单体，进而在模型上形成网格体系。使用有限元模拟，模型被视为是刚性的，并且相对应的网格仅仅可以定义模型的几何形状，不能对压力进行分析。使用 建立的 4 个节点的壳形单体可以为板料创建网格体系。图 2 给出了模型完全建立时的网格体系和用以成形带有斜度的方形盒件的金属板料。 由于对称的原因，仅仅分析了零件的 1/4。在模拟过程中，金属板料放在压边装置上，凹模向下移动，夹紧板料。凸模向上移动，拉深板料至模具型腔。 为了精确的完成有限元分析，金属板料的实际压力 拉力的关系需要输入相关的数据。从目前的研究来看，金属板料的深拉深的特性参数已经用于模拟。 3 一个拉深的实验已经用于样品的生产，并且沿着压延方向和与压延方向成 45和90的方向切断。平均的流动压力 可以通过公式 =（ 0+245+90） /4，计算出来，进而准确测量出实际拉力，如图 3 所示，以用于带有斜度的方形盒件和带有阶梯的 方形盒件的拉深。 目前研究中的所有模拟都在 作站使用有限元可调拉深程序完成。完成了用于模拟所需数据的输入（假定凹模速度为 10m /s，并且平均摩擦系数为 。 图 2 有限元模拟的网格体系 实际压力（ 图 3 金属板料的实际压力 拉力的关系 实际拉力（ mm/ 三、带有斜度的方形盒件的起皱 一个带有斜度的方形盒可以给出草图的相关尺寸，如图 1（ a）所示。从图 1（ a）可以看出方形凸模顶部每边的长度为 2模口部长度为 2及拉深高度 H影响起皱所考虑的关键性尺寸。凹模的口部尺寸与凸模顶部尺寸差值 4 的一半为凸模的间隙，即： G=深壁处金属板料相对无支撑的程度可能取决于凸模的间隙，并且增加压边力也有可能抑制起皱现象的发生。在有斜度的方形盒拉深中，与发生起皱有关系的两个参数 凸模间隙和压边力，他们对起皱的影响也正在研究之中。 为了研究凸模间隙对起皱的影响，现在分别用凸模间隙为 203050带有斜度的方形盒进行拉深模拟。在每次模拟拉深中，凹模口部尺寸为200定不变，并且拉深高度均 为 100 3 次模拟中，均使用尺寸为38080方形板料，且板料厚度均为 模对板料的压力 拉力关系，如图 3 所示。 图 4 带有斜度的方形盒件的褶皱模拟图（ G=50 模拟结果表明：三个有斜度的方形盒均发生了起皱现象，图 4 给出了凸模间隙为 50方形盒的形状。从图 4 可以看出，起皱分布在拉深壁处，并且拉深壁邻近的拐角处起皱现象尤为严重。经分析，在拉深过程中，起皱是由于拉深壁处存在过大的无支撑区域，而且凸模顶部和凹模口部长度的不同是由于凸模间隙的存在。在凸模 顶部与凹模之间的金属板料的延伸变得不稳定，是由于断面压力的存在。在压力作用下，金属板料的无约束拉深是在拉深壁处形成褶皱的主要原因。为了比较三个不同凸模间隙的试验结果，需要引入两个主应力的比值 ， 为 主应力相对的最小值和最大值。 值比临界值更重要，如果起皱发生，那么 值越大，起皱现象就可能越严重。 如图 4 和图 5 的曲线所示，三次不同凸模间隙的拉深模拟，沿 MN 截面的相同拉深高度处的 值。从图 5 可以看出，在 3 次模拟中位于拉深壁的拐角处 起皱比较严重，在拉深壁的中间起皱比较弱。还可以看出，凸模间隙越大，比 5 值 就越大。因此，增加凸模间隙将可能增加带有斜度的方形盒件在拉深壁处起皱的可能性。 众所周知，增加压边力可以帮助削弱拉深过程中发生的褶皱。为了研究增加压边力的影响，采用凸模间隙为 50同的压边力数值来对有斜度的方形盒进行拉深起皱的模拟。压边力从 100加到 600提供压边力 他模拟条件和先前的规定保持一致（在模拟当中采用了 300 模拟结果表明：增加压边力 并不能消除拉深壁处起皱现象的发生。如图 4所示，在 MN 截面处的 值，和压边力分别为 100600拉深相比较，模拟结果指出，在 MN 截面处的 值都是相同的。为了分析两次不同压边力时出现起皱的不同，从拉深壁顶部到直线 MN 处，对 5 处不同高度截面进行了分析，如图 4 所示，图 6 给出了所有情况的曲线。从图 6 可以看出，几种情况截面处的波度是相似的。这就证明压边力与有斜度的方形盒件拉深中的起皱现象无关，因为褶皱的形成主要是由于拉深壁处大面积无支撑区域存在较大的横断面压力，所以压边力并不影响凸模顶部与凹模肩部 之间的制件形状的不稳定状况。 距离（ 图 5 对于不同凸模间隙在 MN 截面处的 值 图 6 在不同的压边力状态下，拉深壁不同高度处的横断面线。(a)100b)600四、带有阶梯的方形盒件 在带有阶梯的方形盒件的拉深中，即使凸模间隙不是这样重要，而在 拉深壁处仍然会发生起皱。图 1（ b）所示为带有阶梯的方形盒件拉深用的凸模，图 1（ b）给出了拉深壁 C 和阶梯处 D、 E。目前，实际生产中一直在研究这种类型的几何结构。生产中，板料的厚度为 力 拉力关系从应力试验中获得，如图 3 所示。 这种拉深件的生产是通过深拉深和整形两个工序组成的。由于凸模拐角处的小圆角半径和复杂的几何结构，导致在盒形件的顶部边缘发生破裂，在盒形件的 6 拉深壁处发生褶皱，如图 7 所示。从图 7 中可以看出，褶皱分布在拉深壁处，尤其在阶梯边缘的拐角处更为严重，如图 1（ b）所示的 AD 和 BE 处 。金属板料在凸模顶部的边缘开裂，进而形成破裂，如图 7 所示。 图 7 产品上的褶皱和破裂情况 图 8 模拟产品起皱和破裂的盒形件外形图 为了对拉深过程中金属板料出现的变形现象有更进一步的了解，生产中仍然采用了有限元分析方法。最初的设计已经用有限元模拟完成。模拟的盒形件外形如图 8 所示。从图 8 可以看出，盒形件顶部边缘的网络拉深比较严重，褶皱分布在拉深壁处，这与实际生产中的状况是一致的。 小的凸模圆角，例如 AB 边缘的圆角和凸模拐角 A 处的圆角，如图 1（ b）所示，是拉深壁处破裂 的主要原因。然而，根据有限元分析的结果，通过加大上述两处圆角可以避免破裂的产生。较大的拐角圆角这种想法通过实际生产加工被验证是可行的。 还有一些试验也是模拟褶皱的。最初时将压边力增加到初始值的 2 倍。然而，正如和有斜度的方形盒件拉深时获得的结论是一样的，压边力对起皱的影响并不 7 是最主要的。相同的结论是增大摩擦或者增加坯料的尺寸。因此我们得出的结论是：通过增加压边力是不能抑制起皱现象的发生的。 起皱的形成是由于在某些区域发生多余的金属板料流动，所以应在起皱的区域增加压杆装置来控制多余的金属料流。压杆应加到平行于起 皱的方向，以便能有效的控制多余的金属料流。在这种理论分析下，两个压杆应加到拉深壁的临近处，如图 9 所示以便能控制多余的金属料流。模拟的结果表明：正如所期望的那样，通过压杆的作用，阶梯拐角处的起皱被控制住了，但是一些褶皱还是存在于拉深壁处。这就表明：需要在拉深壁处设置更多的压杆，以控制多余的金属料流。但是从结构设计的角度考虑，这种结构是不可行的。 图 9 在拉深壁处增加的压杆 在拉深工序中采用有限元分析的优点之一就是可以通过拉深模拟来监视、控制金属板料的形状变形，而这些在实际生产中是不可能做到的 。在拉深过程中，仔细地看金属板料的流动，可以看出金属板料首先由凸模拉深进凹模腔内，直到金属板料到阶梯边缘 DE 处时，褶皱才开始形成。褶皱的形状如图 10 所示。有限元分析还可以为模具设计的改进提供相关的数据信息。 图 10 金属板料接触阶梯边缘时形成褶皱 8 图 11 切断阶梯拐角后的外形图 图 12 凸模设计修改后的外形模拟图 最初推断发生起皱的原因是由于凸模拐角圆角 A 处和阶梯拐角圆角 D 处的金属板料不均匀、不稳定拉深形成的。因此，模具应设计成在阶梯拐 角处切断一部分，如图 11 所示，以有利于改善拉深条件。通过增加阶梯边缘而使板料均匀、稳定的拉深。然而在拉深壁处还是存在起皱现象。结果指出：起皱的原因是由于凸模顶部边缘和整个阶梯边缘的板料不均匀、不稳定的拉深，这与凸模拐角和阶梯拐角不同。毫无疑问，模具的设计结构应有两处需要调整，一处是切断整个阶梯；另一处是增加拉深工序，使用 2 次拉深可以获得期望的形状。如图 12 所示，是这种成形方法模拟出的外形。如果较低的台阶被切断去除，那么这种盒形件的拉深就与矩形盒件的拉深十分相似，详见图 12。从图 12 可以看出，褶皱被去除了。 在两次拉深过程中，金属板料首先拉深成较深的台阶，如图 13（ a）所示。因此，较低的阶梯是在第二次拉深工序中形成的，此时，可以获得我们所期望的外形，如图 13（ b）所示。从图 13（ b）中可以清楚地看出，带有阶梯的方形盒 9 件通过两次拉深被制作出来，而且没有褶皱。在两次拉深工序中，如果假想使用相反的顺序拉深，较低的阶梯首先成形，然后再拉深成较高的台阶，那么在较深台阶的边缘处，如图 1（ b） AB 处，容易形成破裂现象，因为凹模中在较低阶梯处的金属板料很难流动。 有限元模拟分析指出要想获得理想的带有阶梯的方形盒件，使用一次拉 深几乎是不可能成功的。然而，使用两次拉深则增加了生产成本，因为模具成本和制造成本增加了。为了维持较低的生产成本，设计师对盒形件外形做了适当的修改，并且根据有限元模拟的结果，修改了模具，切断去除了较低的阶梯，如图 12 所示。修改之后，拉深模制造出来了，并且盒形件消除了褶皱问题，如图 14 所示。盒形件的外形也与用有限元模拟所获得的外形效果一样好。 图 13 （ a）第一次拉深工序 （ b）第二次拉深工序 图 14 消除褶皱后的产品图 10 为了更进一步验证有限元模拟的结论，将从模 拟的结果中获得的截面 的板料厚度的分布情况与实际生产中的情况进行比较。比较情况如图 15 所示。从图 15 的比较情况可以断定：通过有限元模拟的厚度分布与实际生产的情况基本上一致。这就证明了有限元分析方法的有效性。 厚度（ 距离（ 图 15 模拟与实际生产中， 面处的板料厚度分布比较图 五 、 简要论点及结束语 在拉深过程中发生的两种类型的褶皱通过有限元分析研究以及对起皱原因做的试验，最终发现了抑制起皱的方法 。 第一种类型的起皱出现在带有斜度的方形盒件的拉深壁处。在凹模口部的高度尺寸和凸模顶部的高度尺寸等因素中，起皱的发生归因于较大的凸模间隙。较大的凸模间隙会导致拉深到凸模顶部与凹模肩部的金属板料处产生较大的无支撑区域，而金属板料较大的无支撑区域是形成起皱的最终原因。有限元模拟表明这种类型的起皱是不能通过增加压边力而抑制的。 另一种类型的起皱发生在实际生产中带有阶梯的几何结构的方形盒件中。研究发现即使凸模间隙影响不是很重要，起皱还是会发生在阶梯上面的拉深壁处。根据有限元分析，起皱的原因主要是由于凸模顶部和台阶边 缘之间的不均匀拉深造成的。为了避免起皱，在模具设计中使用有限元模拟做了一些试验，试验最终确定的最优设计就是将阶梯去除。修改后的模具设计生产出了无缺陷的盒形零件。模具分析的结果和实际生产所获得的结论证明了有限元分析的准确性和使用有限元模拟的有效性。因此可以说：有限元方法可以取代传统的实际生产试验的昂贵的方法。 11 在冲压过程模拟 - 产品和工艺设计最新应用 W 托马斯 *、 T. 欧安诺奇 和 T. 埃尔顿 摘 要 工艺产品和工艺设计仿真 都是 目前正在实行产业。然而，一个变量数目 会对 输入 的 准确性和计算机 预测的可靠性产生重大 的 影响。 曾经进行一项有关冲压模拟 能力评估预测的特点和 其 工艺条件部分 的 复杂形面形成了复合、工业零件 的研究 。 在工业应用中， 下面是 冲压过程 的 进行模拟 测试达到的两个目标 ：（ 1）通过分析在产品设计阶段 、 成形性及预测 来优化产品的设计； （ 2） 在模具设计的前期阶段 减少试模时间和 在冲压加工过程中降低生产 成本。 为了达到这两个目标，有两种方法可以选择：一种是 用法，一种是 l 工程系统有限元增量的动态程序 法。很明显 第二个 目标方法比较 好，因为它可以处理的实际冲压中的 大多数参数。 个单步有限元程序的成型技术，匹配第一 个目标 ，因为它只需零件几何形状复杂的过程，而不是信息。 在以往的研究表明，这些两个 冲压 守则也适用于制造汽车和工程机械 所 使用的复杂形状部件。 对 在冲压成形性预测问题的能力进行了评价。本文回顾了这一研究结果，并总结了有限元模拟程序 所 取得结果 的 准确 性、 可靠 性。 在另一项研究中， 对 控制压边力（ 在 半球状圆顶平底杯拉深 中 的影响进行了研究。高性能 的 标准汽车材料铝镇静 高 质量钢（ 以及如高强度钢板 、 烘烤硬钢 、 铝 6111 等 。 已经 确 认 不同的 压边力可以 改善圆 顶杯的应变分布。 关键词： 冲压；过程刺激；工艺设计 文章概要 1. 简介 2. 品仿真 - 应用 3. 模具和工艺模拟 - 应用 4. 压边力控制 - 应用 5. 结论和未来工作 12 对于 形状复杂的板材 （ 如汽车覆盖件金属冲压件的设计过程，包括决策的许多阶段 ）的设计过程 是一个非常昂贵和耗时的过程。在目前 的 工业 上 ，许多工程决策是基于 工作 人员 的 经验和 他们的 知识，这些决 策 通常是 经过 软 工装 模具成型阶段和硬模选拔赛验证 阶段后才做出的 。很多时候软 、 硬工具必须 重新编制 ，甚至重新设计和提供 的 零件到达 可接受的质量水平。 现在 将最好 的设计过程列 在图 1 中。在这个设计过程中，经验丰富的产品设计人员会使用一个称为一步有限元法 的 专门设计的软件来估计其设计成形性。这将使产品的设计者 在确定设计路线之前，以及 昂贵的模具已经制造 出来之 前 做必要的修改。一步法有限元法特别适合用于产品分析，因为它不需要粘结剂 、附录、 甚至绝大多数 工艺 条件。通常 方法 不可用在产品设计阶段。一步法有限元法也很容易 掌握 ，计算速度快，这使得设计人员能够发挥 “如果 ”没有太多的时间投资。 图 - 1 金属薄板冲压件的参考设计过程 。 一旦产品已经设计和经过验证，开发项目将进入“零时间”阶段，并传递到模具设计阶段。模具设计人员会确认他们自己的增量有限元程序的有关设计并进行必要的设计变更，甚至优化工艺参数，确保不只是最低的可接受的零件质量，而是最高达到的质量。这增加了产品的质量，而且增加过程的成品率。增量有限元法特别适合于模具设计分析，因为它确实需要粘合剂，附录，以及已知的 模具设计或渴望被人知道的 过程。 验证制造模具的设计 后 就会直接进入了艰苦的生产加工和被验证 阶段， 在此期间 ，将 与物理原型零件 对比着 进行 ， 试用时间应该减少由于先前的 数值验证。重新设计和成型，由于不可预见的问题，再制造模具应该是过去的事情。 试用时间减少和消除重新设计 /再制造 所用的时间 应该超过弥补进行数值验证 、试模、加工 过程所用的时间。 对于薄板冲压件生产商而言，冲压工艺的优化也是非常重要的。通过适度增加压力机设备的投资、并使用模具成型、一个人可以控制多个冲压过程。据记载， 13 压边力是板料成形过程中最敏感的工艺参数之一，因此可用于精确控制变形过程。 通过控制压边力在功能和 压应力的 位置等有效措施 ,提高粘结剂的外围的应变分布的小组提供了新增的强度和刚度 ,降低了面板和残余应力的回弹 程度 ,提高产品品质和 稳定 性。 通过控制作为压应力和周围的粘结剂边缘位置的函数压边力，可以提高面板强度和刚度，减少面板回弹和残余应力应变分布，提高产品质量和过程的稳定性。一种廉价的工业质量体系，目前正在制定在紧急救济协调员 / 用了液压和氮的结合，如图 2 所示。使用压边力控制也可以允许工程师设计更具有侵略性的板窗利用所提供的增加压边力控制成形性。 图 2. 压边力控制系统和模具正在开发的 验室 将会在下一节描述产品的设计阶段，其中一个步 骤是有限元程序型技术）的验证，作为实验室和工业的一部分，用来预测毛坯最佳形状的研究。第 4 节总结了模具的设计阶段，其中一个实际的工业平板是用来验证的增量有限元程序的 统（国际工程系统）的研究。第 5 节覆盖了 在 实验室研究压边力控制应变分布在深冲 、 半球形 、 圆顶平底杯 的影响 。 2. 产品仿真 - 应用 这项调查的目的是为了验证 统，确定 毛坯形状预测的能力，并确定一步有限元法在产品设计过程中是怎么实施的。 成型技术提供了他们的一步 法有限元代码和培训中心的 目的的基准和研究。 不等同于变形历史 。相反，它将项目上一个平面或可展曲面零件几何形状和重新定位的最后节点和元素，直至达到最低能量状态。这个过程是计算速度比就像是 增量模拟，也使得假设增多。评价和估计最优 毛坯 矩形件的结构 ，也 是一个强有力的工具 ，产品设计师由于其速度和使用的安逸 性，但 是在这时期的几何是不可用的。 14 为了验证 们比较分析其与毛坯形状预测预报方法的毛坯 形状。该零件的几何形状如图 3 所示是一个长 15 英寸、宽 5 英寸、深 12 英寸有一个 1 英寸直角法兰盘英寸。 表 1 列出了工艺条件下使用 ，图 4 显示了使用 件毛坯形状的实证法和滑移线场的方法来预测毛坯形状 的原理。 图 . 3 矩形几何用于 证 图 4 使用手工计算毛坯长方形盘的外形设计 （一） 经验方法；（二）滑移线场分析方法。 图 5（ a）给出了预测从 ，滑移线场方法，几何形状和白。空白形状 同意在角落里地区，但不同的侧面区域很大。图 5（二） - （ c）显示抽签中模式后的矩形绘制过程。 平移由 拟预测空白的每个形状。抽签中地区在弯道很好匹配所有三个长方形盘模式。滑移线场方法，虽然没有达到目标区域在身边 1 英寸法兰，而 法实现了 1 英寸法兰在身边地区相对较好。此外，只有 坯同意在角落里 /侧过渡区。此外， 15 坯比 有较好的应变分布和更低的峰值应变比，由图 6 中可以看到。 图 5 各种毛坯形状预测和帕姆印花仿真结果为长方形锅。 （一）三预测空白形状 ;（二）变形滑移线领域的毛坯 ;（三）畸形 （四）畸形 坯 图 6 比较应变泛用长方形的 状分布的各种毛坯 （一）变形 坯 ;（二）畸形 坯。 若要继续此验证研究，从小松制作工业部分被选中，并在图 7（ a）所示。我们预计的一个最优几何 白的实验装置，正如所见，毛坯很相似，但有一些差异，最终的零件毛坯 形状 ,如图 7(b)。 图 7 仪器 拟结果包括最终验证 （一） 形性能的比较；（二）预测与实验的毛坯形状比较。 接下来 ,我们模拟了冲压的毛坯和 用 验毛坯。我们通过比较两者的计算机辅助设计 (测的零件几何形状 (图 8)， 16 发现 更精确的。一个不错的特征是 ,显示“失败”的部分情节的轮廓曲线，对失败限制示于图 7(A)。总之 , 测的实验室和工业部件的最佳形状成功的毛坯。这表明， 仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用 图 8 比较 实验仪器的零件形状。 （一）实验开发毛坯形状和 何 ;（二）优化毛坯形状和 何。 3. 模具和工艺模拟 - 应用 为了在研究模具设计过程中紧密合作，一个由日本小松制作所和 成的小组。与形成问题 的一个生产小组选择了小松。该面板是挖掘机的驾驶室左侧内板，如图 9 所示。是的几何简化为一个实验实验室死亡，同时保持该小组的主要特征。在实验进行过程中小松使用表 2 所示的条件。一个成形极限图（ 制
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