毕业设计（论文）-手机键盘面壳的注塑模设计-抽芯（全套图纸）.pdf

摘要 I 摘要摘要 随着模具业发展，玩具手机设计对模具要求越来越高，造型也比较复杂，本设计介 绍了手机键盘壳注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对 注塑产品提出了基本的设计原则。 模具设计一般包括成形零件设计、注塑机选择、脱模、抽芯、冷却、浇注、排气等 系统的设计，合理的模具结构设计能够提高模具的质量、性能、寿命和成本。模具 CAD 作为一门综合性应用技术已成为现代模具技术的核心和最重要的发展方向。 本设计主要用 Pro/Ewildfire2.0 中的零件造型模块和模具设计模块进行设计的。 用 AutoCAD2008 和模具外挂软件对手机键盘壳进行二维图形绘制。 关键词关键词：手机键盘壳 CAD Pro/E 注射模 模具设计 全套图纸加 153893706 II Abstrsct Along with the mold industry development, the Mobile compact car design is getting higher and higher to the mold request, the modelling is also quite complex, this the design introduced the Mobile keyboard shell injection moldings basic principle, specially single is divided the profile to inject molds structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design. Mold design generally includes shaped accessorys design, molded plastic machine selection, drawing of patterns, pumping core, cooling, molding, exhaust systems design, and rational structural design in mold to improve the quality, performance, life expectancy and costs. Mold CAD, as a integrated application in technology, is become the core of modern mold technology and the most important development direction. The design of the main components used in the modeling Pro/Ewildfire2.0 modules and mold design module design. AutoCAD20078 and use plug- in software on molds Mobile keyboard shell printer after lagging for two- dimensional graphics rendering Keywords：phone keyboard CAD Pro/E Injection Mold Injection mold design 目录 III 目 录 摘要摘要 . I Abstrsct. II 第一章第一章 绪论绪论 . 1 第二章第二章 塑件成型工艺分析塑件成型工艺分析 . 2 2.1 塑件的分析 . 2 2.1.1 外形尺寸 . 2 2.1.2 精度等级 . 2 2.1.3 脱模斜度 . 2 2.2 塑件的选材 . 3 2.3 ABS 的性能分析 . 3 2.4 ABS 的注射成型工艺过程及工艺参数 . 4 2.4.1 注射成型过程 . 4 2.4.2 注射工艺参数 2 . 5 第三章第三章 注射机的的确定注射机的的确定 . 6 3.1 注射机型号的确定 . 6 3.1.1 塑件的体积和重量 . 6 3.1.2 浇注系统凝料体积的初步估算 . 6 3.1.3 选择注射机 . 6 3.2 注射机有关参数的校核 . 6 3.2.1 注射压力校核 . 6 3.2.2 锁模力校核 . 7 第四章第四章 浇注系统的设计浇注系统的设计 . 8 4.1 主流道尺寸确定 . 8 4.2 主流道的凝料体积 . 8 4.3 主流道当量半径 . 8 4.4 主流道浇口套形式 . 8 4.5 分流到设计 . 9 第五章第五章 成型零件的结构设计及尺寸计算成型零件的结构设计及尺寸计算 . 11 5.1 型腔总体布置与分型面的选择 . 11 5.1.1 型腔数目的确定及型腔的排列 . 11 5.1.2 分型面的选择 . 11 5.2 成型零件工作尺寸计算 . 12 IV 5.3 成型型腔壁厚的计算 . 12 5.4 模架的确定 . 14 5.4.1 各模板尺寸的确定 . 14 5.4.2 模架各尺寸的校核 . 14 5.5 排气与引气系统结构的确定 . 15 第六章第六章 脱模推出机构的设计脱模推出机构的设计 . 16 6.1 脱模机构的选用原则 . 16 6.2 脱模力的计算 . 16 第七章第七章 抽芯机构的设计抽芯机构的设计 . 18 7.1 机动侧向分型与抽芯机构 . 18 7.1.1 斜导柱的典型机构尺寸 . 18 7.2 斜销侧向分型抽芯机构主要参数的确定 . 18 7.2.1 抽芯距 S . 18 7.2.2 斜销的倾角 . 18 7.2.3 抽拔力的计算 . 18 7.2.4 圆形斜导柱直径的确定 . 19 7.2.5 斜导柱的总长度计算 . 20 第八章第八章 模具加热装置和冷却系统的计算模具加热装置和冷却系统的计算 . 22 8.1 加热装置设计： . 22 8.2 缩短冷却时间的三个方法: . 22 8.3 设计原则： . 22 8.4 根据以上原则设计出模具的水流道 . 22 8.5 冷却管道总传热面积： . 23 8.6 模具应开设的冷却管道的孔数： . 23 设计总结设计总结 . 24 致谢致谢 . 24 参考文献参考文献 . 25 附件附件 英文文献翻译英文文献翻译 . 26 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 我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 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、 6.5kg 大容量洗衣 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。注塑模型腔制造精度可达 0.020.05mm，表面粗糙度 Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可 达 1030 万次，淬火钢模达 501000 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较 大差距。 “塑料制品生产的关键常在模具” 。改革开放以来，随着我国的塑料加工工业地飞 跃发展， 随着塑料制品的应用领域日益广泛， 我国的模具行业也飞速地发展起来， 大型、 精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。塑料模已能生产 34、48大展幕彩电塑 壳模具，大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。塑料模热 流道技术更臻成熟，气体铺助注射技术已开始采用。目前，生产塑料制品最广泛采用的 是压制成型法、铸压成型法、注射成型法、中空吹塑成型法、真空成型法、压缩空气成 型法、其中包括近年来得到发展的热固性塑料注射成型、低发泡塑料注射成型及微型注 射成型等。 注射成型也称注塑成型，可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制品。由于它具 有应用面广，成形周期短，生产效率高，模具工作条件可以得到改善，制品精度高，生 产条件好，生产操作容易实现机械化和自动化等诸方面的优点，因此在整个塑料制品生 产行业中，占有非常重要的地位。目前，除了少数几种塑料制品外，几乎所有的塑料都 可以采用注射成型。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的 30%，全世界每年生 产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的 50%。 随着工业技术的发展，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计与制造方法不 能适应工业产品的及时更新换代和提高质量的要求，在此背景下，模具 CAD/CAM （Computer Aided Design 注射模具; 模拟退火 (SA) 一 简介 由于工业的快速发展和贸易近年来，需要有快速和大批量生产商品。该产品是采用模具以节省 时间和成本。塑料制品居多。由于这些产品不需要复杂的过程有可能应付市场需求快速方便地。在 传统的塑料生产，设计的部分模具是由人类。然而，由于增加了性能要求，复杂的塑料产品增加了。 首先，几何形状的塑料制品是很难画的，和内部形状往往是复杂的，这也影响到产品的生产。注塑 加工可分为三个阶段： 1.塑料材料热熔融状态。然后,通过高压,从而使材料在浇口,然后进入模腔。 2.当充填模腔建成后,应更多的熔化塑胶交付空腔高压补偿收缩的塑料袋。这可确保模腔完全注满。 3.冷却后取出产品。 虽然是充型过程中只有一小部分完全形成循环,是很重要的。 如果填写不完整的, 没有稳压和冷却是必需的。因此,塑性流体的流动应控制彻底,确保产品质量。等温牛顿液体灌装的 模型是最简单的注射mould-flow充填模式。理查德森1产生一个完整而详细的概念。主要概念是基 于润滑理论的应用,简化了复杂的三维流动理论对二维Hele-Shaw流动。 流动的Hele-Shaw用来模拟势 流,而且应用于塑性流动的塑料袋。他装出塑性流动对板一种极薄的充分发展流动忽视变速通过厚 度。用类似的方法等问题Kamal得到填充矩形模腔条件,分析结果是几乎相同的实验结果。 塑料材料遵循牛顿流体模型模腔流动,鸟丁晓萍。2 - 4mould-flow理论导出基于此。当模具 的形状比较复杂,有厚度变化,然后平衡方程非线性和不变化的解析解。 因此,它可以解决只有通过有 限差分法数值解或2、5) 当然,作为聚合物是一种粘弹性流体,这是最好的解决问题的流程采用粘弹性方程。在1998 年,Goyal使用白色等问题Metzner粘弹性模型来模拟模型的磁盘mould-flow中央倒出。 Metzner,使用 有限差分法求解控制方程,fould粘弹性的影响并不会改变的速度和温度分布。 然而,它影响了应力场 甚多。如果它是一个纯粹的粘流模型,最受欢迎的GNF模型通常是用来做数值模拟。 目前,有限元方法主要用于解决mould-flow问题。其他的方法是纯粹的粘弹性模型,如C-FOLW和 MOLD-FLOW软件。我们使用这个方法。一些软件采用粘弹性White-Metzner模式,但它是有限的,对二 附件 27 维mould-flow分析。简单的模流分析是有限的,由CPU时间。对于复杂的模具形状,使用UCM流体等问 题Papthanasion充填分析,使用一个finited 许多因素影响塑料材料注射。灌装速度、注射压力、熔融温度、保压压力7 - 12),冷管13、 14和注射影响精度的门塑胶产品,因为,当注塑加工完成后,材料的流动模腔非均匀温度和压力的结 果, 工件冷却后会引起残馀应力与变形的. 很难决定分型面和浇口模具的位置。一般来说,模具分型面位于最宽的平面的模具。寻找最优门 的位置取决于经验。最小的修改模具是必需的,如果你是幸运的。然而, 如果选择分型线很差，在修 整注射模所需的时间和费用会超过原始成本。 模具的表面,许多工人采用各种方法寻找最佳模具分型 线,如几何形状和特征设计15。用有限元方法和一些工人溯网络寻找最佳的门压铸模具的设计 18。 本研究采用一个溯网络参数之间的关系,建立模具分型线,用该公式为寻找22分在注塑模具 part-line为位置注射的大门。溯网络是用于比较喷油压力和保温时间进行注射压力形成进行分析, 并建立了这些参数之间的关系,并输出结果的喷射过程。 有证据表明,在溯网络预测精度远高于其它网络(19)。 溯网络基于引导造型技术能够表达复杂的 和不确定关系分析结果与mould-flow喷雾参数。 它显示了在一个产品中注射压力是可以预测的,以合 理的准确性,通过建立网络。 溯网络已经建立的一次浇口位置的关系,模拟已经输入和坚定的人;一个 适当的优化算法具有较强的性能指标,然后用寻找最佳位置参数。 本文一种模拟退火优化方法20被提出。将模拟退火算法是一种模拟退火工艺对最小化的绩效 指标。它已成功地应用于图像处理中的滤波21、大规模集成电路布局代(22)、离散公差设计23, 电火花加工24,25拉深间隙,铸造流道设计26等。它提供了实验基础理论基础上的发展及应用 技术。 二 Mould-Flow Theory 模具流量分析包括四个主要部分: 1. 充填阶段。 2. 稳压阶段。 3. 冷却、凝固阶段。 4. 收缩和翘曲,即应力残留的阶段。 因此,模具流方程分为四组。在灌浆期,模具腔充满塑性流体在高presssure熔化。因此,控制方 程包括: 1. 连续方程。塑性变形或形状随流量变化在灌装过程(质量守恒): ()0V t + = =塑料密度; V =流速 2. 动量方程。牛顿第二定律是用来获得动量(加速度条件)或塑性流动所产生的力平衡。 28 () V VVVPf t += + + P =流动压; f = 体积力; =应力张量. 3. 能量方程。节能系统和守恒定律流量资料,假设流体是不可压缩的: () p T CVTq t += + T=温度; p C= 恒压比热容; q=热流量 4. 流变方程 , , ,. n fT P = g () T VV = + g V= 变形张量; () T V=流通率. 保压压力的分析。 保压压力的过程是保持在模腔压力充满了为了注入更多的塑料,来弥补萎缩的 冷却。 3111121 1123 VP txxxx = + 3221222 2123 VP txxxx = + 3132333 2123 VP txxxx = + 冷却分析。分析了冷却过程考虑塑性流动关系的分配和热量传输。同质的模具温度的充填顺序、 萎缩会影响产品的形成。如果温度分布不一致时,它往往产生翘曲。这主要是由于结晶传热和热的塑 料。 222 223 123 pp TTTT CkC r H txxx =+ r=结晶率; H=结晶热 三 溯网络综合评价 米勒(22)观察到人类行为的资讯量考虑范围。 输入的数据,然后归纳总结了信息传递到一个更高 的推理水平。 在溯网络里一个复杂的系统可以被分解为较小的、简单的子系统，划分为几层节点使用多项式 函数。评估这些节点数目有限,由一个多项式函数输入输出一个作为后续节点输入到下一层。这些多 项式功能节点是指定的如下: 1.变形量 附件 29 把原输入变量变换成一种相对比较常见的量。 101 1 aqq x=+ (10) 1 a=变形后的量, 0 q, 1 q 变形系数, 1 x原始输入量. 2. 白节点 一个白色的节点组成的线性加权和以前的层的输出 10112233 . nn brr yr yr yr y=+ (11) 1 y, 2 y, 3 y, n y 以前的层的输入, 1 b节点输出, 0 r, 1 r, 2 r, 3 r, n r三元组节点系数.55 3. 单节点, 双节点, 三节点 这些节点是基于数字的输入变量。这些节点的代数形式如下： 单节点: 23 101 12 13 1 css zs zs z=+ (12) 双节点: () ()() 2323 101 1213 1425262712 dtt nt nt nt nt nt nt n n=+ (13) 三节点: () () () 232323 101 12 13 1425262738393 euu ou ou ou ou ou ou ou ou o=+ 10 12112312 1 313 123 u oou o ou oou oo o+ (14) 1 z, 2 z, 3 z, n z, 1 n, 2 n, 3 n, n n, 1 o, 2 o, 3 o, n o以前层的输入, 1 c, 1 d, 1 e节点的 输出, 0 s, 1 s, 2 s, 3 s，ns, 0 t, 1 t, 2 t, 3 t, n t, 0 u, 1 u, 2 u, 3 u, n u分别是单节点系数, 双节 点系数, 和三节点系数. 这些节点是三度多项式， q E、双节点和三节点,允许节点间的输入变量之 间的相互作用。 4. Unitiser 另一方面,一个unitiser转换成输出到一个真正的输出 101 1 fvvi=+ (15) 1 i-网络输出, 1 f-有效输出, 0 v和 1 v unitiser系数. 四 Part-Surface模型 本文以一个实际的工业产品作为样品，模具表面部分位于投影面积最大，如图1，底部是最宽的 平面和被选择作为模具表面。然而,最重要的是寻找门的位置上的部分表面。 本研究利用溯网络建立了一个参数方程,以建立模拟退火法(SA)门路径找到最优位置。 参数方程的一个part-surface表现于F(Y)= x。首先使用三坐标测量机系统在模具分型面上的分 型线上22个点来测量XYZ坐标值(在这项研究中z = 0)，如表1的阐述。浇口的位置是完全在曲线上在 这个空间中。 开发一种空间曲线模型前,一个数据库必须培训,提供一个良好的关系间存在控制点和溯网络系 统。一个正确的和精确的曲线Eq.有利于找到最佳浇口位置。 建立一个完整溯网络，第一个要求是给建立数据库。提供的信息输入和输出参数必须是足够了。 预测方差(PSE)准则，然后用一个最优的结构自动确定23。PSE的标准是用来选择最复杂的但仍精 确的网络。 PSE 由两部分组成： PSE= FSE+ p K (16) 30 FSE 适合建立数据库的网络平均方差， p K-复杂网络的外加，它的计算公式: 2 2 p p K KCPM N =K (17) CPM复杂网络的外加系数, K是网络系数; N建立数据库次数， 2 p 模型方差 基于数据库的发展预测的精度,part-surface三层溯网络,其中包括设计因素(输入:各种Y坐标) 和输出因素(X坐标)合成自动。它可以准确预测空间曲线在任何时候在不同控制参数。采用多项式方 程都列在附录A之网络( 3 5.8 10PSE =)。 表2对比溯模型误差的预测和CMM测量数据。测量上被从22套CMM测量数据建立模型。这组数据被 用来测试适当的模型建立在上面。我们可以看到表2,误差约为2.13%,表明该模型适用于这个空间曲 线 图图1. 注射模具产品 表表1. X, Y 坐标 表表2. CMMS-坐标和网络预测(不是包括在原22集数据库)。 附件 31 五 创建注射模型 同样,这种关系之间建立输入参数(浇口位置和浇口尺寸)和输出参数(变形)在注塑过程。 建立一 个完整溯网络,第一个要求是给建立数据库。提供的信息输入、输出数据必须是足够了。因此,培训 因子(浇口位置)溯网络的建立应满足制造缺陷产品。图二显示有限元mould-flow的模拟。表3显示门 的位置及最大变形的mouldflow产品得到分析。 开发基于模型的injection-mould、三层abductive网络构成的注射液-模具条件和注射结果(变 形),合成的自动化。 它们可以准确预测产品应变(注塑制品的结果)在不同控制参数。所有在这个网 络中使用多项式方程都列在附录B中( 5 2.3 10PSE =). 表4比较误差的预测溯模型和仿真案件。仿真案例被从22套仿真案例中建立模型。这组数据被用 来测试适当的模型建立在上面。我们可以看到,从表4误差约为4.62%,表明该模型适用于该模型的要 求。 图图 2. FEM mould-flow变形. 表表3. 浇口位置和极限张力. 32 表表4. Mould-flow 模拟和 预测对比（不包括原始22套数据库） 六 模拟退火理论 在1983年,一种理论,即能解决全球问题建立了优化的优化问题。这个概念是一个强大的基础上 优化算法的退火坚实的组合优化问题,解决了多变量。当温度T和能量E、热平衡的系统是一个 Boltzman地理分布: ( ) 1 exp r B E P Z TK T = (18) Z(T) = 变形因素； B K = 波兹曼常数； ()/ B ExpE K T= 波兹曼因素 本文退火模拟算法搜索最优控制参数的浇口位置。 图3显示的流程模拟退火的搜索。首先,算法 Ts和一个初始温度最终温度Te,和一组初始进程向量牛。 目标函数obj的定义是,基于注塑参数绩效指 标体系。 目标函数可以为各种不同的摄动补偿参数。如果新的目标函数越变小，工艺参数接受 新工艺参数和温度降一点的规模。这是 1iiT TTC + = (19) i 温度渐变指数C、T 温度衰变比例 (CT , 1)。 如果目标函数变大，摄动工艺参数接受概率为: exp r B obj P K T = (20) B K波兹曼常数，obj 目标函数变量. 这个程序会重复进行,直到温度接近零。它展示了降到 最低的能量状态 模型功能之间的关系的浇口位置、输入参数、输出参数模型,该模型可用于寻找最优参数的浇口 位置。最优参数的过程可以通过目标函数作为一个起始点。目标函数是制定为obj 如下: ()() 12 objwXCoordinatewYCoordinate=+ ()() 33 wGatewidesidewGateheightside+ (21) w1，w2， w3是 重量函数 控制参数的X,Y定位应符合part-surface参数方程。 这意味着基础条件的优化应落在某个特定范 附件 33 围: 1X坐标值得到的优化应大于最小X-坐标值，小于最大X坐标值。 2Y坐标得到的值优化应大于最小Y坐标值,小于最大X坐标值。X,纵坐标取决于附录神经网络方程。 3浇口宽得到的尺寸优化应大于的最小数量浇口宽,小于最大浇口宽大小。 4浇口高得到的尺寸优化应大于的最小数量浇口高,小于最大浇口高大小。 这个不等式,并给出如下: 最小的X坐标 X坐标计算值最大的X坐标价值(22) 最小的Y坐标计算 Y坐标计算最大的Y坐标计算(23) 最小的浇口宽浇口宽大小尺寸最大浇口宽(24) 最小的浇口高 浇口高尺寸最大浇口高(25) 应用上限