电池盒盖塑料模具的数字化设计与制造毕业论文.doc

电池盒盖塑料模具的数字化设计与制造毕业论文目 录中文摘要.英文摘要.1 绪论11.1 塑料注射模具的发展11.1.1现代模具制造技术的发展趋势11.2 我国塑料模具的发展状况21.3 主要差距31.4 本课题研究的背景和意义41.5 本课题的主要研究内容42 塑件的结构和工艺分析52.1塑件的材料分析52.2 塑件的结构和工艺性分析52.3 塑件的表面质量分析62.4 本章小结63 注射机的选取和标准模架的确定73.1注射量和锁模力计算73.2注射机选取和相关参数的校核73.2.1选取注射机73.2.2型腔数量及注射机有关参数的校核73.3标准模架的选取93.4本章小结94 注射模具总体结构的设计104.1成型零件的结构设计104.2 浇注系统和分型面的设计104.2.1浇注系统的设计原则104.2.2型腔数量和位置的确定114.2.3分型面的选择114.2.4浇道的设计114.2.5浇口的设计124.3脱模机构的设计134.4合模导向机构的设计144.5冷却系统的设计154.6排气系统的设计154.7本章小结165 成型零件工作尺寸的计算185.1凹模尺寸的计算185.2型芯尺寸计算185.3成型孔间距的计算195.4本章小结196 基于Moldflow的充填和冷却分析206.1充填分析206.2冷却分析236.3本章小结247 成型零件的数控加工编程和仿真257.1成型零件制造工艺过程257.2成型零件的数控加工仿真267.3成型零件的数控加工编程277.4本章小结278 结论28致 谢29参考文献30毕业设计（论文）知识产权声明31毕业设计（论文）独创性声明32附录331 绪论1 绪论1.1 塑料注射模具的发展 塑料工业是新兴的工业，塑料作为一种新的工程材料，发展势头极其迅猛，跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大材料之列，已经广泛用于工业和日常生活。因此，塑料的加工和成型工艺越来越得到重视，新技术、新工艺不断涌现。目前，塑料成型种类包括注射成型、压铸成型、吸塑成型、吹塑成型、发泡成型、挤压成型等，其中注射成型是最常用的方法，几乎所有的塑料都可以注射成型1，按重量比计算，实际生产有32%的塑料是靠注射成型的2。塑料工业的发展，推动了中国塑料模具产业的发展步伐，近年来塑料模具市场发展相当快，2002年已猛增到140亿元左右3,2004年塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展。当前国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。随着中国汽车、家电、电子通讯以及各种建材的迅速发展，预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台，彩电的年产量已超过3000万台，家电行业所需模具量年增长率约为10%。汽车工业近年来增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。每种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，汽车的各种功能性零部件都要靠模具成型，制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具，还有制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需大量的塑料模具。在建筑领域，塑料建材大量替代传统材料是大势所趋，国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材。塑料建材不仅能大量代钢、代木、替代传统建材，而且具有节能、节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑自重、施工便捷等优点，将在今后得到越来越多的应用。2005年建筑用塑料制品约400万吨，占总产量16%，预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，根据建设部等五个部门的要求，2000年塑料门窗的普及率达到15%，塑料排水管的市场占有率超过30%，预计到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%,塑料排水管的市场占有率将超过50%。因此，塑料模具的增长速度加快，应用潜力是不可低估的。1.1.1现代模具制造技术的发展趋势 1.模具的标准化 加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模具的制造质量、缩短模具的制造周期。 2.新材料、新技术、新工艺的研究和应用 研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能，是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。 模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命，其优势越来越明显。普67西安工业大学毕业设计(论文)及和提高CAD/CAE/CAM技术的应用，是模具设计制造走向现代化的必由之路。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。成型面的加工向精密、自动化方向发展，光整加工技术向自动化方向发展。以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术，是模具制造技术的重大发展，尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造，对缩短制造周期有着非常重要的作用。节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向4。 3.现代生产制造方式 在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商品化的基础上，利用现代IT技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从而缩短模具生产周期，提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。 4.塑料制件的精密化、微型化、超大型化 为了满足各种产品越来越高的使用要求，塑料模具和塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化方向发展5。1.2 我国塑料模具的发展状况 自二十世纪以来，我国模具工业已经走过了半个多世纪。改革开放后，我国模具工业发展迅猛，截至2006年底已拥有3万家模具生产企业。“十五”期间，我国模具工业以年均20%的速度持续快速增长。2001年全国模具工业总产值达300亿元人民币，我国模具年产值位居世界第四。至2005年，我国模具销售额达610亿元，同比增长25%，已跃居世界第三，仅次于日本和美国。2006年，我国模具销售额720亿元，直接带动实现工业产值2.4万亿元。当前，中国模具市场容量已达800亿元人民币左右，“十一五”期间中国模具业市场份额将达1200亿元。 在区域分布上，广东、重庆、浙江形成了国内模具行业的“三足鼎立”，广东是当前我国最主要的模具市场，中国最大的模具出口与进口省。目前，深圳周边及珠江三角洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。与全国塑料加工业区域分布相类似，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70%。 要想成为世界制造业大国，没有先进的模具工业是不行的。我国的加工成本相对较低，模具加工行业日趋成熟，技术水平不断提高，人员素质大幅提高，国内投资环境越来越好，各种有利因素使越来越多的国外企业选择我国作为模具加工基地。近年来，外资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化，国际模具制造巨头在中国投资设厂的新一轮扩张，这代表着我国模具行业迎来新一轮的发展机遇，也代表着面临国外先进技术和高品质制品的挑战，模具行业在“十一五”期间将面临再次腾飞的契机。当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。德国海拉吉林落户;日本丰田模具天津设厂:芬兰贝尔罗斯公司投资兴建深圳模具制造厂，专为电信、保健、电子、汽车等行业提供高档模具产品。目前，我国模具业规模仅次于日本和美国，但大多集中在中低档领域，总体技术水平和附加值偏低。我国制造业急需的精密、复杂冲压模具和塑料模具，轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等，还大量依靠进口，模具产品仍然存在进出口逆差6。1.3 主要差距 由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比仍存在不小的差距，我国现在的模具开发制造水平比国际先进水平至少落后10年，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。我国的塑料模具中，汽车和家电的大型注塑模具，集成电路的精密塑料模具，电子信息产业和机械及包装的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，新型建材及节水农业的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距。 1.行业创新能力薄弱整体效率低 我国模具行业产需矛盾突出，无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达到70%左右。模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，能掌握和运用新技术的人刁异常短缺。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低。由于不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而模具工业发达国家大多是15-20万美元，有的甚至达到25-30万美元。我国模具企业经济效益差，大都微利，国有企业总体亏损，缺乏后劲。高级模具钳工及企业管理人刁非常紧缺，高素质的模具技术人刁缺乏，产品的综合开发能力还急需加强。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少。 中国塑料模具企业不仅要加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设、产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。 2.企业组织结构、产品结构、技术结构不合理 我国模具生产许多是在各主机厂的模具分厂或车间内，其中一半以上是自产自用，模具的商品化程度低，而国外70%以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路。国内模具总量中，属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30%左右，国外在50%以上。 欧、美等国家的模具企业，大部分也是30-50人的小企业，但CAD / CAE/CAM的应用水平高，数控加工设备多，模具零部件的精度靠先进的加工设备保证，工人严格按工艺操作，每个模具零件的加工都很到位，最后钳工的装修工作量很小，一个50人左右的模具厂，装配钳工一般只有2-3人。 3.产品水平和生产工艺水平低 产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低，而模具生产周期却要比国际先进水平长。产品水平低主要表现在尺寸精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上，这几项指标与国外先进水平相比差距十分明显。工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面，模具工业的整体装备水平相对落后、利用率低。 虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAA应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等方面原因，引进设备不配套，设备与附、配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好的解决。装备水平低，带来我国模具企业钳工比例过高等问题。 模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。国内模具标准件使用覆盖率只有35%左右，而国外先进国家模具标准化程度为70%-80%7。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期25%-40%，并可大大减少由于自制模具零件而造成的工时浪费。 4.模具材料技术落后 模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比还有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高8。1.4 本课题研究的背景和意义数字化设计制造是当今世界制造业发展的大趋势，是中国制造业实现跨越式发展的重要机遇。数字化设计及制造技术是指利用计算机软硬件及网络环境；实现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模拟，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。本课程通过对典型塑料产品进行数字化设计制造的过程，使学生能够基本了解产品数字化开发、设计、制造的全貌，进而掌握数字化设计与制造的核心技术，为毕业后从事制造业专业技术工作奠定良好基础。1.5 本课题的主要研究内容本课题塑件为电气产品壳体类零件，生产数量：50万件；材料：PC；生产方式：注射成型。外侧表面光洁，不能有杂点，缩水痕等。研究的主要内容有： （1）应用Pro/E对产品进行结构分析，确定其模具形式和总体结构；（2）应用Modelflow软件进行模流分析，确定其最佳浇口位置，并设计浇注系统和相关模具零件、以及冷却系统等；（3）选取标准模架进行模具装配；（4）模具总体装配的建立和相应参数的校核计算；（5）利用CAXA软件对模具成形零件进行数控加工编程和加工仿真。2 塑件的结构和工艺分析2 塑件的结构和工艺分析2.1塑件的材料分析聚碳酸酯（PC）为无色透明粒料，密度为1.02-1.05g/cm3。聚碳酸酯是一种性能良好的热塑性工程材料，韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅，成型零件可达到良好的尺寸精度并在很宽的温度范围内保持其尺寸的稳定性，成型收缩率恒定为0.5%-0.8%，抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒，催化温度在-100以下，长期工作温度达120，聚碳酸酯吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能，聚碳酸酯是透明材料，可见光的透光率接近90%。聚碳酸酯的缺点是耐疲劳强度较差,成型后塑件的内应力较大，容易开裂，用玻璃纤维增强聚碳酸酯则可克服上述缺点，使聚碳酸酯具有良好的力学性能、更好的尺寸稳定性、更小的成型收缩率，并可提高耐热性和耐药性，降低成本。虽然吸水性小，但高温时对水分比较敏感，会出现银丝、气泡及强度下降现象，所以加工前必须干燥处理，而且最好采用真空干燥法；熔融温度高，溶体粘度大，流动性差，所以成型时要求有较高的温度和压力；熔体粘度对温度十分敏感，一般采用提高温度的方法来增加熔融塑料的流动性9。2.2 塑件的结构和工艺性分析塑件如图2.1和图2.2，由图可知： 图2.1塑件背面 图2.2塑件正面（1）该塑件为薄壁制件，壁厚为0.9mm，分布较均匀，脱模斜度可取3；（2）塑件整体尺寸较小，且形状较复杂，应选用小型模具；（3）塑件外侧有卡槽、内有孔，成型后不易取出制件，应用侧抽机构；（4）塑件内部的卡槽不易脱模，可以考虑用斜顶机构，具体脱模方案见图2.3。西安工业大学毕业设计（论文）图2.3 脱模方案2.3 塑件的表面质量分析该塑件为电气产品壳体类零件，要求外侧表面光洁，不能有杂点，缩水痕等。由零件图知，配合面公差等级MT3，未注公差等级MT5；对其表面粗糙度无特殊要求，故可取内表面Ra3.2，外表面Ra1.6。2.4 本章小结由于该制件相对较小，并且结构弯曲复杂，因此在脱模机构的设计中，应尽量考虑到滑块的大小、位置和移动位移对整体结构的影响；该制件所需侧抽机构较多，应考虑合并某两个滑块从而减少多个侧抽所引发的误差；该塑件翘曲部分在制模时应考虑它的变形性和其对应表面质量;由于该制件相对较小,考虑到产量和生产周期应采用一模多腔生产,为此,我们选择一模两腔的生产方式.3 注射机的选取和标准模架的确定3 注射机的选取和标准模架的确定3.1注射量和锁模力计算(1)塑件质量、体积计算由Pro/E得：塑件体积(取PC的密度为1.2g/cm3)，流道凝料的质量还是未知数，按塑件质量的0.2倍来估算，又因为是一模两腔，所以注射量为： (2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料在分型面上的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍0.5倍，因此可用来计算估计，所以： 固模具所需锁模力式中型腔压力取35MPa3.2注射机选取和相关参数的校核3.2.1选取注射机 根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值 由 初选 SYS30型3.2.2型腔数量及注射机有关参数的校核 1.型腔数量校核表3-1 SYS-30注射机技术参数西安工业大学毕业设计（论文）项目参数项目参数理论注射量/cm30模板行程/mm180选用模内压力/Mpa38.4拉杆空间（长宽）190300最大注射面积/cm130定位孔直径/mm55锁模力/KN500喷嘴球半径/mm12最大模具厚度/mm200喷嘴孔径/mm3最小模具厚度/mm75顶出孔径/mm50 （1）按注射机的最大注射量校核型腔数量: 6.752,固型腔数校核合格。 式中：-注射机最大注射量的利用系数，无定型塑料一般取0.8； -注射机允许的最大注射量（g或cm ），该注射机为30cm ; -单个塑件的质量或体积（g或cm ）,m13.3576g; -浇注系统所需塑料质量或体积（g或cm ）,取0.2nm1。 （2）按注射机的额定锁模力校核型腔数量：4.142，固该注射机符合设计要求。式中：F-注射机的额定锁模力（N），该注射机为5105N -一个塑件在模具分模面上的投影面积（mm）, A12948.88mm -浇注系统（一腔）在模具分型面上的投影面积（mm）A20.35n A1=2064.21610-6-塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）,该处取35MP。 2.注射机工艺参数的校核： （1）注射量校核： 注射量以容积表示，最大注射容积为 式中：-模具型腔和流道在注射压力下所能注射的最大容积（cm）; -指定型号与规格的注射机注射容积（cm）,该注射机为30cm; -注射系数，取0.75-0.85，无定型塑料可取0.85，结晶塑料可取0.75，该处取0.80。倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长10。所以最小注射溶剂。固每次注射的实际注射量容积V应满足；而，则符合要求。 （2）锁模力校核： 在前面已进行，符合要求。3.3标准模架的选取由模具型腔的布局以及相互的位置关系的分析得选模型号为：A2325-252570GB/T125552006具体尺寸见下表：表3-2所选模架的尺寸MxLW1W2W3A（定模）/B（动模）C（垫块）230250280431402570H1动模底板H2动模板H3推件板H4定模座H5推板固定板H6推板25350301520W4复位杆宽距L2复位杆长距W5L1W6L3106220120230184174L4W7D1D2M1M222418520154M144M83.4本章小结 由于在校核计算中大多都是以经验值或者经验比例计算的，因而，在计算的结果上有时不够精确，最好采用现代分析方法CAE进行数据分析再对照所选的注射机进行对比校核，并最终确定设计的合理性，具体分析见后面章节。4 注射模具总体结构的设计4 注射模具总体结构的设计4.1成型零件的结构设计成型零件包括型芯和型腔，型芯形成制品的内表面形状，凹模形成制品的外表面形状。合模后，型芯和凹模便构成了模具的型腔，如图4.1和图4.2分别表示型芯和凹模，按工艺和制造的要求，有时型芯或凹模由若干拼块组合而成，有时做成整体，仅在易损坏、难加工的部位采用镶块，本次设计型芯和凹模采用镶块的形式安装在动、定模板上面，并采用螺钉将其连接起来，从而实现开模、合模动作的顺利完成。 图4.1型芯图4.2凹模4.2 浇注系统和分型面的设计4.2.1浇注系统的设计原则 1.保证塑件的质量浇注系统的设计，首先必须保证塑件的质量，避免常见的充填问题。尽量减少塑料熔体填充时的停滞现象，停滞现象容易使工件的某些部分过度保压，某些部分保压不足，从而使塑件的内应力增加;尽量避免出现熔接痕，熔接痕的存在不但会影响外观，使得产品的表面质量较差，而且出现熔接痕的地方弦度也差;尽量避免过度保压和保压不足，过度保压会使产品密度较大，增加内应力，甚至出现飞边;尽量减少熔体流向杂乱，保证浇注系统和型腔内的气体顺利排出，流向杂乱会使工件弛度较差，表面的纹路也较不美观。2.尽量减小及缩短浇注系统的断面及长度在确保成型质量和满足良好排气的前提下，从浇口套到主浇道、分浇道、浇口，要尽量减小及缩短浇注系统的断面及长度。这样可以尽量减少塑料熔体的热量损失与压力损失，减小塑料用量和模具尺寸。 3.尽可能做到同步填充在一模多腔情形下，要合理排列各型腔的位置，巧妙设计分浇道，让进入每一个型腔的熔料能同时到达，而且使每个型腔入口的压力相等。 4.便于产品修整西安工业大学毕业设计(论文)浇注系统设计要结合制品的大小、结构形状、壁厚及技术要求，综合考虑浇注系统的结构形式、浇口的数量和位置，尽量将浇口设计在产品的隐蔽处，做到切除和修整浇口方便，绝对不能影响产品的外观。4.2.2型腔数量和位置的确定注射模每次注射循环所能成型的塑件数量，由模具的型腔数量决定。与多型腔相比，单型腔模具的优点是:塑件形状和尺寸的一致性好，成型工艺参数容易控制，模具结构简单、设计自由度大，成本低、生产周期短等。但是，多型腔的生产效率高，塑件成本低，非常适合长期大批量生产。因此，型腔数目的选择要综合考虑塑件的技术质量要求，产品批量大小和交货周期，塑料的种类与塑件的形状及尺寸大小，塑件成型加工的成本，注射机的额定注射量和锁模力等因素11。电池盒盖体积小，如果批量较大可以考虑一模多件。因而本次设计采用一模两腔结构，两制件成中心对称排布在主浇道两侧。4.2.3分型面的选择模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离接触表面称为分型面，也叫合模面。分型面要有利于脱模，有利于保证塑件质量，有利于简化模具结构，有利于模具成型零件的加工。选择分型面时，应该考虑模具总体结构简化，尽量减少分模面的数目，尽量采用平直分型面。还应考虑模具是否便于加工，便于成品取出，分模面应尽量选择在产品的棱线上面。相对其他外壳塑料零件来说，该电池盒盖由于不是规则图形，因而分型面应沿其外表面分布，成型面在其相对最大截面处，如图4.3。图4.3分型面4.2.4浇道的设计浇道分类有普通浇注系统即冷流道和无流道凝料浇注系统(包括热流道、绝热流道)，电池盒盖注射模采用冷浇道较多。浇道应该有良好的注射压力传递，使塑料熔体能够尽快地充满和均衡地分配到各个型腔，达到理想的填充状态，保证熔融塑料在流动过程中压力损失、热量损失尽可能小。 浇道的截面直接影响到熔融塑料充模的流动性，主流道的端面形状通常为圆形。为便于脱模，主流道一般设计有斜度，如果主流道同时穿过多块模板时，一定要注意每一块模板上孔的斜度及孔的大小。主流道的大小要根据塑料材料的流动特性来定，镜片常用的制作材料流动性都不好，浇道的截面和尺寸设计一定要利于充模。在相同截面积的条件下，圆形截面浇道的流动性、传热性比其他形状的截面更好，因此电池盒盖注射模均采用圆形截面浇道。根据许多工厂的制造经验以及制件的大小，我们取主浇道截面的直径为5mm,分浇道的直径为3mm,浇口直径为2mm。4.2.5浇口的设计浇口是连接浇道和型腔的通道，浇口的形式有:直接浇口，侧向浇口(包括普通侧浇口、外侧浇口)，扇形浇口，平缝式浇口，护耳式浇口，隙式浇口，点浇口，潜伏式浇口，盘环型浇口，轮辐式浇口，园环形浇口等。浇口的形式很多，每一种浇口都有各自的特点和应用范围。电池盒盖注射模采用半圆形浇口，这样塑料熔体在宽度方向上的流动得到了均匀的分配，成型的塑件内应力较小，还能够避免流纹及定向效应所带来的不良影响，并减少了带入空气的可能性，可以极大限度地消除浇口附近的缺陷。从利于熔体充模方面考虑，浇口的宽度、厚度尺寸应该尽量取大些，但会使后续工序去除浇口更为困难，产品报废率也越高。因此，具体尺寸要综合考虑有利充模和便于去除浇口两方面因素来设计12。 在注射成形及模具设计中，浇口位置是个重要的设计变量。浇口开设的位置对塑件的成形性能和质量影响很大，需要考虑的因素也多。浇口位置的选择应注意:选择有阻挡物最近的距离;尺寸及位置应避免产生喷射和蠕动;浇口应开设在塑件断面最厚处;应使塑料流程最短、料流变向最少;应有利于型腔内气体的排出;应减少或避免塑件的熔接痕;应防止料流将型腔、型芯、嵌件挤压变形。通过对塑件进行CAE分析得到它的最佳浇口位置如图4.4。图4.4最佳浇口位置通过分析，当浇口在最佳浇口位置时，充填末端压力太大，超出注射机的最大值，因而通过修改浇口位置使其满足注射机要求，并最终确立的浇注系统如图4.5所示。图4.5浇注系统位置和尺寸4.3脱模机构的设计 在注射成型的每一个循环中，塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的机构称为脱模机构，又称推出机构。电池盒盖塑件结构复杂、体积小、精度要求较高，脱模机构设计的相对难度大，特别是侧抽和内抽部分的脱模更为困难。为此，我们重点研究抽芯机构和顶出机构的设计13。 1.抽芯机构的设计 由前面对塑件结构的分析,根据本产品的结构特点与材质，以及在总结同类产品设计经验的基础上，对外围沟槽部分,需要用滑块导轨机构进行侧抽芯,而由于靠近里面的部分抽芯比较困难,因而最好采用斜顶机构进行抽芯,具体的抽芯方案见图4.6，在模具开模过程中，对于侧抽芯，模具开模，滑块在导轨的牵引下，向模具两侧移动并抽芯；同时，斜顶滑块移动，在斜顶整体向上移动的过程中.滑块向外偏移一定距离而实现内抽14。图4.6抽芯机构图 2.顶出机构的设计 塑件成型后,需要用推杆顶出从而使其能够顺利脱模,由图4.7知实际开模过程,动模沿着导柱方向开模,同时滑块沿导柱向外侧移动进行抽芯,推板带动推杆和斜顶机构,使斜顶滑块偏移一定角度进行内侧抽芯,推杆向上将制件顶出,完成整个塑件的脱模过程。合模时，在复位杆的引导下，动模向静模移动并使各杆和各滑块回到原位。图4.7脱模结构图4.4合模导向机构的设计 合模导向机构是保证动模和定模合模时，正确定位、导向的零件。合模时，首先是模具的导向零件接触引导动、定模准确闭合，保证动、定模位置正确，确保型腔的形状和尺寸精确无误，避免型芯先进入型腔，造成成型零件损坏。导向零件应承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，常用导柱导向形式，其导向机构零件包括导柱和导套，但当侧向力很大时宜采用锥面定位机构。 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围，其中心至模具边缘应留有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。根据模具的形状和大小，一副模具一般需要2-4个导柱。如果模具的凸模与凹模合模有方位要求时，则用两个直径不同的导柱，或用两个直径相同但错开位置的导柱。为了避免导柱未导正方向而型芯先进入型腔的现象发生15，导柱导向部分的长度尺寸应比凸顺利，导柱先导部分应一该做成球状或锥状，导套导入部分要做导角如图4.8。图4.8导柱导向机构4.5冷却系统的设计 冷却装置设计的要点:尽量保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡;冷却水孔的数量越多、孔径越大，塑件冷却越均匀;水孔与型腔表面各处应有相同的距离;浇口处应加强冷却;入水与出水的温差要低;要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水道的排列形式;冷却水道要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢影响强度;应该注意密封，保证冷却水道不泄漏;防止与其它部位发生干涉;冷却水道的进出口要低于模具的外表平面16:冷却水道要利于加工和清理。依据上述设计要点以及所设计模具的具体结构分析，本设计采用一种简单的直流冷却回路进行冷却分析，它采用软管将直通的管连接起来，如图4.9。图4.9冷却回路示意图4.6排气系统的设计 排气是指排出充模熔料中的前峰冷料和模具内的气体，广义的注射模排溢系统应包括浇注系统部分的排溢和成型部分的排溢。通常所说的排溢是指成型系统的排溢，浇注系统主流道和分流道末端的冷料穴也是一种溢排形式。模具型腔在塑料充填过程中，除了浇注系统和型腔内有空气存在外，还有塑料受热和凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速成型时，模具考虑排气是非常必要的。一般是在塑料充添的同时，将气体排出模外。否则，被压缩的气体所产生的高温，引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚至阻碍塑件填充等。为了使这这些气体从型腔中及时排除，必要时可以采用开设排气槽等方法，有时排气槽还能溢出少量料流前锋的冷料。排气槽的开设位置应开设在型腔最后被充满的地方;最好开在分型面上;应尽量开在型腔的一面;最好开在开设在嵌件或壁厚最薄处;严禁开设在对着操作人员的方向13。 电池盒盖类零件，一般利用模具的各种配合间隙，就可以满足成型时的排气要求。因此，对排气系统直接利用其配合间隙实现。4.7本章小结1.本章是模具设计的最重要部分，在设计的过程中，我采用了Pro/e三维建模设计，从最初的创建分型面到最后的冷却系统的设计，让我对模具的整体结构进行了深入的分析和把握，并最终完成总体三维模型的创建如图4.10所示；图4.10模具三维模型 2.成型零件设计时，应根据塑件的特性、结构和使用条件，确定型腔的总然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求，进行成型零件的结构； 3.电池盒盖注射模中必须巧妙地设计冷料穴，使冷料穴不但可以容纳冷料，还成为脱模机构的推出位置； 4.在设计中应注意把握整体机构的布局，既要避免相互干涉，又要保证总体尺寸不能太大而增加生产成本； 5.由于制件比较复杂，在分型面的创建中存在较多漏洞，最后，通过建立裙边曲线，并对生成的裙边曲面进行裁剪，旋转和合并使其完成一模两腔的分型面;6.刚开始在进行CAE分析中，由于侧浇口的位置的不恰当，使得所分析的填充末端压力远远大于注射机最大注射压力，最后，通过改变浇口位置使其压力得到缓冲，从而使其满足注射机要求； 7.在进行浇注系统和侧抽机构的设计与建模过程中，所建模型未能达到设计要求因而在建模中不断对设计进行修改于调整； 8.在导入标准模架进行装配时由于所画工件大小与模具装配不协调，通过不断调整工件大小从而使其与模架合理装配。 5 成型零件工作尺寸的计算5 成型零件工作尺寸的计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹模、型芯、镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。5.1凹模尺寸的计算 （1）凹模径向尺寸计算 塑件外部径向尺寸的转换式中：为塑件的平均收缩率，由于PC的收缩率为0.5%-0.8%，所以其平均收缩率为；、为系数，查表“按平均收缩率计算模具尺寸的修正系数x数值表”（同下），可知=0.58，=0.58；、分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；、是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取(下同)。 （2）凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的换算：塑件高度的最大尺寸 ，相应的；5.2型芯尺寸计算（1）型芯径向尺寸计算西安工业大学毕业设计（论文） 塑件内部径向尺寸的转换 （2）型芯高度尺寸计算 塑件内腔高度尺寸转换 （3）1.7型芯径向尺寸计算1.7自由公差按MT5查得：5.3成型孔间距的计算5.4本章小结本章主要是针对成型零件部分的尺寸计算，也是本次设计的重要计算之一，对于现代模具的发展，已经越来越成熟，因而在设计中我们往往采用现代化设计手段，用现代软件进行辅助设计，对于其中的许多尺寸设计都在应用经验值，只要能满足设计的要求的尺寸值，都是可以接受的，本章的设计计算为我们做更精确的设计及加工提供依据。6 基于Moldflow的充填和冷却分析6 基于Moldflow的充填和冷却分析6.1充填分析填充分析用来预测制件、塑料材料以及相关工艺参数设置下的填充行为。填充分析结果主要用于查看制件的填充行为是否合理、填充是否平衡、能否完成对制件的完全填充等。用户可以根据动态的填充结果来查看填充阶段的熔体流动行为，判断流体流动行为是否合理。填充分析主要包括充填时间、充填末端压力、达到顶出温度的时间、流动前沿温度、锁模力、气穴等18。 图6.1充填时间图6.1显示了从进料开始到充模整个注塑过程。较为均衡的填充过程在填充时间结果中主要体现在熔体基本同一时刻到达型腔各端部,利用此结果可以发现注塑过程中的欠注问题，从本图中可以看出填充时间为0.7221s，因而熔体到达各部端的时间基本一致。西安工业大学毕业设计（论文）图6.2填充末端压力填充末端压力也是流动分析的关键参数，直接影响到模具填充的好坏.如图6.2为压力分析结果，注塑压力在注塑结束时达到最大值26.18MPa小于所选注塑机的最大值38.4MP，满足注射要求。图6.3达到顶出温度的时间达到顶出温度的时间代表的是熔体从充填完成开始，到凝固至顶出温度的时间。从图6.3我们可以大致推算出冷却时间大致为26s左右。图6.4流动前沿温度流动前沿温度是指熔体充填前沿中间层的温度，是熔体到达某节点时的瞬时温度，此温度分布应该均匀，从图6.4可以看出温差最大为15，因此可以接受。图6.5锁模力X-Y图XY图是表示锁模力随时间变化的情况，计算的依据是塑件及流道在分型面上的投影面积乘以注塑压力。一般地，锁模力应该小于注塑机最大锁模力的80%，由于所选注塑机的最大锁模力为500KN，由图6.5知，该锁模力符合注射机要求。图6.6气穴气穴的结果（如图6.6）清晰的标明了气穴形成的位置。通常，困气的位置是在两股料流汇合形成包风的地方或者型腔的边角处。困气所带来的反作用力会影响熔体顺利充填，另外，空气被快速压缩时，温度会急剧上升，可能烧焦塑件，因而，气穴要尽量减少。6.2冷却分析冷却分析用来分析模具冷却系统的冷却效果，计算出冷却时间及成型周期;在塑件均匀冷却前提下，优化冷却管道布局，缩短冷却时间及成型周期，提高生产效率。冷却分析主要包括：回路冷却液温度、回路管壁温度、达到顶出温度的时间-零件、平均温度-零件等。图6.7回路冷却液温度回路冷却液温度显示了冷却剂在流经冷却回路后温度升高的情况。一般地，冷却剂温升不要超过2。由图6.7分析知，冷却水路的进出口温度升高非常小，因而，冷却效果很好。图6.8回路管壁温度回路管壁温度显示了冷却回路中模具管道表面的温度。该温度与冷却剂入口温度之差不应该超过5，如果局部模具管道表面温度太高，表明该处需要加强冷却。由图6.8知，该管道温度分布较均匀，因而，符合要求。图6.9达到顶出温度的时间达到顶出温度的时间-零件图表示制品到达顶出要求所需要的时间。制品上的不同部位的顶出时间的差距应不明显，否则就说明有热点，需要修改制品壁厚或重新调整冷却系统布局。由图6.9知，该制品基本符合要求。6.3本章小结本章主要是基于前面的设计利用Moldflow进行CAE分析，确定所设计的合理性，通过分析得出一些与实际生产有关的信息，从而了解生产过程和设计过程的差距，找到在实际生产中应注意的部分，并能利用充填时间分析出生产的周期,从而为实际的生产制造提供有利信息。7 成型零件的数控加工编程和仿真7 成型零件的数控加工编程和仿真7.1成型零件制造工艺过程 凹模的具体尺寸如图7.1和图7.2所示,具体的制造工艺过程见表7-1.图7.1凹模主视图图7.2凹模俯视图加工工艺过程如下:西安工业大学毕业设计（论文）表7-1 凹模制造工艺过程序号工序名称加工工艺过程及要求设备10备料45钢1201252920粗铣粗铣坯料两侧至12012521，留加工余量为1mm2mm，保证基准面互相垂直（以相邻两侧面及地面作为基准面）。按尺寸在模仁中心线上钻锥形浇道孔（锥度为3），用1铣刀铣削侧边圆形和矩形凸台，留放单边加工余量0.5数控铣床30热处理热处理退火（消除切削应力）热处理炉40精铣按基准定位，周边均匀铣去坏料余量及倒角达到图纸尺寸数控铣50钻孔按图中尺寸钻46水道通孔钻床60钳工周边各棱角倒钝、去毛刺钳工台70热处理渗氮处理，硬度达58HRC62HRC渗氮炉80检验最后，检验各项尺寸、精度和形状位置精度是否达到图纸要求工作台7.2成型零件的数控加工仿真数控加工是指在数控机床上用数字信息对工件的加工过程予以控制，使其自动完成切削加工的一种工艺方法。数控加工能够将零件在计算机上三维建模后转入加工软件模块中，编译为代码然后传到加工机床上，直接加工出零件。而且可利用软件对复杂曲面进行模似加工19。随着制造业的不断发展，机械产品的结构和形状都在不断改进，作为模具核心零部件的工作件(凸模、凹模、型芯、型腔等)，从形状结构到制造工艺都日渐复杂。数控技术的产生和发展，为由复杂曲线和复杂曲面构成的模具工作件的自动加工提供了极为有效的工艺手段。当前，模具制造企业越来越倾向于以数控加工为主来制造模具，并以数控加工为核心进行工艺流程的安排20。由CAXA制造工程师得到毛坯如图7.3;图7.3凹模毛坯图在CAXA制造工程师中进行凹模的数控加工仿真如下图7.4和图7.5; 图7.4凹模粗铣仿真 图7.5凹模精铣仿真7.3成型零件的数控加工编程根据先前所建模型，利用CAXA制造工程师进行数控加工仿真得到其数控加工程序，具体程序见附录A。7.4本章小结本章是模具设计的加工部分，对于本次设计的任务书要求采用数控加工进行成型零件的加工，但由于该模具相对较小，数控加工难以实现其某些特征的加工，因而，在分析该成型零件的基础上，通过采用不同的加工工艺和方法，使所加工出来的零件满足设计要求。8 结论8 结论 电池盒盖结构件大多数为塑料件，注射成型是其主要的生产方法。从目前工厂的模具设计制造实际情况来看，为了便于模具的设计制造和注射成型，在保证整机外观的前提下，外壳塑件设计一定要充分考虑生产的加工工艺性。厚度要保证均匀，外形要简洁，结构应尽量简单。电池盒盖塑件虽小，但其结构较复杂，因而，在设计其模具过程中保证其每个部分的成型是本次设计的重点也是难点，尤其在设计侧抽机构的时候，在参考各种机构的情况下，选择了滑块导轨和斜顶机构，但显然，这种结构的设计使模具的总体尺寸变得紧张，总体布局显得紧凑，这是设计过程的不足之处；总体来说，本次设计基本实现所要的结构，通过本次的设计，使我对现代设计方法的运用，尤其对pro/e和CAE辅助设计的运用有了更深入的了解和掌握。 整个模具设计的关键点在于浇道、浇口的形式、位置选择，冷却系统的设计，以及塑件的推出方式。浇口形式一般采用扇形浇口，对于经验不足的设计者，最好先利用CAE软件模拟来确定浇口的位置。进料处浇口厚度尺寸必须与产品相吻合，浇口处一定要预留切除浇口的刀口位置。对于本次设计的另一重要之处就是模架的设计，在此，我们选用了标准模架，既简化了设计又降低了成本，这在现代模具设计中尤为重要。 在模具制造方面，由于该模具相对较小，各个结构特征尺寸也较小，导致数控加工难以完全实现其加工，因而可以考虑采用电解辅助加工的方法；提高模具质量的途径有产品设计、模具设计、模具制造、模具的使用维护几个方面。本次设计研究主要是研究电池盒盖注射模具设计制造的整体思路以及学会运用现代辅助设计软件进行设计，是根据工厂生产实际的经验总结，仅仅以实用为原则，缺乏深度的理论分析。但在整个设计中，通过利用现代计算机辅助设计和制造，尤其是运用pro/e和moldflow等软件，通过冷却和填充分析，以及浇口位置的分析，使我们的设计更加合理，再结合数控加