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机械毕业设计全套
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MJZ01-164@渔具旋臂的塑料模设计,机械毕业设计全套
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渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 1 页共 34 页 1 第 1 章 绪 论 1.1 蓬勃发展的中国模具工业 由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。 2003年我国模具产值达到 450 亿元人民币以上，约折合 50 多亿美元，按模具总量排名，中国紧随日本、美国其后，位居世界第三。 1996 年至 2002 年间，中国模具制造业的产值年平均增长 14%左右， 2003 年增长 25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%以上。 近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶 。大型复杂冲模以汽车覆盖件具为代表，我国主要汽车模具企业，已能生产部分轿车覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模、覆盖面大增，已从电机、电铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。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。压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸 模及汽车后轿齿轮箱压铸模等。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模 CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具 CAD/CAE 软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。模具加工机床品种增多，水平明显提高。快速经济制模技术得到了进一步发展，尤其这一领域的高新技术快速原型制造技术 (RPM)进展很快，国内有多家已自行开发出达到国际水平的相关设备。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面，由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。 气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD 气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到 10%，与国外的 50 80%相 比，差距较大。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、 PVC 塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高 速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在 “ 十五 ” 期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 2 页共 34 页 2 料模具市场的增长点。 1.2 我国塑料模具工业和技术的主要发展 方向 1、在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。 CAD/CAM 技术已发 展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题； CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 2、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量， 并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型 工艺与模具也非常重要。 3、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 4、 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 5、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 6、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化 程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。 7、应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 1.3 注射成形基本过程 注射成形是现在成形热塑性塑件的主要方法，因此应用范围很广。所使用的成形机称为注射机。 注射成形是把塑料原料（一般为经过造粒、染 色、加入添加剂等处理后的颗粒料）放入料筒中，经过加热融化，使之成为高粘度的流体 称为“溶体”，容柱塞或螺杆作为加压工具，使溶体通过喷嘴以较高的压力（约为 2580Mpa）注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。 注射成形的全过程可以分为： （ 1） 塑化过程 现代的注射机基本上是采用螺杆式的塑化设备。塑料原料（称为“物料”）nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 3 页共 34 页 3 自送料斗以定容方式送入料筒。通过料筒外的电加热和料筒内的螺杆旋转的摩擦热使物料熔化，达到一定的温度后即开始注射。注射动作是由螺杆的推进完成的。 (2) 充模过程 熔体自 注射机的喷嘴喷出后，进入模具的形腔，把形腔内的空气排除，并充满形腔，然后升压到一定的压力，使熔体的密度增加，充实形腔的各部位。 (3) 冷却凝固过程 热塑性塑料的注射成形过程是热交换的过程。即： 塑化 注射充模 固化成形 加热 （理论上绝热） 散热 热交换效果的优劣，觉得塑件的质量 外表面质量和内在的质量。因此，模具设计对热交换也要做充分的考虑。现代的设计方法中也采用了计算机。 (4) 脱模过程 塑件在型腔内固化后，必须 用机械的方式把它从形腔中取出。这个动作要由“脱模机构”来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量有很大的影响；但塑件的几何形状是千变万化的，所以必然采用最有效的和最适当的脱模方式。 由（ 1）到（ 4）形成了一个循环。每一次循环，就完成一次成形 一个乃至数十个塑件。 1.4 注射模的基本结构 注射模的基本结构依使用的目的而不同，大致上可以作如下的分类： 单腔二板式结构 二板式结构 多腔二板式结构 普通模具 单腔三板式结构 三板式结构 多腔三板式结构 滑动型心式结构 瓣合式结构 特殊模具 脱螺纹结构 多层结构 旋臂盖 的选料及 其性能 选用热塑性塑料 ABS 作为 旋臂盖 的材料。 热塑性塑料是在特定的温度的范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。 ABS 是acrylonitritle-butadiene-styrene copolymer 的缩写，中文名是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。 ABS 可以根据要求通过改变单体的含量进行调整。当丙烯腈增加时，塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度可改善；丁二烯可提高弹性和韧性；苯乙烯可改善电性能和成形能力。近年来 ABS 塑料在汽车上的应用发展很快 ,如作档泥板、扶手、热空气调节导管，以及小轿车车身等。阻燃级的 ABS 树 脂则用于电子计算机的壳体，控制台、电信、光盘音响设nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 4 页共 34 页 4 备、彩电的机壳等。 成型性能： 无定性料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥。 宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为 250）。对精度较高的塑件，模温宜取 5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取 6080。 综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性、电性能良好。与 372 有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬。 ABS 的主要技术指标见 表 2-1。 表 2-1 密度 3/cmg 1.021.16 比容 gcm/3 0.860.98 吸水率 % 0.20.4 收缩率 % 0.40.7 熔点 130160 弯曲强度 MPa 90 抗拉屈服 强度 Mpa 50 拉伸弹性模量 MPa 3108.1 体积电阻率 cm 16109.6 硬度 HB 9.7 热变形温度 0.45MPa 130160 冲击强度 2/mkJ 无缺口 261 1.82MPa 90108 缺口 11 2.2 旋臂盖 注射成型工艺过程 旋臂盖 注射成形工艺过程如下 ： 注射装置准备装料 预烘干 装入料斗 预塑化 注射装置准备注射 清理嵌件、预热 清理模具、涂脱模剂 放入嵌件 合模 注射 保压 脱模 冷却 塑件送下工序 注射成形工艺参数见表 2-2。 表 2-2 注射机类型 预热和干燥 料筒温度（） 喷 嘴 温 度nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 5 页共 34 页 5 温度（） 时间（ h） 后段 中段 前段 （） 螺杆式 80 95 4 5 150 170 165 180 180 200 170 180 模具温度（） 注射压力（ Mpa） 成形时间（ s） 50 80 60 100 高压时间 保压时间 冷却时间 成形时间 0 5 15 30 15 30 40 70 螺 杆 转 速（ r/min） 后 处 理 方 法 温度（） 时间（ h） 30 60 红外线灯、烘箱 70 2 4 旋臂盖塑料模具设计 一、 塑件的工艺性分析 零件图 1、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 1）塑件的结构分析 该零件的总体形状为圆形，结构比较简单。 2）塑件尺寸精度的分析 该零件尺寸精度为 7 级，均无公差要求。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 6 页共 34 页 6 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看， 最小处 壁厚为 0.9mm，最大处为 1.7mm，壁厚差为 0.8mm。 3）表面质量的分析 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 2、塑件的体积重量 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 计算得塑件的体积： V 190.35mm3 计算塑件的质量：公式为 W V 根据设计手册查得 ABS 密度为 102kg/dm3，故塑件的重量为： W V 190.35 1.02 10-3 2.24g 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为： SZ60/40 型注塑成型机 . 二、型腔数的确定及浇注系统的设计 1、型腔数的确定 型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下： n2=(G-C)/V 式中： G 注射机的公称注射量 /cm3 V 单个制品的体积 /cm3 C 浇道和浇口的总体积 /cm3 生产中每次实际注射量应为公称注射量 G 的（ 0.75 0.45）倍，现取 0.6G 进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（ 0.2 1）倍，现取 C 0.6V 进行计算。 n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375 60)/190.35=8.46 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 7 页共 34 页 7 由以上的计算可知，可采用一模 八 腔的模具结构。 2、确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模 八 件，即模具需要 八 个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图所示的型腔排列方式。 3、浇注系统的设计 1）主流道的设计 根据设计手册查得 SZ 60/40 型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径： d0= 3.5mm 喷嘴前端球面半径： R0 15mm 为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径 D 应稍大于注射 喷嘴直径 d。 D d+(0.5 1)mm= 3.5+1 4.5mm 主流道的半锥角通常为 1 2过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2。经换算得主流道大端直径 D 6mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计 半径 5mm 的圆弧过渡。主流道的长度 L 一般控制在 60mm 之内，可取 L 46mm。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 8 页共 34 页 8 2）冷料穴与拉料杆的设计 对于依靠推件板脱模的模具常用球头拉料杆，当前锋冷料进入冷料穴后紧包在拉料杆的球头上，开模时，便可将凝料从主流道中拉出。球头拉料杆固定在动模 一侧的型芯固定板上，并不随脱模机构移动，所 以当推件板从型芯上脱出制品时 也将主流道凝料从球头拉料杆上硬刮下来。 3）分流道的设计 分流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形 流道的效率最高，当分型面为平面时一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，可采用半圆形的流道。 一般分流道直径在 3 10mm 范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第 2 卷中图 9.2 12 所示的经验曲线来选定，经查取 D =5mm 较为合适，分流道长度取 L 100mm 从图 9.2 14 中查得修正系数 fL=1.02，则分流道直径经修正后为 D DfL=5 1.02=5.1，取 D 5mm 4）浇口的设计 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选 用侧浇口较为合适。 侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。 在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度 h 最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度 W 的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度 L 在结构强度允许的条件下以短为好，一般选 L 0.5 0.75mm。 确定浇口深度和宽度的经验公式如下： h=nt W=nA1/2/30 式中： h 侧浇口深度（ mm）中小型制品常用 h=0.5 2mm，约为制品最大壁厚的 1/3 2/3, 取 1.5mm t 制品的壁厚（ mm） 3.38mm n 塑料材料的系数 查表得 0.8 W 浇口的宽度（ mm） nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 9 页共 34 页 9 A 型腔的表面积（ mm2） 计算得 2940mm2 将以上各数据代入公式得： h=1.5mm， W=1.5mm, L 取 0.5mm。计算 后所得的侧浇口截面尺寸可用 r=6q/(Wh2) 104s-1 作为初步校验。 设定充模时间为 1s，于是： r=6q/Wh2=1.6 104 104s-1 所以符合要求。 三、排气、冷却系统的设计与计算 1、排气系统的设计 排气槽的截面积可用如下公式进行计算： F 25m1(273+T1)1/2/tP0 式中： F 排气槽的截面面积（ m2） m1 模具内气体的质量 (kg) P0 模具内气体的初始压力（ Mp）取 0.1Mp T1 模具内被压缩气体的最终温度 ( ) t 充模时间 (s) 模内气体质量按常压常温 20的氮气密度 0 1.16kg/m3 计算，有 m1= 0V0 式中： V0 模具型腔的体积（ m3） 应用气体状态方程可求得上式中被压缩气体的最终温度（） T1（ 273+T0） (P1/P)0.1304-273 式中： T0 模具内气体的初始温度（） 由 V 9132mm3 充模时间 t=1s 被压缩气体最终排气压力为 P1 20MPa 由式得： T1 (273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7 模具内的气体质量由式得： m1=V0 0=9.132 10-6 1.16kg=1.06 10-5kg 将数据代入式得：所需排气槽的截面面积为： F=25 1.06 10-5(273+311.7)1/2/(1 0.1 106)=0.064mm2 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 10 页共 34 页 10 查取排气槽高度 h=0.03mm，因此排气槽的总宽度为： W=F/h=0.064/0.03=2.13mm 为了 便于加工和有利于排气，运用镶拼式的型芯结构，与整体式型芯相比，镶拼型芯使加工和热处理工艺大为简化。 2）冷却系统的设计与计算 冷却系统设计的有关公式： qV=WQ1/ c1( 1- 2) 式中： qV 冷却水的体积流量 (m3/min) W 单位时间内注入模具中的塑料重量 (kg/min) Q1 单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量 (kJ/kg) 冷却水的密度 (kg/m3) 0.98 103 c1 冷却水的比热容 kJ/(kg. ) 4.187 1 冷却水的出口温度 ( ) 25 2 冷却水的入口温度 ( ) 20 Q1 可表示为： Q1=c2( 3- 4)+u 式中： c2 塑料的比热容 kJ/(kg. ) 1.465 Q3 塑料熔体的初始温度 ( ) 200 4 塑料制品在推出时的温度 ( ) 60 u 结晶型塑料的熔化质量焓 (kJ/kg) Q1=c2( 3- 4)+u=1.465(200-60)=205.1kJ/kg 将以上各数代入式得： qV=(0.013 205.1)/0.98 103 4.187(25-20)m3/min =0.13 10-3m3/min 上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为 40，用常温 20的水作为模具的冷却介质，其出口温度为 25，产量为 0.013kg/min。 由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布置直径 d 为 8mm 的管道来调节温度。 四、模具工作零件的设计与计算 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 11 页共 34 页 11 1. 凹模型腔及型心的设计 凹模的结构采用整体嵌入式，这样有利于节省贵重金属材料。 凸模 的 结构如图所示 本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这 ABS 的成型收缩率为 0.005，模具的制造公差取 z= /3。 2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算 1）型腔侧壁厚度的计算 根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式： S 0.90Pr4/E( )1/3 式中： S 侧壁厚度 (mm) P 型腔压力 (Mpa) 40 r 型腔半径 (mm) 17.625 E 模具材料的弹性模量 (MPa) 2.1 105 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 12 页共 34 页 12 刚度条件，即允许变形量 (mm) 0.05 将以上各数代入式得： S 1.15(40 19.84)/(2.1 105 0.05)1/3 =9.62mm 2）底板厚度的计算公式如下： hs 0.56(Ph4/E )1/3 将各参数代入式中得： hs 4.68mm 型腔的厚度 h 腔 hc+h=4.68+19.8=24.48mm S 可取 10mms 腔 取 32mm 根据计算，型腔侧壁厚度应大于 9.62mm，而型腔的直径为 35 25mm。根据浇注系统的条件及制件的大小，初选标准模架，依据塑料注射模中小型模架及技术条件(GB/T12556-90)，根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。 五、脱模机构的设计与计算 1、脱模力的计算 此模具采用推件板脱模，因该制件的，属厚壁制品，厚壁制品脱模力受到材料向壁厚中性层冷却收缩的影响，可用弹性力学的有关厚壁圆筒的理论进行分析计算，公式如下： Qc=1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac/(dk+2t)2+dk2/(dk+2t)2-dk2 式中，对于圆筒制品中： k 脱模斜度系数 k=(fcCos -Sin )/fc(1+fcSin Cos )=0.92 fc 脱模系数，即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦系数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响。 0.50 塑料的线膨胀系数（ 1/） 查表得： 6 10-5 塑料的泊松比 0.40 E 在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（ MPa） 3.16 103 Tf 软化温度 ( ) 100 T 脱模顶出时制品的温度（） 60 Ac 制品包紧在型芯上的有效面积（ mm2） 1422.55 t 制品的厚度（ mm） 3.38 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 13 页共 34 页 13 将以上各数据代入公式得： Qc=1372.45N 2）推板的厚度 筒形或圆形制品采用推件板脱模，推件板的受力状态可简化为圆环形平板周界受集中载荷的力学模型，最大挠度产生在板的中心。按刚度条件和强度条件的计算公式如下，取大者为依据。 按刚度条件： h=(C2QeR2/E p)1/3 按强度条件： h=(K2Qe/ p)1/2 式中： h 推件板的厚度 (mm) C2 随 R/r 值变化的系数 0.3500 R 推杆作用在推件板上的几何半径 (mm) 61 r 推件板圆形内孔或型芯半径 (mm) 13.125 Qe 脱模力 (N) 1372.45 E 推杆材料的弹性模量 (MPa) 2.1 105 K2 随 R/r 值变化的系数 1.745 p 推件板材料的许用应力 (MPa) 610 p 推件板中心允许变形量 (mm)，通常取制品尺寸公差的 1/5 1/10， 即 p=(1/5 1/10) i 0.088 其中 i 制品在被推出方向上的尺寸公差 (mm) 0.88 将上述各数据代入式得： h=1.69mm 将上述各数据代入式得： h=1.98mm 所以推板的厚度可取： 15mm 3、顶杆直径的计算 推杆推顶推件板时应有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定、一端铰支的压杆稳定性模型，根据压杆稳定公式推导推杆直径计算式为： d=K(l2Qe/nE)1/4 推杆直径确定后，还应用下式进行强度校核： c=4Qe/n d2 s 式中： d 推杆直径 (mm) nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 14 页共 34 页 14 K 安全系数，通常取 K=1.5 2 2 l 推杆的长度 (mm) 102 Qe 脱模力 (N) 1372.45 E 推杆材料的弹性模量 (MPa) 2.1 105 n 推杆根数 7 c 推杆所受的压应力 (MPa) s 推杆材料的屈服点 (MPa) 360 将以上各数据代入式得： d=10.06mm 圆整取 10mm 将以上各数据代入式进行校核： c=4Qe/n d2=17.47 MPa s=360 MPa 所以此推杆符合要求。 六、注射机与模具各参数的校核 1、工艺参数的校核 1）注射量的校核（按体积） Vmax= V 式中： Vmax 模具型腔流道的最大容积 (cm3) V 指定型号与规格注射机的注射量容积 (cm3) 塑料的固态密度 (g/cm3) 注射系数取 0.75 0.85，无定形料可取 0.85，结晶形可取 0.75。 将以上各数代入式得： Vmax= V 0.85 60 51cm3 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留的时间会过长。所以最小注射量容积 Vmin 0.25V。 Vmin 0.25V=0.25 60=15cm3 实际注射量 V=2V0+2 0.6V0=29cm3 即 Vmin V Vmax 所以符合要求。 2）锁模力的校核 公式： F KAPm nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 15 页共 34 页 15 式中 F 注射机的额定锁模力 (kN) 400 A 制品和流道在分型面上的投影和 (cm3) Pm 型腔的平均计算压力 (MPa) 由表 9.9-4 取 30 K 安全系数，通常取 K 1.1 1.2 1.2 则： KAPm 1.2 2 (35.25/2)2+20 6 30 =78.905kN 400kN=F 所以符合要求。 3）最大注射压 力 的校核 Pmax KP0 式中： Pmax 注射机的额定注射压力 (MPa) 150 P0 成型时所需的注射压力 (MPa) 100 K 安全系数，常取 K=1.25 1.4 取 1.3 则 KP0=1.3 100=130 MPa Pmax150 MPa 所以符合要求。 2、安装参数的校核 经查资料 SZ-60/40 型注射机的最大开模行程 S=180mm S H1+ H2+(5 10)mm =17.5+20+10 =47.5mm 满足要求 所以注射机的开模行程足够，由以上的验证可知，型注射机能满足使用要求，故可采用。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 16 页共 34 页 16 摘要 塑料保险杠取代金属保险扛是汽车行业的发展趋势，但是塑料保险杠的设计目前仍采用传统的模具设计方法。因此本文针对轿车前保险杠的制品结构，采用华塑 CAE(HSCAE)软件对轿车保险杠注射模的型腔压力、熔体温度及流动前沿进了优化分析及模拟，同时对保险杠注射模的主要参数进行了校核。研究结果表明本文采用的设计方法可以极大提高保险杠注射模设计开发的效率。 关键词保险杠 注射模 热流道 CAE 1 前言 随着汽车上业的发展，全金属保险杠越来越不适应现代汽车在轻量化、高机能化以及与车体造型一体化等方面的 要求，尤其在轿车、轻型车上，有用塑料保险杠取代全金属保险杠的趋势。作为钢铁件的替代产品，汽车塑料保险杠以其造型美观，重量轻，易于成型，耐腐蚀，成本低，综合机械性能良好，且容易实现规模化生产等优点在汽车行业占据了一席之地。目前，我国轿车。微型车、轻型车等生产厂家正在逐步实现该产品的更新换代。 2 轿车前保险杠几何结构分析 图 1 所示零件为马自达轿车前保险杠，零件壁厚 3.5mm，通常要求制件表面光滑无缺陷，对其外形精度没有过高要求。如图 1 所示，保险杠形状为马鞍形，长 1925mm，宽 715mm，高 538mm，平均壁厚为 3.5mm。椭圆形灯孔左右各一，中间为通风栅格，内侧加强筋若干。尾部有内侧卷曲，因此，需要采用内侧抽芯。 1 前言 随着汽车上业的发展，全金属保险杠越来越不适应现代汽车在轻量化、高机能化以及与车体造型一体化等方面的要求，尤其在轿车、轻型车上，有用塑料保险杠取代全金属保险杠的趋势。作为钢铁件的替代产品，汽车塑料保险杠以其造型美观，重量轻，易于成型，耐腐蚀，成本低，综合机械性能良好，且容易实现规模化生产等优点在汽车行业占据了一席之地。目前，我国轿车。微型车、轻型车等生产厂家正在逐步实 现该产品的更新换代。 2 轿车前保险杠几何结构分析 图 1 所示零件为马自达轿车前保险杠，零件壁厚 3.5mm，通常要求制件表面光滑无缺陷，对其外形精度没有过高要求。如图 1 所示，保险杠形状为马鞍形，长 1925mm，宽 715mm，高 538mm，平均壁厚为 3.5mm。椭圆形灯孔左右各一，中间为通风栅格，内侧加强筋若干。尾部有内侧卷曲，因此，需要采用内侧抽芯。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 17 页共 34 页 17 保险杠材料要求在较宽的温度范围内刚性好，耐冲击性能好，尺寸稳定性好，耐溶剂性好，涂装性能好。丙烯综合什能较好，故在此选用聚丙烯 (改性 )作为保险杠材料。 所设计保险杠模具特点为：模具外形尺寸大 (2400mm700mm11OOmm) 、体积重 (2540t)，结构复杂，类似为一个中等程度的工作母机；模具浇注系统为热流道，需要电加热；型腔、型芯冷却系统复杂，型腔与浇注系统的热流道相互矛盾；制品顶出系统复杂，常用液压、机械联合顶出，并采用机械手自动取出制品；制品尺寸大，浇注系 统常为冷，热流道相结合。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 18 页共 34 页 18 3 CAE 优化分析 在对轿车前保险杠注射模的总体结构、使用功能控制及模具结构的具体设计 (包括浇注系统成型零件和导向装置、测向分型抽芯机构、模温控制装置等的设计 )进行全面设定的基础上，采用华中科技大学国家模具重点实验室开发的 HSCAE(华塑 CAE)软件进行优化及动态模拟分析，从而改变了过去那种单靠人为经验来设计模具浇口位置及尺寸，需要多次试模反复修改，才能最后设计定型和制造模具的落后方法。该课题的开展，将会极大地减少设计人员反复估算饶口尺寸的繁杂劳动，加速我国对大型轿车注射模设计 、制造及产品牛产系列化的进程。 塑料注射成型时，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、塑件的形状尺寸、成型温度、成型速度成型压力、成型时间、模腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。 CAE 优化分析就是利用计算机高速运算功能，综合考虑各种因数，得出流动场、温度场、压力场、剪切应力场等模拟结果，从而评定所用方案的优劣。这里使用华中科技大学模具国家重点实验室开发的HSCAE5.0 软件进行优化分析。 流动场分析结果如图 2 所示，其流动是平衡的，结合后面熔结痕分析结果说明浇口开设是合理的。 温度场分结果如图 3 所示 ，结束时温差比较大，可能原因是此模具采用热流道技术，而 CAE分析结果按冷流道汁算得出。若出现注射结束时不同位置的温差太大，就很难获得均匀的冷却，不同的温度将导致聚合体的密度和性能都发生着改变，这样会产生翘曲。同时可能会产生较大的因温差引起的残余应力。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 19 页共 34 页 19 压力场结果如图 4 所示，因为热流道原因，出现轻度压力不是现象。若出现压力不足现象应考虑以下因素： 材判流动性不够； 制品过大而零件壁厚很薄； 流道长度过长； 需要分级注射。 剪切应力场结果如图画所示，应力场均匀， 不会产生喷现象。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 20 页共 34 页 20 CAE 优化分析时必须考虑到分析时所用 STL，文件没有坐标，不能精确定位，会人为引入流动不平衡因数。大型注射模常用热流道或冷、热流道结合技术与 CAE 分析假定的冷流道有很大区别，这也给分析带来很大误差。 4 保险杠大型注射模热流道设计 在设计大型塑件模具浇注系统时，既要保证型腔充满，又要减少因系统设计不当给制品 带来的缺陷。特大型塑件常采用多级分流道。多点同时浇注方案。复杂的浇注系统在提高塑件质量的同时也使设计的难度增加。因此，浇注系统的设计是设计大型注射横的关键之一。 本次没计采用热流道技术，这项新技术的开发乃是注射模的一次重大改革。它的应用不仅缩短了成型周期、提高了生产效率，同时也节省了原料。在大型模具设计中，热流道系统设计应用愈来愈广，特别是热流道模具，它是大型模具的发展方向。 下面就热流道模具加以讨沦。热流道模贝之所以得到广泛应用，是因为它具有以下独特优点：缩短成型周期，一般可达 30 -40；避免回收大量回头料从而节省原料，降低成本；由于严格控制温度，因此提高了制品质量，保证了制品的尺寸精度和强度；热流道有利于压力传递，从而可以降低注射压力；缩短开模行程，有利于保护模具，延长模具使用寿命；无需修剪料把，节省工时和人力；缩短制模周期，制品成本降低，在一般情况下生产成本降低 16。 根据 CAE 分析结果，采用 AutoCAD 软件进行二维模具设计，本模具设计为单型腔，热流道、 9 点进浇、内侧抽芯等技术。合模过程由两矩形导滑块导向，最后由锥面定位锁紧。模具总长2000mm，宽 1200mm，高 1440mm，模具结构总图如图 6 所示。 二维模具设计的基本步骤如下： (1) 绘制制品二维结构图，确定好分型面，浇口的位置及尺寸大小。 (2) 采用金属零件包围制品内外表面。 (3) 设置浇注系统、合模导向机构、顶出系统、加热冷却系统。 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 21 页共 34 页 21 (4) 按动、定模分型面绘制左右动定模的方位图。 (5) 在动、定模视图中分别表示出相关零件的装配坐标位置。 (6) 采用另一个视图表达未完整主视图的相关内容。 (7) 在主视图下方绘出制品图，并标注产品的尺寸。 (8) 标注零件序号，并列出零件明细表中的材料、件数、热处理等技术要求。 (9) 在总装图中写山技术要求及模具的动作原理 . 5 大型注射模主要参数校核 (1)加热流道板的热功率计算。热流道板相当于延伸了注塑机喷嘴，使得熔料流程大为缩短，有利于熔料的填充。但是采用热流道浇注系统需配备精碗的模具温度控制器，以防止熔料温度过高而烧焦。加热管功率一般凭经验按每 kg 热流道板需 0.1-O.15kW 估算，也叫按下式进行计算 nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 22 页共 34 页 22 (2)型芯、型腔的加热冷却系统。 模温是影响制品质量及成型效率的一个重要因素。在使用了热流道的模具中，一方面热流道需要加热而另一方面模具需要冷却。且由于此模具体积巨大模具开始工作时模温低，需要预热，工作一段时间后模温上升超过规定温度时又需要冷却。聚丙烯 (PP)的成型温度在 160 -260 ，其模具温度应控制在 55 65 。大型注射模 最好用自来水冷却，比较经济，冷却水孔直径一般在8 -12mm 。 大型注射模加热装置一般为电加热棒加热，它有方便、易控制等优点，但必须防止局部过热。 (3)型腔侧壁厚度计算。 理论分析与实践证明，大型模具的刚度是中要问题，而强度足次要问题。故成型件尺寸应以满足刚度条件为前提，聚丙烯所允许挠曲量在 0.03-0.04mm。将侧壁看作是受均布载荷的固定梁模型，由挠度公式可推出允许最小侧壁厚度： nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 23 页共 34 页 23 对于此保险杠模具 : (4)动模垫板问受力变形计算，方法原理同侧壁校核，允许最大挠曲量一般取 0.05mm。 一般对大型注射模还需进行制品对型芯包紧力的计算及顶出力的校核；连接螺钉顶出杠强度校核等。可参见注时模设计手册。 6 结束语 设计保险杠大型注射模应注意的问题： (1)应认真分析产品几何结构，选择好分型面； CAE 优化分析选择浇口形式、大小、数目及进浇位置。 (2)确定产品所用原材料常需要流动性好 (即熔体流动指数大的塑料 )、有利充模；好的机械力学特性，能保证轿车在冲击下不变形、有弹性回复；耐恶劣环境气候变化而不变形 (翘曲 )。 (3)大型或特大型注射模设计应考虑使用热流道或冷、热流道相结合的浇注系统。 (4)加热、冷却是大型注射模设计需要解决的一对矛盾。 (5)大型注射模顶出系统一般很复杂 ，常需要机械液压联合顶出。 Abstract that the plastic safety bar substitutes metal being sure shouldering is that automobileindustry developing trend, but plastic safety bar design adopt the tradition design for die and mould method at present still. Therefore the main body of a book type cavity pressure , the forward position melting experiencing and observing the temperature nts渔具旋臂的塑料模具毕业设计说明书 第 24 页共 34 页 24 and being on the move adopt China tomould the CAE (HSCAE) software injecting a model to saloon safety bar have entered the mainparameter optimizing analysis and the simulation , injecting a model at the same time to the safety bar specifically for saloon front safety bar products structure, having carried out the core ofschool. Study result indicates the main body of a book the design procedures adopting can beimmense raising a safety bar injecting a model designing development efficiency. Keyword safety bar injection model heat current says CAE 1 preface mounts development of job with the automobile, entire the more and more unadaptable metal safety bar Hyundai Motor request in the field of make light of quantization , high enginery-rization and unifying with car body model and so on, the plastic safety bar especially useful on the saloon , light vehicle, substitutes entire metal safety bar trend. And as iron and steel piece of replacement product, the plastic safety bar makes light of an automobile with whose attractive appearance , weight , molding , be able to bear corrosion , cost low , synthetical mechanical performance a
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