玩具车底架注塑模具设计及CAE分析

1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)玩具车底架注塑模具设计及CAE分析THE DESIGN OF THE TOY AUTOMOBILE BODY FRAME INJECTION MOLD AND CAE ANALYSIS学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存

2、、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要塑料制品在人们的生活中应用越来越广泛，模具制造技术需要不断的创新和发展。针对这一现状，毕业设计进行玩具车底架注塑模设计及CAE分析，目的在于寻求注塑模具设计方法的创新以及实现传统工艺与现在科学技术的完美结

3、合。毕业设计的题目是玩具车底架注塑模具设计以及CAE分析。毕业设计模型由毕业导师提供。在设计的过程中，应用很多设计软件来辅助设计，提高设计效率。使用UG NX6.0来完成实体造型，分型面设计，模具整体装配设计，二维图生成等。使用Plastics Insight6.1完成模流分析，辅助检验模具的冷却系统，浇注系统。本次注塑模具设计根据毕业导师给定的塑件展开一系列设计。由于玩具车底架塑件体积较大，并考虑现实的生产情况，确定模具的设计为一模一腔；根据塑件形状以及冷却要求，确定三条冷却水道，定模仁上设置两条，动模仁上设置一条冷却水道；由于塑件体积较大，壁厚较薄，采用六处点浇口节省注塑时间，保证塑件质量

4、；本设计为保证模具正常开模，结合塑件本身形状，设置了59根顶针，6根拉料杆；为提高塑件的质量，在分型面处设计排气槽；在CAE技术方面，通过Plastics Insight6.1模流分析验证设计的正确性，塑料可以充满型腔，各个系统设计符合要求；使用UG NX6.0中的注塑模向导模块完成模具的整体设计。通过使用模具设计的相关软件，保证了设计质量，提高了设计效率，使设计出的注塑模具完全符合设计要求。关键词 模具设计；模流分析；CAE技术；系统设计AbstractPlastic products is more and more widely applied in people's life

5、and die manufacturing technology needs constant innovation and development. Aimed at the status quo, this graduation design to carry on the toy car frame injection mold design and CAE analysis, aimed at seeking innovative methods of injection mold design and realization of traditional technology and

6、 the perfect combination of science and technology now.This topic is to design the toy automobile boby frame mold and CAE technology. Model is provided by the graduate tutor. In the design process, application of many design software to assist in the design, improving design efficiency. UG NX6.0 wer

7、e used to construct carries on the three dimensional modeling, design demould the plane ,analyse mold flows and 2D figure generated, Plastics Insight6.1 were used to carry on the mold overall design and Auxiliary test mould cooling system, gating system.The injection mold design according to the pla

8、stic parts of graduate tutors given a series of design. Because of the toy car frame parts volume is larger, and considering the reality of production situation, determine the design of the mould for one module and one cavity; According to the shape of plastic parts, and cooling requirements, determ

9、ine the cooling waterway, three cavities on the set of two, moving mould kernel set on a cooling channel; point gate injection time saving, ensure the quality of plastic parts; This design in order to ensure the normal mold cavity, the combined plastic shape, set the root of 59 thimble, 6 roots pull

10、 rod; In order to improve the quality of plastic parts, in the parting surface design exhaust slot; In CAE technology, through the Plastics Insight6.1 mold flow analysis to verify the correctness of the design, plastic can be full of cavity, the system design meets the requirements; The injection mo

11、ld wizard module using UG NX6.0 complete the integral design of the mould.Through the use of related software, mold design to ensure the design quality, improve the efficiency of the design, make the design of injection mould fully meet the design requirements.Keywords Mold design Mold flow analysis

12、 CAE The system design目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 发展现状11.2 应用背景11.3 本课题要求22 塑件成型工艺性分析42.1 塑件的设计要求42.2 ABS材料简介42.3 塑件的结构分析42.4 方案初步确定53 模流分析73.1 模流分析基础73.1.1 模流分析基本流程73.1.2 创建浇注系统93.1.3 创建冷却系统103.2 模流分析报告103.2.1 最佳浇口位置分析103.2.2 充填时间分析123.2.3 注射位置的压力133.2.4 锁模力的变化133.2.5 气穴143.2.6 熔接痕153.2.7 翘曲分析174 模具设计

13、说明194.1 塑件的三维造型194.1.1 塑件的测绘194.1.2 塑件的三维建模204.2 模具设计计算214.2.1 确定塑件型腔数目214.2.2 确定注塑机型号214.2.3 选取分型面224.2.4 模架选取244.3 校核注塑机相关参数264.3.1 注塑压力校核264.3.2 锁模力校核264.3.3 塑件包紧力校核274.4 设计浇注系统284.4.1 浇口设计原则284.4.2 浇注系统相关说明284.5 设计冷却系统294.5.1 冷却系统相关计算294.5.2 冷却水道结构设计304.6 设计顶出系统314.6.1 顶出系统相关计算314.6.2 顶出系统具体设计32

14、4.7 模具爆炸图34结论35致谢36参考文献371 绪论1.1 发展现状当今社会，塑料制品的应用变得十分广泛，在人们的日常生活中处处可见。如在汽车、机电、高精密仪器、航天航空等国家支柱产业以及与人们生活息息相关的各个领域中都有塑料制品的身影。塑料制品的成型方法日新月异，也变得日趋完善和成熟，但是最主要的塑料产品成型方法还是注塑成型，世界塑料模具市场中注塑成形的模具产量约是塑料模具数量的二分之一，由此可见注塑成型的重要性1。与此同时，工业产品和日用产品应用塑料的比重还在大幅上升。模具制件之所以应用如此广泛，是因为其具有生产效率高，产品质量好，成本低，节约能源和原材料等一系列优点，模具加工已经成

15、为当今机械行业以及其他行业不可或缺的一部分，成为多种成型工艺中最具有潜力的发展方向。模具越来越贴近大家的生活，模具的发展受到越来越多的人的重视，模具也越来越大范围的改变人们的生活环境。模具已经是机械行业、电子行业等的基础工业，它对提高经济发展水平和提高人们生活质量以及促进社会文明发展起到越来越显著的效果。模具制造技术直接或间接的影响着不同行业中公司工厂的发展，产品的更新能力，企业的竞争力等。一些模具相关的企业非常注重模具技术发展。加大了用于技术研发，人才引进的资金投入力度，将技术和人才看做企业发展的重要基石。此外，许多科研机构和各类院校也开展了模具技术的研究与开发。可以说，模具行业的迅速崛起是

16、使我国成为世界机械制造强国的重要组成部分。此外，我国如果一直想在机械制造业取得一定地位，还将依赖于模具的飞速发展。最近几年，我国平均每年进口模具价格都在几十亿美元之上，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。由此可见，我国的模具行业发展飞快并且发展前景广阔。目前，国际上模具行业竞争激烈，全球一半的模具都由德国等先进的资本主义国家生产，而且他们生产的模具质量较高，成本较低，在全球市场上有很强的的竞争力。中国等亚洲国家生产的模具只能占全球总量的一小部分，而且在质量上还不能与资本主义国家相媲美，中国的模具行业发展任重道远2。中国的有志青年应该不断追求，积极进取，推进中国模具行业的发展。1.2

17、应用背景我国的注塑模具发展虽然不断进步，但是与欧美等发达国家的先进制造技术相比，仍有一定的差距。我国还有大部分企业仍然处在需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制改革的关键时期，这些都需要有不断壮大的注塑模具设计人才队伍，不断丰富的注塑模具创新想法等等来改变。我国模具行业目前技术水平悬殊不齐，差别较大。从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进的技术水平相比，还有较大的差距。对于一些技术难题或者一些复杂塑件，我国的一些传统模具设计方法以及传统工艺很难适应新的发展潮流和加工设计需求，在这方面越来越受到先进技术的挑战。除此之外，一些重要场合的模具以及带有复杂型面或有特殊工艺要求

18、的模具设计，我们还大部分需要从国外进口。在先进技术方面，我国始终没有掌握先进技术的核心，国内模具人才也非常紧缺，先进的制造设备也非常匮乏，传统落后的加工工艺仍然占据很大一部分市场。在社会不断发展的今天，大家也要看到模具发展所遇到的困难，并积极采取措施克服。在模具设备方面，我国要不断加大模具设备设计人才的引进，积极向先进的资本主义国家学习。在模具设计技术方面，我国要注意对模具设计人才的培养，从基础抓起，锻炼他们扎实的设计基础。对于外来的先进技术，我们要扬长避短，取其精华，去其糟粕。利用一切学习的机会，提高自身的生产力。随着计算机辅助设计的出现，计算机在模具设计中起到越来越重要的作用。CAD/CA

19、M/CAE/CAPP等越来越广泛的在模具中使用。它们不仅节省了设计时间，降低了设计成本，提高了设计效率，而且保证了设计产品的质量，是现代模具设计过程中不可缺少的一部分，它们实现了二维到三维的飞跃，帮助人们及时的发现设计中的问题，及时更改，避免浪费时间。它们还可以实现设计过程的监控和管理，模拟和仿真，对产品制造过程中可能出现的问题预先发现，避免产品缺陷。对于一些复杂零件和特殊工艺要求的塑件，单纯的手工绘图，手工设计已经很难满足产品要求，这就要求我国要把现代科学技术与传统工艺的结合，这样才能更好的推动了注塑模具的发展，完善了注塑模具的加工技术，加快了模具的设计进程，才能推进模具设计及制造技术走向新

20、的高峰。由于我国目前模具行业的发展现状，模具设计人才紧缺，模具设计技术较为落后，国家不断加强模具人才队伍建设，加强对人才培养的投入和培养力度，提高我国模具设计人才的设计水平3。同时大力推进模具职业教育，注重实践和理论相结合。对于模具相关的发明设计专利，高度重视，鼓励发明创造，奖励为模具事业做出贡献的单位及个人。有志青年要抓住这个契机，重视模具知识的学习，为模具行业的发展做出自己的贡献。1.3 本课题要求本课题要求进行玩具汽车底座注塑模具设计以及CAE分析，其中还要注意分析塑件的结构及其工艺性，利用UG、Pro/E等机械绘图软件完成注塑模具的实体设计，利用ANSYS、Plastics Insig

21、ht6.1、UG的高级仿真模块等进行模流分析。该设计主要内容包括：根据实物进行零件3D模型的构建；零件成型工艺分析；塑件基本参数的计算及注射机选用；模具类型及结构的确定；型芯型腔，浇注系统，冷却系统，推出机构等设计；模架的选用；模具与成型机械关系的校核、模具零件的必要计算；相关的模流分析；整幅模具3D总装配及开模模拟；模具2D装配图及零件图的绘制等，设计说明书的撰写等。在设计过程中要解决根据毕业导师所给塑件的测绘，塑件三维图的绘制，塑件的模具设计，在设计模具的过程中，又要解决分型面的选取，模架选取，浇注系统设计，冷却系统设计中冷却水道的排布和条数，排气系统设计，顶出系统设计等问题。本设计采用三

22、板模，根据塑件形状以及冷却要求，确定三条冷却水道，定模仁上设置两条，动模仁上设置一条冷却水道；由于塑件体积较大，壁厚较薄，采用多处点浇口节省注塑时间，保证塑件质量；本设计为保证模具正常开模，结合塑件本身形状，设置了多根顶针，多根拉料杆；为提高塑件的质量，需要在分型面处设计排气槽；根据此方案可以满足设计要求。并且可以在保证塑件质量的前提下提高设计效率，节省设计成本和时间。在模流分析方面，本塑件进行了四项分析，分别为最佳浇口位置分析、流动分析、翘曲分析、冷却分析。最佳浇口位置分析可以分析出塑件最合适的浇口位置，为设计做辅助。本塑件根据模流分析结果，结合自身实际情况在分析结果中比较好的设置了六处点浇

23、口。翘曲分析中可以看出塑件收缩率的大小，根据收缩率，可以适当调整模具温度以及注塑温度等。冷却分析可以判断冷却水道设置是否合理，冷却分析结果可以为冷却水道的修改和设计提供意见。根据这几项分析结果结合塑件的实际结构以及目前的社会生产状况，设计出完整的模具。在每种分析结果之后，如果分析结果出现相关问题。都附有相关的解决措施。设计相关的要求是：调查研究、收集、分析大量资料；并根据提供的原始资料和数据，对塑件材料有大致了解；完成英文翻译；用UG软件绘制塑件的三维模型，对塑件的结构和成型工艺进行初步分析，选择合适的注射机的型号并进行校核，对模具的整体设计有初步设想；根据零件的结构和要求确定型腔的数目及布局

24、，确定合理的分型方案，确定分型面，并在软件中设计出3D分型面；浇注系统设计。选择合适的分流道和浇口；确定各成型零部件的结构形式然后计算其工作尺寸，用MOLDFLOW进行相关项目的模流分析。注射模具导向机构和推出机构的设计；冷却系统设计。包括结构形式、组成及连通方式；利用三维软件UG绘制模具总装图及各个成型零部件；绘制模具总装图（3D图）及对模具进行CAE分析；模具与成型机械关系的校核及工程变更；绘制零件图，如塑件、凹模、凸模、动、定模垫板等校验图纸，图纸正确无误后编写设计说明书。2 塑件成型工艺性分析2.1 塑件的设计要求。结论本次毕业设计历时两个多月完成，在设计初期，根据开题报告和任务书开始

25、毕业设计。通过查阅相关资料，自己亲身实践等方式了解模具的现状以及发展趋势。在做了全方面的了解之后，制定了初步的设计计划和基本的设计构想。根据任务书中的内容，首先对毕业设计导师所给的塑件进行测绘，画出简单的二维草图。根据塑件本身的结构特点和加工要求，初步对塑件进行加工工艺分析。查阅相关资料，确定模具的设计参数以及选用的标准件和非标准件的设计等。也可以查阅相关的模具设计手册，对于模具结构有个初步设想。利用UG NX6.0中的注塑模向导模块对塑件进行模具设计。利用里面自带的模架库和标准件库进行完整的模具设计。在确定模具设计正确无误后生成装配二维图和重要零件的二维图。最后对塑件进行模流分析，本设计对塑

26、件进行了流动、充填、冷却和翘曲分析。通过本次设计，对模具结构，模具设计，模流分析有了更深的了解。在设计过程中确实也遇到了很多难题。在刚开始对塑件实体造型的时候，因为塑件有很多曲面造型，在曲面造型之后还要对模具进行抽壳命令。曲面造型是以前没有接触过的领域，在花费了大量的时间和查阅大量书籍之后，终于攻克了这一难题。在后期进行模流设计时，由于本塑件外形较大，结构复杂，且有多处细小特征。在划分网格时，纵横比巨大。在进行冷却分析时要求纵横比在6以下，这需要花费大量的时间去修改网格，提高网格质量，在修改了几千个网格之后才将纵横比修改在允许范围之内。在设计中期进行模具设计时，由于本身对模架的选取原则不太清楚

27、的情况下就选取一副模架进行了后续设计。在设计完成后才发现模架偏大，需要重新设计。在设计过程中遇到这么多的困难，但是在老师和同学的帮助下，都一个个解决了。自己觉得在这次毕业设计中受益良多。本次毕业设计只使用了两款软件，UG NX6.0与Plastics Insight6.1模流分析软件。自己亲身体会到辅助软件给设计带来的变革。一方面提高了设计的效率，减少了人的工作量，另一方面提高了设计质量和设计的正确率。用更少的时间设计出了更加优秀的作品。在设计过程中，由于自己缺乏实践经验，对于一些零件的设计可能存在弊端与不足，自己会在以后的工作学习中积极改进。根据模流分析结果和公式代入等验证方法，设计出的注塑模具完全符合设计要求。致谢参考文献 1 张远名.工程材料及成形技术基础.北京：高等教育出版社，2011年. 2 申爱民.UGNX6.0塑料模具设计（实战篇）. 北京：中国铁道出版社，2010年. 3 沈洪雷，周成彬主编.塑料注射模具设计图册M. 北京：电子工业出版社，2010年. 4 宋满仓.注塑模具设计M. 北京：电子工业出版社，2010年. 5 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M（第二版）.