家用插線板注塑模具設(shè)計【電源插線板底座模具設(shè)計】【接線板】【排插】【插座】【一模兩腔】【側(cè)抽芯】【說明書+CAD+三維】
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家用插線板注塑模具設(shè)計【摘要】本論文的主要內(nèi)容為注塑模的設(shè)計。首先獲得產(chǎn)品部件的外型實體模型,進行數(shù)據(jù)交換后存為STEP文件,然后利用Pro/ENGINEER4.0重新測量建立.prt文件,然后綜合運用EMX4.1模塊完成模具的設(shè)計,再進行CAE分析,通過不斷分析改進和修整,使設(shè)計達到要求;通過所有檢驗后,用AutoCAD2009完成注塑模具非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖和模架的裝配圖?!娟P(guān)鍵詞】家用插線板、注塑模、Pro/ENGINEER4.0、AutoCAD2009【Abstract】This thesis mainly introduce the design Injection mold. The process of the design is that firstly saving the STEP file of the part.Then use the Pro/ENGINEER4.0 to finish the design of mold. The finished mold contains two cavities. If the mold passes all checks, then use the AutoCAD to finish the drawings of non-standard parts and the assembly drawing about the injection mold. At last write out the essay.【Key words】Home patch panel、Injection mold, Pro/ENGINEER4.0, EMX4.1, AutoCAD2009目錄第一章 緒論11、 注塑模具概述12、 二、注塑模具的設(shè)計步驟2第二章 注塑工藝分析及成型方法簡介4第一節(jié)、塑件分析4一、塑件結(jié)構(gòu)4二、塑件相關(guān)參數(shù)計算5三、塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析5第二節(jié)、材料ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)5一、注射成型過程5二、材料ABS的注塑成型參數(shù)6三、材料ABS性能6第三章 模具設(shè)計8一、模具的分型面12二、型腔布置15三、澆注系統(tǒng)設(shè)計15四、溢流與排氣系統(tǒng)的設(shè)計16五、成形零件設(shè)計與計算16六、脫模方式及其脫出機構(gòu)的設(shè)計19七、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計17八、合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計17九、側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計17十、模具裝配圖17第四章 總結(jié)23 一、模具設(shè)計過程體會23 二、設(shè)計存在問題及解決設(shè)想24【參考文獻】25【致謝】26 第1章 緒論一、注塑模具概述模具是我們生產(chǎn)中的的重要裝備,廣泛應(yīng)用于航空航天,汽車,民用企業(yè)等。模具技術(shù)是制造業(yè)中的重要技術(shù),我們的生活離不開它,同時又是衡量一個國家工業(yè)產(chǎn)品制造水平的高低。然而,每一種產(chǎn)品都要用特定的模具,必須設(shè)計出一種可靠的模具。而模具的類型很多,要根據(jù)具體的產(chǎn)品選擇合適的模具。本文主要研究家用插線板的模具的設(shè)計,屬于注塑模具。工業(yè)產(chǎn)品零件精加工,精加工則塑件的50 和90 的75 將塑造完成。中國的模具行業(yè)近年的21 的年均增長率。今后一段時期,對于模具主要集中在四個方面的需求:汽車行業(yè),家電行業(yè),電子和通信行業(yè)和建材行業(yè)。最終產(chǎn)品由霉菌產(chǎn)生的比自己的高價值的價值死了幾次。如汽車行業(yè),中國汽車產(chǎn)量超過400萬輛,達到170種基本車型,新車型和改款車型將達到430種,自動切換需要更換約80的模具時,所需的汽車模具數(shù)以千計的模型,價值十億美元;大彩電,冰箱,洗衣機,空調(diào),微波爐,錄像機,攝像機, VCD , DVD和所需的模具行業(yè)等家電產(chǎn)品。同時,模具行業(yè)不斷增長的國家和人民的關(guān)注和重視, “關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策的決定”,國務(wù)院還頒布了模具行業(yè)的機械制造行業(yè)的第一個轉(zhuǎn)換序列。模具技術(shù)的發(fā)展極大地促進了生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā),最終產(chǎn)品的模具產(chǎn)值將超過它們的價格幾倍甚至上百倍千倍及。激勵機制提供了良好的環(huán)境,模具工業(yè)的發(fā)展。根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策和導(dǎo)向的相關(guān)配套政策,也有很多地方近年來相繼出臺,一些支持當(dāng)?shù)啬>弋a(chǎn)業(yè)發(fā)展的激勵,一些文件中發(fā)現(xiàn),有的出現(xiàn)在了行動已經(jīng)收到了良好的結(jié)果。同時,模具工業(yè)的快速發(fā)展也帶動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的繁榮。利:(1)產(chǎn)生規(guī)模化,模具生產(chǎn)集群的快速發(fā)展經(jīng)濟體的利益。 (2)模具很少有“品牌”和“專利”。隨著市場經(jīng)濟在近幾年的發(fā)展,一些企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到創(chuàng)新和研發(fā),投資,努力提高快速的重要性。根據(jù)情況在中國模具工業(yè)協(xié)會了解到,很多企業(yè)在近幾年的投資在創(chuàng)新和研發(fā)及銷售收入的5左右的比例,甚至達到單個企業(yè)已經(jīng)躍居8-10。 (3)越來越多高科技產(chǎn)品的模具。 弊:雖然中國模具行業(yè)發(fā)展進入快車道,但在準(zhǔn)確性方面,壽命,制造周期時間和能力,與國際水平還存在著發(fā)達工業(yè)國家之間的懸殊對比,所以它不能滿足中國制造業(yè)的發(fā)展需求。特別是在精密,大型,復(fù)雜,長壽命模具,仍然供不應(yīng)求。因此,每年仍需要大量進口。 (2)每年都在增加對外國資本的依賴。 (3)人才短缺問題逐漸突出(4)大大加劇了市場競爭。 (5)盡管近幾年出口大于進口霉菌生長的年增長速度,但是增加的那部分絕對量肯定還是進口大于出口,致使模具貿(mào)易逆差越來越上升。2、 注塑模具的設(shè)計步驟:1確定模具的設(shè)計要求 模具的設(shè)計,首先得按設(shè)計要求行事。2分析工藝性 如果批量比較小時,在設(shè)計模具時應(yīng)該考慮生產(chǎn)成本的問題,應(yīng)該設(shè)計比較的簡單的模具;如果批量比較大時,首先要考慮生產(chǎn)質(zhì)量問題,在此基礎(chǔ)上要強調(diào)效率。可以設(shè)計一個模具有幾個型腔、或者是生產(chǎn)線以達到自動化告訴生產(chǎn)。從而可以大大地縮短整個生產(chǎn)過程的周期,最終達到提高生產(chǎn)效率的目的。由此看來,好的生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有很好的作用。3全面計算出塑件的體積和塑件的質(zhì)量 模具型腔的數(shù)目取決于塑件的體積和質(zhì)量,所以必須準(zhǔn)確地計算出塑件的體積和質(zhì)量,從而提高設(shè)備的利用率。4、所有注塑模具設(shè)計參數(shù)的計算5、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)、確定塑件成型的具體位置,然后選擇合適的分型面;(2)、根據(jù)具體的計算數(shù)據(jù)可以確定模具型腔數(shù),然后布置好型腔的排列,以及流道的排列,最后再準(zhǔn)確地確定好澆口位置;做好全面衡量,綜合考慮(3)、采用CAD軟件或者PRE三維軟件進行注塑模具中的每一個工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計;(4)、采用CAD軟件或者PRE三維軟件進行注塑模具中的側(cè)分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計;(5)、采用CAD軟件或者PRE三維軟件進行注塑模具中的頂出機構(gòu)設(shè)計;(6)、采用CAD軟件或者PRE三維軟件進行注塑模具中的拉料桿的形式選擇;(7)、采用CAD軟件或者PRE三維軟件進行注塑模具中的排氣方式設(shè)計。(8)、最后準(zhǔn)確算出注塑模具的總體尺寸,根據(jù)總體尺寸選擇合適的模架6、進行注塑機中重要參數(shù)的計算校核(1)注塑模具中的最大注塑量的校核;(2)注塑模具中的注塑壓力的校核;(3)注塑模具中的鎖模力的校核;(4)與注塑模具密切相關(guān)的尺寸校核。7、采用CAD軟件或者PRE三維軟件進行注塑模具結(jié)構(gòu)總裝圖和注塑模具中的每一個零件工作圖的繪制8、最后要進行所有參數(shù)計算和圖紙的審核,然后再進行投產(chǎn)制造整個模具設(shè)計的流程可以概括如圖1-1所示。圖1-1模具設(shè)計的流程第2章 注塑工藝分析及成型方法簡介1、 家用插線板的塑件具體結(jié)構(gòu)確定 為了設(shè)計插線板的注塑模具,首先根據(jù)現(xiàn)有的家有插線板的結(jié)構(gòu),分析結(jié)構(gòu)特點,可以采用PRE三維軟件建立初始插線板的三維模型,確定插線板的具體尺寸。PRE出圖得到的塑件的具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 圖2-1插線板的三維模型二、家用插線板的塑件相關(guān)參數(shù)計算 1、塑件的體積,質(zhì)量及正投影面積計算A體積:塑件餓體積由整體平面組成,塑件厚度t=1.5-3mm。塑件體積(3D測量):塑件的總體積為:V = 19587 mm 19.6 cmB塑件的質(zhì)量M = V= 19.6 x 1.05 = 28.6 gC塑件的正投影面積:3D測量S = 6533mm 6.53cm2根據(jù)塑件的的計算重量或體積,選擇注射機的型號規(guī)格,確定型腔數(shù)。A注射機額定注射量m,由于沒有限定設(shè)備,所以每次注射量不超過最大注射量的80%,即: n = (0.8 m - m)/ m式中 n 型腔數(shù) ; m 澆注系統(tǒng)重量(g);m 塑件重量(g);m 注射機額定注射量(g)。估算澆注系統(tǒng)體積V,根據(jù)澆注系統(tǒng)初步設(shè)計方案(下圖所示)進行3D測量。V= 2317 mm 2.3 cm則澆注系統(tǒng)的塑料重量m= V = 2.3 x 1305 2.4g設(shè)n=2 ,則得 m =( m+ m)/ 0.8 = (28.6x2+2.3) 0.8 59.5g從計算結(jié)構(gòu),并根據(jù)塑料注射機技術(shù)規(guī)格,結(jié)合初步估算模具尺寸,選用HTF80型注射機。型號單位80B參數(shù)螺桿直徑mm36理論注射容量cm3124注射重量PSg113注射壓力Mpa183注射行程mm122螺桿轉(zhuǎn)速r/min0220料筒加熱功率KW5.7鎖模力KN800拉桿內(nèi)間距(水平垂直)mm415x415允許最大模具厚度mm360允許最小模具厚度mm150移模行程mm310移模開距(最大)mm670液壓頂出行程mm100液壓頂出力KN33液壓頂出桿數(shù)量PC5油泵電動機功率KW11油箱容積l200機器尺寸(長寬高)m4.31.251.8機器重量t3.22最小模具尺寸(長寬)mm240240B查閱相關(guān)資料,可以分析塑件的具體精度分析,可以知道該塑料試件為家用插線板的底座,必須具有較高精度,況且該塑件形狀還是比較復(fù)雜,有很多插孔,尺寸相對較大,故擬采用單型腔 n=2。綜上所述,本塑件的模具設(shè)計為一個模兩個型腔,以達到增大生產(chǎn)效率。三、塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析1.結(jié)構(gòu)分析與連接到所述兩個可動部件的可動部件的端部的塑料構(gòu)件被連接在不同的腔室的形狀,某些措施的定位具有良好的加工和模具設(shè)計和制造,以確保平滑的旋轉(zhuǎn)和壽命的部件。 塑料件被放置在外面,美麗的表面有一定的要求,要注意的手柄設(shè)計的外表面。2.成型工藝分析精度等級:使用5一般精度。 脫模斜度:2mm左右,外塑料表面40120注入部分的壁厚。由于塑料件無特殊狹窄的小零件,使用塑料如ABS,流動性好,而且更好的弧的主要部分,可以采取剝離的優(yōu)勢,所以不要把塑料表面的脫模斜度。第二節(jié)、材料ABS的注射成型具體過程及工藝參數(shù)介紹一、注射成型的具體過程1.成型前需要的準(zhǔn)備工作對于顏色,細度和ABS檢驗的均勻性。由于ABS的吸水率大約為0.2至0.8,吸濕模塑應(yīng)在干燥前向的0.3的水分含量被充分干燥。干燥條件:烘箱至8085的烘烤,或2至4小時以干燥80干燥料斗1至2小時。2.注射過程塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后,由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型,其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻4個階段。3.塑件的后處理采用調(diào)濕處理。二、材料ABS的注塑成型參數(shù)1塑件的成型方法本塑件采用材料聚丙烯(ABS),屬于熱塑性塑料,指定采用注射成型,故本塑件采用注射成型。2.塑件成型的工藝參數(shù)由塑件材料聚丙烯(ABS)查表取工藝參數(shù):料筒溫度/: 后段160180 中段180200 前段200220模具的溫度: 8090注射壓力MPa: 70100注射時間t/s: 2060保壓時間t/s: 03冷卻時間t/s: 2090總生產(chǎn)時間t/s: 50160三、材料ABS性能根據(jù)注射成型性能和每種材料的加工性能,該組合的市場價格,聚丙烯(ABS)的選擇材料。聚丙烯具有以下優(yōu)點:聚丙烯具有非常低的密度,種類繁多的塑料中最輕的一種;優(yōu)良的耐化學(xué)性和在室溫下的抗疲勞性,所述溶劑是不溶劑ABS,附加更高的耐熱性,耐80 硫酸100 ;無外力作用下,制品150 不變形;抗高頻電絕緣性,在潮濕的環(huán)境下也具有良好的電絕緣性;優(yōu)良的機械性能,包括拉伸強度,壓縮強度,剛度和彎曲疲勞性能優(yōu)異的性能;然而,聚丙烯是耐沖擊性差,尤其是耐低溫沖擊性差,缺口敏感。上面的總說,用來做家庭地帶的塑料,應(yīng)具有抗化學(xué)腐蝕和材料的耐疲勞性使用,因為塑料是家庭地帶,經(jīng)常拉,這樣的材料,以精細的機械性能,因此材料選擇的聚丙烯(ABS) 。由于聚丙烯的耐沖擊性差,被設(shè)計來塑造塑料,以防止矩形的缺口的形成。 由于本塑件是家用插線板,所以制造精度要高一些,查閱有關(guān)手冊,本塑件取IT4級。2、聚丙烯(ABS)的物理及力學(xué)性能:密度/( g/cm)1.05斷裂伸長率/%200700熔點/165170彎曲強度/MPa49588脆折點/-10彈性模量/MPa9809800拉伸強度/MPa294缺口沖擊模量510第三章 模具設(shè)計 模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)能發(fā)揮成型設(shè)備的能力,最大限度地滿足塑件的工藝技術(shù)要求和生產(chǎn)經(jīng)濟性要求,本塑件的模具結(jié)構(gòu)從以下幾個方面分析。一、模具的分型面1、分型面的選擇原則: A 易于塑料模具時,模具塑件盡量留在動態(tài)模型,應(yīng)該是有利于側(cè)向分型與抽芯,應(yīng)安排塑料在模腔的方向; B 考慮塑料部件保證了良好的外觀不被損壞; C 盡力確保塑料件(如心臟等)的尺寸的精度要求; D 有利于排氣; E 盡量使模具方便。根據(jù)以上分型面的選擇原則,本塑件模具的分型面選擇如下圖所示例:草圖:二、型腔布置本塑件由于采用一模二,采用分流道。從塑件圖可以看到該塑件為中心對稱橢圓蓋,為了塑料澆注均勻、平衡,所以澆口的位置取在與塑件對稱中心軸線重合位置。(如下圖所示)三、澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)對注塑周期,并在澆注系統(tǒng)的設(shè)計的質(zhì)量有直接影響,應(yīng)遵循以下原則:1、在型腔布局,最大限度地利用均衡安排,以平衡分流;腔對稱排列,大門未平倉合約力求防止霉菌承擔(dān)部分負載產(chǎn)生溢出現(xiàn)象;腔布置成盡可能緊湊,以減少小型模具尺寸;2、熱和壓力損失較小,所以澆注系統(tǒng)過程應(yīng)當(dāng)盡可能的短,截面尺寸盡可能大,以盡量減少彎曲,表面粗糙度較低;3、確保平衡的飼料,即盡可能均衡的分流裝置;的前提下,以滿足型腔完全充滿,損失的塑料更少;4、消除冷材料,以防止“冷料”進入型腔,并影響著塑件的質(zhì)量;5、避免塑料件的缺陷,出現(xiàn)以避免填滿熔融塑料部件出現(xiàn)不足或氣孔,縮孔,殘余應(yīng)力,翹曲或尺寸偏差過大,流將插入各種塑料成型不良現(xiàn)象沖壓位移或變形;6、更好的外觀品質(zhì)的塑料部件,所以方便的地方修剪澆口,澆口標(biāo)志著無損塑件的外觀和使用;不可能少加工,成型周期短,效率高后,使塑料部件;大多數(shù)熱塑性塑料的假塑性行為特征融化,應(yīng)充分利用。0 澆口的樣式及尺寸本模具采用一模二模成型,由前頁所述,采用側(cè)澆口,塑料熔體直接流入型腔,這樣壓力損失小,進料速度快,成型容易;另外,傳遞壓力好,保壓補縮作用強,簡化模具結(jié)構(gòu),制造方便。查HTF80型注射機參數(shù)表,得:噴嘴口直徑 = 3.5mm;塑件厚度 t = 1.5mm;由經(jīng)驗數(shù)據(jù)公式得:澆口小端面直徑 d = + (0.51.0) = 3.5 + 0.5 = 4mma = 2 6, r = 1 3 , D=6mm , L 60;澆口設(shè)計樣式圖如下圖所示:澆口套澆口套一般為標(biāo)準(zhǔn)件,使用澆口套模具有利于安裝,更換方便,澆口套不用自己拋光,減少加工工序。本設(shè)計中,采用標(biāo)準(zhǔn)澆口襯套和定位環(huán),如下3D圖。澆口套與定位環(huán)設(shè)計四、溢流及排氣系統(tǒng)設(shè)計1、溢出 應(yīng)采取設(shè)計,防止模具設(shè)計缺陷導(dǎo)致溢出的現(xiàn)象產(chǎn)生時,塑料件加工。既要重視模具表面精度合理,密封嚴(yán)密等。2、排氣 在注射成型過程中,模具的腔中,并且除了任何原始空氣鑄造系統(tǒng)中,有由低分子量的或揮發(fā)的氣體所產(chǎn)生的塑料凝固熱,這些氣體不能順利地排出,如果,填充氣體時,可通過產(chǎn)生高溫,引起局部炭化燒焦的塑料件,塑料件或進行氣泡,或塑料,造成焊接不良的缺陷被壓縮。排氣注塑模具,在多數(shù)情況下是使用一個模具的分模線或與自然排氣的間隙。只有這樣,才能開始使用在特殊情況下的排氣通風(fēng)槽。如可以由塑料件,塑料件, 1.5mm的唯一的厚度尺寸可以看出,是薄壁件,塑料件厚度的限制,它屬于塑料部件的一個小區(qū)域,所以在注入過程中,利用自然排氣分型面,我們可以實現(xiàn)排氣的效果,這樣的設(shè)計是沒有設(shè)計的排氣結(jié)構(gòu)。五、 成型零件的設(shè)計與計算 塑料在成型加工過程中, 用來填充塑料熔體以成型制品的空間稱為型腔。而構(gòu)成這個型腔的零件叫做成型零件。結(jié)合本設(shè)計的模具結(jié)構(gòu),成型零件包括凹模、凸模、型腔內(nèi)外鑲件、近似矩形型芯。1. .凸、凹模設(shè)計、尺寸計算及型腔的剛度強度校核由于本塑件外形帶有矩形腔,以及側(cè)孔,所以該模具的凹模設(shè)計為鑲嵌式凹模,這樣凹模便于加工成型,局部損壞容易更換。A 型腔壁厚和底版厚度的計算在注射成型過程中,型腔主要承受塑料熔體的壓力,因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強度和剛度。型腔內(nèi)鑲件側(cè)壁厚度s 按剛度條件計算得: s r (0.75rp+E)/ (E-1.25rp)1/2 -1 = 40 x (0.75x40x30 + 2.1x10x0.03)(2.1x10x0.03 1.25x40x30)1/2 - 1 = 8.99 按強度條件計算:s r /( -2p)1/2 -1 = 40 x 2500(2500-2x30)1/2 - 1 = 0.49由于型腔內(nèi)鑲件其四周還有外鑲件過盈配合,綜合剛度和強度的校核結(jié)果, 型腔內(nèi)鑲件側(cè)壁厚度取 s = 16mm.,由以上計算的結(jié)果,當(dāng)s=15時為型腔內(nèi)鑲件橢圓頂部的壁厚,那么型腔板的厚度為型腔深度16mm與壁厚15mm之和,為h = 35mm。B 動模型腔側(cè)壁厚度強度校核按照注射成型模具型腔側(cè)壁厚度經(jīng)驗公式 s = 0.2L + 0.17 = 204x0.2+0.17 = 40.97mm側(cè)壁厚度S長、S 短按剛度條件校核分別得:S長 = S 短 1.15ph/(E) = 1.1530x1.5(2.1x10x0.03) = 0.433mm按強度條件計算:S長 r/( -2p) -1 = 102x2500(2500-2x30) -1 = 1.246mmS 短 r/( -2p) -1 = 65x2500(2500-2x30) -1 = 0.794mm根據(jù)厚度尺寸和校核結(jié)構(gòu),側(cè)壁厚度s =30.97mm 合適,故本模具型腔側(cè)壁厚度 s =35mm,另外動模型芯鑲件同樣計算,厚度S也取 S =30 mm.注: E模具材料的彈性模量(MPa),碳鋼為2.1x x10;p型腔壓力,一般取2540MPa,本設(shè)計計算中統(tǒng)一取 p = 30 MPa; 剛度條件,即允許變形量(mm),查表=0.0250.04,本設(shè)計計算中統(tǒng)一取值 = 0.03; 模具材料的許用壓力(MPa),一般合金模具鋼許用壓力為21002800MPa,本設(shè)計計算中統(tǒng)一取值 = 2500MPa;r型腔半徑尺寸,由于本模具型腔為矩形,半徑取的是約值,或長、短軸分別計算;凸、凹模尺寸計算A型腔內(nèi)鑲件尺寸計算:由于沒有說明塑件公差等級,查有關(guān)手冊查到該塑件的公差等級為IT4級,按照該精度查到長軸尺寸119、短軸尺寸55、和深度尺寸13的公差分別為0.01mm、0.008mm、0.007mm,所以三個尺寸分別標(biāo)為1190 -0.01mm、550 -0.008mm、130 -0.007 .長、短軸徑向尺寸和深度計算,x = 3/4、x=2/3L = (Ls+LsScp-x)+z 0 = 260+0.0025 0mmL = (Ls+LsScp-x)+z 0 = 200+0.002 0 mmH = (Hs+HsScp-x)+z 0 = 40+0.00233 0mm型腔3D圖如下:B型腔板成型部位尺寸計算:按照精度IT4級查到長軸尺寸119mm、短軸尺寸55mm、和深度尺寸13的公差分別為0.014mm、0.01mm、0.005mm,所以三個尺寸分別標(biāo)為1190 -0.014mm、550 -0.01mm、130 -0.005mm.長、短軸徑向尺寸和深度計算,x = 3/4、x=2/3L = (Ls+LsScp-x)+z 0 = 260+0.0035 0mmL = (Ls+LsScp-x)+z 0 = 200+0.0025 0mmH = (Hs+HsScp-x)+z 0 = 40+0.00167 0 mm 動模板厚度按照注射成型模具動模板厚度經(jīng)驗公式計算 h =型芯+(3050) = 90 mm故:動模板厚度h = 90 mm. 型芯的尺寸動模板厚 S = 90mm,已經(jīng)外形尺寸可以得到矩形型芯的尺寸: 按照精度IT4級查到塑件長、寬尺寸119mm、55mm、和深度尺寸13的公差均為0.005mm,所以三個尺寸分別標(biāo)為260+0.005 0 mm、200+0.005 0 mm、13+0.005 0 mm.長、寬徑向尺寸和深度計算,x = 3/4、x=2/3L = (L+ LScp+x) 0 +z = 260 0 -0.00125mmL = (L+ LScp+x) 0 +z = 200 0 -(1/4x0.005)mmH = (H+ HScp+x) 0 +z =40 0 -0.00167 mm六 脫模方式及其脫出機構(gòu)的設(shè)計1、脫模機構(gòu)設(shè)計原則: 結(jié)構(gòu)可靠性:機械動作準(zhǔn)確,可靠,靈活,并有足夠的剛度和強度。 確保塑性變形,無破損。 塑料零件保證了良好的外觀。 盡量保持運動留在塑料模具方面,從而使援助脫模裝置的驅(qū)動力,完成剝離動作。 當(dāng)釋放力是從塑料零件所需的心軸,以克服阻力釋放的力。 該模具被設(shè)計來釋放兩次,第一側(cè)孔拉動滑塊釋放。二是剝離力的頂級的產(chǎn)品上面的計算方法:塑件包緊型芯的側(cè)面積A (mm):A = hC = 1.5 x 1.5(a+b)-srp(ab) = 1.5 x 3.14x1.5x(204+130)-srp(204x130)= 1592.688 mm1600 mmF = pA = 8 x 1600 = 12800 NF = F(fcosa-sina)= 12800 x (0.5x1 0)= 6400 NF = 0.1A = 0.1 x 1600 = 160 N總脫模力F的結(jié)果為: F = F + F = 6400 + 160 = 6560 N 7000 N頂桿的尺寸、校核A頂桿的位移尺寸設(shè)計型芯在合模沒有頂出時在動模板以下,頂桿頂出后在動模板以上15mm.根據(jù)型芯的位移距離,可以得到頂桿位移的第一個階段的距離為 L = 15mm.當(dāng)頂桿第一階段頂出完成后,產(chǎn)品頂出。頂桿總長度 L = 151mm頂出機構(gòu)設(shè)計如下圖所示.拉桿的尺寸和結(jié)構(gòu)A根據(jù)上述的拉桿工作原理和過程,計算了拉桿的外形尺寸:假設(shè)拉桿為平面,先求其直徑,已知設(shè)計的拉桿數(shù)目為28根。根據(jù)公式和拉桿數(shù)目得 d = sprt2F/() =26.68參考假設(shè)值d = 26.68的結(jié)果,為了型芯在脫模過程中,旋轉(zhuǎn)時能夠平穩(wěn),采用圓頭推桿B由于拉桿的結(jié)構(gòu)為擺動形式,所以拉桿就有銷軸連接的兩部分組成,連接部分設(shè)計為齒形連接。由于拉桿和頂桿結(jié)構(gòu)相似,有頂桿的尺寸計算結(jié)構(gòu)結(jié)合拉桿本身在模具結(jié)構(gòu)中的位置,拉桿和拉桿座的總長度為141.5mm。彈簧的確定限位螺釘和彈簧的作用是當(dāng)成型部位的矩形型芯滑動的時候限制和先行復(fù)位。彈簧參數(shù)的確定由型芯復(fù)位時所需的里僅為矩形型芯和行腔板、托板之間的摩擦阻力所以所需力很小,彈簧受力大小可以忽略,彈簧的參數(shù)適當(dāng)即可,設(shè)計彈簧數(shù)為n=3。選取彈簧的規(guī)格為: d = 1mm,D=30mm,t = 3mm,極限工作負荷Fj=55.2mm,彈簧高h=80mm。彈簧尺寸簡圖如下:七冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 在成型過程中塑料,模具溫度將直接影響塑料模具充填,成型,成型周期時間和塑料件的質(zhì)量。有必要設(shè)置以達到所需溫度所需要的模具溫度控制系統(tǒng),溫度控制系統(tǒng)可以分為兩種類型的冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則:A:盡量保證塑料收縮甚至維持模具的熱平衡;B、的數(shù)字越大最冷的水孔,更大的光圈,對塑件的更均勻的散熱效果;C.該冷卻水入口孔可以以一定距離等于腔表面;D.加強門的冷卻;E.應(yīng)減少入口和出口之間的溫差,從而使進口和出口溫差不超過5 ;冷卻水冷卻管道接頭,以確定的形式和位置F.合理選擇;G.誰冷卻管與其他機構(gòu),以避免對模具發(fā)生干涉現(xiàn)象,并出冷水管接頭應(yīng)嵌入在模板中。查表得到材料聚丙烯(PP)的成型溫度Ts、模具溫度Tm和脫模溫度Te的參數(shù)分別為:Ts = 160260 、Tm = 4060、Te = 60100.冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣,由于水的熱容量大,傳熱系數(shù)大,成本低,所以本模具也設(shè)計使用冷卻水達到冷卻目的。(1).冷卻系統(tǒng)計算單位時間內(nèi)從型腔散發(fā)的總熱量 A每次需要的注射量(Kg)G = nG + G = 1 x 0.036 + 0.001 = 0.037KgB確定生產(chǎn)周期(s) 查塑料成型參數(shù)表得:生產(chǎn)周期 t = 50 160 s ; 本設(shè)計去生產(chǎn)周期 t = 120s.C聚丙烯單位熱流量Qs (KJ/Kg) 查塑料性質(zhì)參數(shù)表得:熱流量Qs = 586 KJ/Kg.D每小時需要注射的次數(shù)(N/次) N = 3600/t = 3600 120 = 30次E每小時的注射量 (Kg/h) W = NG = 30 x 0.037 = 1.11 Kg/h求從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量 (KJ/h) Q = NGQs = 30 x 0.037 x 586 = 650.46 KJ/h求模具表面空氣對流所散去的熱量Q . A自然對流時的傳熱系數(shù)a,單位為 W/(mK) 當(dāng)0 Tav 300 時,計算系數(shù),按如下經(jīng)驗公式計算: = 1.1630.25 + 360/(Tav+300) = 1.163 x 0.25 + 360(90+300) = 1.364; a =(Tav Tr)1/3 = 1.364 x (90 25)1/3 = 5.484 W/(mK) 式中Tav 、Tr分別為模具平均溫度和室溫,查表分別取Tav=90和Tr=25. B能夠發(fā)生對流的模具表面積,單位為m. 模具整體長、寬、高約400mm、400mm、300mm,加上凸、凹面等,所以模具四周與空氣接觸的側(cè)表面積 Amc 0.55 m. 分型面的面積 Amf 0.06m 型腔的表面積 Am = 1.5L + 4r+ 4ab/4 -r= 1.5x507.23 + 4x3.14x40= 27434.23mm 0.0274m.其中長L1.5(a+b)-sprt(ab),r為似球形的半徑,a、b分別為長軸和短軸。 開模率 =t-(t+t)/t = 120 - (25+25) 120 = 0.583;其中t為注射成型周期,即總生產(chǎn)周期t=120s,t、t分別為注射時間和冷卻時間,查塑料注射成型參數(shù)表,t=2060s,t=2090s,設(shè)計模具的注射時間和冷卻時間均為25s; A = Amc + (Amf + Am) = 0.55 + (0.06 + 0.0274)x 0.583 0.626 m.綜合A.B兩點計算結(jié)果得: Q = 3.6aA(Tav Tr) = 3.6 x 5.484 x 0.626 x (90 25)= 802.035 KJ/h綜合、的計算結(jié)果比較,設(shè)計環(huán)繞式冷卻水路。八合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 因為當(dāng)你考慮到注塑,模具開合,所以一定要考慮的注塑模具和模具可以準(zhǔn)確的模型,經(jīng)過慎重考慮,擬設(shè)置合理的導(dǎo)向機構(gòu)的注塑模具。以行動為導(dǎo)向的組織是面向側(cè)向定位和承受一定的壓力。主要體現(xiàn)在導(dǎo)向引導(dǎo)機制和面向列的錐形式。由于模具塑件為上限,精度高,所以用導(dǎo)套設(shè)計導(dǎo)柱,可以達到很高的精度,產(chǎn)生大量的目的,而設(shè)計導(dǎo)柱導(dǎo)套遵守以下規(guī)定:A.圍繞支柱應(yīng)合理地均勻的導(dǎo)柱中心到模具的外邊緣的模具分型面應(yīng)是足夠的距離,以確保模具的強度;導(dǎo)向柱的長度B.應(yīng)比芯(沖頭)高度的端面6 8毫米,當(dāng)芯進入模具和模具碰撞和損傷免得上面更高;C.導(dǎo)柱導(dǎo)套應(yīng)具有足夠的耐久性和強度,往往20 低碳鋼滲碳0.5 0.8MM,淬火48 55HRC ,也可以用T8A或T10碳素工具鋼,經(jīng)過淬火;D.為了能夠成功地進入導(dǎo)向柱襯套,導(dǎo)柱端應(yīng)為錐形或半球形尖端導(dǎo)向套筒也應(yīng)倒角;設(shè)在可動模的側(cè)E.導(dǎo)柱可保護芯不受損壞,同時在固定模,以便在塑料模具去除的光滑面,也可以根據(jù)需要裝配方法來測定;F.除了動態(tài)仿真,位于所述固定模具導(dǎo)柱之間,導(dǎo)套,在一般情況下,還在移動模具組導(dǎo)向柱和襯套底板之間和推板,以確保正常的移動發(fā)射的正常機制;G.直徑支柱應(yīng)根據(jù)模具的大小來確定,標(biāo)準(zhǔn)模架的數(shù)據(jù)可以被選擇的參考。導(dǎo)柱參照經(jīng)驗,本模具屬于中小型模具,其導(dǎo)柱直徑越為模板兩直角邊之和的1/201/35。本模具兩直角邊之和約為S(300+200)=500,按照1/25的標(biāo)準(zhǔn)計算得導(dǎo)柱的直徑為20,根據(jù)國標(biāo)和參考標(biāo)準(zhǔn)模架,導(dǎo)柱的直徑確定為20.導(dǎo)柱的形式為有肩導(dǎo)柱,開設(shè)油槽,內(nèi)存潤滑油,既可以與另一模板配合起定位作用,有定位銷效果,還可以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。導(dǎo)柱還支撐模板的重量,所以20導(dǎo)柱直徑按下式校核:d = 64L/(3E)1/4 = 64x1000x130(3x2.1x10x1)1/4 = 28.73mm校核20導(dǎo)柱直徑不合格,根據(jù)國標(biāo)和參考標(biāo)準(zhǔn)模架,導(dǎo)柱的直徑更改后確定為30.導(dǎo)柱簡圖如下:導(dǎo)套參考導(dǎo)套的形式及特點,本模具設(shè)計采用帶頭導(dǎo)套,到頭導(dǎo)套的尾部可以與另一模板配合起定位作用,可以省去定位銷的效果;帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易,可以防止拔出而不用另設(shè)防拔出機構(gòu)。導(dǎo)套壁厚通常在310mm,視內(nèi)孔大小而定,大者取大值。根據(jù)30導(dǎo)柱的孔來看,導(dǎo)套壁厚取d=5mm.導(dǎo)套簡圖如下:導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合及布置 A導(dǎo)柱工作部分長度比型芯端面高度高出7mm; B導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用H/f;導(dǎo)柱固定部分配合精度采取H/k;導(dǎo)套外徑的配合精度采取H/k;配合長度通常采取培植直徑的1.52倍,既35mm,其余部分可以擴充孔,以減小摩擦,并降低加工難度; C導(dǎo)柱與導(dǎo)套的材料選用T10碳素工具鋼,淬火處理硬度到達HRC4855;導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4,固定部分Ra0.8;導(dǎo)套內(nèi)外圓柱面表面粗糙度去Ra0.8。 D導(dǎo)柱頭部制成圓頭形;導(dǎo)套的前端倒角,倒角半徑為2mm; E本模具的橢圓型芯最容易受損,從保護型芯不受損壞來設(shè)計,導(dǎo)柱設(shè)在動模一邊; F導(dǎo)柱不應(yīng)設(shè)在矩形模具四角的危險斷面上,通常導(dǎo)柱中心至模具外緣至少有一個導(dǎo)柱直徑的厚度,或設(shè)在長邊離中心線的1/3處最為安全,綜合考慮本模具尺寸導(dǎo)柱設(shè)在模具邊緣,導(dǎo)柱采用等直徑不對稱的布置方式。導(dǎo)柱布置圖如下所示:九、側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計一般指的模具的行位機構(gòu),即凡是能夠獲得側(cè)向抽芯或側(cè)向分型以及復(fù)位動作來拖出產(chǎn)品倒扣,低陷等位置的機構(gòu)。下圖列出模具的常用行位結(jié)構(gòu)。從作用位置分為下模行位、上模行位、斜行位(斜頂) 從動力來分,為機動側(cè)向行位機構(gòu)和液壓(氣壓)側(cè)向行位機構(gòu)( 1 )滑塊設(shè)計不同的一點是,在滑塊與橫向連接及芯注射成型產(chǎn)品的尺寸精度和移動滑塊分為整體式和模塊化兩種可靠性的滑動件的設(shè)計。 45號鋼或滑動材料常用的T8 , T10等制造,要求上述HRC40的硬度。( 2 )滑道設(shè)計滑槽滑動和滑動導(dǎo)向部間隙配合,一般H8/f8 。用長度的滑塊大于寬度的1.5倍,并保持在與不超過導(dǎo)向三分之二的長度以下的長度滑槽滑動,滑槽材料通常為45鋼,調(diào)平時滑動滑塊回火至HRC 28 HRC32 ,(3) 滑塊定位裝置的設(shè)計由于我們使用了一下形式模線后,根據(jù)生產(chǎn)的實際情況,采用線位置壓板方式,主體作用的固定和引導(dǎo)。(4) 楔形塊設(shè)計楔角應(yīng)大于2 3 的傾斜角銷角度大。(5) 側(cè)面抽運結(jié)構(gòu)形成的核心機構(gòu)角桿和模具滑動,由于不同的安裝位置,不同結(jié)構(gòu)形式的抽芯機構(gòu)的組成。1)在固定模具錐柱,將上模具的結(jié)構(gòu)滑塊A,必須重視設(shè)計,滑塊不能發(fā)生與推桿“干擾”現(xiàn)象在模具復(fù)位過程。所謂干擾是指滑塊復(fù)位前復(fù)位活動導(dǎo)致推桿的輕擊棒芯和橫向碰撞,從而引起橫向核心活動或推桿損壞。B,若發(fā)生干擾,常用的附加設(shè)備之前,先復(fù)位彈簧復(fù)位,楔形滑塊首先復(fù)位之前,其他形式的復(fù)位鐘擺。2)在移動模具的角針,滑動在固定模具結(jié)構(gòu)3 )固定斜導(dǎo)柱和滑塊在同一模具4 )斜導(dǎo)柱和移動滑塊與模具9.1.1側(cè)抽芯機構(gòu) 彈簧側(cè)抽芯機構(gòu)是抽芯動作以彈簧的彈力作為抽拔力的側(cè)抽芯機構(gòu), 在小型模具中有應(yīng)用價值, 它的特點是制造成本低, 周期短, 既能滿足抽芯要求又不占據(jù)模具空間, 簡便易操作.抽芯距S型芯從成型位置到不妨礙塑件的脫模推出位置所移動的距離叫理論抽芯距,用S表示。為了安全起見,實際抽芯距離S通常比理論抽芯距離S大于13mm,即S = S+(13)mm本次設(shè)計中S=2mm,所以S 取6mm符合要求。 側(cè)抽芯機構(gòu)十、模具裝配圖工作原理A.家用插座板為底座,整個過程花了模及頂出。 B.經(jīng)過注塑機頂出模具打開一個直接作用在針板的結(jié)束,和噴射器驅(qū)動產(chǎn)品 C.注塑機柱塞回,彈簧和同時復(fù)位桿,頂針背面的位置,準(zhǔn)備進行下一次注塑模過程。參考文獻1 齊衛(wèi)東.簡明塑料模具設(shè)計手冊M.北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.2 彭建聲.簡明模具工實用技術(shù)手冊M.機械工業(yè)出版社,1993.3 唐志玉.模具設(shè)計師指南M.國防工業(yè)出版社,1999.4 塑料模設(shè)計手冊編寫組.塑料模設(shè)計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1994.5 賈潤禮,程志遠.實用注塑模設(shè)計手冊M.中國輕工業(yè)出版社,2000.6 廖念釗.互換性與技術(shù)測量M.中國計量出版社,1991.7 黃毅宏.模具制造工藝M.北京:機械工業(yè)出版社,1999.8 模具制造手冊編寫組.模具制造手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1996.9 lietal. Zhenjiang Univ SicAJ .2007,8(7):1077-1083.10 趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊M.上海科學(xué)技術(shù)出版社,1990.11 徐灝.機械設(shè)計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1991.12 馬長福.實用模具技術(shù)手冊M.上海:上??茖W(xué)技術(shù)文獻出版社,1998.13 章飛.陳國平.型腔模具與制造M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.14 黃毅宏.李明輝.模具制造工藝M.北京:機械工業(yè)出版社,1996.15 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計N.北京:機械工業(yè)出版社,1995.16 白桂恒.注塑模具流道及脫模系統(tǒng)知識庫與推理機的研究D.山東:山東大學(xué),200617 D. F. HEANEY, P. SURI, R. M. GERMAN. Defect-free sintering of two material powderinjection molded componentsC. Kluwer Academic Publishers,2003.18 Uffe Arlo Theilade , Hans Norgaard Hansen .Surface microstructure replication in injection moldingM.2007.Heat Treatment of Die and Mould Oriented Concurrent Design LI Xiong,ZHANG Hong-bing,RUAN Xueyu,LUO Zhong hua,ZHANG Yan Abstract: Many disadvantages exist in the traditional die design method which belongs to serial pattern. It is well known that heat treatment is highly important to the dies. A new idea of concurrent design for heat treatment process of die and mould was developed in order to overcome the existent shortcomings of heat treatment process. Heat treatment CAD/CAE was integrated with concurrent circumstance and the relevant model was built. These investigations can remarkably improve efficiency, reduce cost and ensure quality of R and D for products. Key words:die design; heat treatment; mould Traditional die and mould design,mainly by experience or semiexperience,is isolated from manufacturing process.Before the design is finalized,the scheme of die and mould is usually modified time and again,thus some disadvantages come into being,such as long development period,high cost and uncertain practical effect.Due to strong desires for precision,service life,development period and cost,modern die and mould should be designed and manufactured perfectly.Therefore more and more advanced technologies and innovations have been applied,for example,concurrent engineering,agile manufacturing virtual manufacturing,collaborative design,etc. Heat treatment of die and mould is as important as design,manufacture and assembly because it has a vital effect on manufacture,assembly and service lifeDesign and manufacture of die and mould have progressed rapidly,but heat treatment lagged seriously behind themAs die and mould industry develops,heat treatment must ensure die and mould there are good state of manufacture,assembly and wearresistant properties by request. Impertinent heat treatment can influence die and mould manufacturing such as overhard andsoft and assemblyTraditionally the heat 1 treatment process was made out according to the methods and properties brought forward by designerThis could make the designers of die and mould and heat treatment diverge from each other,for the designers of die and mould could not fully realize heat treatment process and materials properties,and contrarily the designers rarely understood the service environment and designing thought. These divergences will impact the progress of die and mould to a great extent. Accordingly,if the process design of heat treatment is considered in the early designing stage,the aims of shortening development period,reducing cost and stabilizing quality will be achieved and the sublimation of development pattern from serial to concurrent will be realized Concurrent engineering takes computer integration system as a carrier,at the very start subsequent each stage and factors have been considered such as manufacturing,heat treating,properties and so forth in order to avoid the errorThe concurrent pattern has dismissed the defect of serial pattern,which bring about a revolution against serial pattern In the present workthe heat treatment was integrated into the concurrent circumstance of the die and mould development,and the systemic and profound research was performed 1 Heat Treatment Under Concurrent Circumstance The concurrent pattern differs ultimately from the serial pattern(see Fig1).With regard to serial pattern,the designers mostly consider the structure and function of die and mould, yet hardly consider the consequent process,so that the former mistakes are easily spread backwards Meanwhile,the design department rarely communicates with the assembling,cost accounting and sales departmentsThese problems certainly will influence the development progress of die and mould and the market foreground Whereas in the concurrent pattern,the relations among departments are close, the related departments all take part in the development progress of die and mould and have close intercommunion with purchasersThis is propitious to elimination of the conflicts between departments,increase the efficiency and reduce the cost 2 Heat treatment process in the concurrent circumstance is made out not after blueprint and workpiece taken but during die and mould designingIn this way,it is favorable to optimizing the heat treatment process and making full use of the potential of the materials 2 Integration of Heat Treatment CADCAE for Die and Mould It can be seen from Fig2 that the process design and simulation of heat treatment are the core of integration frameAfter information input via product design module and heat treatment process generated via heat treatment CAD and heat treatment CAE module will automatically divide the mesh for parts drawing,simulation temperature field microstructure analysis after heattreatment and the defect of possible emerging (such as overheat,over burning),and then the heat treatment process is judged if the optimization is made according to the result reappeared by stereoscopic vision technologyMoreover tool and clamping apparatus CAD and CAM are integrated into this system 3 The concurrent engineering based integration frame can share information with other branchThat makes for optimizing the heat treatment process and ensuring the process sound 2.1 3-D model and stereoscopic vision technology for heat treatment The problems about materials,structure and size for die and mould can be discovered as soon as possible by 3-D model for heat treatment based on the shape of die and mould Modeling heating condition and phase transformation condition for die and mould during heat treatment are workable,because it has been broken through for the calculation of phase transformation thermodynamics,phase transformation kinetics,phase stress,thermal stress,heat transfer,hydrokinetics etcFor example,3- D heatconducting algorithm models for local heating complicated impression and asymmetric die and mould,and M ARC software models for microstructure transformation was usedComputer can present the informations of temperature, microstructure and stress at arbitrary time and display the entire transformation procedure in the form of 3-D by coupling temperature field,microstructure field and stress fieldIf the property can be coupled,various partial properties can be predicted by computer 2.2 Heat treatment process design 4 Due to the special requests for strength,hardness , surface roughness and distortion during heat treatment for die and mould,the parameters including quenching medium type,quenching temperature and tempering temperature and time,must be properly selected,and whether using surface quenching or chemical heat treatment the parameters must be rightly determinedIt is difficult to determine the parameters by computer fully Since computer technology develops quickly in recent decades,the difficulty with largescale calculation has been overcomeBy simulating and weighing the property,the cost and the required period after heat treatmentit is not difficult to optimize the heat treatment process 2.3 Data base for heat treatment A heat treatment database is described in Fig3The database is the foundation of making out heat treatment processGenerally ,heat treatment database is divided into materials database and process databaseIt is an inexorable trend to predict the property by materials and processAlthough it is difficult to establish a property database,it is necessary to establish the database by a series of testsThe materials database includes steel grades,chemical compositions,properties and home and abroad grades parallel tables The process database includes heat treatment criterions,classes,heat preservation time and cooling velocityBased on the database,heat treatment process can be created by inferring from rules 5 2.4 Tool and equipment for heat treatment After heat treatment process is determined,tool and equipment CADCAE system transfers the information about design and manufacture to the numerical control deviceThrough rapid tooling prototype,the reliability of tool and the clamping apparatus can be judged The whole procedure is transferred by network,in which there is no manmade interference 3 Key Technique 3.1 Coupling of temperature,microstructure,stress and property Heat treatment procedure is a procedure of temperature-microstructurestress interactionThe three factors can all influence the property (see Fig4) During heating and cooling, hot stress and transformation will come into being when microstructure changes.Transformation temperature-microstructure and temperaturemicrostructure and stress-property interact on each otherResearch on the interaction of the four factors has been greatly developed,but the universal mathematic model has not been builtMany models fit the test nicely, but they cannot be put into practiceDifficulties with most of models are solved in analytic solution,and numerical method is employed so that the inaccuracy of calculation exists Even so,comparing experience method with qualitative analysis,heat treatment simulation by computer makes great progress 6 3.2 Establishment and integration of models The development procedure for die and mould involves design,manufacture,heat treatment,assembly,maintenance and so onThey should have own database and mode1They are in series with each other by the entityrelation modelThrough establishing and employing dynamic inference mechanism ,the aim of optimizing design can be achievedThe relation between product model and other models was builtThe product model will change in case the cell model changesIn fact,it belongs to the relation of data with die and mouldAfter heat treatment model is integrated into the system,it is no more an isolated unit but a member which is close to other models in the systemAfter searching,calculating and reasoning from the heat treatment database,procedure for heat treatment,which is restricted by geometric model,manufacture model for die and mould and by cost and property,is obtainedIf the restriction is disobeyed, the system will send out the interpretative warning All design cells are connected by communication network 3.3 Management and harmony among members The complexity of die and mould requires closely cooperating among item groupsBecause each member is short of global consideration for die and mould development, they need to be managed and harmonizedFirstly,each item group should define its own control condition and resource requested,and learn of the request of up-and- down working procedure in order to avoid conflict Secondly,development plan should be made out and monitor mechanism should be establishedThe obstruction can be duly excluded in case the development is hindered Agile management and harmony redound to communicating information, increasing efficiency,and reducing redundancyMeanwhile it is beneficial for exciting creativity,clearing conflict and making the best of resource 4 Conclusions 7 (1) Heat treatment CADCAE has been integrated into concurrent design for die and mould and heat treatment is graphed,which can increase efficiency,easily discover problems and clear conflicts (2) Die and mould development is performed on the same platformWhen the heat treatment process is made out,designers can obtain correlative information and transfer self-information to other design departments on the platform (3) Making out correct development schedule and 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EngineeringJJournal of Iron and Steel Research,2002,14(4) : 2629 文獻出處: LI Xiong,ZHANG Hong-bing,RUAN Xueyu,LUO Zhonghua,ZHANG Yan. Heat Treatment of Die and Mould Oriented Concurrent DesignJ. Journal of Iron and Steel Research,2006,13(1) :40- 43,74 8 譯文 模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計 李雄,張鴻冰,阮雪榆,羅中華,張艷 摘要: 在一系列方式中,傳統(tǒng)模具設(shè)計方法存在許多缺點。眾所周知,熱處理對 模具起著非常重要的作用。為了克服模具熱處理工藝存在的缺點,一種新的 模具熱處理工藝并行設(shè)計方法已經(jīng)被開發(fā)出來了。熱處理 CAD/CAE 技術(shù)是集 成了并行環(huán)境和有關(guān)模型而建立的。這些調(diào)查研究可以顯著提高效率,降低 成本,并保證產(chǎn)品質(zhì)量達到 R 和 D 級。 關(guān)鍵詞:模具設(shè)計;熱處理;模具 傳統(tǒng)模具設(shè)計主要是依照自身實踐經(jīng)驗或依照部分實踐經(jīng)驗,而不是制造工藝。 在設(shè)計完成之前,模具方案通常要被一次又一次的改進,于是有些缺點便出現(xiàn),例 9 如開發(fā)時期長,成本高和實際效果不明顯。由于對精確性、使用壽命、開發(fā)期和費 用的嚴(yán)格要求,先進的模具要求設(shè)計和制造得十分完善。因此越來越先進的技術(shù)和 創(chuàng)新方法被應(yīng)用其中,例如并行工程、敏捷制造業(yè)、虛擬制造業(yè)、協(xié)同合作設(shè)計等。 模具的熱處理與模具設(shè)計,制造和裝配同樣重要。因為它對模具的制造裝配和 使用壽命又及其重要的影響。模具設(shè)計與制造發(fā)展十分迅速,但是熱處理發(fā)展卻嚴(yán) 重滯后它們。隨著模具工業(yè)的發(fā)展,熱處理必須保證模具有良好的制造裝配和磨損 耐熱性能。不切實際的熱處理將導(dǎo)致模具材料過硬或過軟,同時影響模具裝配性能。 傳統(tǒng)的熱處理工藝是按照設(shè)計師提出的方法和特性制作出來的。這樣會使模具設(shè)計 師和熱處理工藝師意見產(chǎn)生分歧,而模具設(shè)計師卻不能充分地了解熱處理工藝和材 料的性能,相反熱處理工藝師卻很少了解模具的使用環(huán)境和設(shè)計思路。這些分歧將 在很大程度上影響模具的發(fā)展。因此,如果把熱處理工藝設(shè)計放在設(shè)計階段之前, 則縮短開發(fā)周期,減少花費和保證質(zhì)量等目標(biāo)將會被考慮,而且從串行到并行的發(fā) 展模式也將會實現(xiàn)。 并行工程是以計算機集成系統(tǒng)作為載體,在開始以后,每個階段和因素都被看 作如制造、熱處理、性能等等,以避免出現(xiàn)錯誤。并行模式已經(jīng)摒除了串行模式的 缺陷,由此帶來了一場對串行模式的革命。 在當(dāng)前的工作中,熱處理被集成到了模具開發(fā)的并行環(huán)境中,同時也正在進行 這種系統(tǒng)性和深入性的研究。 1.熱處理下的并行環(huán)境 并行模式與串行模式存在根本的不同(見圖 1) 。對于串行模式,設(shè)計者大多考 慮的是模具的結(jié)構(gòu)與功能,但很難考慮相關(guān)的工藝,以致前者的錯誤很容易蔓延到 后面。與此同時,設(shè)計本門很少與裝配,預(yù)算會計和銷售部門溝通。這些問題當(dāng)然 會影響模具的開發(fā)進度和市場前景。然而在并行模式中,不但以上部門關(guān)系聯(lián)系密 切,所有參加模具開發(fā)的部門都與買家有密切的交流。這有助于協(xié)調(diào)各部門消除矛 盾,提高工作效率,同時降低成本。 (a) 10 (b) (a)串行模式 (b)并行模式 圖 1.基于摸具開發(fā)的串行工程與并行工程系統(tǒng)框架示意圖 并行環(huán)境下的熱處理工藝不是在方案和工件確定以后,而是在模具設(shè)計的時候 制定出來的。這樣的話,將有利于優(yōu)化熱處理工藝,充分利用材料。 2.模具熱處理 CAD/CAE 一體化 從圖 2 中可以看出,熱處理工藝的設(shè)計與模擬是一體化模式的核心。在信息輸 入產(chǎn)品模塊中后,經(jīng)熱處理工藝過程產(chǎn)生的熱處理 CAD 和熱處理 CAE 模塊將對于 零件圖,熱處理以后模擬溫度場的微觀結(jié)構(gòu)分析和可能出現(xiàn)的缺陷(例如過熱,燒 傷)自動劃分網(wǎng)絡(luò),如果優(yōu)化是根據(jù)立體視覺技術(shù)的結(jié)果重新出現(xiàn),則這項熱處理 工藝已經(jīng)被審核。而且工具與夾具的 CAD 和 CAE 也集成于這種系統(tǒng)中 。 11 圖 2.并行工程熱處理 CAD/CAE 一體化系統(tǒng)框架示意圖 以并行工程為基礎(chǔ)的集成模式可以與其它類似模式共享信息。這樣使熱處理工 藝得到優(yōu)化,并確保改工藝準(zhǔn)確。 2.1 采用三維模型和立體視覺技術(shù)的熱處理 在形成模具的基礎(chǔ)上,材料,結(jié)構(gòu)和尺寸的問題能通過熱處理三維模型盡快發(fā) 現(xiàn)出來。在熱處理過程中,模具加熱條件和相變條件是切合實際的,因為通過計算 相變熱力、相變動力、相應(yīng)力、熱應(yīng)力、傳熱速度、流體動力等已經(jīng)取得重要突破。 例如,能進行局部復(fù)雜表面和不對稱模具的三維熱傳導(dǎo)模型計算,和能進行微觀結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)變的 MARC 軟件模型。計算機能夠在任何時間提交溫度,微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的信 息,并通過連接溫度場微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域和力場來顯示三維形式的全部改變過程。如果 再加上這種特性,則各部分性能都能通過計算機預(yù)見。 2.2 熱處理工藝設(shè)計 由于對強度和硬度,表面粗糙度和模具熱處理變形的特殊要求,淬火介質(zhì)的種 類、淬火溫度、回火溫度和時間等參數(shù)特性必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪x擇,以及是否使用表 面淬火或化學(xué)熱處理,這種特性必須準(zhǔn)確的制定下來。自從計算機技術(shù)在最近幾十 年迅速的發(fā)展,難以進行大型計算已經(jīng)成為過去。通過模擬和仔細考慮熱處理特性, 熱處理后的成本和所須時間,這些都并不難優(yōu)化熱處理工藝。 2.3 熱處理數(shù)據(jù)庫 熱處理數(shù)據(jù)庫在圖 3 中描述。數(shù)據(jù)庫是制定熱處理工藝的基礎(chǔ)。一般來說,熱 處理數(shù)據(jù)庫分為材料數(shù)據(jù)庫和工藝數(shù)據(jù)庫。通過材料和工藝來預(yù)測特性已成為一種 必然的趨勢。盡管很難建立一個特性數(shù)據(jù)庫,但通過一系列的測試來建立數(shù)據(jù)庫是 必要的。材料數(shù)據(jù)庫包括材料牌號、化學(xué)成分、性能和國內(nèi)外同級別目錄表。工藝 12 數(shù)據(jù)庫包括熱處理標(biāo)準(zhǔn)、種類、保溫時間和冷卻溫度?;跀?shù)據(jù)庫,熱處理工藝可 以通過推理規(guī)則創(chuàng)造出來 。 圖 3.熱處理數(shù)據(jù)庫 2.4 熱處理工具和設(shè)備 在熱處理工藝確定以后,工具及設(shè)備 CAD/CAE 系統(tǒng)傳送設(shè)計和制造的數(shù)值信 息來控制裝置。通過快速模具成型,可靠的工具和夾具都能被確定。整個程序通過 網(wǎng)絡(luò)傳送,不存在任何人為干擾。 3.關(guān)鍵技術(shù) 3.1 溫度,微觀結(jié)構(gòu),應(yīng)力和特性的聯(lián)系 熱處理程序是一個溫度,微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力互相作用的程序。三方面都能影響材 料特性(見圖 4) 。在加熱和冷卻期間,當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時熱應(yīng)力和相變遲早會出現(xiàn)。 微觀結(jié)構(gòu)溫度相變和溫度微觀結(jié)構(gòu)應(yīng)力特性相互影響。對相互作用的四個因素 的調(diào)查已經(jīng)取得很大的發(fā)展,但普通的數(shù)學(xué)模型還沒有建立。許多模型能很好的滿 足測試結(jié)果,但不能投入到實踐當(dāng)中。大部分模型的難點是用分析的方法處理的, 同時數(shù)值方法也運用了,導(dǎo)致存在不準(zhǔn)確的計算 。 13 圖 4.熱處理工藝圖解 即使如此,把經(jīng)驗方法與定性分析相比較,通過計算機來進行熱處理模擬取得 了很大的進展。 3.2 模型的建立和融合 在模具的開發(fā)過程中,涉及到設(shè)計、制造、熱處理、裝配、維修等。它們應(yīng)該 有自己的數(shù)據(jù)庫和模型。它們通過事物的內(nèi)在聯(lián)系建立模型,互相串聯(lián)起來,盡管 建立和運用動態(tài)推理機制,但其目的在于完成優(yōu)化設(shè)計。產(chǎn)品模型和其它模型的聯(lián) 系已被建立。如果細小組織模型發(fā)生改變,則產(chǎn)品模型也將改變。事實上,它屬于 數(shù)據(jù)庫與模具之間的聯(lián)系。當(dāng)熱處理模型集成到系統(tǒng)以后,它已不再是一個孤立的 單位,而是一個部分,同時在系統(tǒng)中接近其它模型。在搜查后,熱處理數(shù)據(jù)庫的計 算和推理能力,熱處理程序都被幾何模型,模具制造模型和預(yù)算所限制,這是通行 的。如果這種限制不服從,系統(tǒng)會發(fā)出解釋性的警告。 所用設(shè)計的細小組織都是通過互連網(wǎng)連接的。 3.3 各部分之間的管理和協(xié)調(diào) 復(fù)雜的模具需要其中各項目組之間密切合作。因為考慮到模具的開發(fā),各部分 都存在缺點,它必須得到管理和協(xié)調(diào)。首先,各項目組應(yīng)該確定其本身的控制條件 和資源要求,同時了解不同環(huán)境下的工作程序,以避免發(fā)生沖突。其次,要提出開 發(fā)計劃和建立監(jiān)控機制。如果開發(fā)受到限制則可逐步排除。 敏捷管理和協(xié)調(diào)有助于交流信息,提高效率和減少材料。同時這有利于激發(fā)人 的創(chuàng)造力,消除阻礙和制定出最好的方法。 4.總結(jié) 熱處理 CAD/CAE 技術(shù)已被集成到模具并行設(shè)計中去,同時熱處理已被制成 圖表,這有利于提高效率,較易發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。 模型的開發(fā)已在同一個平臺運行。在這個平臺中,當(dāng)熱處理工藝制定出來后, 設(shè)計人員可獲得相關(guān)信息和轉(zhuǎn)讓部分信息到其它設(shè)計部門。 制定出正確的開發(fā)計劃并按時調(diào)整可以極大縮短開發(fā)周期和降低成本。 文獻出處: 李雄,張鴻冰,阮雪榆,羅中華,張艷.模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計J. 鋼鐵研究學(xué)報英文 14 版,2006,13(1):40-43,74
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