筆筒模流分析畢業(yè)設計.docx

宜賓職業(yè)技術學院畢業(yè)設計題目：蝶形筆筒模流分析及優(yōu)化系 部 現(xiàn)代制造工程系 專 業(yè) 名 稱 模具設計與制造 班 級 模具 11402 班 姓 名 黃 俊 平 指 導 教 師 劉 咸 超 2016年10月10日宜賓職業(yè)技術學院畢業(yè)論文(設計)選題報告姓名黃俊平性別男學號201220007系部現(xiàn)代制造工程系專業(yè)模具設計與制造畢業(yè)設計題目蝶形筆筒模流分析及優(yōu)化課題來源社會實踐課題類別設計開發(fā)選做本課題的原因及條件分析：原因：這個題目能夠將所學的專業(yè)基礎課：如機械制造基礎、機械制圖、機械設計基礎，專業(yè)課如數(shù)控機床、數(shù)控編程、CAD/CAM、沖壓模具等方面知識綜合運用。條件：學校圖書館、實驗室等,進行模具的設計和UG造型等。因此，我申請此課題，望指導老師及系領導批準。內(nèi)容和要求：對“蝶”型筆筒進行加工工藝分析。通過查閱文獻資料，分析確定工藝分析內(nèi)容，并完成：對“蝶”型筆筒進行模流分析、設計優(yōu)化方案、確定模具類型、撰寫畢業(yè)設計說明書等。1、利用華塑CAE軟件對模具進行模流分析；2、根據(jù)模流分析設計出2至3套優(yōu)化方案，選最優(yōu)方案；3、根據(jù)優(yōu)化方案，修改零件的基本模型，以及確定基本的注塑模具結構；4、獨立撰寫畢業(yè)設計說明書，要求思路清晰、論述充分、語句通順、格式圖表編排規(guī)范，字數(shù)不少于8000字。指導教師意見： 簽名：年 月 日系部畢業(yè)論文（設計）領導小組意見：（簽章） 年 月 日蝶形筆筒模流分析及優(yōu)化摘 要塑料模具在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。不論是工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活，塑料制品都得到了廣泛的應用。而注射模具則是一種非常重要而高效的塑料生產(chǎn)工藝裝備，在現(xiàn)代化生產(chǎn)的各個領域發(fā)揮著重要的作用。注射模具的設計充分利體現(xiàn)了時代性與進步性，且生產(chǎn)效率提高，經(jīng)濟效益顯著。圍繞筆筒進行成型CAE分析。其主要內(nèi)容包括：針對制品的結構特點，確定模具的型腔數(shù)目、分型面以及脫模機構。選擇合理的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。分析并設計注塑工藝，制定合理的注塑工藝流程，正確選用注塑設備。 關鍵詞: 筆筒；注塑模具；模流分析 II 目 錄畢業(yè)論文(設計)選題報告I1 緒論11.1模具在加工工業(yè)中的地位11.2模具的發(fā)展趨勢11.3我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.4我國模具水平與先進水平比較主要的差距32 塑件的分析42.1塑件圖42.2塑件結構工藝分析52.3塑件的尺寸精度52.3.1尺寸精度的選擇52.3.2尺寸精度的組成及影響因素62.4塑件的表面質量62.5壁厚分析62.7原材料的選擇72.6塑件的具體應用.72.8 ABS材料82.8.1 ABS塑料的現(xiàn)狀和前景82.8.2 ABS塑料注塑工藝分析82.9成型方法103 塑件的分析123.1塑件圖123.2塑件的尺寸精度123.2.1 尺寸精度的選擇123.2.2尺寸精度的組成及影響因素133.3塑件的表面質量133.4壁厚分析133.5塑件結構工藝分析143.6注射工藝的選擇143.7 ABS塑料143.8成型方法154 成型設備的選用及模架的選擇174.1計算總的體積174.2計算總的質量174.3塑件注塑成型工藝參數(shù)184.4模架的選擇194.4.1模架的概述194.4.2模架的分類194.4.3模架的確定195 CAE模流分析215.1 建立網(wǎng)格.stl文件215.2 CAE分析235.2.1添加分析方案235.2.2制品圖形245.2.3充模設計255.2.4冷卻設計285.2.5開始分析325.2.6分析結果335.3分析及優(yōu)化345.3.1方案一345.3.2方案二385.3.3應力翹曲優(yōu)化方案425.3.3.1方案一425.3.3.2方案二445.3.3.3結論46總 結47致 謝48參考文獻49IV1 緒論1.1模具在加工工業(yè)中的地位模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。Proe網(wǎng) ugpr對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結構合理、制造容易、成本低廉。模具網(wǎng) ugproe.c模具影響著制品的質量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的 物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結構對操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結構合理而簡單的模具，以降低成本。中國模具視頻網(wǎng)現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計 起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展。UG網(wǎng)，首選 1.2 模具的發(fā)展趨勢近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。從模具設計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面： (1)加深理論研究 在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經(jīng)有經(jīng)驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量都得到很大的提高。 (2)高效率、自動化 大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)率，降低成本起了很大的作用。(3)大型、超小型及高精度 由于產(chǎn)品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。(4)革新模具制造工藝 在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。(5)標準化 開展標準化工作，不僅大大提高了生產(chǎn)模具的效率，而且改善了質量，降低了成本。1.3 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。(1)注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。(2)加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。(3)推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。(4)重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。1.4 我國模具水平與先進水平比較主要的差距目前我國模具總量雖然已達到相當?shù)囊?guī)?？梢哉f是一個模具制造大國，但由于模具制造水平還與先進工業(yè)化國家存在較大的差距，所以說不是一個模具制造強國，我們的制造水平比美、日、法、意落后許多也要比加拿大、英國、西班牙、韓國、新加坡等國落后，主要表現(xiàn)在制作模具理念上落后、還有企業(yè)管理落后、機制落后、模具企業(yè)使用裝備落后。模具企業(yè)使用的很多都是世界上較低檔的臺灣數(shù)控加工機床，設備都是10-20年前引進的，軟件使用的型號也比較落后，生產(chǎn)的低檔模具多，勞動生產(chǎn)率低。2 塑件的分析2.1 塑件圖 圖2-1 塑件三視圖圖2-2 塑件三維圖2.2 塑件結構工藝分析（1）從圖紙上分析，該塑件的整體外形為橢圓形結構，壁厚均勻，且符合最小最后壁厚要求；無尖角，均采用圓角過渡，有利于提高塑件的強度和剛度。（2）塑件的型腔較大。（3）為了便于脫模，塑件的脫模斜度可取3。（4）塑件內(nèi)沒有金屬嵌件、沒有螺紋等，易于成型。2.3塑件的尺寸精度2.3.1 尺寸精度的選擇塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般的家庭用品，所以尺寸精度為一般精度即可，但是保證煲身和底座的閉合，在分型面的尺寸精度要求要高一些，對其要有公差配合要求，應選高精度。根據(jù)精度等級選用表，ABS的高精度為2級，一般精度為3級。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在范圍6080mm內(nèi)，MT3B級的公差數(shù)值為0.66mm。2.3.2尺寸精度的組成及影響因素 （1）制品誤差構成=s+z+c+a+j （2-1）式中: 制件總的成型誤差 s塑件收縮率波動引起的誤差z模具成型部件的制造誤差 a模具成型部件的安裝誤差c模具成型零件的表面磨損 j模具活動成型部件的配合間隙變化引起的誤差 （2）影響尺寸精度的因素模具-模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。塑料材料-主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。成型工藝-成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。2.4塑件的表面質量表面質量是一個相當大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理力學性質兩方面的技術指標，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表面缺陷是其特有的質量指標，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高處一個等級?？紤]到筆筒的要求一般，查得ABS拋光后順紋路方向表面粗糙度為0.1微米，在注射模具設計與制造38頁查到表面粗糙度為0.8微米。2.5壁厚分析塑件的壁厚對塑件質量有很大的影響。壁厚過小成形流動阻力大，大型復雜塑件就難以充滿型腔。壁厚過大，不但造成原料的浪費，而且對熱固定性來說增加了模壓成形時間，并易造成固化不完全，對熱塑性塑料則增加了冷卻時間，降低了生產(chǎn)率，另外也影響了產(chǎn)品質量，如生產(chǎn)氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。查表得到壁厚為0.75mm，最終選取壁厚2.5mm。表2-1 熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚（mm）塑料種類 制件流程50mm最小壁厚一般制件壁厚大型制件壁厚聚酰胺（PA）0.451.752.62.43.2聚苯乙烯（PS)0.752.252.603.25.4改性聚苯乙烯（ABS)0.752.292.603.25.4有機玻璃（PMMA)0.802.502.804.06.5聚甲醛（POM)0.802.402.603.25.4聚丙烯（PP)0.852.452.752.43.2聚碳酸酯（PC）0.952.602.803.25.8聚苯醚（PPO）1.202.753.103.56.4聚乙烯(PE)0.62.252.602.43.22.6 塑件的具體應用筆筒為外觀件，要求零件表面平整光滑，無皺折、裂紋等缺陷。加工難度較小。其他方面沒有特殊要求。主要保證加工工藝的需要。2.7原材料的選擇塑料品種特點使用溫度化學穩(wěn)定性性能特點成型特點主要用途聚苯乙烯無色、透明、有光澤、無毒無味3080較好，對氧化劑笨、四氯化碳、酮、酯等抵抗性較差透明性好，電性能好，抗彎強度高，但耐磨差，質脆，抗沖擊強度差成型性能好，成型前可不干燥，但注射時應防止逸料，制件易產(chǎn)生內(nèi)應力，易開裂裝飾制品、儀表殼、燈罩、絕緣零件、泡沫塑料、日用品等ABS無毒、無味，呈微黃色或白色不透明粒料70較好尺寸穩(wěn)定性較好，良好的介電性能，耐熱性不高，耐氣候性差易吸水，成型前要進行干燥處理儀表殼、儀表盤、紡織器材、玩具、加熱器、家具等經(jīng)過對比和對制件自身的一系列要求，我們選擇ABS材料。2.8 ABS材料2.8.1 ABS塑料的現(xiàn)狀和前景ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，中國是世界最大的ABS消費國，自20世紀80年代以來，由于家用電器和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展ABS消費量也迅速增長。中國國產(chǎn)ABS的市場占有率一直在10%左右，2002年最高才占21.76%，產(chǎn)量的增長遠遠不能滿足消費的增長。進口ABS逐年增長，2002年進口量又創(chuàng)歷史新高達到163.76萬噸。為了滿足國內(nèi)市場對ABS需求的增長，國內(nèi)現(xiàn)有裝置將繼續(xù)擴能。中國ABS消費結構的特點是高度集中在各種家電配件上，其比例占80%左右，玩具等輕工業(yè)領域也消費ABS較多，交通工業(yè)是ABS未來消費新增長點，前景較樂觀，汽車工業(yè)的迅速崛起，將給ABS的發(fā)展帶來新的發(fā)展機遇。目前，中國ABS產(chǎn)業(yè)所需的三種主要原料均存在不同程度的缺口，每年需要大量進口，嚴重制約了ABS行業(yè)的發(fā)展。隨著我國大乙烯工業(yè)的發(fā)展，原料問題將得到一定的緩解。從下游需求來看，由于ABS下游制品直接與人們生活，企業(yè)，生產(chǎn)息息相關，所以宏觀經(jīng)濟對ABS的需求影響較大。目前中國經(jīng)濟發(fā)展迅速，近期內(nèi)仍將是中國經(jīng)濟的高增長期，因此中國市場自行消化ABS的能了將繼續(xù)快速增長。而與此同時隨著中國作為世界家電制造基地的地位進一步加強，從世界各地轉移而來的ABS需求也將明顯增加。2.8.2 ABS塑料注塑工藝分析ABS塑料由于具有較大的機械強度和良好的綜合性能，在電子工業(yè)、機械工業(yè)、交通運輸、建筑材料、玩具制造等工業(yè)中占有重要地位，特別是稍微大點的箱體結構以及受力元件，需要電鍍的裝飾件更是離不開這種塑料。這里對ABS塑料注塑工藝分析如下：（1）ABS塑料的干燥ABS塑料的吸濕性和對水分的敏感性較大，在加工前進行充分的干燥預熱，不但能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲，而且還有助于塑料的塑化，減少制件表面的色斑和云紋。ABS原料要控制水分在0.3%以下，注塑前的干燥條件是：干冬季節(jié)在75-80以下，干燥2-3h，夏季雨水天在80-90以下，干燥4-8小時如制件要達到特別良好的光澤或制件本身復雜，干燥時間更長，達8-16h。因微量水汽的存在導致制件表面霧斑是往往被忽略的一個問題。最好將機臺的料斗改裝成熱風料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮，但這種料斗要加強濕度監(jiān)控，在生產(chǎn)偶然中斷時，防止料的過熱。（2）注射溫度ABS塑料的溫度與熔融粘度的關系有別于其他無定型塑料。在融化過程溫度升高時，其熔融實際上降低很小，但一旦達到塑化溫度。（適宜加工的溫度范圍）如果繼續(xù)盲目升溫必將導致耐熱性不太高的ABS的熱降解反應而使熔融粘度增大，注塑更困難，塑件的機械性能也下降了。所以ABS的注塑溫度雖然比聚苯乙烯等塑料的更要高，但不能像后者那樣有較寬松的升溫范圍。某些溫控不良的注塑機，當生產(chǎn)ABS制件到一定數(shù)量時往往或多或少地在制件上發(fā)現(xiàn)嵌有黃色或褐色的焦化粒，而且很難利用加新料對空注射等方法將其清除排出。究其原因，是ABS塑料含有丁二烯成分，當某塑料顆粒在較高的溫度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易沖刷的表面上，受到長時間的高溫作用時，將造成降解和碳化。既然偏高溫操作對ABS可能帶來問題，故有必要對料通各段爐溫進行限制。當然，不同類型和構成的ABS的適用爐溫也不同。如柱塞式績，爐溫維持在180-230；螺桿機，爐溫維持在160-220。特別值得提出的是，由于ABS的加工溫度較高，對各種工藝因素的變化是敏感的。所以料筒前端和噴嘴部分的溫度控制十分重要。實踐證明，這兩部分的任何微小變化都將在制件上反映出來。溫度變化越大將會帶來熔接縫、光澤不佳、飛邊、粘模、變色等缺陷。（3）注射壓力ABS熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，所以注射時采用較高的注射壓力。當然并非所有的ABS制件都要施加高壓，對小型、構造簡單、厚度大的制件可以用較低的注射壓力。注射過程中，澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小往往決定了制件的表面質量及銀絲狀缺陷的程度。壓力鍋小，塑料收縮率大，與型腔表面脫離接觸的機會較大，制件表面霧化。壓力過大，塑料與型腔表面摩擦作用強烈，容易造成粘模。（4）注射速度ABS料采用中等注射速度效果較好。當注射速度過快時，塑料易燃焦或分解析出氣化物，從而在制件上出現(xiàn)熔接縫、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。但在生產(chǎn)薄壁及復雜制件時，還是要保證有足夠高的注射速度，否則難以充滿。（5）模具溫度ABS的成型溫度相對較高，模具溫度也較高。一般調節(jié)模溫為75-85，當生產(chǎn)具有較大投影面積制件時，定模溫度要求70-80，動定模溫度要求50-60。在注射較大的、構型復雜的、薄壁的制件時，應考慮專門對模具加熱。為了縮短生產(chǎn)周期，維持模具溫度的穩(wěn)定，在制件取出后可采用冷水浴、熱水浴或其他機械定型法來補償原來在型腔內(nèi)冷固定型的時間。（6）料量控制一般注塑機注ABS塑料時，其每次注射量僅達標準注射量的75%，為了提高制件質量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤，色調的均勻，要求注射量為標定注射量的50%為宜。本設計綜合ABS的性能和現(xiàn)狀及將來的發(fā)展方向，考慮到ABS的成型工藝將通過查閱各方面資料設計出一套制造方便、結構合理的模具。表2-3 ABS注射成型工藝參數(shù)工藝參數(shù)規(guī)格工藝參數(shù)規(guī)格預熱和干燥溫度t6075成型時間/s注射時間1545時間2保壓時間23料筒溫度t/后段140160冷卻時間1560中段150180總周期40120前段170220螺桿轉速n/(r.min-1)48噴嘴溫度t/190后處理方法紅外線燈模具溫度t/3065溫度t/鼓風烘箱7080注射壓力p/Mpa100160時間/h242.9成型方法方案一：壓縮模塑 壓縮模塑的特點是塑料直接加入型腔內(nèi)，利用壓力機的壓力通過凸模直接傳遞給塑料，模具在塑料最終成型時才能完全閉合。其優(yōu)點是沒有澆注系統(tǒng)，料耗少，使用的設備為一般的壓力機，塑件形狀簡單，模具結構比較簡單，可以壓制較大平面的塑件或利用多型腔模，一次壓制多個塑件塑件，壓制時，由于塑料在型腔內(nèi)受壓成型，所以有利于模壓成型流動性較差的以纖維為填料的塑料，而且塑件收縮性較小，變形小，各項性能比較均勻。缺點是生產(chǎn)周期長、效率低，不宜壓制形狀復雜、壁厚較大的塑件；不容易獲得尺寸精度尤其是高精度的塑件，而且不能壓制帶有精細和易斷嵌件的塑件。方案二：壓注模塑 壓注模塑的成型特點是模具在塑料開始成型以前就已完全閉合，塑料的加熱熔融是在加料腔內(nèi)進行，壓力機在成型開始時只施壓于加料腔內(nèi)的塑料，使之通過澆注系統(tǒng)而快速射入型腔，當塑料完全充滿型腔后，型腔內(nèi)與加料腔中的壓力趨于平衡。優(yōu)點是模塑深孔及其它復雜形狀的塑件，也可以模塑帶有精細或易碎嵌件的塑件。塑件飛邊較小，尺寸準確，性能均勻，質量較高，模具的磨損較小。缺點是模具制造成本比壓縮模高，成型壓力比壓縮模大，操作也比較復雜，會在塑件中引起纖維定向分布，從而導致塑件性能各向異性。方案三：注射模塑 注射模塑的成型原理是將顆?；蚍蹱钏芰蠌淖⑸錂C的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔化呈流動狀態(tài)后，在螺桿或柱塞式注射機的推動下，熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前端的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔中，充滿型腔的熔料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模，分型獲得成型塑件，這樣在操作上完成一個成型周期，以后不斷的重復上述周期的生產(chǎn)過程。優(yōu)點是成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度高、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件，對各種塑料的適應性強，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)全自動化等。缺點是注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及小批量的塑件生產(chǎn)。綜上所述，該塑件形狀結構簡單，尺寸精度為一般精度MT3，表面粗糙度要求相對較高，沒有金屬嵌件螺紋等，用于生產(chǎn)實踐，屬于大批量生產(chǎn)，再考慮生產(chǎn)效率，并根據(jù)壓縮模塑、壓注模塑、注射模塑等成型工藝的特點，該塑件應該選擇注射模塑成型。3 塑件的分析3.1塑件圖圖3-1 塑件三維圖3.2塑件的尺寸精度3.2.1 尺寸精度的選擇塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般的家庭用品，所以尺寸精度為一般精度即可，但是保證煲身和底座的閉合，在分型面的尺寸精度要求要高一些，對其要有公差配合要求，應選高精度。根據(jù)精度等級選用表，ABS的高精度為2級，一般精度為3級。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在范圍120500mm內(nèi)，MT2B級的公差數(shù)值為0.68mm，MT3B級的公差數(shù)值為1.0mm。3.2.2尺寸精度的組成及影響因素(1)制品誤差構成=s+z+c+a+j （3-1）式中：制件總的成型誤差；s塑件收縮率波動引起的誤差；z模具成型部件的制造誤差 ；a模具成型部件的安裝誤差；c模具成型零件的表面磨損 ；j模具活動成型部件的配合間隙變化引起的誤差。(2)影響尺寸精度的因素模具-模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。2）塑料材料-主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。3）成型工藝-成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。3.3塑件的表面質量表面質量是一個相當大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學性質兩方面的技術指標，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表面缺陷是其特有的質量指標，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高處一個等級?？紤]到紐扣表面質量相對于其內(nèi)部表面質量要求高，因此該塑件要求對型腔拋光，對粗糙度的要求一般，查得ABS拋光后順紋路方向表面粗糙度為0.1微米，在注塑模具設計與制造38頁查到表面粗糙度為0.8微米。3.4壁厚分析 塑件的壁厚對塑件質量有很大的影響。壁厚過小成形流動阻力大，大型復雜塑件就難以充滿型腔。壁厚過大，不但造成原料的浪費，而且對熱固定性來說增加了模壓成形時間，并易造成固化不完全，對熱塑性塑料則增加了冷卻時間，降低了生產(chǎn)率，另外也影響了產(chǎn)品質量，如生產(chǎn)氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。查表3-1得到壁厚為2.5mm。表3-1 熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚（mm）塑料種類 制件流程50mm最小壁厚一般制件壁厚大型制件壁厚聚酰胺（PA）0.451.752.62.43.2聚苯乙烯（PS)0.752.252.603.25.4改性聚苯乙烯（ABS)0.752.292.603.25.4有機玻璃（PMMA)0.802.502.808.56.5聚甲醛（POM)0.802.402.603.25.4聚丙烯（PP)0.852.452.752.43.2聚碳酸酯（PC）0.952.602.803.25.8聚苯醚（PPO）1.202.753.103.56.4聚乙烯(PE)0.62.252.602.43.23.5塑件結構工藝分析(1)從圖紙上分析，該塑件的整體外形為圓形結構，壁厚均勻，且符合最小最后壁厚要求；無尖角，均采用圓角過渡，有利于提高塑件的強度和剛度。(2)塑件的型腔較大。(3)為了便于脫模，塑件的脫模斜度可取3。(4)塑件內(nèi)沒有金屬嵌件、沒有螺紋等，易于成型。3.6注射工藝的選擇蝶形筆筒為外觀件，要求零件表面平整光滑，無皺折、裂紋等缺陷。其他方面沒有特殊要求。主要保證加工工藝的需要。3.7 ABS塑料ABS塑料的吸濕性和對水分的敏感性較大，在加工前進行充分的干燥和預熱，不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲，而且還有助于塑料的塑化，減少制件表面色斑和云紋。ABS原料需要控制水分在0.3%以下。其工藝參數(shù)見表3.2。表3-2 ABS注射成型工藝參數(shù)工藝參數(shù)規(guī)格工藝參數(shù)規(guī)格預熱和干燥溫度t6075成型時間/s注射時間1545時間2保壓時間23料筒溫度t/后段140160冷卻時間1560中段150180總周期40120前段170220螺桿轉速n/(r.min-1)48噴嘴溫度t/190后處理方法紅外線燈模具溫度t/3065溫度t/鼓風烘箱7080注射壓力p/Mpa100160時間/h243.8成型方法 方案一：壓縮模塑 壓縮模塑的特點是塑料直接加入型腔內(nèi)，利用壓力機的壓力通過凸模直接傳遞給塑料，模具在塑料最終成型時才能完全閉合。其優(yōu)點是沒有澆注系統(tǒng)，料耗少，使用的設備為一般的壓力機，塑件形狀簡單，模具結構比較簡單，可以壓制較大平面的塑件或利用多型腔模，一次壓制多個塑件塑件，壓制時，由于塑料在型腔內(nèi)受壓成型，所以有利于模壓成型流動性較差的以纖維為填料的塑料，而且塑件收縮性較小，變形小，各項性能比較均勻。缺點是生產(chǎn)周期長、效率低，不宜壓制形狀復雜、壁厚較大的塑件；不容易獲得尺寸精度尤其是高精度的塑件，而且不能壓制帶有精細和易斷嵌件的塑件。方案二：壓注模塑 壓注模塑的成型特點是模具在塑料開始成型以前就已完全閉合，塑料的加熱熔融是在加料腔內(nèi)進行，壓力機在成型開始時只施壓于加料腔內(nèi)的塑料，使之通過澆注系統(tǒng)而快速射入型腔，當塑料完全充滿型腔后，型腔內(nèi)與加料腔中的壓力趨于平衡。優(yōu)點是模塑深孔及其它復雜形狀的塑件，也可以模塑帶有精細或易碎嵌件的塑件。塑件飛邊較小，尺寸準確，性能均勻，質量較高，模具的磨損較小。缺點是模具制造成本比壓縮模高，成型壓力比壓縮模大，操作也比較復雜，會在塑件中引起纖維定向分布，從而導致塑件性能各向異性。方案三：注射模塑 注射模塑的成型原理是將顆?；蚍蹱钏芰蠌淖⑸錂C的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔化呈流動狀態(tài)后，在螺桿或柱塞式注射機的推動下，熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前端的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔中，充滿型腔的熔料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模，分型獲得成型塑件，這樣在操作上完成一個成型周期，以后不斷的重復上述周期的生產(chǎn)過程。優(yōu)點是成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度高、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件，對各種塑料的適應性強，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)全自動化等。缺點是注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及小批量的塑件生產(chǎn)。綜上所述，該塑件形狀結構簡單，尺寸精度為一般精度MT3，表面粗糙度要求相對較高，沒有金屬嵌件螺紋等，用于生產(chǎn)實踐，屬于大批量生產(chǎn)，再考慮生產(chǎn)效率，并根據(jù)壓縮模塑、壓注模塑、注射模塑等成型工藝的特點，該塑件應該選擇注射模塑成型。4 成型設備的選用及模架的選擇4.1計算總的體積塑件的體積的決定了注塑機的選擇，塑料件的體積越大，注射機相應的注射量也越大。由于我們計的為一模一件，因此計算總體積如下圖4-1所示：V=底面積高=58254.27mm圖4-1 塑件體積4.2計算總的質量計算塑件的質量是為了選擇注射機及確定模具型腔的數(shù)目。根據(jù)塑料成型工藝及模具設計55頁，得ABS材料的密度為1.02-1.05，根據(jù)平均值法算得平均密度為=1.04。根據(jù)公式： (3-1)所以總的質量為： =1.0435.5 =36.92g根據(jù)塑件的形狀及尺寸，該設計采用一模兩件的模具結構，考慮外形尺寸、原材料的分析及注射時所需的壓力情況，查塑料成型工藝及模具設計107頁，初選螺桿式注射機 SZY-300型號。其基本參數(shù)如表4-1所示：額定注射量/cm3320噴嘴圓弧半徑/mm12柱塞直徑/mm28噴嘴孔直徑/mm注射壓力/MPa77.5頂出形式注射行程/mm150動、定模固定板尺寸/mmmm620520注射方式螺桿式拉桿空間/mmmm400300鎖模力/KN1500合模方式液壓機械最大成形面積/ cm3流量/（L/min）最大開合模行程/mm340壓力/MPa模具最大厚度/mm180機器外形尺寸/mmmmmm53009401815模具最小厚度/mm285表4-1 注塑機參數(shù)4.3塑件注塑成型工藝參數(shù)料筒溫度：控制在ABS的粘流溫度和熱分解溫度之間，這里后段取190，中段220 ，前段取205。噴嘴溫度：一般應在180190之間，這里取185注射壓力：一般應在7090，這里取90MPa型腔壓力：70 充模時間：4s保壓壓力：70保壓時間：25s冷卻時間：25s 模具溫度：604.4模架的選擇4.4.1模架的概述模具設計主要是形成產(chǎn)品外形的凹、凸模零件以及開模和脫模方式的設計，模具上的大部分零部件可以直接選購由專門廠家生產(chǎn)的標準件，尤其是模架的直接選購，大大節(jié)約了模具制造時間和費用。現(xiàn)在，廠家設計制造出一套中等復雜程度的注塑模具，10天左右的時間即可完成。模具標準件在不同的國家和地區(qū)有小小的差別，主要是在品種和名稱上有區(qū)別，但所具有的結構基本上是一樣的。這次設計模具的標準與國家的標準結構基本上是一樣的，在型號命名及品種分類上有些不同。4.4.2模架的分類按進料口（澆口）的形式模架分為大水口模架和小水口模架兩大類，香港地區(qū)將澆口稱為水口，大水口模架指采用除點澆口外的其他澆口形式的模具（二板式模具）所選用的模架，小水口模架指進料口采用點澆口模具（三板式）所選用的模架。大水口模架共有A、B、C、D四種型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、ED八種型式，其中以D字母開頭的四種型號適用于自動斷澆口模具的模架。4.4.3模架的確定模具的設計采用。而模架的大小是由模芯的大小來確定的，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和模架庫的選擇，再加上抽芯機構的擺放位置。為了配合注塑機使用大多數(shù)采用工字模，所以模架的型式采用如圖4-2所示：圖4-2 模架5 CAE模流分析5.1 建立網(wǎng)格.stl文件 (1)雙擊桌面的“華塑網(wǎng)格管理器3.0快捷方式圖標，或單擊“開始”“程序” “華塑網(wǎng)格管理器3.0”。(2)單擊菜單欄中的按鈕，選擇其子菜單中的“打開”按鈕。(3)系統(tǒng)彈出“打開文件”對話框，輸入需要的網(wǎng)格文件名稱，接著單擊“打開”按鈕，如圖5-1所示。5-1 打開網(wǎng)格文件(4) 系統(tǒng)彈出“尺寸單位”對話框，如圖5-2所示，選擇“毫米”，點擊確定。 圖 5-2尺寸單位 (5)單擊菜單欄中的按鈕，選擇子菜單中的“生成網(wǎng)格”，如圖5-3所示，彈出屬性窗口，如圖5-4所示，將網(wǎng)格邊長改為塑件壁厚的12倍。點擊“下一步”，再點擊“應用”彈出對話框如圖5-5所示，單擊“是”，彈出對話框，如圖5-6所示，單擊“否”，生成網(wǎng)格，如圖5-7所示。 圖 5-3生成網(wǎng)格 圖 5-4單位選擇 圖 5-5劃分網(wǎng)格 圖 5-6 劃分網(wǎng)格 圖 5-7 網(wǎng)格圖像 (6) 單擊菜單欄中的按鈕，選擇子菜單中的“網(wǎng)格檢查向導”，如圖5-8所示，彈出屬性窗口，如圖5-9所示，點擊“開始檢查”，最后彈出屬性窗口，如圖5-10所示，點擊“網(wǎng)格評價”，彈出屬性窗口，如圖5-11所示，點擊“應用”，關閉軟件。 圖 5-8網(wǎng)格 圖 5-9網(wǎng)格檢查向導 圖 5-10連通性檢查 圖 5-11網(wǎng)格評價5.2 CAE分析5.2.1添加分析方案(1) 雙擊桌面上的“華塑CAE7.5”快捷方式圖標。(2)打開軟件后，鼠標右鍵單擊彈出子菜單，如圖5-12所示，單擊添加分析方案，彈出菜單，如圖5-13所示，輸出方案名稱“1-1”添加方案。 圖 5-12添加方案 圖 5-13新建分析方案5.2.2制品圖形（1）雙擊彈出菜單，如圖5-14所示，雙擊制品圖形彈出菜單如圖5-15所示，單擊“是”， 彈出“導入制品圖形文件”菜單，如圖5-16所示，選擇需要的圖形名稱 “10101.2dm”，導入制品文件，如圖5-17所示。 圖 5-14分析菜單 圖 5-15導入對話框圖 5-16導入制品圖形文件 圖 5-17制品圖形5.2.3充模設計（1）單擊，彈出對話框，如圖5-18所示，將型腔數(shù)目設計為1。圖 5-18多型腔設計（2）單擊，完成多型腔設計，如圖5-19所示。圖 5-19型腔設計圖形（3）單擊，彈出對話框，如圖5-20所示，選擇需要的澆點，單擊“應用”。圖 5-20定義進料點（4）單擊 ,再單擊澆口位置生成，如圖5-21所示，修改澆口參數(shù)。長度為5，起始半徑為0.8，終止半徑為2，類型為澆口，單擊確定生成澆口，如圖5-22所示. 圖 5-21 澆口參數(shù) 圖 5-22澆口（5）單擊澆口外圓部分，彈出對話框，如圖5-23所示，長度設置為40，類型為流道，起始半徑為2，終止半徑為3，單擊確定，如圖5-24所示。 圖 5-23流道參數(shù) 圖 5-24主流道（6）單擊澆口外圓部分，彈出對話框，如圖5-25所示，長度設置為20，類型為流道，起始半徑為3，終止半徑為1.5，單擊確定，如圖5-26所示。 圖 5-25 流道參數(shù) 圖 5-26流道圖形（7）單擊，完成流道設計。（8）單擊的，彈出設置成型工藝的對話框，如圖5-27所示，修改參數(shù)，1）材料為ABS。2）注射機型號為HT110J2-A， 生產(chǎn)廠商為Generic。3）成型條件為注射溫度為280度，模具溫度為80度，環(huán)境溫度為20度。4）單擊“注射參數(shù)”“充填體積%-流動速率%”彈出對話框，如圖5-28所示，注射級數(shù)為2，調整曲線圖。5）保壓級數(shù)為3，調整曲線圖。完成成型工藝參數(shù)設置。 圖 5-27成型工藝圖 5-28分級注射5.2.4冷卻設計（1）單擊工具欄，或者單擊“設計”“動定模設計”彈出對話框，如圖5-29所示，修改參數(shù)，X向為0，Y向為0，Z向為-40，動模厚為90，定模為110，單擊確定。生成圖形，如圖5-30所示。 圖 5-29 設計虛擬型腔 如圖 5-30虛擬型腔（2）單擊，隱藏動定模。（3）單擊，或者單擊“設計”“參考面”“新建參考面”彈出對話框如圖5-31所示，偏移量為90，點擊確定，生成參考面，如圖5-32所示。 圖 5-31 設計參考面 圖 5-32參考面（4）鼠標右鍵單擊，彈出對話框，如圖5-33所示，點擊“添加回路”彈出對話框，如圖5-34所示，點擊確定。 圖 5-33添加對路 圖 5-34指定回路直徑（5）單擊，或者單擊“設計”“冷卻實體”“直圓管” 畫出4條冷卻水管，如圖5-35所示，單擊，或者單擊“設計”“冷卻實體”“外聯(lián)管”，把各流道連接起來，如圖5-36所示，單擊，彈出對話框，如圖5-37所示，點擊確定，完成回路，如圖5-38。 圖 5-35 建立直圓管 圖 5-36建立外聯(lián)管 圖 5-37完成回路 圖 5-38回路 (6) 同上，單擊，或者單擊“設計”“參考面”“新建參考面”彈出對話框，如圖5-39所示，偏移量為-8，點擊確定，生成參考面，如圖5-40所示。 圖 5-39設計參考面 圖 5-40參考面（7）同上，“添加回路”“設計”“冷卻實體”“直圓管”畫出4條冷卻水管，如圖5-41所示，單擊，或者單擊“設計”“冷卻實體”“外聯(lián)管”，把各流道連接起來，如圖5-42所示，單擊，彈出對話框，如圖5-43所示，點擊確定，完成回路，如圖5-44所示。 圖 5-41建立直圓管 圖 5-42建立外聯(lián)管 圖 5-43完成回路 圖 5-44回路完成（8）單擊，或者單擊“設計”“完成冷卻設計”。（9）單擊，或者單擊“設計”“冷卻工藝條件”，彈出對話框，如圖5-45所示，單擊確定，完成冷卻工藝條件。 圖 5-45冷卻工藝條件5.2.5開始分析單擊 ，彈出對話框，如圖5-46所示，點擊每一項，準備就緒后，單擊啟動，開始分析。 圖 5-46啟動分析5.2.6分析結果（1）單擊“分析結果”，可以查看分析結果的具體動畫。（2）單擊，查看充模過程，如圖5-47所示。圖 5-47充模過程（3）單擊，彈出子菜單，如圖5-48所示，導出分析報告，生成動畫。圖 5-48報告子菜單5.3分析及優(yōu)化方案一，方案二都采用ABS，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic的縮寫，該材料，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，ABS材料不透明呈象牙色的粒料，無毒、無味、吸水率低其制品可著成各種顏色。5.3.1方案一1、制品信息 表5-1 制品信息數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)X方向長度(mm)60.000Y方向長度(mm)80.000Z方向長度(mm)79.951節(jié)點數(shù)(個)2941單元數(shù)(個)5878平均壁厚(mm)2.533最小壁厚(mm)1.210最大壁厚(mm)3.382制品表面積(mm2)49460.959零件體積(約)(mm3)58000.450流道體積(約)(mm3)1158.410材料利用率(約)(%)98.0422 、網(wǎng)格質量統(tǒng)計表5-2 網(wǎng)格質量統(tǒng)計數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)節(jié)點配對百分比(%)81.67平均形態(tài)比0.85最大形態(tài)比1.00最小形態(tài)比0.12形態(tài)比小于0.1的單元百分比(%)0.00平均最小角度(度)43.64最小角度(度)3.58最小角度小于5度的單元百分比(%)0.34平均邊長(mm)4.48最大邊長(mm)7.61最小邊長(mm)0.31平均單元面積(mm2)8.41最大單元面積(mm2)17.65最小單元面積(mm2)0.45 3、制品材料數(shù)據(jù)表5-3 制品材料數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)材料名稱ABS材料品牌(0% Rubber)最低成型溫度()2e+002最高成型溫度()2.8e+002推薦成型溫度()2.3e+002最低模具溫度()25最高模具溫度()80推薦模具溫度()50最大許可剪切應力(Pa)2.8e+005最大許可剪切速率(1/s)1.2e+004塑料密度(Kg/m3)1001.73塑料導熱系數(shù)(W/(m)0.18塑料比熱(J/(Kg)2400.00塑料橫向熱膨脹系數(shù)(1/)0.000080塑料縱向熱膨脹系數(shù)(1/)0.000080彈性模量(MPa)2240.00泊松比0.39204、模具材料數(shù)據(jù)表5-4 模具材料數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)模具材料牌號Tool Steel P-20模具材料密度(Kg/m3)7800.00模具材料導熱系數(shù)(W/(m)29.00模具材料比熱(J/(Kg)460.005 、充模工藝條件表5-5 充模工藝條件數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)充模時間(s)0.41保壓壓力(MPa)1.6e+002熔體溫度()2.3e+002模具溫度()50空氣溫度()206、冷卻工藝條件表5-6 冷卻工藝條件數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)室內(nèi)溫度()20.00熔體溫度()230.00頂出溫度()88.00開模停留時間(s)4.00冷卻時間計算方式用戶指定: 冷卻時間(s)0系統(tǒng)優(yōu)化: 可頂出面積比(%)95.00%7、注射機主要參數(shù)表5-7 注射機主要參數(shù)數(shù) 據(jù) 項數(shù) 據(jù)注射機型號HT110J2-A生產(chǎn)廠家HaiTian最大注射量(cm3)1.5e+002最大注射壓力(MPa)2.1e+002注射行程(mm)1.6e+002鎖模力(N)1.1e+003最大注射速度(cm3/s)1e+002螺桿直徑(mm)348、分級注射表5-8 分級注射序