基于UG和Moldflow的挂机空调面板造型和注塑模具设计-免费论文
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基于UG和Moldflow的挂机空调面板造型和注塑模具设计
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题 目基于UG和Moldflow的挂机空调面板造型和注塑模具设计 学 院 航空制造工程学院 专业名称 材料成型及控制工程 班级学号
学生姓名 欧信海 指导教师 李宁 二O一一年六月 毕业设计论文任务书 I、毕业设计论文题目基于UG和Moldflow的挂机空调面板造型和注塑模具设计 II、毕 业设计论文使用的原始资料数据及设计技术要求 1塑料模设计手册 2给出零件实物要求学生进行测绘并进行三维建模 3设计空调挂机面板的注塑模绘制装配图及各零件图。&&&& III、毕 业设计论文工作内容及完成时间 13月21日4月4日 查阅相关资料撰写开题报告 24月5日4月12日 翻译英文文献一篇 34月13日4月20日 空调挂机面板零件三维建模 44月21日5月10日 设计空调挂机面板零件塑料模模具并做成型分析 55月11日6月5日 模具装配图及零件出图 66月6日6月16日 撰写论文准备答辩。&&&& Ⅳ 、主 要参考资料 1屈华昌塑料成型工艺及模具设计M机械工业出版社M.W. FuThe application of surface demoldability and moldability to side-core design in die and mold CADJComputer-Aided DesignTsuneo KuritaAdvanced material processing with nano- and femto-second pulsed laser International Journal of Machine Tools amp Manufacture 48
4黄 虹.塑料成型加工与模具M.北京化学工业出版社塑料模设计手册.编写组编.塑料模设计手册M.北京机械工业出版社 航空制造工程 学院 材料成型及控制工程 专业 070116 班 学生签名 日期 自2010 年 3 月 21日至 2010 年 6 月 16 日 指导教师签名 助理指导教师并指出所负责的部分 系室主任签名 学士学位论文原创性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。&&&&除了文中特别加以标注引用的内容外本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。&&&&对本文的研究作出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式表明。&&&&本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。&&&& 作者签名 日期 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。&&&&本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。&&&& 作者签名 日期 导师签名 日期 基于UG和Moldflow的挂机空调面板造型和注塑模具设计 学生姓名欧信海 班级070116 指导老师李宁 摘要与传统的注塑模具设计方法相比基于UG与Moldflow的注塑模具设计设计周期短成本低且模具制造工艺性好。&&&&本次课题设计的零件是挂机空调面板。&&&&首先采用计算机辅助软件UG进行零件的三维造型与注塑模具设计。&&&&对设计的零件进行结构和工艺分析注塑模具设计成三板模一模一腔工字形分流道斜导柱抽芯机构和斜顶抽芯机构摆钩分型螺钉定距机构。&&&&模具出图环节将使用AutoCAD对装配图和零件图进行修整。&&&&然后采用模流分析软件Moldflow对零件进行最佳浇口位置分析和充填冷却翘曲分析根据分析结果对冷却系统和浇注系统进行调整和优化注塑模具中的浇注系统和冷却系统也进行相应的调整。&&&& 最后的注塑模具浇注系统合理流料能够完全充填型腔冷却系统的冷却效果良好制品翘曲程度达到合理的范围模具整体结构合理。&&&& 关键词空调面板UG Moldflow注塑模具 指导老师签名 Hanging Air Conditioning panel molding and injection mold design based on UG and Moldflow Student name:Ou Xinhai Class: 070116 Supervisor:Li Ning Abstract: Compared with the traditional injection mold design method the cycle of the injection mold design based on the UG and the Moldflow is short it cost low and have good mould manufacturing technology. This design’s topic is about hang up air conditioning panel parts. First he used computer-assisted software UG to make the molding of parts and plastic injection mold design then to design of parts structure and process analysis and the injection mold design use three plate mold which has a cavity in a mold work shunt way font oblique guide column core-pulling mechanism and inclined top core-pulling mechanism put hook screw spacer institutions parting. He will use the AutoCAD drawing session on the assembly and repair parts diagram. Then use the mold flow analysis software Moldflow to do the analysis of the best parts of gate location and filling
warpage analysis According to the results of analysis of cooling system and pouring system to adjust and optimize injection mold the gating system and cooling system also accordingly. The last of the injection mould casting system is reasonable the flow can be fully mold filling materialthe cooling effect of the cooling system is good Products to the scope of the reasonable degree of warpingthe whole structure is reasonable as a good mould. Keywords: Air conditioning panel UG Moldflow injection mold Signature of Supervisor: 目 录 1 引言 1 1.1 塑料和塑料模具在现代发展中的重要性 1 1.2 注塑模具在国外的发展过程 1 1.3 我国注塑模具的发展及发展趋势 2 2. 塑件设计与分析 4 2.1 材料分析与塑件材料选用 4 2.2 塑件结构分析与造型设计 4 2.2.1 塑件造型设计的基本要求 4 2.2.2 塑件的几何尺寸及精度 4 2.2.3 塑件的表面质量 5 2.2.4 塑件的整体形状结构 5 2.2.5 塑件的结构要素设计 5 2.3 成型工艺分析与设计 6 2.3.1 成型前的准备 6 2.3.2 成型工艺控制 7 2.3.3 注射过程 7 2.3.4 塑件的后处理 7 3. 选择注塑机 9 3.1 计算塑件体积与质量 9 3.2 估算浇注系统的体积与质量 9 3.3 选择注塑机 10 3.4 锁模力的校核 10 3.5 注射压力的校核 10 3.6 开模行程的校核 10 4. 模具设计 12 4.1 型腔布局与分型面的设计 12 4.1.1 型腔数目的确定 12 4.1.2 分型面的设计 12 4.2 浇注系统的设 13 4.2.1 主流道设计 14 4.2.2 分流道设计 14 4.2.3 浇口设计 15 4.2.4 冷料穴设计 16 4.3 排气方案设计 17 4.4 成型零件的设计 17 4.4.1 成型零件结构设计 17 4.4.2 型腔、型芯及侧型芯尺寸的确定 19 4.4.3 型腔侧壁和支撑板厚度的计算 19 4.5 结构零部件设计 20 4.5.1 标注模架的选择 20 4.5.2 支承零部件的设计 20 4.5.2.1 固定板、支承板 20 4.5.2.2 支承件 20 4.5.2.3 动定模板 21 4.5.3 合模导向机构设计 21 4.6 推出机构设计 22 4.6.1 推出力的计算 23 4.6.2 塑件脱模 23 4.6.3 浇注系统凝料脱模 23 4.6.4 推出机构的导向和复位 24 4.7 侧向分型与抽芯机构设计 24 4.7.1 侧抽芯机构的抽芯距和抽芯力的计算 25 4.7.2 斜导柱的设计 26 4.8 冷却系统设计 26 5 基于Moldflow的充填、冷却及翘曲性能分析 28 5.1 选择塑胶材料 28 5.2 设置成型工艺参数 28 5.3 网格的划分和修补 29 5.3.1 网格的划分 29 5.3.2 网格的修补与优化 30 5.4 浇注系统的创建 31 5.4.1 确定最佳进浇位置 31 5.4.2 创建浇注系统 31 5.5 冷却系统的创建 31 5.6 分析结果 32 5.6.1 主要的流动分析结果 33 5.6.2 主要的冷却分析结果 35 5.6.3 主要的翘曲分析结果 36 5.7 改善制品翘曲变形 36 5.7.1 改善措施 36 5.7.2 改善效果 37 5.7.3 改善前后结果对比列表 37 6 总结 38 参考文献 39 致 谢..........................................................................................................................40 1引言 1.1塑料和塑料模具在现代发展中的重要性 塑料自发明以来因其优异的综合性能广泛应用于国民经济诸多领域为社会进步和经济发展发挥了重要作用作为四大基础工业材料之一其应用领域已远远超越钢材、水泥、木材三大产业目前全球年消费塑料达2.4吨年增长4左右中国年消费塑料4000多万吨今后几年仍将以至少8的平均速度增长。&&&&注塑模具塑料工业的发展带动了塑料模具行业的发展市场对各类模具需求巨大塑料制品的造型和精度直线与模具设计和制造有关系对塑料制品的要求就是对模具的要求。&&&&有人说模具是现代工业之母。&&&&新的世纪已经来临世界各国对模具生产技术非常重视出现许多新工艺、新技术。&&&& 1.2 注塑模具在国外的发展过程 120世纪60年代美、英、加拿大等国的学者开始了一系列有关塑料熔体在模腔内流动与冷却的基础研究通过合理简化完成了一维流动与冷却分析程序。&&&& 220世纪70年代完成了二维分析程序。&&&& 320世纪80年代开展了三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压分 子取向以及翘曲预测等领域。&&&& 420世纪90年代后开展了流动、保压、冷却、应力分析的注塑工艺全 过程的集成化研究为开发实用型的注塑模分析软件奠定了基础。&&&& 目前发达国家的塑料流变学、几何造型技术、数控加工及计算机技术的突飞猛进为注塑模CAD/CAE/CAM系统的开发创造了极为有利的条件。&&&& 世界各国无不投人大量的人力、物力来研究和开发CAD/ CAE/CAM技术使得这种技术从理论研究到实际应用方面都取得了飞速进步。&&&&但注塑模的商品化软件在功能和精度上还有待于进D步发展。&&&&今后的研究和发展工作主要在于精度的数字化技术如要完善注塑模CAE软件对注塑全过程的模拟对复杂形状的产品进行数据采集且采集速度要快而精确并直接建立线框模型。&&&&另一个就是实现模具加工的全自动化还有就是要通过信息网络实现技术价值、技术服务和技术转让从而显示先进信息传输工具的优越性。&&&& 总之注塑模CAD/CAE/CAM的生产组织方式是一套完整的、科学的、现代化的模具生产组织方式整个生产过程环环相扣上下照应充分体现了整个生产组织上的科学严密性。&&&&这种生产方式从根本上杜绝了常规模具生产组织方式的种种弊病从生产组织系统上保证了注塑模的生产质量。&&&& 1.3我国注塑模具的发展及发展趋势 80年代以来在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持引 导下我国模具工业发展迅速年均增速均为13在未来的模具市场中塑料管件在模具总量中的比例还将逐步提高。&&&&经过半个世纪的发展模具水平有了较大提高。&&&&在塑料管件模具方面已能生产19万吨上规模高水平的企业越来越多由于他的抗腐蚀、廉价等优秀品质被应用于我国现代化建设的各个领域。&&&&精密塑料模具方面已能生产医疗塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。&&&&所生产的这类塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品 的水平。&&&&还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。&&&&注塑模型腔制造精度可达0.02mm0.05mm表面粗糙度Ra0.2μm模具质量、寿命明显提高了非淬火钢模寿命可达1030万次淬火钢模达501000万次交货期较以前缩短但和国外相比仍有较大差距。&&&& 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、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模具。&&&&但总体上热流道的采用率达不到10与国外的5080相比差距较大。&&&& 在制造技术方面CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统如美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer软件等等。&&&&这些系统和软件的引进实现了CAD/CAM的集成并能支持CAE技术对成型过程取得了一定的技术经济效益促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。&&&& 注塑成型是最大量生产塑料制品的一种成型方法二十多年来国外的注塑模CAD技术发展相当迅速。&&&&70年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。&&&&80年代初人们成功采用有限元法分析三维型腔的流动过程使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验在模具制造前对设计方案进行评价和修改以减少试模时间提高模具质量。&&&&近十多年来注塑模CAD技术在不断进行理论和试验研究的同时十分注意向实用化阶段发展一些商品软件逐步推出并在推广和实际应用中不断改进。&&&&在塑料成型生产中先进的模具设计、高质量的模具制造、优良的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等式成型优质塑件的重要条件。&&&&一副优良的注塑模具可以成型上百万次这与上述因素有很大的关系考察国内外模具行业的现状及我国国民经济和现代工业产品生产中模具的地位总模具的设计理论、设计实践和制造技术出发塑料模具的制造技术和成型技术大致有以下几个方面的发展趋势。&&&& 1 CAD/CAE/CAM技术在模具设计与制造中的应用 2 快速原型制造及相关技术将得到更好的发展 3 快速洗消加工将得到更广泛的应用 4 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用 5 电火花加工技术将得到发展 6 热流道技术奖得到推广 7 超精加工和复合加工将得到发展 8 气体辅助注射技术和高压注塑成型等工艺将进一步发展 9 模具液压成型技术将得到进一步开发应用 10 模具标注化程度将不断提高 11 模具优质材料及先进表面处理技术将得到进一步受到重视 12 模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 13 模具自动加工系统的研制和发展 14 虚拟技术将得到发展。&&&& 2 塑件设计与分析 2.1材料分析与塑件材料选用 塑料是一种以合成树脂高分子聚合物为基体的固体材料除了合成树脂作为基体外还有一些特定用途的添加剂少数情况下可以不加添加剂。&&&&塑料可分为普通塑料和工程塑料其中工程塑料又可分为通用工程塑料和特种工程塑料。&&&& 本次设计的产品零件是挂机空调面板对于产品的力学性能要求不高耐疲劳性、耐磨损性要求一般但要求耐热性和耐低温性良好所以材料选用ABS。&&&&ABS树脂是五大合成树脂之一其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点容易涂装、着色还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域是一种用途极广的热塑性工程塑料。&&&& 2.2塑件结构分析与造型设计 2.2.1 塑件造型设计的基本要求 1 首先应满足产品的使用要求且不影响制品的外观美感 2 应能充分发挥塑料的模塑工艺性以利于模塑成型工艺的控制 3 应有利于提高塑件的强度和刚度 4 应防止不良造型使塑件在成型与使用过程中产生应力集中同时也要考虑不良造型令模具在模塑过程中出现过大的应力集中 5 应力求塑件结构简单尽力避免侧孔以简化模具的结构及便于成型操作。&&&& 2.2.2 塑件的几何尺寸及精度 1塑件的总体尺寸 查找资料可以初步定空调总长800mm宽220mm高60mm壁厚3mm。&&&& 2塑件尺寸公差 影响塑件尺寸精度的因素有塑料材料的收缩率及其波动、塑件结构的复杂程度、模具因素、成型工艺因素、成型设备的控制精度等其中主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。&&&& 本次选用的产品材料为ABS根据查表可得塑件的标注公差尺寸的高精度等级为MT2、一般精度为MT3未注公差尺寸等级为MT5。&&&&由于空调面板尺寸精度要求不高本次设计一般精度MT3。&&&&再根据塑件与模具精度的对应关系可得模具的制造精度为IT9。&&&& 2.2.3 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括塑件表面缺陷、表面光泽性与表面粗糙度。&&&&其余模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。&&&& 空调面板的表面质量要求不高所以表面粗糙度取Ra 0.8-0.2um模具型腔表面粗糙度通常应比塑件对应部分的表面粗糙度在数值上要低1-2级。&&&& 2.2.4 塑件的整体形状结构 挂机空调面板为宜壳体面板前表面为满足空调使用功能需设计成均匀的条孔为了固定面板前侧内表面设计4个倒钩为了安装转轴需在后侧内表面设计一对对称的钩孔。&&&& 2.2.5 塑件的结构要素设计 1塑件的壁厚 一般而言在满足使用要求的前提下塑件壁厚尽量取小一点而且塑件的壁厚应尽可能均匀一致。&&&&再根据空调面板的使用条件面板壁厚设计成3mm。&&&& 2塑件的脱模斜度 塑件材料为ABS查表可得塑件脱模斜度的推荐值型芯35/-10 型腔40/-1020/ 。&&&& 3加强筋 由于设计的空调面板前表面挖去很多孔强度有所下降所以在内表面设计4条加强筋增加零件强度。&&&& 4圆角 带有尖角的塑件在成型时往往会在尖角处产生局部应力集中在受力或者冲击下会发生开裂。&&&&为避免这种情况的出现除塑件使用上要求尖角外其余转角处均应尽可能采用圆弧过渡。&&&&一般R外1.5t4.5mmR内R外/22.25mm。&&&& 通过UG造型最后的三维零件如图2-1。&&&& 图2-1三维零件图 2.3成型工艺分析与设计 ABS为热塑性塑料热塑性塑料的注射成型工艺过程见图2-2。&&&& 图2-2 热塑性塑料注射成型工艺过程 注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射过程和塑件后处理三部分。&&&& 2.3.1 成型前的准备 1确认注塑设备、完成注塑模的安装与试模 2塑件原料的检验与预处理 3清洗料筒 4成型操作前设备的检验与注塑工艺参数设置注射成型的工艺参数查表可 得见表2-1。&&&& 表2-1 ABS的注射成型工艺参数 塑料名称 注射成型机类型 密度/g?cm-3 计算收缩率 模具温度/℃ 料筒温度??C 后段 中段 前段 ABS 螺杆式 1.051.08 0.30.8
210 230 180200 注射压力/MPa 成型时间/S 螺杆转速/r?min-1 喷嘴 注射时间 保压时间 冷却时间 成型 周期 形式 温度/℃ 0 60 直通式 .3.2成型工艺控制 成型工艺控制主要包括温度控制、压力控制、过程时间控制。&&&&需要控制温度的部位主要有注射机料筒温度、喷嘴温度及模具温度压力控制主要有塑化压力、注射压力、保压压力和型腔压力各程序动作时间包括注射充模时间、注射保压时间、熔体注射充模与保压后的模内冷却时间及其它辅助动作所需时间。&&&&由此可得成型工艺的控制由于影响因素较多是比较难以掌握的部分工人师傅的经验对塑件的成型有重要的影响。&&&& 2.3.3 注射过程 注射过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个阶段。&&&& 2.3.4 塑件的后处理 去除毛刺和飞边对于浇口位置进行抛光处理以达到产品表面质量要求。&&&&为了减小由于塑化不均或塑件在型腔中冷却不均而带来的塑件内应力以避免存在内应力的塑件在使用过程中发生力学性能下降光学性能变坏表面出现银纹、变形和开裂。&&&&所以塑件脱模后还得进行退火处理。&&&&ABS热处理工艺条件见表2-2。&&&& 表2-2 ABS塑件后处理工艺条件 材料 制品厚度/mm 热处理方法 热处理温度/0C 热处理时间/min ABS 3 水或者空气 60-75 16-20 3 选择注塑机 3.1 计算塑件体积与质量 使用UG可以直接得到塑件的体积Vmm3见图3-1。&&&& 图3-1 塑件的体积 ABS的密度是ρ1.06×g/mm3 塑件质量m1V1×ρ×1.06×10-.2 估算浇注系统的体积与质量 利用UG可以计算出分流道和浇口内塑料的体积见图3-2。&&&& Vmm3 质量m V2×ρ.06×10-320.82g 图3-2分流道和浇口的体积 3.3 选择注塑机 本.
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