紗庫模具CAD 紗庫零件注塑模具設(shè)計(jì),紗庫模具CAD,紗庫零件注塑模具設(shè)計(jì),模具,cad,零件,注塑,模具設(shè)計(jì) 目錄目錄 摘要.I ABSTRACT.II 第一章 緒論.1 1.1 研究背景.1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.3 理論意義與應(yīng)用價(jià)值.2 第二章 制件功能以及工藝性分析.4 2.1 紗庫零件.4 2.12 制件材料：PA6+15%的玻璃微珠。.5 2.3 注射機(jī)：.6 第三章 成型零件設(shè)計(jì).9 3.1 設(shè)計(jì)要求.9 3.2 凹模設(shè)計(jì).9 3.3 凸模設(shè)計(jì).11 3.4 成型零件外部尺寸.12 3.5 分型面選擇.12 第四章 標(biāo)準(zhǔn)模架選擇.15 第五章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì).19 5.1 系統(tǒng)主要組成部分如下：.19 5.2 澆口套.21 5.3 澆口位置.22 5.4 冷料穴.23 第六章 冷卻加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì).24 6.1 加熱系統(tǒng).24 6.2 冷卻系統(tǒng).24 6.3 冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單計(jì)算.28 第七章 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì).30 7.1 頂出脫模機(jī)構(gòu)分類.30 7.2 脫模力計(jì)算.30 第八章 紗庫制件的模流分析.34 第九章 總結(jié)與展望.38 致謝.39 參考文獻(xiàn).40 A CAD/C AE-integrated injection mold design system for plastic products.42 塑料產(chǎn)品的一個(gè)集成 CAD/CAE 的注塑模設(shè)計(jì)系統(tǒng).66 I 摘要摘要 在追求效率與零件互換性的今天，模具設(shè)計(jì)成為了工業(yè)上不可或缺的一部分。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過以紗庫零件成型模具設(shè)計(jì)為例，了解和掌握在 CAD 軟件幫助下進(jìn)行的模具設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)模具設(shè)計(jì)有初步了解，掌握一定的模具設(shè)計(jì)知識(shí)。在模具設(shè)計(jì)過程中，將會(huì)涉及制件的材料、功能以及可成型性分析、成型零件設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，模架選擇，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及制件的模流分析。其間，會(huì)參考 UG 的 Mold Wizard 模塊所提供的建議進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是是在 UG 建模環(huán)境下進(jìn)行整個(gè)注塑模模具設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì) 材料 CAD UG 注塑模 II ABSTRACT Nowadays,as so many people are chasing efficiency and the changeableness of parts,mold design has become an indispensible part of the industry.I will research on how to design mold for a yarn library,in order to know something about the mold design process with CAD software,furthermore,to equip myself with some knowledge of mold design to attribute my own effort to the development of mold design in our country in the future.The process of mold design for injection mould will integrate the following parts:the analysis of the material and the formability of the part,the forming part design,design of the filling system,the choosing of the mold base,design of the cooling system,design of the ejection system,and the mold flow analysis of the part.During the process,I will take some advices from Mold Wizard as references;however,the whole mold design will take place in the modeling environment.Keywords：mold design,material,CAD,UG,injection mould 1 第一章第一章 緒論緒論 1.1 研究背景研究背景 模具的設(shè)計(jì)制造，實(shí)際上就是將原材料轉(zhuǎn)化為模具的過程。顧名思義，該過程包括兩大部分，一是設(shè)計(jì)，二是制造。其主要流程如下：（1）對(duì)模具的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行可行性分析，（2）對(duì)于模具進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，（3）確定該模具的生產(chǎn)方式，確定分型面等相關(guān)內(nèi)容，（4）出具指導(dǎo)生產(chǎn)的相關(guān)工程圖樣，（5）制定工藝流程，（6）試驗(yàn)生產(chǎn)，（7）車間生產(chǎn)。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的大背景下，生產(chǎn)效率、產(chǎn)品合格率成為工業(yè)生產(chǎn)的兩大重要指標(biāo)，尤其是在豐田“精益生產(chǎn)”模式巨大成功的經(jīng)驗(yàn)之下，生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品合格率提高的觀念風(fēng)靡全球。此時(shí)，能適應(yīng)大規(guī)模批量生產(chǎn)、能明顯降低生產(chǎn)成本以及能保證產(chǎn)品的外觀性能高度一致的模具在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中顯得優(yōu)勢(shì)明顯。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD（Computer-aided Design）的出現(xiàn)，對(duì)于模具設(shè)計(jì)效率以及成功率的提高幫助巨大，可以說，在當(dāng)前環(huán)境下，誰能正確、高效地使用 CAD 系統(tǒng)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，誰就能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。CAD 軟件層出不窮，各個(gè)軟件開發(fā)商對(duì)于能夠更好地在模具設(shè)計(jì)中提高效率以及成功率不斷更新軟件，在用戶界面等方面進(jìn)行了一系列改進(jìn)，對(duì)于現(xiàn)在的模具設(shè)計(jì)師而言，設(shè)計(jì)軟件的使用越來越方便。同時(shí)，制造業(yè)信息化技術(shù)正在改變著我們的設(shè)計(jì)、制造思維、觀念，并行工程、設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)件庫等的出現(xiàn)，對(duì)于模具設(shè)計(jì)效率的提高起到很大作用。迅速了解、掌握現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)思維，對(duì)于在競(jìng)爭(zhēng)中掌握主動(dòng)權(quán)顯得尤為重要。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 當(dāng)前，在模具工業(yè)總產(chǎn)值中，沖壓模具占 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其他模具約占 11%。雖然我國的模具總量、總產(chǎn)值已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，但是，目前國內(nèi)的模具設(shè)計(jì)與制造水平相對(duì)而言不高，可以說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于德、美、英、日等國家，國內(nèi)大型、精密、壽命長、復(fù)雜的模具占總產(chǎn)量不足 30%，而國外在 50%以上。而目前我國在模具設(shè)計(jì)與制造方面落后于國外先進(jìn)水平的主要原因如下：2（1）原材料，國產(chǎn)模具多用 2Cr13 和 3Cr13，而國外多采用 DINI 以及 2316；（2）軟件，目前國內(nèi)的 CAD/CAM/CAE 水平跟不上國外先進(jìn)水平，其中三維建模水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后；（3）設(shè)計(jì)理念，現(xiàn)代化設(shè)計(jì)生產(chǎn)理念并未在國內(nèi)得到貫徹；（4）設(shè)備，國內(nèi)的生產(chǎn)加工設(shè)備相比于國外，落后程度較大，先進(jìn)設(shè)備只能靠進(jìn)口，這大大阻礙了國內(nèi)模具行業(yè)的發(fā)展。國家對(duì)于模具行業(yè)的發(fā)展十分重視，在“十二五”規(guī)劃中，對(duì)于模具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)如下：（1）模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造及企業(yè)信息化管理技術(shù)（以推廣應(yīng)用為重點(diǎn)，并進(jìn)行軟件集成和二次開發(fā)），包括模具全三維 CAD 和 CAD/CAE/CAM/生產(chǎn)技術(shù)及CAPP、ERP、MES、PLM 等管理技術(shù)。（2）模具加工新技術(shù)，如高速高精加工、復(fù)合加工、精細(xì)電加工、表面光整加工及處理新技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新材料成形技術(shù)、智能化成形技術(shù)、熱壓成形技術(shù)、厚板精沖技術(shù)、連續(xù)復(fù)合精沖技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)化加工技術(shù)、大規(guī)模定制生產(chǎn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)等。（3）具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模具生產(chǎn)和管理的專用軟件的開發(fā)及升級(jí)。（4）模具精細(xì)化制造和精益生產(chǎn)。精細(xì)化制造與精益生產(chǎn)不是單純的技術(shù)問題，而是設(shè)計(jì)、加工、管理技術(shù)和科學(xué)化、信息化的有機(jī)結(jié)合的綜合反映，對(duì)提高模具質(zhì)量和企業(yè)效益至關(guān)重要，應(yīng)作為發(fā)展重點(diǎn)予以特別關(guān)注。（5）與模具直接關(guān)聯(lián)的模具制品成形過程在線智能化控制技術(shù)。它利用信息化和現(xiàn)代控制技術(shù)，對(duì)模具制品成形過程中的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和在線智能化控制，以進(jìn)一步提高模具制品的性能質(zhì)量和成形效率，甚至使原來無法成形的模具制品成為可能，實(shí)現(xiàn)模具及模具成形的重大創(chuàng)新。1.3 理論意義與應(yīng)用價(jià)值理論意義與應(yīng)用價(jià)值 模具是制造業(yè)的重要裝備之一，目前，模具的發(fā)展水平已經(jīng)成為一個(gè)國家制造業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要指標(biāo)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的模具設(shè)計(jì)制造水平已經(jīng)有了很大的提高，但是，相比于發(fā)達(dá)國家仍然有不小的差距，近幾年，我國一些高技術(shù)含量的模具仍需大量進(jìn)口，平均每年進(jìn)口數(shù)額約 20 億美元。國內(nèi)模具水 3 平的提高需要各方面的重視，而作為機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的大學(xué)生，了解、掌握模具的CAD 設(shè)計(jì)、模擬制造，對(duì)于培養(yǎng)對(duì)于模具設(shè)計(jì)與制造的興趣、對(duì)于打下一定的模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，有這十分重要的意義。本次設(shè)計(jì)選擇的是紗庫模具，而設(shè)計(jì)對(duì)象是意大利 Savio 的紗庫模具。紡織業(yè)作為我國工業(yè)的一大組成部分，學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)水平，發(fā)展自己國家的模具是當(dāng)前紡織業(yè)的一大任務(wù)。4 第二章第二章 制件功能以及工藝性分析制件功能以及工藝性分析 2.1 紗庫零件紗庫零件 制件的模型如圖 2-1 和圖 2-2 所示。圖 2-1 紗庫零件三維圖 5 圖 2-2 紗庫零件三視圖 紗庫零件功能：在紗庫的九個(gè)通孔內(nèi)可放置紗筒，然后將紗庫放置在紡織機(jī)上，不同的紗筒上的紗線可交互紡織成線。因此，九個(gè)通孔內(nèi)表面表面粗糙度要求較高。紗線在紡織過程中，需要經(jīng)過上表面的邊緣處，因此，在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候，需要在紗線經(jīng)過處設(shè)置半徑為 1.5mm 的倒邊圓。制件脫模斜度：型腔為 25-40，型芯為 20-40。而根據(jù)制件二維圖可知，制件脫模斜度為 30，合格。制件材料為熱塑性塑料，其壁厚一般為 3mm 左右，制件轉(zhuǎn)角處的一半以圓弧過渡，其半徑為制件壁厚的 1/3 以上，最小不小于 0.5mm，滿足要求。2.12 制件材料：制件材料：PA6+15%的玻璃微珠。的玻璃微珠。2.21 PA6 性狀：半透明或不透明乳白色結(jié)晶形聚合物，熱塑性、輕質(zhì)、韌性好、耐化學(xué)品和耐久性好，具有良好的耐磨性、自潤滑性和耐溶劑性；熱分解溫度：300 平衡吸水率：35；密 度：(3g/cm)：1.14-1.15；熔 點(diǎn)：215-225；6 拉伸強(qiáng)度 600Mpa；伸 長 率：30%；彎曲強(qiáng)度：90.0Mpa；缺口沖擊強(qiáng)度：2/KJ m 5。2.22 玻璃微珠玻璃微珠 是近年來發(fā)展起來的一種用途廣泛、性能特殊的新型材料。該產(chǎn)品由硼硅酸鹽原料經(jīng)高科技加工而成，粒度為 10250 微米，壁厚 1-2 微米。該產(chǎn)品具有質(zhì)輕、低導(dǎo)熱、較高的強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，其表面經(jīng)過特殊處理具有親油憎水性能，非常容易分散于有機(jī)材料體系中?；瘜W(xué)成份：SiO2 67%,CaO8.0%MgO2.5%Na2O0.15 其他 2.0%；比重：2.4-2.63g/cm；堆積密度：1.53g/cm；莫氏硬度：6-7 莫氏；洛氏硬度：48-52 HRC。2.23 綜上可知綜上可知，制件所用材料 PA6+15%玻璃微珠特性如下：密度：1.53g/cm15%+1.153g/cm85%=1.23g/cm；熔化溫度：250-280；注射壓力：75MPa-125MPa；制件體積約為 8573cm，因此制件質(zhì)量約為 1028.4g。2.3 注射機(jī)：注射機(jī)：注射機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)主要部分：注射裝置、鎖模裝置和模板。注射裝置形式很多，一般為螺桿式液壓驅(qū)動(dòng)，近年來發(fā)展了全電動(dòng)式注射裝置，便于采用自動(dòng)程序控制。注射機(jī)為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外 7 形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機(jī)架系統(tǒng)等組成，如圖 2-3 所示。工作時(shí)模具安裝于動(dòng)模及定模板上，由鎖模裝置合模并鎖緊，注射裝置加熱，塑化塑料。并將融熔的塑料注入模具，注射機(jī)設(shè)有電加熱及水冷卻系統(tǒng)供調(diào)節(jié)模溫所用，塑件成型冷卻后由鎖模機(jī)構(gòu)開模，并由頂出裝置頂出塑件。圖 2-3 臥式注射機(jī) 注射機(jī)的選擇需要根據(jù)多項(xiàng)參數(shù)要求來進(jìn)行，如最大注射量、最大注射面積、鎖模力等等。目前國內(nèi)市場(chǎng)上使用較多的是海天注射機(jī)，根據(jù)所提供的參數(shù)，初步選定注射機(jī)型號(hào) 為 HTF 530A 型（海天注塑機(jī) 530t 鎖模力，A 型螺桿）。其相關(guān)參數(shù)如表 2-1 所示：型號(hào) HTF530A 螺桿直徑（mm）80 理論最大注射量（3cm）1749 注射壓力（MPa）205 鎖模力（t）530 拉桿內(nèi)間距（水平垂直）（mmmm）820820 8 最大模具厚度 H（mm）820 最小模具厚度1H（mm）50 模板最大距離0L（mm）1640 模板行程1L（mm）820 液壓頂出力（kN）158 油泵電動(dòng)機(jī)功率（kw）55 機(jī)器尺寸（長寬高）（mmm）8.72.32.7 機(jī)器質(zhì)量（t）30 表 2-1 注射機(jī)校核：1)最大注射容量：一般而言，注射機(jī)的最大射出量應(yīng)在制件體積的 1.35 倍以上，8573cm1.35=11573cm17493cm，合格；2)撐模力成品在開關(guān)模方向的投影面積(2cm)模穴數(shù) 模內(nèi)壓力(2/kg cm)PA6 的模內(nèi)壓力取 7202/kg cm，為保險(xiǎn)起見，機(jī)器鎖模力一般需要大于撐模力的 1.17 倍以上，最大撐模力=62.62cm17202/kg cm=45072kg20 3 0.5 2040 4 1 40150 5 1 150300 6 2 300500 8 2 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 5001500 10 2 表 5-1 主流道尺寸取值經(jīng)驗(yàn)表 d 取 4mm，R 取值 20mm，H=8mm，D=6mm,L 取 116mm。5.1.2 澆口澆口 1.作用：1）對(duì)塑料熔體流入型腔起控制作用；2）當(dāng)注塑壓力撤銷后，封鎖型腔，是型腔中為冷卻固化的塑料不會(huì)倒流。在設(shè)計(jì)時(shí)，澆口位置與尺寸的確定是非常困難的。2.類型有以下幾類：1)直接澆口：也稱中心澆口，多用于熱敏性材料和高粘度的材料，以及具有后截面和品質(zhì)要求較高的制件。優(yōu)點(diǎn)是制件精度高、品質(zhì)好、充填性好、壓力損失小、無需加工流道等。缺點(diǎn)是去除制件的殘余材料較困難，而且易在制件上留下較大的痕跡。2)側(cè)澆口：應(yīng)用廣泛，適合眾多注塑制品的成型。需要注意的是，側(cè)澆口尺寸的微小變化都能英氣熔融體流量的較大變化。3)扇形澆口：適合大型薄壁制件。4)耳形澆口：適合平面薄壁制件。5)點(diǎn)澆口：適用于細(xì)水口模具，澆口附近的殘余應(yīng)力小，在制件上幾乎看不出澆口痕跡。適用于大型制件以及一腔多模且分型面處不允許有進(jìn)澆口的制件。6)盤形澆口：使得熔融體在制件的整個(gè)截面均勻擴(kuò)散，同時(shí)填充型腔，適用于單型腔且形狀簡(jiǎn)單的制件，由于本制件型芯分布在兩側(cè)，所以不適合。7)環(huán)形澆口：適合于成型周期長、界面較薄型芯過長（需要兩端固定）的圓柱形制件模具中。8)潛伏式澆口：又稱弧形澆口。與點(diǎn)式澆口相似，但是加工困難、壓力損失達(dá)、頂出困難。本設(shè)計(jì)中，不能使用側(cè)澆口，因?yàn)楫a(chǎn)品尺寸過大，偏注成型困難，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受力偏心。可以選取直澆口或者點(diǎn)澆口形式，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，1）直澆口，成型效果好，但是需要后期加工處理；2）點(diǎn)澆口，處理方便，但是所需流量大。選擇直接澆口形式，直接澆口與制品連接處的直徑約為制品厚度的 2 倍，即 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 6mm 左右。若此處直徑不夠大，回事熔體流動(dòng)摩擦劇增，產(chǎn)生暗斑和暗紋；若直徑過大，則冷卻時(shí)間加長，流道凝料過多。直接澆口上端（小端）外徑應(yīng)為0d+0.51mm，其中0d表示注塑機(jī)噴嘴直徑，澆口斜度為 24。出口處應(yīng)設(shè)有圓角，一般為0d/8。5.2 澆口套澆口套 澆口套常用 T8 或 T10 鋼材制造，經(jīng)淬火，洛氏硬度為 5055HRC。由 UG 中直接導(dǎo)入澆口套標(biāo)準(zhǔn)件，澆口套外形如圖 5-2 所示，尺寸如圖 5-3 所示：圖 5-2 澆口套三維圖 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 圖 5-3 澆口套尺寸參數(shù) 5.3 澆口位置澆口位置 考慮因素：1）制件的幾何形狀因素，澆口應(yīng)位于制件最大壁厚處，熔體從厚壁處流向薄壁處，保持流程相等，防止噴射；2）制件承受最大應(yīng)力的方向，應(yīng)考慮將制件所受的主應(yīng)力拉伸應(yīng)力以及沖擊應(yīng)力最大的方向與流料方向一致；3）對(duì)制件外觀質(zhì)量的影響，澆口位置應(yīng)設(shè)在外觀不受影響的部位，通過如圖較短流程而形成最佳熔合，以防止接痕；4）尺寸要求，澆口位置應(yīng)保證制件應(yīng)力最小。根據(jù)以上原則，將澆口位置設(shè)置在模具頂部，由上往下直接注入塑料。山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 5.4 冷料穴冷料穴 在注射機(jī)注射之前，噴嘴最前端的部分熔融體溫度較低，必須防止這部分冷料進(jìn)入流道，為了集存這部分冷料，在注口末端的動(dòng)模上開有冷料穴。冷料穴和拉料桿形狀有以下幾種（如圖 5-4 所示）：1）帶 Z 行拉料桿的冷料穴，常用于熱塑性塑料注射模，也用于熱固性塑料注塑模；2）帶拉料桿的球形冷料穴，常用于推板推出彈性較好的塑料；3）帶拉料桿的菌形冷料穴，常用于推板推出彈性較好的塑料；4）主流道延長式冷料穴，常用于直角式注射機(jī)上的模具等。我們選取的類型是帶 Z 形拉料桿的冷料穴，其中，1-拉料桿，2-溝槽，3-冷料井，4-澆口，5-注口，6-推板，7-拉料桿，8-流道，9-注口 圖 5-4 拉料桿形式 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 第六章第六章 冷卻加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷卻加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)于大對(duì)數(shù)較低模溫的塑料，僅需設(shè)計(jì)模具冷卻系統(tǒng)，而對(duì)于模溫超過 80的塑料，以及大型模具，需要設(shè)計(jì)加熱裝置。本次制件材料為 PA6+15%玻璃微珠，模具溫度 8090，因此需要設(shè)計(jì)加熱裝置。6.1 加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng) 注射模加熱裝置有以下兩類：1）熱水或過熱水加熱，其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原則與冷卻水管道設(shè)計(jì)無異，只是將冷卻水改為熱水或過熱水，模具溫度要求在 80以上時(shí)，最好采用過熱水，優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻，有利于制件質(zhì)量，缺點(diǎn)在于模溫調(diào)節(jié)的滯后期較長；2）電熱棒加熱：即在模具適當(dāng)部位鉆孔，插入電熱棒，并接入熱電偶，也可與調(diào)壓變壓器相連接，優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且熱損失少，使用較為普遍，缺點(diǎn)在于電熱棒加熱易產(chǎn)生局部過熱的現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)選取模溫機(jī)油加熱方式，PP、PC、PA66、PA6、POM 等加玻璃纖維的材料，模具加熱一般選取模溫機(jī)油加熱方式。6.2 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)效率的影響主要表現(xiàn)在冷卻時(shí)間上。通常，注塑到型腔內(nèi)的熔融體溫度在 200左右，而制件由型腔內(nèi)取出時(shí)的溫度多在 60一下。在成型過程中的熱量，有 95%的需要由冷卻介質(zhì)（一般為水）帶走?？s短冷卻時(shí)間的途徑有以下三種：1）讓冷卻水處于湍流狀態(tài)；2）擴(kuò)大模具與冷卻水的溫差；3）增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積，也就是盡量增大管道孔徑和增加孔數(shù)。冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：1)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)先于脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；2)要注意凹模與型芯之間的熱平衡；3)冷卻水道數(shù)目應(yīng)盡量多，橫截面應(yīng)盡量大；山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 4)應(yīng)當(dāng)合理確定冷卻水道到型腔壁的距離；5)冷卻水道出入口的水流溫差應(yīng)當(dāng)盡量??；6)加強(qiáng)澆口處的冷卻；7)冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮方向設(shè)計(jì)；8)允許條件下，孔道距型腔通常在 1220mm 范圍內(nèi)；9)進(jìn)出口冷卻水溫差不應(yīng)過大，以免造成模具表面損傷；10)冷卻管道布置應(yīng)當(dāng)均勻，孔壁間距應(yīng)為（2.54）d。常見的冷卻水路的截面形狀可分為圓形直管、方形直管、圓形彎管和方形彎管。而常見的結(jié)構(gòu)有噴水型、擋板型和熱管型。隔板式冷卻方式如圖 6-1 所示：圖 6-1 隔板冷卻方式圖示 在本次設(shè)計(jì)中，型芯冷卻選取隔板式冷卻方式，圓周排列鉆孔，底面銑穿，加隔板，周邊加密封圈。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：鉆一條垂直于一系列排列的水道，為主水道。每條水道內(nèi)有一塊擋板，將冷卻管路分為兩個(gè)半圓，冷卻液子從一邊 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 進(jìn)入冷卻管路，在管道內(nèi)，經(jīng)過擋板頂端，流入另一邊，回到主冷卻水道。隔板一般為青銅片，或者鋁片。各水道直徑取值大于 15mm，一般取 16mm，20mm，25mm，而水道離制件距離為 15mm20mm。其中，本模具所選擇的是鉆 15 個(gè)直徑為 25mm 的盲孔，由于型芯是組合式的，上部分底面可以銑串聯(lián)各個(gè)盲孔，在盲孔內(nèi)分布著厚度為 2mm 的隔板。如圖 6-2 所示：圖 6-2 型芯冷卻水路圖 型腔冷卻使用如圖 6-3 所示方式，在型腔側(cè)壁上鉆直徑為 25mm 的水孔，然后以塞子密封，內(nèi)部形成聯(lián)通的水道，形成的型腔冷卻水道如圖 6-4 所示：山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 圖 6-3 型腔冷卻方式 圖 6-4 型腔冷卻水路分布 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 6.3 冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單計(jì)算冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單計(jì)算 1)熱平衡計(jì)算 也就是計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)熔融體放出的熱量等于冷卻水帶走的熱量 iinpQm=600 20=12000kJ inQ表示熔體每小時(shí)冷卻放出熱量（kJ/h）i表示每千克塑料熔體凝固時(shí)放出的熱量（kJ/kg），查表得 PA6 取500600kJ/kg pm表示每小時(shí)注射的塑料量，設(shè)每小時(shí)注射量為 20kg()outoutinQm C tt outQ表示冷卻水每小時(shí)從模具帶走的熱量（kJ/h）m表示冷卻水每小時(shí)用量（kg/h）C表示冷卻水的比熱容，取值 4.187kJ/kg.outintt表示冷卻水進(jìn)出模具的溫差，設(shè)計(jì)outt為 28，int為 22 由outQ=inQ可計(jì)算得到，m=477.67kg/h 2)湍流計(jì)算 冷卻水體積流量 V=60m=0.0083/minm 為使冷卻管道內(nèi)流體雷諾數(shù)在410以上，根據(jù) V 選取 d 冷卻圓管直徑為 15mm 冷卻水速 v=24V60 d=1.12m/s 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 3)冷卻面積計(jì)算 t=mt-cpt=90-25=65 t為冷卻水與模具平均溫差 mt為模具溫度 cpt為冷卻水平均溫度 0A是冷卻水物理性質(zhì)參量的函數(shù)，查表取值為 7.93。=3.60A0.80.2vd=19015.772/kJ mh 為冷卻水的管壁傳熱系數(shù)（2/kJ mh）所需的冷卻面積=ipmt=0.0102m 冷卻管道總長度 L=265.4mm 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 第七章第七章 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7.1 頂出脫模機(jī)構(gòu)分類頂出脫模機(jī)構(gòu)分類 1)頂桿機(jī)構(gòu)：有直頂桿、扁頂桿、有托頂桿和頂管四種類型。2)推管機(jī)構(gòu)：推管適用于推出小直徑管狀塑件，受力均勻而不致于破壞塑件。設(shè)計(jì)推管脫模注意事項(xiàng)：a)推出塑件的厚度(也即推管的厚度)，一般不小于 1.5mm；b)推管淬硬 HRC5055，最小淬硬長度要大于與型腔配合長度加上推出距離；c)當(dāng)脫模快時(shí)，塑件易被擠縮，其高度尺寸難以保證；可分為長推管：型芯固定于模具底板上，簡(jiǎn)單可靠，但是推管與型芯較長，適應(yīng)于脫模力較小的中小模具；短推管：推管用推桿推拉。3)頂塊頂板機(jī)構(gòu):推件板機(jī)構(gòu)是利用推件板在分型面處從殼體制件的整個(gè)周邊推出，推出力大而且均勻，對(duì)于側(cè)壁脫模阻力大的薄壁箱體或者圓筒形制件，推出后，外觀幾乎沒有痕跡。當(dāng)頂出機(jī)構(gòu)必須在制件邊上，又不能用推件板頂出時(shí)，可以使用頂塊。4)斜頂機(jī)構(gòu)：斜頂機(jī)構(gòu)是側(cè)向抽芯滑塊和頂桿部件相結(jié)合的一種制件頂出方式，原理在于頂出過程中，斜頂在頂出制件的同時(shí)受到制件壓力而橫向移動(dòng)，從而使制件脫離成型部分。7.2 脫模力計(jì)算脫模力計(jì)算 eQ=cQ+bQ eQ表示脫模力（N）cQ表示克服制件對(duì)型芯包緊的脫模阻力（N）bQ表示一端封閉殼體所需克服的真空吸力（N），bQ=1bar bA=0.1MPabA，bA表示型芯橫截面面積（2mm），220002mm 所以cQ=2200N 對(duì)于薄壁圓筒制件 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 cQ=21fEsthK 其中，E 表示塑料的拉伸彈性模量，2600N/2mm；s 表示塑料平均成型收縮率，取 0.8%；表示材料泊松比，取 0.34；h 表示型芯脫模方向高度（mm），178mm；t 表示制件壁厚（mm），取 3mm；fK為脫模斜度修正系數(shù)，fK=cossin1sincosff，其中 f 表示制件與鋼表面之間靜摩擦系數(shù)，取 0.4，表示型芯脫模斜度，0.5，所以，fK=0.4。cQ=42296N。eQ=44496N。此次設(shè)計(jì)中，選取的脫模方式是頂桿頂出方式，頂桿的位置選在沒有使用要求的表面上，為了平衡壓力、防止受壓表面產(chǎn)生過大變形，選取的頂桿接觸面積盡可能大，頂桿分布位置如圖 7-1 紅色部分所示：山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 圖 7-1 推桿位置分布 所設(shè)計(jì)的頂桿形式如圖 7-2 和 7-3 所示：圖 7-2 推桿 1 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 圖 7-3 推桿 2 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 第八章第八章 紗庫制件的模流分析紗庫制件的模流分析 模流分析，主要指在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)現(xiàn)成型過程中熔融材料的流動(dòng)、填充、冷卻、最終成型的整個(gè)過程。常見的模流分析軟件有 Moldflow、Moldex3D 等。對(duì)制件進(jìn)行模流分析，有利于我們更好地分析該制件的成型特性，對(duì)于容易出現(xiàn)偏差的地方，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，設(shè)計(jì)者可以更加重視，有利于模具設(shè)計(jì)的合理。此次模具設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行模流分析使用的軟件是 Moldflow，使用 Moldflow 可以對(duì)制件的多項(xiàng)成型參數(shù)進(jìn)行分析，以下是其中幾項(xiàng)典型參數(shù)分析結(jié)果。1.充型時(shí)間（Fill Time）分析，根據(jù)圖 8-1 可知，充型時(shí)間為 2.594 秒，充型平衡，制件結(jié)構(gòu)合理。圖 8-1 充型時(shí)間 2.充型結(jié)束時(shí)制件各部分壓力，由圖 8-2 可知，最大壓力為 20.82MPa，位于制件頂部突出部位，該位置壁厚較厚，不影響使用，且分布有加強(qiáng)筋，因此，制件結(jié)構(gòu)合理。山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 圖 8-2 充型結(jié)束時(shí)零件壓力 3.包風(fēng)分布（Air Trap），包風(fēng)分布如圖 8-3 所示，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意所示的紫色區(qū)域的排氣。山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 36 圖 8-3 包風(fēng)分布圖 4.整體溫度（Bulk Temperature）：以下兩個(gè)圖，是制件在不同時(shí)間的溫度情況，圖 8-4 是充型結(jié)束時(shí)，制件大部分地方的溫度為 292.6；圖 8-5 表示在 32.27s 時(shí)，制件大部分溫度降為 90左右，因此，為了制件的成型效果與模具的使用壽命，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)模具的冷卻，盡可能設(shè)計(jì)長的冷卻水道，同時(shí)應(yīng)當(dāng)做到冷卻的平衡。山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 37 圖 8-4 充型結(jié)束時(shí)整體溫度 圖 8-5 32.27 秒時(shí)整體溫度 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 第九第九章章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過以為紗庫零件設(shè)計(jì)模具為例，在查閱大量文獻(xiàn)、手冊(cè)的基礎(chǔ)上，使用 UG 軟件和 Moldflow 軟件進(jìn)行零件的三維建模、分析、設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。以實(shí)際例子為切入點(diǎn)，使得我對(duì)于模具設(shè)計(jì)的整個(gè)流程以及相關(guān)的一些常見的設(shè)計(jì)原則有了一定的了解，對(duì)于結(jié)合 CAD 軟件進(jìn)行高效、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)模具有了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，不存在絕對(duì)的對(duì)錯(cuò)問題，不同的設(shè)計(jì)者所考慮的出發(fā)點(diǎn)不同，可能需要講求效率，可能希望實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性等等，因此，全面考慮并且抓住重點(diǎn)問題在設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。另一方面，在查找資料、進(jìn)行外文翻譯的時(shí)候，對(duì)于目前我們身邊以至于目前國內(nèi)的模具設(shè)計(jì)能力與國外先進(jìn)軟件、先進(jìn)理念的差距感觸尤深。在未來的學(xué)習(xí)中，可以在掌握盡可能多模具設(shè)計(jì)知識(shí)的前提下，多使用 CAD 軟件輔助，學(xué)習(xí)模具的同步設(shè)計(jì)等。山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 39 致謝致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在田良海老師的指導(dǎo)下完成的，從選題、確定思路、零件三維建模、進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、模流分析等各個(gè)方面，田良海老師給了我極大地幫助。老師淵博的學(xué)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及耐心的指導(dǎo)，無不給我留下來極深的印象，讓我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中獲益匪淺。此外，我還要感謝在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中不斷給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們，正是有了他們隨時(shí)隨地對(duì)我的不吝指導(dǎo)，才使我在畢設(shè)過程中能進(jìn)行各項(xiàng)工作。再次感謝所有在畢設(shè)設(shè)計(jì)中幫助過我的老師同學(xué)！感謝山東大學(xué)及機(jī)械工程學(xué)院對(duì)自己四年來的辛勤培養(yǎng)，感謝所有曾經(jīng)促進(jìn)自己進(jìn)步的老師同學(xué)！山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 40 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 展迪優(yōu)，UG NX8.0 模具設(shè)計(jì)實(shí)例精解，機(jī)械工業(yè)出版社，2012 2 黃成，胡興波，UG NX7.5 模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例,電子工業(yè)出版社，2011 3 邱宣懷,機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出版社,2010 4 張遼遠(yuǎn)，現(xiàn)代加工技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 5 我國模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景趨勢(shì)研究，東北制造網(wǎng)，慧聰五金網(wǎng) 6 陳婧媛，模具行業(yè)設(shè)計(jì)制造技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)，哈爾濱理工大學(xué) 7 劉然，注塑模具 CAD 型腔布局及流道系統(tǒng)的研究與開發(fā)，山東大學(xué),2008 8 楊化林,鄧芳,翟紅巖,史俊友，基于統(tǒng)一裝配模型的模架設(shè)計(jì)技術(shù)研究，工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2009 9 聶蘭啟，聶伯揚(yáng)，模具制造，2008 10 趙昌盛,朱邦全，我國模具材料的應(yīng)用發(fā)展，2004 11 孫遜,安閣英,蘇仕方,王君卿，鑄件充型凝固過程數(shù)值模擬發(fā)展現(xiàn)狀，2000 12 柳百成，鑄件充型凝固過程數(shù)值模擬國內(nèi)外研究進(jìn)展,1999 13 江琦，快速制模和快速制造的新進(jìn)展，今明科技，2006 14 馮炳堯，韓泰榮，蔣文森，模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)（第三版），上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 15 注塑成型原理與注塑模設(shè)計(jì)，現(xiàn)代模具技術(shù)編委會(huì)編，國防工業(yè)出版社 1996 年 1 月第 1 版 16 塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)，塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組 編著，機(jī)械工業(yè)出版社，1994年 10 月第 2 版 17 王樹勛，模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)，華南理工大學(xué)出版社 1995 年 6 月第一版 18 路寧，實(shí)用注塑模具設(shè)計(jì)，中國輕工業(yè)出版社 19 劉瑩，宋滿倉，注射模設(shè)計(jì)方法與程序，大連理工大學(xué)模具研究所 20 李亞敏，劉洪軍，任意布置冷卻水道的鋅基合金塑料模具試制，蘭州理工大學(xué) 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 41 21 中國模具設(shè)計(jì)大典，第二卷，輕工模具設(shè)計(jì) 22 蔡毓敏，模具設(shè)計(jì)合理化，模仁科技 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 42 A CAD/C AE-integrated injection mold design system for plastic products Abstract Mold design is a knowledge-intensive process.This paper describes a knowledge-based oriented,parametric,modular and feature-based integrated computer-aided design/computer-aided engineering(C AD/CAE)system for mold design.Development of CAx systems for numerical simulation of plastic injection mol ding and mold design has opened new possibilities of product analysis during the mold design.The proposed system integrates Pro/ENGINEER sys-tem with the specially developed module for the calculation of injection molding parameters,mold design,and selection of mold elements.The system interface uses parametric and CAD/CAE feature-based database to streamline the process of design,editing,and reviewing.Also presented are general structure and part of output results from the proposed CAD/CAE-integrated injection mold design system.Keywords Mold design,Numerical simulation,CAD,CAE 1 Introduction Injection molding process is t he most common molding process for making plastic parts.Gene rally,plastic injection molding design includes plastic product design,mold design,and injection mol din g process design,all of which contribute to the quality of the molded product as well as production efficiency 1.This is process involving many design parameter s that need to be considered in a concurrent manner.Mold design for plastic injection molding aided by computers has been focused by a number of authors world-wide for a long period.Various auth ors have developed program systems which help engineers to design part,mold,and selection parameters of injection molding.During the last decade,many authors have developed computer-aided 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 43 design/computer-aided engineering(CAD/CA E)mold design systems for plastic injection molding.Jong et al.2 developed a collaborative integrated design system for concurrent mold design within the CAD mold base on the web,using Pro/E.Low et al.3 developed an application for standardization o f initial design of plastic injection molds.The system enable s choice and management of mold base of standard mol d plates,but does not provide mold and injection mol ding calculations.The author s proposed a methodology of standardizing the cavity layout design system for plastic injection mol d such that only standard cavity layouts are used.When standard layout s are used,their layout configurations can be easily stored in a database.Lin at al.4,5 describe a structural design system for 3D drawing mold based on functional features using a minimum set of initial information.In addition,it is also applicable to assign the functional features flexibly before accomplishing the design of a solid model for the mai n parts of a drawing mold.This design system includes modules for selection and calculation of mold components.It uses Pro/E modules Pro/Program and Pro/Toolkit,and consists of modules for mold selection,modification and design.Deng et al.6,7 analyzed development of the CAD/CAE integration.The authors also analyzed systems and problems of integration between CAD and CAE systems for numerical simulation of injection molding and mold design.Authors propose a feature ontology consisting of a number of CAD/CAE features.This feature represents not only the geometric information of plastic part,but also the design intent is oriented towards analysis.Part features contain the overall product information of a plastic part,wall features,development features(such as chamfer,ribs,boss,hole,etc.),treatment features which contain analysis-related design information and sub wall/developed features.Wall and development features are so called component features.Godec et al.8,9 developed a CAE system for mold design and injection molding parameters calculations.The system is based on morphology matrix and decision diagrams.The system is used for thermal,rheological and mechanical calculation,and material base management,but no integration with commercial CA x soft ware is 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 44 provided.Huang et al.10 developed a mold-base design system for injection molding.The database they used was parametric and feature-based oriented.The system used Pro/E for modeling database components.Kong et al.11 developed a parametric 3 D plastic injection mold design system integrated with solid works.Other knowledge-based systems,such as IMOLD,ESMOLD,IKMOULD,an d I KBM OU L D,have been developed for injection mold design.IMOLD divides mold design into four major steps;parting surface design,impression design,runner system design,and mold-base design.The software uses a knowledge-based CAD system to provide an interactive environment,assist designers in the rapid completion of mold design,and promote the standardization of the mold design process.IKB-MOULD application consists of databases and knowledge bases for mold manufacturing.Lou et al.12 developed an integrated knowledge-based system for mold-base design.The system has module f o r impression calculation,dimension calculation,calculation of the number of mold plates and selection of injection machine.The system uses Pro/e Mold Base library.This paper describes KBS and key technologies,such as product modeling,the frame-rule method,CBS,and the neural networks.A multilayer neural network has been trained by back propagation BP.This neural network adopts length,width,height and the number of parts in the mold as input and nine parameters(length,width,and height of up and down set-in,mold bases side thickness,bottom thickness of the core,and cavity plates)as output.Mok et al.13,14 developed an intelligent collaborative K BS for injection molds.Mokatel.15 has developed an effective reuse and retrieval system that can register modeled standard parts using a simple graphical user interface even though designers may not know the rules of registration for a database.The mold design system was developed using an Open API and commercial CAD/computer-aided manufacturing(CAM)/CAE solution.The system was applied to standardize mold bases and mold parts in Hyundai Heavy Industry.This system adopted the method of design editing,which implements the master model using features.The developed system provides methods whereby designers can register the master model,which i s 山東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 45 defined as a function of 3D CAD,as standard parts and effectively reuse standard parts even though they do not recognize the rules of the database.Todic et al.16 developed a software solution for automated process planning for manufacturing of plastic injection molds.This CAD/CAPP/C AM system doe s no t provide CA E calculation of parameters of injection mold inland mold design.Maican et al.17 used CAE for mechanical,thermal,and rheological calculations.They analyzed physical,mechanical,and thermal properties of plastic materials.They defined the critical parameters of loaded part.Nardin et al.18 tried to develop the system which would suit all the needs of the injection molding for selection of the part mold technology system.The simulation results consist of geometrical and manufacturing data.On the basis of the simulation results,part designers can optimize part geometry,while mold designers can optimize the running and the cooling system of the mold.The author s developed a pro-gram which helps the programmers of the injection molding machine to transfer simulation data directly to the machine.Zhou et al.1 developed a virtual injection mol ding system based on numerical simulation.Ma et al.19 developed standard component library for plastic injection mold design using an object-oriented approach.This is an object-oriented,library model for defining mechanical components parametrically.They developed a n object-oriented m old c