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自動化表面精加工注塑模具鋼球形研磨和拋光工藝球 英 文 翻 譯 學(xué)院：機械學(xué)院 專業(yè)班級：機制07-1班 指導(dǎo)老師：向道輝 學(xué)號：310704010124 姓名：楊勇 自動化表面精加工注塑模具鋼球形研磨和拋光工藝球 收件日期：2004年3月30日/接受日期：2004年7月5日/發(fā)表時間：05年3月30號?施普林格出版社倫敦有限公司2005 要 本研究探討球形研磨和拋光表面處理的自動化的可能性，正如在自由曲面注塑模具鋼PDS5 在數(shù)控加工中心。設(shè)計和制造，研磨工具持有人已經(jīng)完成了這項研究。最佳參數(shù)的確定，采用磨削的塑料注射成型法交PDS5加工中心。最佳表面磨削，荷蘭國際集團的注塑模具鋼PDS5參數(shù) 一個PA的氧化鋁，研磨材料組合磨削，荷蘭國際集團18 000 rpm時，磨削深度為20微米的速度，以及50毫米/分鐘。試樣的表面粗糙度Ra可提高到1.60微米至0.35微米的最佳使用表面磨削參數(shù)。表面粗糙度Ra可進一步改善至約0.343微米至0.06微米之間，擠光與拋光的最佳參數(shù)。 應(yīng)用表面打磨和拋光最佳參數(shù)，順序為細研磨自由曲面模，表面粗糙度Ra的自由曲面上的測試區(qū)部分可提高到約2.15微米至0.07微米。 關(guān)鍵詞自動化表面精加工? 球研磨拋光工藝過程? ?測量表面粗糙度的方法 塑料是重要的工程材料，由于其特定的特性，如耐化學(xué)腐蝕，密度低，易于制造，并有越來越多在工業(yè)應(yīng)用中替代金屬部件。 注射成型是重要的質(zhì)粒成形工藝之一 。該模具的注塑表面的光潔度是一個基本要求，由于其直接影響塑料的外觀。整理過程，如研磨，拋光和研磨常用來改善表面光潔度。 裝入的研磨工具（輪），已被廣泛應(yīng)用于在傳統(tǒng)模具精加工產(chǎn)業(yè)。幾何模型安裝工具磨床自動化表面光潔度，荷蘭國際集團過程中引入了[1]。一個整理過程模型球研磨系統(tǒng)自動化表面精加工的工具，電信設(shè)備制造商開發(fā)了在[2]。磨削速度，切削深度，進給如研磨材料，磨料率，車輪性能，晶粒尺寸，都為球形研磨主導(dǎo)參數(shù)，荷蘭國際集團的過程，如圖所示。 1、最佳球面磨床，注塑模具鋼的參數(shù)尚未掌控的以文獻為基礎(chǔ)。 近年來，一些研究已經(jīng)在德國進行了擠光球的最佳參數(shù)的研究（圖2）。例如，它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，塑料對工件表面形成可減少使用碳化鎢球或滾子，從而提高了表面粗糙度，表面硬度和抗疲勞性[3-6]。該拋光過程是由加工中心[3，4]和車床[5，6]。主要參數(shù)有打磨。表面粗糙度的影響是滾珠或滾子的材料，打磨力，進給速度，拋光速度，潤滑，打磨等[3]通過。最佳注塑模具鋼拋光參數(shù)PDS5是一個組合的潤滑脂，進給速度200毫米/分鐘，打磨拋光速度是40微米，力量是 300 N。該深度的滲透拋光表面采用最佳球擠光參數(shù)約2.5微米的表面粗糙的改善，通過打磨一般介于40％和90％[3-7]。這項研究的目的是開發(fā)和球面磨削擠光表面光潔度過程而言，是一個自由曲面。 2、 在注塑模具加工中心。該流程圖利用自動化表面光潔度研磨球，其過程如圖所示。 3、我們通過設(shè)計和制造球形研磨工具及其對準(zhǔn)去副加工中心上使用。最佳表面球形磨削工藝參數(shù)進行了測定，利用正交表的方法。四因素三對應(yīng)，然后選擇了矩陣實驗。最佳裝球的表面磨削參數(shù)研磨，然后應(yīng)用到一個自由曲面光潔度表面的載體。為了改善表面粗糙度，對表面進一步打磨，使用最佳擠光參數(shù)。 2設(shè)計和球面磨削工具的定位裝置 了能從球面磨削過程中的自由曲面表面上看，球磨床中心應(yīng)配合Z軸加工中心軸。裝入的研磨球工具及其調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計，如圖4所示。電動砂輪機是安裝在刀架上有兩個支點螺絲。該磨床球中心以及相同走線的COM的錐形槽求助。經(jīng)對齊磨床球，兩個可調(diào)整的支點螺釘擰緊之后，校準(zhǔn)組件可能被取消。中心坐標(biāo)之間的偏差，球磨床和納茨是約5微米，它是衡量一臺數(shù)控三坐標(biāo)測量機。由機床振動引起的力量是AB - 吸附由螺旋彈簧。所生產(chǎn)的球形磨削荷蘭國際集團的工具和球擠光工具被安裝，如圖5主軸被鎖定為球面磨床，其進程和由主軸鎖球及制程機制。 3規(guī)劃矩陣實驗 3.1配置的直交 幾個參數(shù)的影響可以達到有效通過開展正交陣列的實驗[8]。為配合上述球面磨削的PA，該磨床球研磨材料（與直徑10毫米），進料速度，磨削深度和電動砂輪機被選定為四個實驗因素（參數(shù)）和一個指定的因子D（見表1）研究。三個等級（設(shè)置）為每個因素被配置，其范圍是由數(shù)字1，2和3確定。三研磨材料，即碳化硅（SiC），白鋁氧化物（氧化鋁，），粉紅色三氧化二鋁（Al2O3微粉，）分別被選用和研究。每個因素三個數(shù)值乃根據(jù)預(yù)先研究的結(jié)果開展4個3級的球形研磨工藝因素矩陣實驗。 3.2定義的數(shù)據(jù)分析 工程設(shè)計問題可分為較小的，更好的類型，標(biāo)稱的最佳類型，較大的，更好的類型，簽署的目標(biāo)類型，其中包括[8]。該信號與信噪比（S / N）作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的產(chǎn)品或工藝設(shè)計。表面粗糙度值通過適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)組合應(yīng)比原表面小。因此，球面磨削過程是一個較小的，更好的類型問題的例子。S / N比η，是由以下方程定義[8]： 之后的S / N從每個實驗數(shù)據(jù)比 正交表進行計算，各因素的主效應(yīng)測定使用方差分析（ANOVA） [8]。較小的，很好的解決問題的優(yōu)化策略是盡量由公式式定義。 η水平，最大限度地將負責(zé)的因素，有一個顯著的影響η的選擇。球形研磨的最佳條件可以被確定。 4實驗工作和結(jié)果 在這項研究中所使用的材料是PDS5工具鋼（相當(dāng)于采用AISI P20的）[9]，這是常見的大型注塑產(chǎn)品的模具用于汽車零部件和家用電器領(lǐng)域。這種材料的硬度為HRC33（HS46）[9]。這樣做的一個好處是物質(zhì)特殊加工后，模具可直接用于未經(jīng)熱處理的進一步整理，由于其特殊的前處理工藝。該標(biāo)本的設(shè)計和制造，使它們可以在一個測力計測量反應(yīng)上。大體標(biāo)本的PDS5加工，然后安裝在測功機上進行三軸加工中心作出銑削。鋼鐵公司（類型的MV - 3A）款，配備了FUNUC的數(shù)控控制器（類型0M的）[10]。預(yù)加工表面的粗糙度進行了測量，使用Hommelwerke T4000裝備，將約1.6微米。圖6顯示了實驗設(shè)置在球面磨削工藝。一個MP10觸摸觸發(fā)由雷尼紹公司生產(chǎn)的探針也集成加工中心刀庫來衡量和確定試樣的原產(chǎn)地。該數(shù)控為球擠光加工路徑生成所需的代碼是PowerMILL CAM軟件。這些代碼可以傳到該加工中心。數(shù)控控制器通過RS232串行接口。 表2總結(jié)了地面測量表面粗糙度值Ra和計算的S / N為每18課比正交氬 光用均衡器。 1，后執(zhí)行的18式實驗。平均的S / N為每四個因素可以得到的比率，如表3所列，采取的數(shù)值見表2。平均的S / N為每四個因素的比率是圖形如圖所示。 7圖。實驗裝置，以確定運算球面??磨削參數(shù) 表2.PDS5試樣表面粗糙度 表3.平均的S / N比值因子水平（分貝） 朗讀 顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 在球面磨削過程的目的是盡量減少表面的粗糙度由determin地面標(biāo)本價值荷蘭國際集團各因素的最佳水平。因為是一個單調(diào)減函數(shù)，我們應(yīng)盡量的使用S / N比。形成機制，我們能確定每個因素的最佳水平作為一級η的最高值。因此，在試驗的基礎(chǔ)矩陣，最佳研磨材料呈粉紅色氧化鋁;最佳的進給為50毫米/分鐘;最佳的磨削深度為20微米，以及最佳轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)，如表4所示。各因素的主要作用是進一步確定使用方差分析（ANOVA）技術(shù)分析和F比為了測試，以確定其意義（見表5）。該 F0.10，2,13是平等的顯著性水平2.76至0.10（或90％置信水平）;因素的自由度為2，匯集了錯誤的自由度為13，根據(jù)F分布表[11]。一架F比值大于2.76可歸納為表面粗糙度有顯著影響，并確定了一個星號。因此，進給和深度磨削表面粗糙度有一個顯著的效果。 五，進行了驗證實驗，觀察重復(fù)性使用研磨的最佳組合，如表6。表面粗糙度的索取這些標(biāo)本價值進行測量，約為0.35微米。在使用球面磨削參數(shù)的最佳組合后表面粗糙度提高約78％。在表面進一步打磨使用最佳擠光參數(shù)的RA = 0.06μm的表面粗糙度值的OB 拋光球。用30 ×光學(xué)顯微鏡觀察改進光面粗糙度，如圖所示。預(yù)加工表面粗糙度的改善約95％，打磨的過程。 表面研磨球的最佳工藝參數(shù)的OB從實驗被應(yīng)用于對自由曲面模具插入到evalu表面光潔度， 表面粗糙度的改善，一個選定為測試載體。模具的數(shù)控加工，為測試對象是與PowerMILL CAM的SERT的模擬軟件。經(jīng)過精細加工的模具，進一步地插入與球面磨削獲得最佳參數(shù)的矩陣實驗。此后不久，表面拋光的最佳擠光參數(shù)，進一步提高被測物體的表面粗糙度（見圖。9）。模具的表面粗糙度測量插入， 與Hommelwerke T4000設(shè)備。平均表面粗糙度對模具的插入精細研磨表面價值平均為2.15微米，這對表面為0.45微米 圖7 控制因素的影響 表4。優(yōu)化組合球面磨削參數(shù) 因子 水平 磨料 Al2 O3 , PA 進給 50 mm/min 磨削深度 20 μm 公轉(zhuǎn) 18000 rpm 表5。方差分析表的S / N的表面粗糙度比 因子 自由度 平方和 平均平方 F比率 A 2 24.791 12.396 3.620? B 2 0.692 0.346 C 2 28.218 14.109 4.121? D 2 4.776 2.388 錯誤 9 39.043 總和 17 97.520 匯集錯誤 13 44.511 3.424 * F比率值> 2.76有顯著影響表面粗糙度 表6.表面的粗糙度值測試后驗證實驗標(biāo)本 圖。 8。一個工具制造者對被測樣品表面和預(yù)加工表面之間的打磨情況在顯微鏡下的比較（30 ×） 圖. 9.精細研磨，研磨和拋光模 t圖8 5結(jié)論 在這項工作中，自動球形的最佳參數(shù)，卡爾研磨和球擠光表面處理過程中一個自由曲面注塑模具開發(fā)了cessfully的加工中心。裝入的研磨球工具（和其排列組成部分）的設(shè)計和制造。最佳球形表面磨削參數(shù)磨削確定了矩陣進行實驗。最佳球面磨削參數(shù)為注塑模具鋼PDS5是對合并磨料粉紅色的鋁氧化物（氧化鋁，），50毫米/分鐘，20微米的磨削深度，以及18000轉(zhuǎn)的壽命。試樣的表面粗糙度Ra可提高約1.6微米的表面用研磨球的最佳條件，以0.35微米研磨。通過應(yīng)用最佳表面打磨和拋光參數(shù)對自由曲面模的表面光潔度，表面粗糙度進行測量，為改善表面約79.1％，在表面上，約96.7％的磨光表面上。 朗讀 顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 致謝：作者感謝國科會的支持與中華人民共和國共和國授予國科會89 - 2212 - é - 011 - 059本研究。 References 1. Chen CCA, Yan WS (2000) Geometric model of mounted grinding tools for automated surface finishing processes. In: Proceedings of the 6th International Conference on Automation Technology, Taipei, May 9-11, pp 43-47 2. Chen CCA, Duffie NA, Liu WC (1997) A finishing model of spherical grinding tools for automated surface finishing systems. 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Wiley, New York 圖書分類號： 密 級： 畢業(yè)設(shè)計(論文) 多用角架擱板注塑模具設(shè)計及其仿真加工 THE DESIGN OF INJECTION MOULD OF MULTI-PURPOSE HORN WEAR SHELF AND SIMULATION PROCESSING 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 機電工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師 2011年 5月 27日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 　　 導(dǎo)師簽名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 I 摘要 注射模具是模具工業(yè)的重要發(fā)展方向，也是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和模具生產(chǎn)方式，大大提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)以及企業(yè)自身的競爭力。 本文根據(jù)多用角架擱板實物模型進行了模型特征重構(gòu)，在此基礎(chǔ)上基于 PRO/E軟件設(shè)計出一套合理的注射模具。首先分析了多用角架擱板制件的工藝特點，包括材料性能、結(jié)構(gòu)工藝性、成型特性與條件等，并選擇了成型設(shè)備。然后介紹了香皂盒注射模的分型面選擇、型腔數(shù)目及布置形式，重點介紹了澆注系統(tǒng)、成型零件、冷卻系統(tǒng)、脫模機構(gòu)的設(shè)計。然后選擇模架，并對注射機的工藝參數(shù)進行了校核。在此基礎(chǔ)上，本文講訴了如何運用Mastercam軟件對多用角架擱板凸模進行仿真加工。 關(guān)鍵詞 注射模具；PRO/E；Mastercam；仿真加工 Abstract Injection molding is an important direction of development of mold industries, it also is an important indicator of the level of one country’s industry. The application of molding CAD/CAE/CAM fundamentally changed the way of traditional product development and manufacturing method, improved production efficiency, the quality of products and competitiveness of interprises. The model was reconstructed based on the real multi-purpose horn wear shelf. Appropriate injection mold was designed based on PRO/E. First, the technological characteristics of the multi-purpose horn wear shelf were analyzed, including material properties, the process of the structure, forming characteristics and conditions, and the forming equipment were selected. Then the parting line was selected, the number of cavity and layout were determined. A specific introduction was made on the gating system, the cooling system, the forming parts and the stripping institutions. Then the standard mould bases were selected, and checked the technological parameters of the forming equipment. On this basis, this paper also tells about how to use the Mastercam to complete the simulation processing of multi-purpose horn wear shelf. Keywords Injection mold PRO/E Mastercam simulation processing 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1模具工業(yè)的地位和發(fā)展前景 1 1.2課題內(nèi)容和意義 1 2塑件成型工藝性分析 3 2.1塑件結(jié)構(gòu)分析 3 2.2塑件的工藝性分析 3 2.2.1塑件材料的選擇 3 2.2.2 塑件的壁厚 5 2.2.3 塑件的表面質(zhì)量 5 2.2.4 塑件的精度等級 6 2.2.5 塑件的脫模斜度 6 2.3 PP塑件的注射工藝 7 3 分型面的選擇 9 3.1 分型面位置的確定 9 3.2 型腔數(shù)目的確定 10 4 注射機型號的選擇 11 4.1 體積質(zhì)量的計算 11 4.2 注射機的選擇 11 4.3 注射機相關(guān)參數(shù)的校核 12 5 注射過程與模流分析 14 5.1 MoldFlow分析軟件簡介 14 5.2 網(wǎng)格劃分 14 5.3 塑件的最佳澆口位置分析 15 5.4 塑件的流動性分析 16 5.4.1 氣穴和熔接痕 16 5.4.2 注射位置處壓力 17 5.4.3充填時間 17 5.4.4 鎖模力 18 5.5塑件的冷卻分析 18 5.6 MoldFlow分析總結(jié) 19 6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 20 6.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則 20 6.2 主流道的設(shè)計和計算 20 6.3 澆口的設(shè)計 21 6.4校核主流道的剪切速率 21 7注塑模具成型零件及模具體的設(shè)計 22 7.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 7.2成型零件鋼材的選用 22 7.3成型零件工作尺寸的計算 22 7.3.1凹模徑向尺寸的計算 22 7.3.2凹模深度尺寸的計算 23 7.3.3凸模徑向尺寸的計算 23 7.3.4 凸模高度尺寸的計算 23 7.4 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 23 7.5 脫模機構(gòu)的設(shè)計 24 7.5.1脫模力的計算 24 7.5.2塑件脫出機構(gòu) 25 7.6 模架的確定 26 7.7模架各尺寸的校核 26 8冷卻系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)設(shè)計 27 8.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 27 8.1.1 模具溫度調(diào)節(jié)的必要性 27 8.1.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 27 8.1.3 冷卻水道的設(shè)計 27 8.2排氣和引氣系統(tǒng)的設(shè)計 29 9模具的裝配與調(diào)試 31 10 基于Mastercam X2的仿真加工 33 10.1 Mastercam X2軟件簡介 33 10.2 多用角架擱板凸模加工 34 10.2.1 加工坯料及對刀點的確定 34 10.2.2規(guī)劃曲面挖槽粗加工刀具路徑 34 10.2.3 工件參數(shù)設(shè)置 35 10.2.4 曲面挖槽粗加工實體加工模擬 35 10.2.5規(guī)劃分型面淺平面精加工刀具路徑 36 10.2.6分型面淺平面精加工實體加工模擬 36 10.2.7規(guī)劃等高外形精加工刀具路徑 37 10.2.8 曲面等高外形精加工實體加工模擬 37 10.2.9 規(guī)劃3圓鼻刀曲面平行精加工刀具路徑 38 10.2.10曲面平行精加工實體加工模擬 39 10.2.11 規(guī)劃頂面平行銑削精加工刀具路徑 39 10.2.12 頂面平行銑削精加工平行銑削實體加工模擬 40 10.3生成加工NC代碼 40 結(jié)論 42 致謝 43 參考文獻 44 46 1 緒論 1.1模具工業(yè)的地位和發(fā)展前景 塑料注射成型所用的模具稱為注射成型模，簡稱注射模。它是實現(xiàn)注射成型工藝的重要工藝裝備。塑料模具為模具總量近 40％，而且這個比例還在不斷上升。這類模具主要是兩類：一類是大型模具，一類是精密模具。大型模具主要是以汽車儀表板，保險杠和家電產(chǎn)品模具為代表的成型模具。精密模具是以集成電路、塑封模具為代表的成型模具。注射模具被歐美等發(fā)達國家譽為“磁力工業(yè)”。很大部分工業(yè)產(chǎn)品依賴注射模具才得以規(guī)模生產(chǎn)、快速擴張，由于注射模具對社會生產(chǎn)和國民經(jīng)濟的巨大推動作用和自身的高附加值，世界模具工業(yè)，尤其是注射模具工業(yè)發(fā)展較快，當(dāng)前全球模具工業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)達到 600 億~650 億美元，是機床工業(yè)產(chǎn)值的兩倍，其中注射模具工業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)達到 240 億至 260 億 。 縱觀發(fā)達國家對模具工業(yè)的認識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。目前，我國模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進步，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔模具的比重，質(zhì)中求效益，提高模具的國產(chǎn)化程度，減少對進口模具的依賴。 現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進的設(shè)計與制造技術(shù)、專用的機床設(shè)備，更重要的是生產(chǎn)技術(shù)的管理等。21世紀(jì)模具行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具行業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需要。 在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重人才的培養(yǎng)，實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。 1.2課題內(nèi)容和意義 本次設(shè)計的課題設(shè)計內(nèi)容主要包括以下幾點： 1.進行多用角架擱板塑件的三維造型設(shè)計； 2.從塑料品種、塑件形狀、尺寸精度、表面粗糙度等方面考慮注塑成型工藝的可行性和經(jīng)濟性，進行塑件成型的工藝性分析； 3.根據(jù)塑件的質(zhì)量和模具型腔數(shù)大致確定模具的結(jié)構(gòu)，初步確定注射機型號，了解注射機與模具有關(guān)的技術(shù)參數(shù)； 4.考慮塑件成型位置及分型面選擇，模具型腔數(shù)，型腔的排列，流道布局及澆口位置設(shè)置來進行凸、凹模零件設(shè)計； 5.將模具三維模型導(dǎo)入CAM軟件中，進行注塑成型模具三維型面的數(shù)控仿真加工； 6.由模具三維結(jié)構(gòu)圖繪制出二維裝配圖，依據(jù)裝配圖完成模具主要零件的設(shè)計和圖樣繪制。 本次畢業(yè)設(shè)計通過對注塑成型模具的設(shè)計，可了解常用塑料的性能、塑料制品的設(shè)計原則及方法，掌握注射模具常用結(jié)構(gòu)的組成、特點及應(yīng)用場合，并由此熟悉注射成型工藝及仿真加工的全過程。通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代化的設(shè)計制造方法，積極開展CAD/CAM技術(shù)在注射模具設(shè)計中的推廣應(yīng)用, 從而提高自己進行模具設(shè)計的工作能力。 2塑件成型工藝性分析 2.1塑件結(jié)構(gòu)分析 在家居用品中，擱板的使用越來越受歡迎，各式各樣的擱板既可用作廚房碗碟的收納工具、客廳的CD架、臥房床頭的書架等實用工具，還可以是一件靚麗的裝飾品，倘若使用得當(dāng)，擱板可以瞬間為家居增色。本設(shè)計中的多用腳架擱板能夠用來放置塑料盆一類的日用品。其結(jié)構(gòu)外形如下圖2-1所示，其橢圓形凸臺是用來使得相同的擱板豎直連接在一起，方便您裝拆且為您節(jié)省空間的同時，也已成為一件靚麗的裝飾品。 正面 反面 圖2-1 多用角架擱板外形 2.2塑件的工藝性分析 2.2.1塑件材料的選擇 塑件的材料要在保證產(chǎn)品的使用性能、物理性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能和耐熱性能的前提下，盡量選用價廉且成型性能又好的塑料。該產(chǎn)品用于承載物品，要求有較好的力學(xué)性能，有較大的強度和剛性，屈服強度高，彎曲疲勞壽命要高；有穩(wěn)定的化學(xué)性能，對接觸物（水、洗化用品）有很好的耐腐蝕性，衛(wèi)生程度較高，日常使用時無毒安全，成型工藝性較好，所選的塑料流動性好，易于成型，有較高的表面光澤；市場價格盡量低，產(chǎn)品有較大的利潤空間和市場競爭力。ABS 常用作電器外殼，機械強度較高，但是耐熱性差，洗浴時的較高溫度會使該材料產(chǎn)生較大變形。PA 化學(xué)穩(wěn)定性較差，注射成型時熔融溫度范圍窄，熱穩(wěn)定性差，溫度控制較復(fù)雜。PC 價格昂貴 ，成本太高，化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐堿、酮、脂等，成型工藝較復(fù)雜，常用來制造光學(xué)零件。PP價格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，機械強度較高，成型工藝性較好，主要用來制造日用品。通過以上分析可以看出，PP 是制造塑料置物架的最佳材料，幾種常用塑料相關(guān)資料見表 2-1。 表2-1 幾種常用塑料相關(guān)資料 塑件品種 結(jié)構(gòu)特點 使用溫度 化學(xué)穩(wěn)定性 性能特點 成型特點 主要用途 ABS 線型結(jié)構(gòu) 非結(jié)晶型 小于 70℃ 較好 機械強度較好，有一定的耐磨性。但耐熱性較差，吸水性較差 成型性能好,成型前原料要干燥 應(yīng)用廣泛，如電器外殼、汽車儀表盤、日用品等 聚酰胺(尼龍) 線型結(jié)構(gòu)結(jié)晶型 小于 70℃(尼龍6) 較好,不耐強酸和氧化劑,能溶于甲酚,苯酚,濃硫酸等 抗拉強度,印度,耐磨性,自潤滑性突出,吸水性強 熔點高,熔融溫度范圍較窄,成型前原料要干燥.熔體黏度低,要防止溢料,制品易產(chǎn)生變形等特點 耐磨零件及傳動件,如齒輪,凸輪等,電氣零件中的骨架外殼,閥類零件 聚碳酸酯(pc) 線型結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型 小于130℃耐寒性好,脆化溫度-100℃ 有一定的化學(xué)穩(wěn)定性,不耐堿,酮,酯等 透光率較高,介電性能好,吸水性小,力學(xué)性能好,抗沖擊,抗蠕變性能突出,但耐磨性較差 熔融溫度高,熔體粘度大,成型前原料需干燥,粘度對溫度敏感,制品要進行后處理 在機械上用作齒輪,凸輪,蝸輪,滑輪等,電機電子產(chǎn)品零件,光學(xué)零件等 聚丙烯(pp) 線型結(jié)構(gòu)結(jié)晶型 10-120℃ 較好 耐寒性差,光養(yǎng)作用下易降解老化,力學(xué)性能比聚乙烯好 成型時收縮率大,成型性能較好,易產(chǎn)生變形等缺陷 板,片,透明薄膜,繩,絕緣零件,汽車零件,閥門配件,日用品等 PP 塑料的相關(guān)參數(shù)見表 2-2。 表2-2 PP塑料相關(guān)參數(shù) 性能項目 試驗條件 測試標(biāo)準(zhǔn) 測試數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)單位 基本性能 熔體流動速率 23℃,2.16kg ASTM D-1238 30 g/10min 密度 --- ASTM D-1505 0.9 g/cm3 機械性能 拉伸屈服強度 50mm/min ASTM D-638 270 Kg/ cm2 彎曲模量 --- ASTM D-790 6000 Mpa 續(xù)表2-2 性能項目 試驗條件 測試標(biāo)準(zhǔn) 測試數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)單位 機械性能 洛氏硬度 --- ASTM D-785 100 R標(biāo)尺 彎曲強度 --- GB 9341 >50 Mpa 熱性能 維卡軟化點 1kgf ASTM D-1525 152 ℃ 熱變形溫度 4.6kg/ cm2 ASTM D-648 105 ℃ 2.2.2 塑件的壁厚 塑件的壁厚對其質(zhì)量有很大的影響，壁厚過小不能滿足使用強度和剛度的要求，而本產(chǎn)品對強度和剛度的要求較高。壁厚太大則浪費原材料，在大批量生產(chǎn)時造成生產(chǎn)成本提高，利潤空間降低；注射成型時則易造成塑件內(nèi)部產(chǎn)生氣穴，外部產(chǎn)生凹陷；冷卻時需要更長的冷卻時間，增加了冷卻系統(tǒng)設(shè)計和加工的難度。從以上諸方面考慮，應(yīng)在滿足使用的前提下對塑件進行最大限度的薄壁化。同一塑件的壁厚應(yīng)當(dāng)盡可能一致，塑件壁厚不同將導(dǎo)致收縮不同，最終導(dǎo)致變形或開裂。 PP 塑料最小壁厚及推薦壁厚見表 2-5。 表 2-5 PP 塑料最小壁厚及推薦壁厚 塑件材料 最小壁厚 小型零件推薦壁厚 中型零件推薦壁厚 大型零件推薦壁厚 PP 0.85 1.45 1.75 2.40—3.20 本產(chǎn)品屬于中型塑件，推薦壁厚為 1.75mm，但是考慮到塑件的力學(xué)要求，應(yīng)使用較大壁厚，這里取壁厚為 2mm。 2.2.3 塑件的表面質(zhì)量 塑件的表面粗糙度和外觀質(zhì)量決定了塑件的表面質(zhì)量。一般來說，原材料的質(zhì)量、成型工藝和模具表面粗糙度都會影響到塑件的表面粗糙度，尤其是以型腔壁的表面粗糙度影響最大。因此，模具的型腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素。產(chǎn)品的外觀面應(yīng)有很好的光澤度且非常光滑，對表面粗糙度要求較高，應(yīng)不大于 1.60，產(chǎn)品的內(nèi)表面與使用無關(guān)且不影響外觀，對表面粗糙度無太高要求，為了降低模具制造成本 ，凸模成型表面的粗糙度設(shè)計為 3.20。PP 材料通過注射成型所能達到的表面粗糙度范圍是0.10~1.60，滿足塑料角架擱板的表面粗糙度要求。使用注射成型時幾種常用材料所能達到的塑件表面粗糙度見表 2-3。 表 2-3 使用注射成型時幾種常用材料所能達到的塑件表面粗糙度 材料 Ra 參數(shù)范圍/um 0.025 0.05 0.10 0.20 0.40 0.80 1.60 3.20 6.30 ABS ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- PC ----- ----- ----- ----- ----- ----- PA ----- ----- ----- ----- ----- PP ----- ----- ----- ----- ----- PE ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 2.2.4 塑件的精度等級 影響塑件精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨損程度，塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化等。在一般生產(chǎn)過程中，為了降低模具的加工難度和模具的生產(chǎn)成本，在滿足塑料使用要求的前提下將盡可能地把塑件尺寸精度設(shè)計得低一些。目前我國頒布了工程塑料模塑塑料件尺寸公差的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T14486-1993。該標(biāo)準(zhǔn)將塑件分成 7 個精度等級，MT1的精度要求最高，一般不采用。見表2-4 表 2-4 PP 材料模塑件公差等級 材料代號 模具塑料 公差等級 標(biāo)注公差尺寸 未注公差尺寸 高精度 一般精度 PP 聚丙烯 MT3 MT4 MT6 MT2 MT3 MT6 MT2 MT3 MT5 根據(jù)此表和塑件的設(shè)計使用要求，塑件的精度選用MT3。 2.2.5 塑件的脫模斜度 塑件冷卻后產(chǎn)生收縮時會緊緊包在凸模上，或由于粘附作用緊貼在型腔內(nèi)。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時出現(xiàn)頂白、頂傷、劃傷等，在塑件設(shè)計時應(yīng)使其表面有合理的脫模斜度。脫模斜度的選擇要遵循以下原則： （1）塑件精度要求高時，應(yīng)采用較小的脫模斜度； （2）較高較大的塑件尺寸，應(yīng)選用較小的脫模斜度； （3）形狀復(fù)雜的、不易脫模的，應(yīng)選用較大的脫模斜度； （4）塑件的收縮率大的應(yīng)選用較大的脫模斜度值； （5）塑件壁較厚時，會使成型收縮增大，脫模斜度應(yīng)采用較大數(shù)值。 常用塑料的脫模斜度見表 2-6。由于 PP 塑料的收縮率很大，所以應(yīng)選擇較大的脫模斜度，選擇脫模斜度為3。。 表 2-6 常用塑件的脫模斜度 塑料名稱 脫模斜度 型腔 型芯 PE PP PA 25’—45’ 20’—45’ HPVC 35’—40’ 30’—50’ PS ABS POM 35’—1/30’ 30’—40’ 熱固性塑件 25’—40’ 20’—50’ 2.3 PP塑件的注射工藝 PP塑件的注塑工藝參數(shù)如下表2-7 表2-7 PP塑件的注塑工藝參數(shù) 預(yù)烘干 不需要,如貯藏條件不好,在80℃下烘干1小時 溫度 喂料區(qū)溫度/℃ 30～50 料筒/℃ 后段 160～180 中段 1800～2000 前段 200～230 噴嘴/℃ 220～300 熔料/℃ 220～280 模具/℃ 40～80 壓力 注射/Mpa 70～120 保壓/Mpa 50～60 背壓/Mpa 5～20 續(xù)表2-7 預(yù)烘干 不需要,如貯藏條件不好,在80℃下烘干1小時 時間 注射/s 1～5 保壓/s 20～50 冷卻/s 20～50 成型周期/s 40～120 螺桿轉(zhuǎn)速/ 30～60 3 分型面的選擇 3.1 分型面位置的確定 分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據(jù)需要可能有一個或兩個以上的分型面。它的合理選擇是塑件能夠完好成型的條件，不僅關(guān)系到塑件的脫模，而且涉及模具結(jié)構(gòu)和制造成本。合理的分型面不但能滿足制品各方面的性能要求，而且使模具結(jié)構(gòu)簡單，也會有令人滿意的成本。在選擇分型面的時候，應(yīng)該遵循以下幾個原則： （1）符合塑件脫模的基本要求，就是能使塑件從模具內(nèi)取出，分型面位置應(yīng)設(shè)在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位； （2）分型線不影響塑件外觀，即分型面應(yīng)盡量不破壞塑件光滑的外表面； （3）確保塑件留在動模一側(cè)，利于推出且推桿痕跡不顯露于外觀面； （4）應(yīng)盡量避免形成側(cè)孔、側(cè)凹，若需要滑塊成型，力求滑塊結(jié)構(gòu)簡單，盡量避免定?；瑝K； （5）確保塑件質(zhì)量，例如：將有同軸度要求的塑件部分放到分型面的同一側(cè)等； （6）滿足模具的鎖緊要求，將塑件投影面積大的方向放在定、動模的合模方向上，而將投影面積小的方向作為側(cè)向分型面； （7）合理安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口位置； （8）有利于模具加工。 從塑件模型可以看出，將塑件周邊把手的最下端側(cè)面作為分型面。分析本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和使用要求，選擇主分型面為塑件的上表面。見圖3-1。 圖3-1 分型面示意圖 分型面設(shè)計方法有陰影曲面分型面、裙邊分型面、側(cè)面影像曲線分型面、復(fù)制曲面、延伸曲面、合并曲面等設(shè)計方法。在主分型面的設(shè)計中，采用復(fù)制塑件上表面的方法，并進行相關(guān)的編輯。具體設(shè)計過程為： （1）復(fù)制塑件上表面。 （2）延伸塑件分型面邊至工件表面。 （3）合并曲面，使分型面為一個整體。 應(yīng)用Pro/e創(chuàng)建出的分型面見圖 3-2。 正面 反面 圖3-2 主分型面 3.2 型腔數(shù)目的確定 為了使模具與注射機的生產(chǎn)能力相配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性，并保證塑件的精度，模具設(shè)計時應(yīng)確定型腔數(shù)目。型腔數(shù)目的確定一般遵循以下原則： （1）型腔的數(shù)目及排列形式與澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)有關(guān)。型腔的數(shù)目及排列形式的設(shè)計要考慮到后者的結(jié)構(gòu)； （2）模具加工條件好，加工精度高時可以增加型腔數(shù)目，反之應(yīng)減少型腔數(shù)目； （3）型腔越多，模具加工周期越長。設(shè)計時要考慮加工周期； （4）多型腔模具的可靠性及靈活性不如單型腔。但在空間利用和能耗上優(yōu)于單型腔； （5）型腔的數(shù)目與塑件外形尺寸有關(guān)。一般尺寸較小的塑件采用多型腔，尺寸較大的塑件采用少型腔，甚至單型腔； （6）模具中每增加一個型腔，制品尺寸精度將降低 4%。 型腔數(shù)目的確定要考慮到塑件精度。多用角架擱板的外形尺寸較大，考慮到模具結(jié)構(gòu)形式和模架的結(jié)構(gòu)尺寸，以及制造費用和各種成本費等因素，應(yīng)采用一模一腔。 4 注射機型號的選擇 4.1 體積質(zhì)量的計算 通過 PRO/E 建模設(shè)計分析計算塑件的質(zhì)量屬性，計算結(jié)果見圖 4-1。 圖4-1 塑件質(zhì)量屬性的計算 根據(jù)經(jīng)驗，澆注系統(tǒng)的凝料體積按照塑件體積的0.2~1倍來估算。在該設(shè)計中，采用直流道，其結(jié)構(gòu)簡單，因此澆注系統(tǒng)的凝料按照塑件體積的0.3倍來估算，故一次注入模具型腔內(nèi)的塑料熔體的總體積（單個塑件的體積和澆注系統(tǒng)的凝料體積之和）為 V總 =（1 + 0.3）V塑 = 1.3 × 313 .333 cm3 =407.333 cm3 式(4.1) 式中 V總 ——表示型腔內(nèi)的塑料熔體的總體積； V塑 ——表示塑件的體積。 4.2 注射機的選擇 根據(jù)塑件體積估算注射機的公稱注射量，計算如下： V公 = V塑 / 0.8 = 407.333 / 0.8 = 509.1 cm3 式(4.2) 式中 V公 ——表示注射機的公稱注射量。 根據(jù)以上計算，并考慮到模具尺寸和開模行程較大，初步選定公稱注射量為1000 cm3 ，型號為 XS-ZY-1000 的注射機，其主要參數(shù)見表 4-1。 表4-1 注塑機主要技術(shù)參數(shù) 理論注塑容量/cm3 1000 注射方式 螺桿式 螺桿柱塞直徑/mm 85 注射行程/mm 260 注射壓力/Mpa 121 模板最大厚度/mm 700 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 21-83 模板最小厚度/mm 300 鎖模力/KN 4500 電機功率/KW 40 模板最大行程/mm 700 拉桿空間/mm 650×550 4.3 注射機相關(guān)參數(shù)的校核 （1）注射壓力的校核 由表2-2可知，PP塑料所需的注射壓力為70~120MPa，該注射機的公稱注射壓力為121MPa，則： k 1p 0 = 1 .3 × 90 = 117＜121 MP a 式(4-3) 式中 k1 ——表示注射壓力安全系數(shù) k1 =1.25~1.4，取 k1 =1.3； p0——表示 PP 塑料所需的注射壓力，取 p0=90Mpa。 所以，注射機注射壓力合格。 （2）鎖模力的校核 塑件在分型面上的投影面積A。應(yīng)用PRO/E創(chuàng)建塑件在分型面方向上的投影面，并測量投影面積，見圖 4-2。A =103502mm2 。 圖 4-2 塑件投影面積的計算 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為A澆 ，即流道凝料包括澆口在分型面上的投影面積，是塑件在分型面上的投影面積A的 0.2~0.5 倍。由于本產(chǎn)品流道設(shè)計簡單，無分流道，因此流道凝料投影面積可以適當(dāng)取小。 A澆 =0.2 A =0.2 × 103502 mm2 =20700.4 mm2 式（4.4） A總 = A澆 + A =20700.4 mm2 +103502 mm2 =124202.4 mm2 式（4.5） F脹 = A總 p模 =124202.4 mm2 × 22Mpa=2292.45KN 式（4.6） 式中 F脹 ——表示模具型腔內(nèi)的脹型力； p模 ——模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的 20%~40%，范圍是 20~40Mp。 對于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值，PP 屬于低等粘度、精度要求一般的塑件，因此取 22MPa 作為p的值。 由表 4-1 可知注射機的公稱鎖模力F鎖 =4500KN。鎖模力安全系數(shù)k2 =1.1~1.2，這里取k2 =1.2， k2F脹 =1.2F脹 =1.22292.45KN=2750.94KN

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