薄壁凸台套筒注塑模具设计及CAE分析 精品.doc

第一章 塑件可行性分析1.1 外形尺寸及精度等级该塑件外径5.98mm，长度14mm，最大壁厚0.45mm，尾部锁紧扣尺寸，长度0.3mm，单边高度0.15mm。其中尺寸5.08，5.98，14mm存在公差，查表可知公差等级为IT11，未注公差取自由公差等级。图1-1 薄壁凸台套筒1.2 塑件的材料及其性能PS聚苯乙烯，热塑性材料，流动性较好，抗拉强度高，化学性能稳定，成型性能好，适合于点浇口。（具体参数如表1-1）表1-1 PS主要性能参数密度1.041.06g/cm收缩率0.50.6%抗拉屈服强度3563MPa拉伸弹性模量28003500MPa抗弯强度6198MPa冲击韧性0.540.86kJ/m热变形温度6596C硬度M6580HB1.3 分型面和脱模斜度的确定由于零件尾部锁紧扣锥度方向与抽芯方向相反，而且型腔深度较深，不便于加工，所以选择分型面时综合分析，将分型面设在零件大端面。考虑到零件尾部锁紧扣尺寸较小（单边尺寸0.15mm），根据使用用途，塑件变形后可以回弹不影响功能，故将芯轴按照零件内型加工，留出收缩量，并在芯轴外圆上加工多道台阶，台阶高度双边0.1mm，宽度1mm，可将注塑后零件从型腔中抽出，再使用退料板将零件从芯轴上推下，可实现注塑过程。PS（聚苯乙烯）的成型性能良好，成型收缩率较小，根据参考文献查表，选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1度。1.4 型腔数量和排列方式的确定该塑件要求月产量200万件，属于大批量生产，在保证塑件质量前提下，尽可能采用一腔多模或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产率。按照一台注塑机两班生产，每模6件计算，则月产量为35万件，远远不满足生产要求。由于塑件精度等级较低，体积小，不需要侧抽芯机构，在保证塑件质量的前提下，为了提高设备的利用率，考虑模具采用1腔32模进行设计。排列方式如图1-2所示图1-2 一模32腔第二章 注塑机的选择2.1 塑件体积和其他参数的计算1.单个塑件的体积和质量计算根据塑件形状进行大致计算，得到塑件体积V1=105mm=0.105cm，塑件材料聚苯乙烯（PS）的密度取=1.041.06g/cm，则单个塑件的质量为m=0.1g。2.模具所需塑料熔体注射量计算V=n*V1+V2式中，V 一副模具所需塑料的体积（cm）； n 初步选定的型腔数量； V1 单个塑件的体积（cm）； V2 浇注系统的体积（cm）。对于流动性较好的普通精度塑件，浇注系统凝料约为塑件体积的15%-20%，考虑深长型薄壁零件，设计时以0.6nV1作为预测估算，即注射V=1.6n*V1=5.376 cm3.锁模力计算A=n*A1+A2Fm=（n*A1+A2）*p式中，A 塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm）； A1 单个塑件在分型面上的投影面积（mm）； A2 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm）； F 模具所需的锁模力（N）； p 塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）。对于多型腔模的统计分析，流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2大致是单个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2-0.5倍，因此可用0.35nA1来估算，计算得，A1213 mm。查表2-1 部分塑料所需的注射压力（伍先明塑料模具设计指导），对于难流动的薄壁窄浇口件，聚苯乙烯所需的注射压力P1=120150MPa，而成型时塑料熔体对型腔的平均压力p，其大小一般为注射压力的30%65%。计算得，p3697.5MPa，取80MPa。所以，锁模力F=A*p97KN2.2 注塑机的型号和规格的初步选择注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足：GV/=6.72（取0.8），FFm=97KN根据计算的各项参数，选择注塑机型号为SZ-100/80，注塑机各项参数如表:2-1所示。表2-1注塑机主要参数型号SZ-100/80螺杆直径/mm35最大注射容量/cm100注射压力/MPa170锁模力/kN800最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm170拉杆内间距/mm320*320模板行程/mm305喷嘴圆弧半径/mm10喷嘴孔径/mm3注射速率g/s95螺杆转速r/min0200塑化能力g/s40第三章 浇注系统的设计3.1 模具浇注系统的设计原则普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。浇注系统的设计时注塑模具设计的一个重要环节，在设计浇注系统之前必须明确塑件成型位置，这对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度）都有着直接的影响，设计时应遵循如下原则：（1）.型腔布置和浇口开设部位对称，防止模具承受偏载而造成溢流现象；（2）.型腔和浇口的排列尽可能地减少模具外形尺寸；（3）.系统流道应尽可能短，断面尺寸相当，尽量减少弯折，使热量和压力损失尽可能小；（4）.多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔，分流道尽可能平衡布置；（5）.满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的消耗量；（6）.浇口位置适当，尽量避免冲击型芯，防止型芯变形，浇口残痕不应影响塑件的外观。3.2 主流道的设计主流道的长度： 对于小型模具L应尽量小于60mm，这里取值50mm；主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=3+（0.51）mm=4mm；主流道大端直径 D=d+L*tan=7.5mm，（其中4）；主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=10+2=12mm；球面的配合高度 h=3mm。主流道凝料体积 V主=1338 mm图3-1 浇口套（详细参数见零件图）3.3 分流道的设计分流道是主流道和浇口之间的通道，一般开在分型面上。本模具中采用梯形流道。查表可知聚苯乙烯分流道断面直径范围为3.510mm，这里取值10mm（主流道大经为8mm），梯形高度5mm。每节分流道比下一节分流道大10%20%左右，表面粗糙度一般取0.631.6um左右即可。图3-2 分流道图3-3第一到第四节分流道的截面形状3.4 点浇口的设计点浇口位置寻在分型面上，以便于模具加工及使用时的清理，根据零件的特点，浇口位置设置在尾部断面中心。浇口截面面积约为分流道截面面积额的3%9%，直径常为0.51.8mm，浇口长度0.52mm。此模具中，塑件分型面处尺寸较小，故都取值为0.5mm。图3-4 点浇口3.5 冷料穴的设计冷料穴的目作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔。冷料穴一般设置在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端有时也开设冷料穴。本设计中将冷料穴设置在各个分流道末端，详见图3-2。第四章 成型零件的设计注：PS收缩率为0.5%0.6%，这里取0.5%。尺寸公差0.1mm，径向尺寸修正系数x取0.8，轴向尺寸修正系数x取0.65。详细尺寸及技术要求见零件图。凸模型芯的尺寸计算塑件尺寸型芯尺寸h1=3.1mm3.12mm*h2=10.4(0，-1)mm11.10(0，-1)mmd1=2.2mm2.21mm*d2=5.08(+0.06，0)mm5.15(0，-0.06)mm凹模型腔的尺寸计算塑件尺寸型腔尺寸H1=3mm3.02mm*H2=11(0，-1)mm10.45(+1，0)mmD1=2.9mm2.91mm*D2=5.98(0，-0.08)mm5.95(+0.08，0)mm第五章 脱模机构的设计为将零件从芯轴上退下，模具采用推件板将塑件取下，推件板内孔与芯轴间隙为0.06mm。由于锁紧扣的存在和，芯轴在设计过程中需要加工多道台阶，详见芯轴零件图。单个塑件（以薄壁圆筒计算）的脱模力计算F=250.9N；单个塑件在推件板推出时的推出面积A=7.818 mm则，推出应力=F/A=32.09MPa35Mpa（抗拉屈服强度），合格。第六章 模架型号和相关尺寸的确定6.1 模架的选取根据模具型腔布局的中心距可以算出型腔所占平面尺寸为80mm*174mm，条件（1）80W3-10，即W390mm，查表得W3=110，故W=180，D2=12。条件（2）174L2-D2-30，即L2174+12+30=216， 查表得L2=208，故L=250。所以，所选模架为W*L=180*250，DB型模架6.2 各模板尺寸的确定1.A板尺寸：A板为定模型腔板，包含（分流道凝料厚度5mm、浇口深度、塑件高度14mm），这里取25mm。2.B板尺寸：B板是型芯固定板，按模架标准板厚取25mm。3.C板（垫板尺寸）：垫板=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=14+15+20+（510）=5459mm，初步选定60mm。 4.其余尺寸（H1、H2、H3等）均为标准模架厚度，查表可得。6.3 模架尺寸的校核1.模具平面尺寸230mm*250mm320mm*320mm（拉杆内间距）；2.模具高度尺寸230mm，170mm230mm305mm（模具最大、最小厚度）；3.开模行程S=H1+H2+（510）mm=14+65+(510)=8489mm305mm。故，模架各尺寸均合格。第七章 导向和定位机构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合，使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位（由于本模具的定模座板和推料板尺寸较小，浇口套未采用标准件，定位方式如下图，详细尺寸公差及技术要求见零件图）。而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。图7-1 浇口套的定位第八章 排气和冷却系统的设计塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型腔及流道原有的空气，除此之外，塑料熔体会产生微量的分解气体，这些气体需及时排出。否则，被压缩的空气会产生高温，引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，亦或是塑件熔接不良引起强度下降，甚至冲模不满。由于该模具为小型模具，且分型面位置事宜，推件板与芯轴之间存在0.1mm的设计间隙，可作为气体排出方式，故无需设计排气槽。由于塑件型腔以4*8排列，每个型腔间距24mm，冷却回路按照图8-1设置，冷却水口口径为6mm，每节水管长度24mm。图8-1 冷却水管的分布第九章 模具总装图图9-1 装配图1.动模座板；2.内六角螺钉；3.内六角螺钉；4.弹簧垫圈；5.挡环；6.垫块；7.支承板；8.动模板；9.推件板；10.定模板；11.推料板；12.直导套；13.带头导套；14.内六角螺钉；15.浇口套；16.定位圈；17.定模座板；18.带头导套；19.导柱；20.内六角螺钉；21.复位杆；22.推杆固定板；23.推板；24.拉料杆；25.型芯。第十章 模流分析的前期工作10.1 Pro/E建立塑件模型要进行模流分析，首先必须将待分析件的模型建立出来，同时并转换成Moldflow可以识别的格式。如图所示，将Pro/E模型转换成stl格式：图10-1 转换stl格式10.2 网格划分图10-2 网格划分网格统计结果： 图10-3 网格统计第十一章 最佳浇口位置分析 图11-1 最佳浇口位置最佳浇口的分析结果如图11-1所示，可以看出，最佳浇口位置位于套筒外圆面中见部位，与原设计略有差异。因为考虑到大批量生产，为简化模具，仍选取原方法。第十二章 填充与翘曲分析12.1 填充时间分析图12-1 填充时间由图中可以看出，充填所需时间约为0.1秒，时间偏短，可以通过调节注射压力、调节注射速度来调节充填时间。12.2 体积收缩率分析图12-2 体积收缩率由图中可以看出，底部中间处的体积收缩率较小，浇口处收缩率很大，整体收缩相对来说不大（若是比较大，则需增大保压压力）。12.3 零件变形分析图12-3 所有因素（取向、收缩、冷却等）引起的变形由图中可以看出，塑件大端面处变形较大，可能的因素是保压压力不足或者是保压时间不足，可以适当地增加保压压力和延长保压时间。12.4 气穴位置分析图12-4 气穴的位置从图中可以看出，气穴的位置集中在端面部位，这和熔料的流动有关，因为熔料从中间向两侧填充。分析结果显示气穴还比较多，所以需要适当在气穴附近开一些排气孔，同时增加注塑压力。12.5 熔接痕位置分析 图12-5 熔接痕位置分析由图可以看出，熔接痕的位置也在突起部位，跟气穴所在位置接近，熔接痕在很大程度上就是由气穴造成的。所以，要消除熔接痕首先要消除气穴，就是要增加排气孔，同时适当增加注塑压力、保压压力等。12.6 注射处压力分析图12-6 注射位置处压力图中可以看出，注塑分两个阶段，填充过程时间太短，注射压力较大，整个充填过程中压力较稳定，保压结束后压力释放，归零。第十三章 冷却与流动分析13.1 体积温度分析 图13-1 未加冷却回路时的体积温度图13-2 加冷却回路后的体积温度由图中可以看出，由于加了冷却回路，接水盒的温度明显降低。由于零件不大，且壁厚t=0.5mm，冷却效果很明显，整体体积温度都降低。13.2 冻结时间分析图13-3 冻结时间由图中可以看出，由于零件较小，壁厚较薄，总体冻结时间较短，从中间浇口位置开始到外侧冷却时间逐渐增大。13.3回路冷却介质温度分析 图4-15回路管壁温度由图中可以看出，冷却介质的温度不一样，入口处的温度最低，然后越来越高，出口处的温度最高。13.4 制品温度分析 图4-18 制品温度由于冷却回路的作用，制品的温度较低，且温度分布也较为均匀。13.5 螺杆速度