凸轮轴套注塑模具的设计与分析与潜水艇门-外文翻译

1、凸轮轴套注塑模具的设计与分析与潜水艇门摘要：木文重点介绍用于牛产计算机辅助制造套的自动注塑模具的设计和分析。凸轮衬 套用作高压变压器的on / off负载分接开关装置中的分度装置连接器位于分度 头和动力切换齿轮之间。注射模具是用于的工具在短时间内大量生产塑料部件。 使用 uni graphics (nx 7. 5)进行建模和 auto desk 模具流量 plastic insight 用于计算机辅助制造套填充率，冷却系统的模具流分析位置和位置的潜艇门。模 具由顶板，空腔板，芯板，间隔件组成块，顶出板和底板。在这个六芯销和六个 推出销提供在注塑模具上，因为所需的凸轮衬套具有六个分度孔。材料用途

2、是油 硬化不收缩钢(ohns)的核心和腔，en353为拉杆，导套，芯销，顶针，定位环 和浇口衬套和低碳钢选择其他板。注塑工具的元素已经设计和分析。潜艇门和挡 板圆孔冷却系统设置在模具中以提高牛产率和良好的表面光洁度。的所需的尼龙 66凸轮衬套部件将使用该模具产牛具有各种参数的注射 成型机。1、介绍：现在一天的塑料在日常生活中占据着至关重要的地位。如果我们说，这根本不夸 张没有在从销的制造到a的制造吋塑料没有进入的区域航天器。在19世纪中叶， 塑料在材料和我们的生活中开始了主导作用阻力是塑料甚至成为金属的上限并 达到的一些方面每个制造部门的偏好率都有所提高。从塑料的紧急情况他们是在 塑料制品设计

3、，制造加工，试验等各个方面都经历了激烈的竞争领域和现在，因 为许多人的富有成效的努力终于通过体力劳动来工作，但是在人工智能的帮助下, 使用像cad / cam这样的软件包。因为强度高重量比，提高耐化学性和耐温性， 耐热性的固有性能耐腐蚀性，透明度使它们成为材料选择。塑料在消耗能量较少 并可以有利地回收利用。今天，塑料正在取代黄铜，铜，铸铁，钢等。塑料可以 按照制造方法分类到主要组中软化当加热并在冷却吋固化。这些被称为“热塑性” 和那些硬化吋由于化学变化而加热。这些被称为热固性或dur。塑性材料“选择 产品的特定材料是另一个重要因素。这对于产品测定尤其非常必要。它应该能够 承受作用在其上的应力。

4、每种材料都有自己的属性和属性。一些材料在高环境和 更好的耐磨性。的困难的部分是找到一种将接近满足目的的整个要求的材料。所 以材料应该是如此多才多艺，以适应我们的产品的所有考虑和要求。后考虑到所 有这些点的材料必须被选择为足够满足所有这些条件。2、变压器塑料凸轮衬套本文的r的是设计和分析用于高压凸轮衬套的注塑模具变压器。凸轮轴套用作高 压开/关负载分接开关装置中的分度装置变压器，并且用作分度头和动力更换齿 轮之间的连接器。索引头通过与凸轮衬套连接的轴连接到齿轮。凸轮衬套有两个 尾端，一侧压配合到分度曲柄圆并且另一侧配合到驱动机制。每个孔具有不同的 驱动机构，当分度环旋转和曲柄销时接合在第一孔中，

5、第一驱动机构接通。通过 手段获得不同类型的功率改变索引位置。凸轮衬套用作曲柄圆和齿轮之间的连接 器。它是设置在动力变更分度机构中。分度曲柄圆具有许多分度孔，但是机构有 6个驱动，因此在曲轴圆，速度指示器之间设有6个孔的凸轮衬套轮和在中心相 交并连接到齿轮的轴。这个计算机辅助制造套一般用聚苯乙烯，尼龙6和pvc 制成。由于高压调节应用，这个凸轮布加热和磨损。由于通过调节反复施加压力，它变得损坏。图1凸轮轴衬实体模型和装配塑料是人造材料。它们比玻璃更不易碎，但它们可以制成同样透明的光滑。它们 重量轻，同时具有良好的强度和刚性。它们耐腐蚀和化学品的作用。它们可以容 易地模制成不同的形状。常用的热塑性

6、材料是聚苯乙烯，尼龙6, p.v.c,聚丙 烯等。模具制造是塑料工业中的重要作用因为相关产品构成了消费产品中70% 以上的组件。注射模制是生产各种各样的热塑性产品的复杂但高效的手段许多优 点，例如生产周期短，产品表面优异，并且没有次生操作，在复杂形状的成型中 具有良好的结果。注塑成型的设计和制造复合塑料制品工具起到更广泛的作用， 满足工业需求，特别是塑料制品行业。因此，在工业中存在对能够进行塑料注射 成型技术的需求生产塑料件。文献回顾表明，缺乏对设计和制造的研究注塑模具 用于复杂的塑料部件。因此，本项目侧重于设计和分析带有挡板型冷却通道的注 塑模具和用于凸轮衬套的海底闸门。3、注塑成型工艺它是

7、通过将液体熔融材料注入模具中来生产部件的制造方法。注射成型可以用许 多材料进行，包括金属，玻璃，弹性体，甜食和最常见的是热塑性和热固性聚合 物。将部件的材料进料到加热的桶中，混合，并且被迫进入模腔，在那里它冷却 并硬化到腔的构造。之后产品通常由工业设计者或工程师设计，模具由模具制造 商（或者）制造工具制造商）从金属，通常钢或铝，并精密加工形成的特点期望 部分。注塑广泛用于制造各种零件，从最小组件到汽车的整个车身面板。零件, 零件的所需形状和特征，材料模具，并且必须考虑成型机的性能。注塑的多功能 性这种宽度的设计考虑和可能性促进了模制。注塑利用柱塞或螺杆型柱塞以迫使 熔融塑料材料进入模腔;这固化

8、成具有的形状符合模具的轮廓。它最常用于处理 热塑性和热i占i性聚合物，其中前者在产量方面相当多年处理材料量。i injection molding machine1plastic granules hopperheater mold cavity moldreciprocating screwbarrelnozzle moveable plateninjection clamping图2：注塑成型工艺模型注射成型包括将原材料高压注射到使聚合物成型的模具中成所需的形状。模具可 以是单个腔或多个腔。在多腔模具中，每个腔可以是相同的并且形成相同的部分 或者可以是唯一的并且在单个期间形成多个不同的儿何

9、形状周期。模具通常由工 具钢制成，但是不锈钢和铝模具适合于某些应用程序。铝模通常不适合于大批量 生产或具有窄的部件尺寸公差，因为它们具有较差的机械性能并且更易于磨损, 损坏和损坏注射和夹紧循环期间的变形;但在低体积应用中作为模具是成本有效 的制造成本和时间显着减少。许多钢模具被设计为在一个在他们的一生中可以花 费数十万美元来制造。当模制热塑性塑料时，通常将粒状原料通过料斗进料到加 热的桶中用往复螺杆。在进入桶时，热能增加并且vander waals作为增加之间 的间隔的结果，抵抗各个链的相对流动的力被削弱分子在较高热能状态。这降低 了其粘度，这使得聚合物能够与其一起流动驱动力。螺杆向前输送原料

10、，混合并 均化热和粘性分布，并且减少所需的加热时间机械剪切材料并向聚合物添加显着 量的摩擦加热。的材料通过止回阀向前供给并在螺杆的前部收集成称为a的容积 射击。压射是用于填充模腔，补偿收缩并提供的材料休积 一个缓冲垫（约为保持在筒体屮并防止螺钉的总喷射量的10%）触底），以将压 力从螺杆传递到模腔。当足够的材料聚集，材料在高压和速度下被迫进入部件形 成腔。防止峰值压力过程通常利用对应于螺杆从a移动的95-98%满腔的转移位置恒定速度到恒定压 力控制。注射时间通常低于1秒。一旦螺丝到达转移位置，施加包装压力，完成 模具填充并补偿热收缩，对于热塑性塑料相对于许多其它材料来说是相当高的。 包装压力直

11、到浇口（空腔入口）凝固。门通常是通过其固化的第一个地方整体厚 度由于其小尺寸。一旦栅极固化，没有更多的材料可以相应地进入腔，螺杆往复 运动并获得用于下一循环的材料，同时模具内的材料冷却以使其冷却可以喷射并 且尺寸稳定。通过使用冷却，该冷却持续时间显着减少从热电偶循环水或油的管 线。一旦达到所需温度，模具即可打开并且销，套筒，剥离器等的阵列被向前驱 动以模制制品。然后，模具关闭并重复该过程。通常存在分型线，浇道，浇口痕 迹和顶针痕迹最后一部分。这些特征通常都不是期望的，但由于过程的性质而不 可避免。浇口标记出现在将熔体输送通道（浇口和流道）连接到部件成型的浇口 处腔。分型线和顶针痕由于微小的不对

12、准，磨损，气体排岀口，间隙引起相邻部 分的相对运动，和/或接触注射的配合表面的尺寸差异聚合物。模具或模具是用 于描述用于生产塑料部件的工具的常用术语由于模具制造昂贵，它们通常仅用于 大规模生产正在生产数以千计的零件。典型的模具由硬化钢构成，预硬化钢，铝 和/或皱铜合金。从中选择材料来构建模具主要是经济学;在一般情况下，钢模的 成本更高，但它们更长的寿命将抵消较高的初始成本比在磨损前制造的较高数量 的部件。预硬化钢模少耐磨，并用于较低的体积要求或较大的部件;它们的典型 钢硬度为38-45在洛氏c尺度。硬化钢模加工后进行热处理;这些都是到冃前为 止在耐磨性和寿命方面优异。典型硬度范围为50至60洛

13、氏c （hrc）o铝模具的 成本显着降低，并且在设计和加工时具有现代性计算机化设备可以经济地成型几 十甚至几十万个零件。披铜用于需要快速除热的模具区域或看到最多剪切热产 生的区域。模具可以通过cnc加工或通过使用放电來制造加工过程。表1配件和公差序号描述配合类型公差1主导柱-主导套关闭运行配合h7 / g62浇口衬套-腔板中等传动配合h7 / m63芯销-芯板滑动配合117 / h64推回销芯板关闭运行配合h7 / g65顶针-芯板关闭运行配合h7 / g66喷射器导柱-喷 射器导套关闭运行配合h7 / g67记数环-机台运行适合117 / f7注塑过程可以分为三个阶段，（1）填充阶段：在填充

14、阶段塑料被注入到腔屮就被 填充。当设计通过注射成型工艺制造的部件时，最重要的相是随着塑料流入模腔, 与模具壁接触迅速冻结。这创造在模具和熔融塑料之间的冷冻塑料层。流动前沿 与模具接触并冻结。因此，冷冻层屮的分子不是高度取向的，一旦冷冻，取向不 会改变。冷冻层获得热量，因为更多的熔融塑料通过空腔流动并且失去热量模子。 当冻结层达到一定厚度时，达到平衡。这通常发生在早期注塑成型过程中，经过 几十秒的时间。（2）加压阶段，加压阶段在空腔刚刚充满z后开始。虽然所有 的流动路径都应该被这个阶段填充，边缘和角落的腔可以不包含塑料。为了完全 填充几何形状，将额外的塑料推入腔中在加压阶段。聚合物注入位置i由黄

15、色锥 体和塑料指示绿色。有些时候填充结果的置信度不能预测短射，但是仍然声明一 个质量好的部分不能成型。这是因为在填充阶段结束时的条件不适合于部件在加 压阶段充分包装。（3）补偿阶段：塑料具有高体积收缩，从平均熔融温度到固体 约25%。因此必须注入更多的材料空腔以补偿其冷却时的塑性收缩。这是补偿 阶段。4、模具设计：购买塑料模具钢时，一个看起来好，加工性好，抛光能力好，好光蚀刻性能，良 好的电火花腐蚀性能，安全，不复杂的热处理，最低包含水平，始终如一的高品 质，技术援助和建议在制造工具和应用。注塑模具钢的基本特点如均匀结构，内 部无摩擦，缺陷，可加工性热处理时的最大失真，焊接能力，抛光能力，耐磨

16、性 和韧性，用于模具的钢分为两类，模具的结构截面，中碳硅锻造优质钢，比典型 的拉伸强度大25%低碳钢。它退火到约165bhno它是应力消除的最小变形加工 aisi 4130型合金钢预热到约300bhn,以承受喷丸强化闪光效果。它具有耐久性， 重型建筑负荷和长生产运行。组件材料是选择为nyl0n-66,尼龙66是由己二酸 和六亚甲基二胺制成的聚酰胺缩聚，nylon-66具有良好的韧性，高拉伸强度， 高弹性，良好的耐热性，优异的耐磨性，防皱和优异的耐化学性。注射时固有的 收缩成型工艺。收缩发生是因为聚合物的密度从处理温度变化到环境温度。收缩 率取决于塑料材料，加工条件，产品设计，模具设计。尼龙66

17、的收缩率考虑为 0.5%。凸轮衬套的尺寸己经考虑收缩裕度进行修改，如表1所示。这个总尺寸 是结合在型芯和模腔板的模具设计中。表2具有收缩裕度的凸轮衬套的尺寸序号零件细节实际尺寸nrni0.5%收缩公 差mm总维度mm1直径1650. 32565. 3252直径2350. 17535. 1753直径3280. 1428. 144直径4200. 1020. 105直径570. 0357. 0356长度1150. 07515.0757长度215.50. 077515. 57758长度3190. 09519. 0955、凸轮衬套在注塑成型过程中的模拟：对“计算机辅助制造套”零件进行分析，以研究和计算流

18、动模式，填充时间和包 装时间考虑会影响零件性能的冷却系统。还要确定夹紧力和注射压力需要模具， 这将有助于选择精确的注塑机和近似周期。选择用于分析的聚合物为nyllon-66。 冷却孔肓径为12n）ml.25o全局网格密度设置定义元素的标称边长。全局边缘越 小长度，模型上元素的总数越大。全球设置是最重要的设置在部件上获得可接受 的网格。我们还可以选择性地设置局部网格密度通过从例如tges,步骤，para 实体或原牛cad导入几何形状创建的表面/区域格式。通常这样做是为了确保在 网格化时模型中的小细节被正确表示大部分具有较低网格密度的部分以优化元 件的总数。网格是一个网络由元素组成，每个元素在每个

19、角落包含一个节点。网 格提供了 a的基础模具流动分析，其中在每个节点计算成型性质。支持的网格类 型软件是中平面网格，表面或融合网格，体积网格。中平面网格提供了基础流分 析。这些网格由形成一维的三次三角形元素组成零件的表示，通过它的中心。每 个模制过程由中平面网格支持。的表面网格提供了流动分析的基础。该网由不同 类型的混合物组成，包括具有传统中平面元素和表面（双皮）壳单元的区域。表 面网格可以是3或6个编码平面，直边三角形。卷网格提供了 3d流的基础分析。 这些网格由4节点，三元素，实心四面体元素组成。网格的密度是每单位面积的 元件数。一般来说，网格中的元素越多，就越详细分析结果，但分析时间较长

20、。 模流融合能力使我们能够进行详细的分析直接在薄壁，表面网格模型是从模流塑 料顾问进口的外部cad软件包。连接器自动插入根据的确定的位置模型的几何特 征。边界边缘是不与任何其他边连接的元素边元素。边界边界在中间平面模型中 有效，但不能存在于表面网格融合模型中。边界边缘表示网格中的孔或撕裂，必 须在原始cad系统中进行修正用于创建模型，或使用网格编辑工具在模具流塑料 中。遵循这些指南适合于该部件的网格类型是融合网格。用于网格划分的元素为 3node三角形元件。网格模型可以在下图中看到图3：网格模型在用合适的网格密度网格化之后，我们可能需要清理网格。通常一些清理是如果 网格是从另一个系统翻译的，则

21、是必需的。mip提供了一个网格统计报告来检 查网格质量和一系列诊断显示，以定位和突出特定问题。清理网格，有一个网 格修复向导和一个网格工具箱。网格修复向导是一个自动化工具找到并解决大 多数网格问题。要执行分析，我们需要在材料中选择合适的材料数据库。在大 多数情况下，使用的材料将被规定，所以我们需要在数据库中找到该材料并将其 用于所有分析工作。在其他情况下，分析目标之一可以是确定合适的材料。有 儿种技术可用于找到特定等级的材料，评估其质量材料数据，精细替代材料，并 在选择材料对话框中比较材料。6、浇口设计：下图所示为常用的跑道横截面形状。全轮浇口是最好的最大体积与表面比，这 使压降和热损失最小化

22、。然而，模具成本是通常较高，因为模具的两个半部必 须被加工成使得两个半圆形部分当模具闭合吋对准。(to be avoided)best resultpoor resultmodifiedhair-roundtrapezoidal runner runnerpoor resultparting linerectangular runnerfull-roundtrapezoidalrunnerrunner图4：常用的转子横截面梯形流道也很好地工作，并允许流道被设计成在模具的一侧切割。它是常用于三 板模具。如果全方位跑步者可能无法正常释放，模具中的分模线，其中完全干扰 模具滑动动作。比较不同的跑者形

23、状，使用通过流道的熔体的流动效率（l）,其 是流动阻力的指数。通过流道的熔体的流动效率越高，流动阻力越低。流量效率 可定义为l = a / p,其中l二熔体通过流道的流动效率。a二截面积。p二周 长。一旦熔融塑料己经注入模腔中，在模制之前需要时间冷却并变得足够刚性以 允许其脱模。这个周期称为冷却时间和通常形成模制周期的重要部分。为了允许 模制部件冷却和固化，必须加热从模具中取出。冷却水从板的一侧进入，循环和 离开。这个通常指填充分析或流动分析。当零件体积刚刚填充时，填充分析停止 100%。流动分析是填充分析，但继续通过填充和甚至冷却阶段成型周期。我们 可以在运行之前使用填充分析来识别和解决一些

24、成型问题流动分析。解决填充问 题通常是需要儿个分析的迭代过程。一旦第一填充分析完成的结果进行审查，并 且问题被识别和修复。这可能需要很多以前的步骤的迭代。在这里描述的序列中 有一个主要假设，即解决的问题是填充相关问题。而不包装，冷却或翘曲相关。 另一个问题也通过迭代过程来解决，但是仅在填充被优化之后。一旦跑步机系统 尺寸，包装的零件可以调查。虽然流程分析可以是没有门或转轮的流程分析，但 它是不是很推荐。浇口和浇道的冻结时间显着影响的包装部分。没有流道和浇口， 包装分析将不太准确。图5：材料在腔中的填充图案和部件中的空气阱在模具中夹带的空气可以通过被研磨到模具的分型线中的通风口逸出。如果被捕 获

25、的空气不允许逸出，它被进入材料的压力压缩并被挤压进入腔的角部，在那里 它防止填充并r还引起其他缺陷。空气可以变成这样压缩，它点燃并燃烧周围的 塑料材料。我们提供通风孔逃脱填充后的压缩空气。使用填充型材可以产牛均匀 的体积收缩。体积收缩分布应在2%以内。当有均匀的体积收缩在整个部分，减 小了翘曲的可能性。翘曲简单地由收缩率的变化引起，因此，当收缩变化减小时， 翘曲也是如此。填充时间结果显示的位置随着空腔填充，以规则的间隔流动前沿。 每个颜色轮廓表示模具的部件正在同时填补。图6：填充时间和填充置信度v/p切换时的压力表示通过模具内的流路的压力分布切换点从速度到压力控制。 每个流动路径的末端压力应为

26、零在填充结束时。压力降随着腔完成填充而发生。 最大压力0. 8010mpao图7：流量前沿处的压降和温度流动前沿结果的温度显示当流动前沿达到规定时聚合物的温度点，在塑料横截面 的中心。流动前沿不应该下降超过图3所示的范围在填充阶段。大的变化经常 表明注射时间太低，或有区域犹豫。如果在部件的薄的区域中流动前沿过低， 则犹豫可能导致短射。在地区其中流动前沿温度增加儿度，材料退化和表面缺 陷可能发生。在注射开始时，结呆温度为240. rc,其显示为红色和结束注射 结果温度为214.5° c,显示为深蓝色。图8：达到喷射温度和焊缝线的时间循环时间优化在设计阶段开始。冷却时间占用超过50%的循

27、环时间。因此理解 模具中的冷却变得非常重要。注塑是一种循环操作。的循环包括模具闭合和夹紧 （几秒钟-取决于机器速度）注射-填充（速度）阶段，（儿秒钟）切换和包 装（压力）阶段，（几秒钟）。冷却时间，（4060%循环时间）实际填充时间： 5. 76秒,冷却和包装时间:396. 50秒，模具打开：5.00秒，总时间：407. 25 秒。夹紧力结果是显示模具夹随时间的力的时间序列结果。它是来自填充的力和 用于打开模具的包装压力。夹紧力是一个函数注射压力和部件的投影面积。良好 的夹紧力结果应显示最大值所施加的夹紧力小于机器限制的80%,允许剩余的 20%作为安全力。的如果添加了具有重叠表面的模型，夹紧

28、力结果可能产生误导 结果。使用圧力型材或调整零件壁厚以减少夹紧力要求。最大夹紧力为注意为 0. 194 吨。7、结果和讨论：从分析获得的以下结果参数:-5. 765 秒 -407. 25 秒 -0. 8010lpa 240. 1°c 240. 0° c -40. 0°c一 0. 194 吨第一次填充时间:周期时间： 注射压力： 注射温度： 平均气温： 模具温度：最大夹紧力：表3塑料材料机械性能材料比重熔点（° f）熔点（°c）环氧树脂1. 12 to 1.24248120酚醛1. 34 to 1. 95248120尼龙1.01 to 1. 15

29、381 to 509194 to 265聚乙烯0. 91 to 0. 965230 to 243110 to 117聚苯乙烯1.04 to 1.07338170保持压力： 夹紧压力： 注射时间： 冷却吋间： 拍摄重量： 注射压力： 夹紧力： 杆之间的距离: 模具厚度：-40 bar- 60 bar-1. 5sec- 60 sec123克1486 bar75tons350x 300mm125 一 310mmcam-busi1nyll0n-6666grm0.5%15mm250mm610mm两板，双腔模350 x 300 mm&模具设计凸轮轴套 组件名称：材料：组件重量：收缩率.模具的平均壁

30、厚： 模具闭合高度： 最大日光：工具类型：连杆之间的距离：图9：凸轮衬套的实体模型浇口套管：直浇口的最大直径应至少为6mmo最小直径应人于喷嘴孔0. 5-lmmo 浇道的长度应该尽可能短可能和从不loonini长。浇道夹角必须为4-5。转轮设 计：主要设计师设计模具的考虑因素是转轮的形状和横截面，尺寸赛跑者和布局 的赛跑者。流道的横截面的不同形状是完全圆形的，半圆形，梯形，改性梯形, 六边形，正方形和矩形。半圆形横截面因为容易加工，所以选择类型转轮。流道 直径计算：d = ( vw*4vl) /3. 7=(. .mv 16) /3. 7=4. 39mm, d-转轮直径，l- 转轮长度二16mm

31、, w-凸轮衬套重量二66go模具的温度必须保持在低于塑料的热 点的某个恒定温度，以便将其冷却到刚性状态。如果模具温度不均匀，则设定差 动冷却应变那些应变可能在喷射后引起模制件的变形。热量输入±1注入提供加热 筒塑化材料必须从模具中取出以允许喷射oq = m x cp x(tmat - tmould) +lt二 66 x 0.4x (240 - 40) +57.8= 9094.8cal/hr.费用估算：1、模具成本原材料(en-353)二工具中en-353的总重量(kg) x原材料成本/ kg = 78 x 140 =rslo, 920 / -原材料(软钢)二工具中en-36的总重量(kg) x原材料成本/ kg= 230x85 = rs 19, 550 / -原材料(ohns)二工具中ohns的总重量(kg) x每千克原材料成本=40x115 = rs 4600 /总原材料成本二 10, 920 + 19, 550 + 4, 600 = 35, 070 / -2、加工成本加工成本二(研磨时间xrs / hr) + (研磨时间xrs / hr) + (钻孔小时x