汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计毕业论文改进.doc

毕业设计

题 目：
汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计改进

副 标 题：

I

前 言

前 言
模具是现代工业生产中的重要工艺装备之一，模具工业是国民经济中重要的基础工业。模具设计与制造水平的高低成为衡量一个国家综合制造能力的重要标志。模具生产水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。塑料注塑成型是生产塑料制品的主要手段，是塑料工业中极为重要的一种加工技术。它能成型形状复杂、精度要求高的制品，具有生产效率高、成本低、产品质量好等优点。注塑成型工艺的日益发展，对注塑模具的设计和制造周期及其使用寿命和制作精度都有了更高的要求。传统模具设计主要通过经验丰富的设计人员依靠自身的直觉和经验进行设计，并通过多次的修模进行修正，同时设计人员还要处理大量的与技术，经济有关的因素，仅凭经验难以全面考虑这些因素，为了解决上述难题，CAE越来越被人们所重视了。
本文通过Mold flow 分析软件对制件进行CAE分析，对实习工厂的一副注塑模具的结构进行了重新设计，解决了产品翘曲、烧灼等一系列问题。

II
摘 要
摘 要
当今，随着塑料工业的迅速发展，塑料制品在许多工业部门的应用范围越来越广，这就使产品对注塑模具的要求越来越高，传统的注塑模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求、注塑模具CAE技术可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了在传统的注塑机上的反复试模、修模的束缚。同传统的模具设计相比，CAE技术在提高生产率、保证模具设计和产品质量，降低成本、减轻劳动强度，起到了不可估量的作用。
本论文主要针对汽车前照灯齿轮轴试模时的质量问题，使用Mold Flow对产品模具的结构进行了CAE分析，找出该模具在设计过程中存在的不足，优化了设计参数，通过对浇口位置及流道的分析，优化了浇口与流道位置，解决了模具在设计过程中存在的问题，使模具更加完善，产品的质量和外观都得到了保证。
关键词：CAE分析、Mold Flow、流道、模具设计

目 录
目 录
前 言 I
摘 要 II
第一章 概述 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 注塑工艺的发展 1
1.3 模具概况及其发展 1
1.4 国内外简况及发展趋势 1
1.5 研究内容 2
第二章 注塑机和材料的选用 3
2.1 注塑机的组成 3
2.1.1 注射装置 3
2.1.2 锁模装置 3
2.1.3 液压传动装置 3
2.1.4 控制系统 4
2.2 注塑机的选用及基本参数 4
2.2.1注塑机分类 4
2.2.2 注塑机的基本参数 4
2.2.3 本设计注塑机的选用 4
第三章 产品材料分析 5
3.1 塑料的概述 5
3.1.1 塑料的概念 5
3.1.2 塑料的分类 5
3.2 本设计的原料的选用及其性质 5
第四章 应用Mold flow进行注塑过程分析 7
4.1 Mold flow的简介 7
4.2注塑产品的CAE分析原理 8
4.3 Mold flow的分析步骤 8
4.3.1塑件几何模型的建立 8
4.3.2 有限元网格的划分 9
4.4 结果分析及后期处理 10
4.4.1浇口位置分析 10
4.4.2、填充时间分析 11
4.4.3、熔接痕 12
4.4.4、气穴 12
第五章 模具结构的改进 13
5.1 产品不良的分析 13
5.1.1产品弯曲分析 13
5.1.2产品烧灼分析 13
5.2 模具浇口位置的改进 14
5.3 滑块成型部分自身留的改进 14
5.4模具滑块的改进 15
5.5最终模具三维结构 15
第六章 结论与展望 18
致 谢 19
参考文献 20

II

汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计改进
第一章 概述
1.1 研究背景及意义
注射成型应用广泛，是机械制造、汽车、摩托车、家用电器、电子通讯、建筑、仪器仪表、医药器材和日常用品等行业的塑料制件的主要成型方法。
塑料不仅具有热塑性和再塑性特点，而且具有成型工艺简单、制造精密和成本低廉的特点，尤其对结构复杂及大批量的注塑件，注塑成型后无需过多的后加工工序就可直接投入到实际应用中。随着注塑技术和设备的不断发展，未来的塑胶制品应用会更加广泛并占据更多的运用领域。可以说，人类的文明生活离不开塑胶制品。
通过这次毕业设计使我对注射模的设计全过程有一个总体的认识，对Mold Flow软件进行注塑过程的参数优化，同时也是对已学内容的一次总结。
1.2 注塑工艺的发展
随着塑料工业的发展和进步，人们对注射制件的要求越来越高。如何缩短成型周期，降低生产成本，提高制件精度和使用范围，一直是塑料行业孜孜以求的目标。近二十年来注射成型工艺及模具新技术发展很快，新工艺和新结构层出不穷。新工艺包括新的注射成型技术如气体辅助注射成型技术（这种成型工艺是注射成型与中空成型的复合）等，与一些注塑成型工艺的分析与运用，注射成型工艺技术必须要充分运用温度，时间，压力，速度，位置切换这五种成型条件的内在联系和相互影响的作用，达到控制塑料原料在储料时的塑化程度和粘度，控制充模熔料在模具型腔内的流动速度，控制熔料在一定的压力下经过冷却定型，最后取得质量满意的塑件。
1.3 模具概况及其发展
随着塑料工业的飞速发展，注射模传统的手工设计与制造已无法适应当前的形势。近20年来的实践表明，缩短模具设计与制造时间、提高塑料制件精度与性能的正确途径之一是采用计算机辅助设计（CAD）、辅助工程（CAE）和辅助制造（CAM）。现代科学技术的发展，特别是塑料流变学、计算机技术、几何造型和数控技术的突飞猛进为注射模设计与制造采用高技术创造了条件。20世纪80年代以来，注射模CAD/ CAE/ CAM技术已从实验室研究阶段进入了实用化阶段，并在生产中取得了明显的经济效益。注射模CAD/ CAE/ CAM技术的发展和推广被公认为CAD技术在机械工业中应用的一个典范。
注射模CAD/ CAM的重点在于塑料制品的造型、模具结构设计、图形绘制和数控加工数据的生成。而注射模CAE包含的工程功能更为广泛。CAE将模具设计、分析、和制造贯穿于注射制件研制过程的各个环节中，用以指导和预测模具在方案构思、设计、和制造中的行为。注射模CAD/ CAE/ CAM技术作为一种划时代的工具和手段，从根本上改变了传统的模具设计与制造方法。
1.4 国内外简况及发展趋势
自从20世纪70年代以来，注射模CAD/ CAE/ CAM技术已成为当今世界热门的研究课题。其主要标志为分散、零星的研究迅速发展为集中、系统的研制和开发，一些研究成果很快地转化为促进模具行业进步的生产力。
国外的一些公司将注射模的CAE软件与CAD/CAM系统结合起来，采用模具CAD/ CAE/ CAM集成化技术后，制件一般不需要在进行原型实验，采用几何造型技术，制件的形状能精确逼真的显示在计算机屏幕上，有限元分析程序可以对其力学性能进行预测。借助计算机，自动绘图代替人工绘图，自动检索代替手工查阅，快速分析代替手工计算，模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来，集中精力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作，在模具投产之前，CAE软件可以预测模具结构有关参数的正确性。
由此可见，模具CAD/ CAE/ CAM技术是以科学，合理的方法，能在模具制造之前借助于计算机对制件，模具结构，加工，成本等进行反复修改和优化，直至获得最佳结果。CAD/ CAE/ CAM技术能显著的缩短模具设计与制造时间，降低模具成本并提高制件的质量。
1.5 研究内容
本论文主要对汽车前照灯齿轮轴制件进行CAE分析，对实习工厂的一副注塑模具的结构重新进行了设计，解决了产品翘曲、烧灼等一系列问题。。
产品涉及到注塑模具与注塑工艺，因此我选择边实习边作设计，总的安排是前一个月用来熟悉模具结构包括所有的注塑与注胶模具，以及所有的两板与三板模和全自动与半自动模具，第二个月则主要学习工艺方面的内容，主要学习成型缺陷方面的内容。例如，缩水，飞边成品变形，气泡缺料，成品表面光泽不良等方面的内容。

第二章 注塑机和材料的选用
注塑成型机是使用微电脑进行运算和控制，与其他配置的电子元件组合而成一个完整的自动化生产系统。通过操作人员的指令和设置条件控制终端执行部件（液压缸、液压马达）的动作，推动机械装置按预定的程序进行半自动或全自动循环生产，而且使每一个注塑周期及周期过程的每一个阶段都在时间上精密地重复，从而保证成型制件的的质量稳定，达到规定的使用要求。因此，注塑机是以准确的机械重复和时间循环的形式进行大批量塑料件生产塑的工业设备。
2.1 注塑机的组成
注塑机的组成主要有：注射装置、合模装置、液压传动装置和电脑控制系统。

图2.1 注塑机的组成
2.1.1 注射装置
在注塑循环中，注射装置能在规定的时间内，将一定数量的塑料加热塑化后，在预定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注射到模具型腔中，注射结束后，对注射到模腔中的熔料保压定型。
注射装置主要由螺杆、料筒、螺杆头、喷嘴、计量装置、加热装置等组成。注射部分的工作过程：螺杆在传动装置的带动下，塑料从料斗经螺杆不断地向前输送，在加热电热圈及螺杆的剪切、混炼作用下，使塑料逐渐均匀地塑化熔融。同时，螺杆在螺杆头部熔料压力的作用下向后移动，退至额定的料量计量位置使螺杆停止转动，为注射做好准备。注射时，螺杆端部的止逆环直接作用于熔料上。防止熔料的回流，并以设定的注射压力和速度将熔料注入模腔。
2.1.2 锁模装置
锁模系统用来开启／关闭模具，支撑与移动模具组件，产生足够的力量以防止模具被射出压力推开。锁模机构可以是肘节机构锁定、油压机构锁定、或是上述的两个基本型态的组合。
2.1.3 液压传动装置
射出机的液压系统提供开启与关闭模具的动力，蓄积并维持锁模力吨数，旋转与推进螺杆，致动顶出销，以及移动公模侧。液压系统的组件包括液压泵、阀、液压马达、液压管件、液压接头及液压槽等。
2.1.4 控制系统
控制系统提供成形机一致性的重复操作，并且监控温度、压力、射出速度、螺杆速度与位置、及油压位置等制程参数。制程控制直接影响到塑件品质和制程的经济效益。控制系统包括简单的开／关继电器控制到复杂的微处理器闭回路控制器。
2.2 注塑机的选用及基本参数
2.2.1注塑机分类
根据功能区分，射出成形机的大致上有三个种类：1)一般用途射出机，2)精密、紧配射出机，3)高速、薄肉厚射出机。射出成形机的主要辅助设备包括树脂干燥机、材料处理及输送设备、粉碎机、模温控制机与冷凝器、塑件退模之机械手臂、以及塑件处理设备。
2.2.2 注塑机的基本参数
1.锁模系统参数
(1)锁模力　锁模力是用来表示机器所能提供的最大锁模能力，是表示注塑机规格大小的主要参数。
(2)容模能力　注塑机的拉杆内距，容模厚度，开模行程的技术参数决定了机器的容模能力。
(3)移模速度　移模速度表示模板可移动的最快速度，在一定程度上可反映出注塑机最大的生产效率，移模速度越快，相对生产效率越高。
2.注射系统参数
(1)注射量　注射量是指注塑机在最大储料量时作一次最大的注射行程
(2)塑化能力以及注射压力
3.其他参数
(1)总功率 注塑机的用电总功率常用千瓦表示，是表示发热器功率，液压泵电动机功率和控制系统功率三部分的最大用功功率之和。
(2)机器尺寸和机器重量　　
2.2.3 本设计注塑机的选用
注塑模具的注塑机选用HT90，其具体参数如下：
螺杆直径：40mm
注射容量（理论）：320 cm3合模力：40t
允许模具厚度（最小）：180mm
开模行程：350mm
顶出力量：3.3t
顶出行程：140mm
机器重量：2.2t
机器外形尺寸：1.9*0.9*2.5m

第三章 产品材料分析

如图5.4所示。

图5.4 模具浇口改进图
理由与好处：
1. 细长产品从头部进胶不易变形
2. 产品直接进胶，容易产生冷料，影响产品外观，这样就可以避免产品直接进胶，保证产品外观光洁
5.3 滑块成型部分自身留的改进
针对产品尾部成型部分容易被烧灼的问题，主要由于在滑块尾部成型部分没有设计一个排气措施，我将尾部成型部分，改为加一根镶针如图5.5。

图5.5 滑块结构改进图（一）
理由与好处:
1滑块在加工放电时容易积碳，不易加工。
2滑块在注塑成型时不易排气，产品易困气，烧焦
将滑块中间的成型部分改为加一根镶针，这样就可以解决滑块在加工时遇到积碳的困难，也解决了产品成型是不易排气，使产品烧焦等一系列问题

5.4模具滑块的改进
除了以上软件分析出来的问题外，我还发现在生产的过程中，滑块容易卡死，影响生产的效率。经过分析，将滑块进行了改进，如图5.6所示。

图5.6 滑块结构改进图（二）
理由与好处：
1.滑块与公模之间配合处为直角，如配合间隙过小，会导致滑块卡死，配合间隙过大，导致产品误差过大，使产品错位，影响外观；
2.滑块与公模之间配合处留一个角度，这样可以避免滑块卡死，产品误差过大，使产品错位，影响外观等现象。

5.5最终模具结构
本设计最终的模具装配图如图5.7，三维视图和爆炸视图如图5.8，型腔型芯结构的爆炸图如图5.9，模具实物见图5.10，最终产品（刚开模时）如图5.11 。

图5.7模具装配图

图5.8 模具三维爆炸视图

图5.9型腔型芯结构的爆炸图

图5.10模具实物

图5.11 最终产品（刚开模时）

第六章 结论与展望

通过这次近三个月的毕业设计我学到了很多知识，使我对注射模的设计全过程有一个总体的认识，同时也是对已学内容的一次总结。并且在此次设计过程中去了工厂实习，在实习期间学会了如何去动手操作，动手操作了之后让我对问题的有了更深的认识，我觉得这次实习不仅让我把学到的理论知识运用到实际中，也使我对以后的工作有了大概的了解。
这次设计中我对我自己设计的模具有了比较深入的了解，但是对其他类型的模具结构还需要进一步的研究。在设计过程中涉及了注塑机的选用，这也让对注塑机有了一些基本认识，但是对注塑机的工作原理、具体参数的设计与选用还需要以后继续的学习。在其中一段时间的实习过程中也学到了许多实践方面的知识，比如模具的拆装、模具的保养等，并且在实习期间学习了注塑工艺的的一些基本知识，并且对工厂中的一些常见的注塑缺陷有了很多的认识。
在今后的工作中，我将带着所学到的知识，结合以后将不断接触到的新的知识，以解决模具设计中出现的问题为起点，不断积累经验，为设计出合理、先进的模具而努力！
总之，这次毕业设计对我来说非常重要，从中我学到了很多知识！
9

致 谢

11
参考文献
参考文献

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[2] 彭建声. 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社，2003
[3] 唐志玉. 模具设计师指南. 国防工业出版社，2009
[4] 《塑料模设计手册》编写组. 塑料模设计手册. 机械工业出版社，2008
[5] 贾润礼，程志远. 实用注塑模设计手册. 中国轻工业出版社，2010
[6] 廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社，2007
[7] 黄毅宏. 模具制造工艺. 机械工业出版社，2006
[8] 模具制造手册编写组. 模具制造手册. 机械工业出版社，2009
[9] 冯炳尧，韩泰荣，蒋文生. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社，2008
[10]赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社，2009
[11]徐灏. 机械设计手册. 机械工业出版社，2006