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分线盒塑料模具设计说明书范本

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2020年5月29日
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摘 要

分析了分线盒的结构特征,使用Pro/E软件进行分模设计,利用注塑模设计专家(EMX)外挂进行其模架的设计。为了减少试模次数,降低设计成本,选用Moldflow软件对塑件进行模具设计的优化分析,并对分线盒注塑模进行了流动模拟分析。
在进行塑件3D设计后,利用CAD进行2D的排位,制图和出图。主要注射模的定模机构、动模机构、浇注系统、导向装置、顶出机构、抽芯机构、冷却和加热装置、排气系统等的设计。
塑件流动模拟分析内容包括:充填分析、保压分析、残余应力分析。主要包括,充填时间、平均速度、气穴、熔接痕、体积收缩率、塑件变形等,由此获得满意合理的浇口数量和位置。
分析了降低塑件成本的方法,针对批量不大的不同规格结构形式的分线盒,设计成一模多用的模具。只需更换模具中的几个关键零件就能够生产多规格形式的塑件,减少模具数量,成本费大幅度减少。
关键词:分线盒; CAD/CAE; 流动分析; 一模多用; 滑动型芯

目录

1 绪论 1
2 塑件工艺分析 2
2.1 塑件分析 2
2.2 塑件的原材料分析及工艺参数 3
2.2.1 塑件的原材料分析 3
2.3 HPVC的注射工艺参数 4
2.4 HPVC的主要性能指标 4
3 注塑机的选型 5
3.1 所需注射量的计算 5
3.1.1 塑件质量、体积计算 5
3.2 注射机型号的选择 5
3.3 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核 6
3.1.1 型腔数量的校核 6
3.1.2 注射机工艺参数的校核 6
3.1.3 安装尺寸校核 7
3.1.4 开模行程和推出机构的校核 7
3.1.5 模具尺寸与拉杆内间距校核 8
4 分型面的选择 9
4.1 确定型腔数量和排列方式 10
5 浇注系统设计 11
5.1 主流道的设计 11
5.2 主流道衬套的形式 11
5.3 浇口的结构形式 12
5.4 浇注系统的平衡 12
6 成型零件的结构设计和尺寸设计 13
6.1 成型零部件的结构形式 13
6.1.1 凸凹模的结构设计 13
6.1.2 成型零部件的工作尺寸的计算 13
6.1.3 型腔零件强度、刚度的校核 14
7 脱模机构的设计 16
7.1 脱模推出机构的设计原则 16
7.2 推出机构的设计 16
7.2.1 脱模力的计算 16
7.2.2 确定顶出方式及顶杆位置 17
7.2.3 推杆强度计算 17
8 侧抽芯机构的设计 18
8.1 滑动堵头与滑动型芯设计 18
8.2 斜导柱长度的计算 18
9 温度调节系统 20
9.1 冷却系统的设计原则 20
9.2 冷却介质的选用 20
9.2.1 冷却系统的粗略计算 20
10 模架的确定 21
11 塑件的Mold flow分析 22
11.1 有限元法介绍 22
11.2 分线盒模型前处理 22
11.3 分线盒注塑模流动分析及改进 23
致 谢 28
参考文献 29

1 绪论
塑件的生产成本包括原料费、水电费、人工费、 模具费等,其中原料费、水电费、人工等与生产塑件的数量成正比关系,模具费分摊到每个塑件的费用与生产塑件的数量密切相关,即模具生产塑件的数量越多,模具费分摊到每个塑件的费用就越少,注射模设计制造周期长,精度要求高,价格昂贵,因此注射模适合大批量生产,但如图1所示分线盒塑件,需求量不大或在一段时间内需求量不大,而规格、型号较多,如每一个规格、型号塑件都做1副模具,模具数量多,生产周期长,制造费用高,成本高, 缺乏市场竞争力。现设计 1副一模多用的注射模,只需更换模具中的几个关键零件就可生产多种规格塑件,成本大幅度减少,提高了市场竞争力,企业经济效益也显著提高。

2 塑件工艺分析
2.1 塑件分析
分线盒主要用于通讯、网络等的分线管接线。从使用要求看,分线盒具有高电绝缘性和难燃、阻燃特性,防尘防潮,因此分线盒塑料选用硬聚氯乙烯(HPVC)。HPVC成型性能好,使用性能稳定,货源充分,价格合理,收缩率 0．6％～1．5％,溢料值 0.06mm,可满足使用和成型要求。 图 (a)为四通分线盒,有 4个通路口, mm通路口与分线管相配,64±0．2mm尺寸与分线盒盖相配,这2组尺寸精度要求较高,其余尺寸精度只作一般要求。塑件上4个通路mm与分线盒的主分型面垂直,为外侧凸起和侧孔,为便于开模取件必须设计侧抽芯结构,而且为节约制造成本,侧抽芯的结构必须实现一模多用,只需要更换其中的部分零件就能够生产5种不同规格的制品。要生产的制件如图2-1所示

\

图2-1 分线盒二维图图2-2 分线盒三维图

2.2 塑件的原材料分析及工艺参数
2.2.1 塑件的原材料分析
塑件的原材料采用硬聚氯乙烯(HPVC)属热塑性塑料。从实用性能上看,有较好的抗拉、抗弯、抗压抗冲击性能,有较好的电器绝缘性能。但热稳定性较差,长时间加热会导致分解,放出氯化氢气体。从成型性能上看,易放出氯化氢,必须加入稳定剂和润滑剂,并严格控制温度及熔料的滞留时间,模具浇注系统应粗短,进料口截面易大,模具应有冷却装置。
a) 尺寸精度分析
b) 根据任务书的要求:该零件工作尺寸的制造精度为IT9级。塑件最大壁厚为3mm,最小为2mm,壁差为1mm,较均匀,有利于零件成型。从课本<塑料成型加工与模具>表4-2得:壁厚为2mm.
c) 表面质量分析
d) 该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺、内部不得有导电杂质外,没有特别的表面质量要求,故比较容易实现。
2.3 HPVC的注射工艺参数
(a)、注射机:螺杆式
(b)、螺杆转速(r/min):15～25
(c)、料筒温度(℃): 后段:150～160
中段:165～170
前段:170～180
(d)、喷嘴温度(℃): 180～200 ;喷嘴形式:通用型。
(e)、模具温度(℃): 30～60
(f)、注射温度(℃): 190～215
(g)、注射压力(MPA):80～130
(h)、保压压力(MPA):40～60
(i)、成型时间(S):注射2～5;保压15～40;成型周期40～90;冷却15～40。
2.4 HPVC的主要性能指标
表2-1 HPVC的主要性能指标
密度(g/cm^3)
1.35---1.45
屈服强度/Map
35---50
质量体积(cm^/g)
0.69---0.74
抗拉强度/Map
35---50
吸水率24h/%
0.07---0.4
拉弯弹性模量/Gap
2.4---4.2
玻璃化温度/℃
87
抗弯强度/Map
≥90
熔点/℃
160---212
弯曲弹性模量/Map
0.05---0.09
计算收缩率/%

抗弯强度/Map

比热容/(j/(kg*k))
1260
抗剪强度/Map

3 注塑机的选型
注射机为塑料注射成型所用的主要装备,因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范,才能设计出符合要求的模具。注射机规范的确定是根据素件的大小及型腔的数目和排列方式,再确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下,设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出形程,开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相配的注射机。
3.1 所需注射量的计算
3.1.1 塑件质量、体积计算
根据任务书提供的塑件图样,建立塑件模型并对此模型分析得:
塑件体积 :
塑件质量:
（1） 浇注系统凝料体积的初步计算
可按塑件体积的0.6倍计算,由于该模具采用一模一腔,因此浇注系统凝料体积为:

（2） 该模具一次注射所需塑料
体积: (3-1)
质量: (3-2)
3.2 注射机型号的选择
近年来中国引进注射机型号很多,国内注射机生产厂的新机型也日益增多。掌控使用设备的技术参数是注射模型设计和生产所必须的技术准备。在设计模具时。最好查阅注射机生产厂家提供的<注射机使用说明书>上标明的技术参数。
根据以上初步计算初步选定型号为XS—ZY—250型卧式注射机。

表3-1 注射机的主要技术参数
螺杆直径/mm
50
拉杆内间距/mm
448x370
螺杆长径比

最大模具厚度/mm
350
理论容量/cm^3
250
最小模具厚度/mm
250
注射质量/g

推出行程/mm

注射速率(g/s)

顶出力/ken

塑化能力(g/s)

顶出杆根数

额定注射压力/Mpa
1300
定位孔直径/mm

螺杆转速/(r/min)

顶出中心孔直径/mm
40
锁模力/ken
180
喷嘴球半径SR/mm
18
开模行程/mm
350
喷嘴孔半径/mm
4

3.3 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核
3.1.1 型腔数量的校核
(1)由注射机额定注射量确定型腔数量
(3-1)
——注射机额定注射量
——浇注系统工程凝料量
——单个塑料的容积或质量
(2)按注射机额定锁模力进行校核
(3-2)
式中: -注射机的额定锁模力,N
-单个塑件在模具分型面上的投影面积,
-浇注系统在模具分型面上的投影面积,
-塑料熔体对型腔的成型压力,MPa(其大小一般是注射压力的80％)
3.1.2 注射机工艺参数的校核
(1)注射量校核
注射量以容积表示,最大注射容积为
(3-3)
式中:-模具型腔和流道的最大容积()
-指定型号和规格的注射机注射量容积()
-注射系数,取0.75
倘若实际注射量过小,注射机的塑化能力得不到发挥塑料在料桶中停留时间过长,因此最小注射量容积:.故每次注射的实际注射量容积V′应满足,而V′≈44,符合要求。
(2)最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力,应该大于注射成型时所需调用的注射压力P
即 (3-4)
式中: -安全系数,常取 =1.25-1.4
实际生产中,该塑件成型时所需注射压力为70Mpa-100Mpa,代值计算,符合要求。
3.1.3 安装尺寸校核
（1） 主流道小端直径D大于注射机喷嘴d,一般为
D=d+ (0.5--1) mm
对于该模具d=4mm,取D=4.5mm,符合要求
（2） 主流道入口的凹面半径SR0应大于注射机喷嘴球半径SR,一般为
SR0=SR+(1-2mm)
对于该模具SR=12mm,取SR0=13mm,符合要求。
(3) 定位圈尺寸
注射机定位孔尺寸为{H7},定位圈尺寸取{f6},两者之间呈较松动的间隙配合,符合要求。
(4)最大与最小模具厚度
模具厚度应满足Hmin < H < Hmax
式中Hmin=200mm,Hmax=300mm
而该套模具厚度H=90+32+50+63=235mm,符合要求。
3.1.4 开模行程和推出机构的校核
开模行程的校核
H≥H1+H2 (3-5)
H≥H1+H2+(5-10)mm
式中 H—注射机动模板的开模行程(mm)
H1—塑件推出行程
H2=25+32+60+(5-10)=112—117(mm)
代值计算,符合要求。
该注射机推出行程满足要求
3.1.5 模具尺寸与拉杆内间距校核
该套模具模架的外形尺寸为300mmx285mm,而注射机拉杆间距为448mm x 370mm,因370mm 〉300mm,符合要求。
注:对于上面的2)、3)、4)、5)的校核内容与后面的模具结构设计交叉进行的,但为了整体形式与内容的统一,因此将该部分内容放于此。

4 分型面的选择
在塑件设计阶段,就应考虑成型时分型面的形状位置,否则无法用模具成型。在模具设计阶段,应首先确定分型面的位置,然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理,对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此,分型面的选择是注射设计中的一个关键因素。有利于保障塑件的外观质量
（1） 分型面应选则在塑件的最大截面处
（2） 尽可能使塑件留在动模一侧
（3） 有利于保障塑件的尺寸精度
（4） 尽可能满足塑件的使用要求
（5） 尽量减少塑件在和模方向上的投影面积
（6） 长型芯应置于开模方向
（7） 有利于排气
（8） 有利于简化模具结构
该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑了上述原则,同时从所提供的塑件图样上能够看出￠64的圆桶四周有四个外经￠26的 圆环。根据其特点和表面质量要求,采用平面分型面,这样有利于塑件脱模,也易于型芯和型腔的加工。其位置和形状如图4-1所示

图4-1 分型面结构及形式

4.1 确定型腔数量和排列方式
一般来说,大中型塑件和精度要求的小型塑件优先采用一模一腔的结构形式,但对于精度要求不高的小型塑件(没有配合精度要求)形状具有一定的特殊性,又是小批量生产时,能够采用一模一腔的结构。故由此初步拟订一模一腔,如图4-2所示

图4-2 型腔图

5 浇注系统设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道,具有传质、传压和传热的功能,对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
该模具采用普通流道浇注系统,采用点浇口,双分型面。
5.1 主流道的设计
主流道一般位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴处的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形,以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
主流道尺寸
（1） 主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+(0.5-1)
=4+(05-1),取D=4.5mm
(2)主流道球面半径 SR0=注射机喷嘴球半径+(1-2)
=12+(1-2),取SR0=13mm
(3)球面配合高度h=3mm-5mm,取h=3mm
(4)主流道长度尽量小于60mm,由标注模架结合该模具结构,取L=40mm。
5.2 主流道衬套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴重复接触,属易损件,对材料要求较严,因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套,以便有效的选用优质刚材单独进行加工和热处理,常采用碳素工具钢,如T8A、T10A、等,热处理硬度为50HRC-55HRC,如图5-1所示

图5-1 主流道衬套

5.3 浇口的结构形式
浇口的设计原则:
(1)浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动;
(2)浇口位置应有利于流动、排气和补料;
(3)浇口位置应使流程最短,料流变向量少,并防止型芯变形;
(4)浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度。

图5-2 浇口的位置与形式
5.4 浇注系统的平衡
对于该模具,从塑件图上能够刊出,该塑件是对称结构,采用点浇口,浇注系统显然是平衡的。
流动比的校核:
(5-1)
式中-流动距离比
-流动路径各段长度,mm
-流动路径各段的型腔厚度,mm
n-流动路径的总段数

因为影响流动比的因素主要是塑料的流动比,根据注塑压力确定HPVC的流动性中等,其允许流动比{ }=130-170,因此符合要求。
6 成型零件的结构设计和尺寸设计
6.1 成型零部件的结构形式
6.1.1 凸凹模的结构设计
中小型凹模宜采用整体式凹模,本设计采用整体式凹模,这是因为凹模板厚度为27mm,比较薄,模板尺寸也较小,采用整体式并不会浪费材料,整体式凹模的优点是:强度大,塑件上不会产生拼模缝痕迹。凸模的装配形式有模体与底板一体式,底板装配式,螺钉配合底板式。本模具属于小型模具,为了减少模具零件的加工量和便于加工,采用过渡配合(H7/m6)将型芯压入模具。
6.1.2 成型零部件的工作尺寸的计算
成型零部件中与塑件接触并决定塑件几何形状的各处尺寸,称为工作尺寸,它包括型腔深度与型芯高度尺寸、型腔和型芯径向尺寸、成型零件中心距。根据与塑件熔体或塑件之间产生摩擦磨损之后尺寸的变化趋势,可将工作尺寸分为三类:1) 孔类尺寸(A类);2)轴类尺寸(C类);3)中心距类尺寸(C类).任何制品都有一定的尺寸要求,制品成型后的实际尺寸与基本尺寸之间的误差叫制品的尺寸偏差。引起制品产生尺寸偏差的原因很多,据当前的生产经验来说,主要的原因是来自塑件的收缩率、成型零部件的制造偏差及其在使用过程中的磨损等三方面。
生产中一般根据制品尺寸允许的公差来确定成型零部件的制造偏差及其磨损量,它们关系如下:
; 。 (5-2)
利用平均收缩率来计算,平均收缩率(Scp)是塑件的最大收缩率(Scpmax)与最小收缩率(Scpmin)的和的一半,即:
Scp＝(Scpmax + Scpmin)/2
＝0.6%+1.5%/2
＝0.105% (5-3)
型腔工作部分尺寸:
型腔径向尺寸: Lm=〔〔1+s〕Ls-x△〕 (5-4)
型腔深度尺寸:Hm=〔〔1+s〕Ls- x△〕 (5-5)
型芯径向尺寸:lm=〔〔1+s〕ls+ x△〕 (5-6)
型芯深度尺寸:hm=〔〔1+s〕ls+ x△〕 (5-7)
型芯高度尺寸:hm=〔〔1+s〕hs+ x△〕 (5-8)
中心距尺寸: (5-9)
式中:Ls-形径向基本尺寸的最大尺寸(mm)
Ls-塑件内形径向基本尺寸的最小尺寸(mm)
Hm-塑件外形高度基本尺寸的最大尺寸(mm)
hm-塑件内形深度基本尺寸的最小尺寸(mm)
Cm-塑件中心距基本尺寸的平均尺寸(mm)
x-修正系数,取0.5-0.75
△-塑件公差(mm)
各工作部位尺寸计算结果如图6-1所示,一般制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1mm公差的部位不需要进行收缩率计算

图6-1 分线盒各工作部分的尺寸

6.1.3 型腔零件强度、刚度的校核
对于该套模具选整体式型腔。型腔的强度、刚度校核如下
型腔侧壁厚度的校核
按强度校核:
(6-1)符合要求。
式中 r-凹模内半径(mm),平均为32mm
p-模具型腔内最大的塑料熔体压力Mpa,一般为30Mpa-50Mpa,取50Mpa
-模具强度计算的许用应力,预硬化模具钢具体值为=300 Mpa
按刚度校核:
(6-2)
式中r-凹模内半径(mm),平均为32mm
P-模具型腔内最大的塑料熔体压力Mpa,一般为30Mpa-50Mpa,取50Mpa
E-模具钢材的弹性模量,预硬化塑料模具钢E=Mpa
-模具钢材的泊松比,取0.25
-模具刚度计算许用变形量
=25i=mm
带入计算R=32.47＜55,符合要求
型腔底板厚度的校核
按强度校核:
(6-3)
符合要求。
式中各符号意义与取值同前
按刚度校核:
(6-4)
符合要求,式中各符号意义与取值同前。
7 脱模机构的设计
注射成型每一循环中,塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯中脱出,使塑件从凸模或凹模上脱出的机构称为脱模机构,或推出机构。
7.1 脱模推出机构的设计原则
1） 推出机构应尽量设置在动模一侧
2） 保证塑件不因推出而变形损坏
3） 机构简单,动作可靠
4） 良好的塑件外观
5） 合模时的准确复出
7.2 推出机构的设计
1） 脱模力的计算应考虑的方面:
2） 由收缩包紧力造成的制品与型芯的摩擦阻力,该值应有实验确定。
3） 由大气压力造成的阻力。
4） 由塑件的黏附力造成的脱模阻力。
5） 推出机构运动摩擦阻力。
7.2.1 脱模力的计算
由于制件为圆环形截面(t/d<0.05),则
(7-1)
式中—无量纲系数,随f和而异;值还可从表8-3中选取
t/d—壁厚与直径之比
—圆环塑件的壁厚,mm
S—塑料平均成型收缩率
E—塑料的弹性模量,MPa
L—塑件对型芯的包容长度,mm
f—塑件与型芯之间的摩擦因数
—模具型芯的脱模斜度
—塑料的泊松比
A—盲孔塑件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积,,通孔制件的A等于零。
F = 10.1KN
7.2.2 确定顶出方式及顶杆位置
根据制品结构特点,确定在制品的四周边缘对称设置四根普通的圆顶杆,普通圆形顶杆按标准模架Z41,直径6.0选用。
7.2.3 推杆强度计算
圆形推杆直径d
(7-2)
式中d-圆形推杆直径(mm)
K-推杆长度系数≈0.7
L-推杆长度(mm)
n-推杆数量
E-推杆材料的弹性模量(N/cm^2)钢E=
d≈4取d=6mm
3.推杆的应力校核
(7-3)
式中-推杆应力()
-推杆钢材的屈服极限强度(N/cm)一般中碳钢=3200合金结构钢=4200
≈8952.25
﹤满足要求

8 侧抽芯机构的设计
8.1 滑动堵头与滑动型芯设计
分线盒注射模型腔布置为对称结构,滑动堵头、滑动型芯需根据分线盒的结构进行更换和组合,滑动堵头、滑动型芯采用较耐磨的T10A淬火处理,以保证足够的工作寿命;滑动堵头、滑动型芯尺寸及形状精度要求较高,以保证安装方便,运动顺滑。滑动堵头、滑动型芯结构如图8-1所示。
(a)滑动堵头 (b)滑动型芯

图8-1滑动堵头与滑动型芯结构

8.2 斜导柱长度的计算
侧型芯滑块抽芯方向与开合模方向垂直,斜导柱的工作长度L与抽芯距及倾斜角有关,即L=S/sinɑ
斜导柱总长度为:
Lz=L1+L2+L3+L4+L5 (8-1)
=d2tanɑ/2+h/cosɑ+dtanɑ/2+s/sinɑ+(5-10)mm
式中Lz-斜导柱总长度
d2-斜导柱固定部分大端直径
h-斜导柱固定板厚度
d-斜导柱工作部分的直径
s-抽芯距
Lz=90mm
斜导柱直径计算
侧向抽拔力Ft=AP(ucosɑ-sinɑ) (8-2)
式中A-塑件包紧侧型芯的侧面积
P-塑件收缩率对型芯单位面积的正压力塑件在模内冷却P=0.8x10^7-1.2x10^7(Pa)
u-塑件对钢的摩擦系数
ɑ-斜导柱倾斜角ɑ=20℃
Ft=8.46KN
因为Hw=15mm
Hw为侧型芯滑块受到脱模力的作用线与斜导柱中心线交点到斜导柱固定板的距离。
由于其直径计算比较复杂,有时为了方便,也能够用查表的方法确定斜导柱的直径。先按已求得的抽拔力Ft和选定的斜导柱倾斜角ɑ查有关资料得出斜导柱的直径d:
d=16mm

9 温度调节系统
9.1 冷却系统的设计原则
(1)冷却系统的布置应先于脱模机构
(2)合理地确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离
(3)降低进出水的温度差,普通模具的进出水温差不应超过5℃
(4)浇口处应加强冷却
(5)应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处
(6)冷却水路应便于加工和清理。
9.2 冷却介质的选用
HPVC的成型温度的模具温度分别为190℃-215℃、20℃-60℃用温水对模具进行冷却。冷却介质有冷却水和压缩空气,但用冷却水较多,因为水的热容量大,传热系数大、成本低。用水冷却,即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。
9.2.1 冷却系统的粗略计算
冷却水的体积流量
(9-1)
式中p-冷却水的密度,为
-冷却水的比热容,为4.187kJ/(kg·℃)
-冷却水出口温度取25℃
-冷却水入口温度取20℃
冷却管道直径
当求出冷却水的体积流量后,便可根据冷却水处于湍流状态下的流速v与管道直径的关系(见课本P211的表10-1),确定模具冷却水管道的直径d。
取d=8mm.
模具应开设的冷却管道的孔数为:
(9-2)

10 模架的确定
根据以上分析,计算以及型腔尺寸位置可确定定模架的结构形式和规格。选用结构形式为A2型、模架尺寸为300mmx285mm的标准模架可符合要求。
模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉;模具外表面尽量不要有突出部分;模具外表面应光洁,加防锈油。两模板之间应有分模间隙,即在装配、调试、维修过程中能够方便地分开两模板。

11 塑件的Mold flow分析
11.1 有限元法介绍
Mold flow软件的原理是有限元法,有限元法是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物,由于它在解决工程技术问题时的灵活性、快速及有效性,发展非常神速,其解题范围包括了各个领域(固体力学、流体场、电磁场、温度场、声场)的数理方程;其计算机程序几乎能求解数理方程中的各类问题,是工程技术人员必备工具,是力学、机械、土木工程、水力等专业的学生的必修课。有限元法是求解复杂工程问题的一种近似数值解法,现已广泛应用到力学、热学、电磁学等各个学科,主要分析工作环境下物体的线性和非线性静动态特性等性能。
有限元法求解问题的基本过程主要包括:分析对象的离散化,有限元求解,计算结果的处理三部分。曾经有人做过统计:三个阶段所用的时间分别占总时间的40%~50%、5%及50%~55%。也就是说,当利用有限元分析对象时,主要时间是用于对象的离散及结果的处理。如果采用人工方法离散对象和处理计算结果,势必费力、费时且极易出错,特别当分析模型复杂时,采用人工方法甚至很难进行,这将严重影响高级有限元分析程序的推广和使用。因此,开展自动离散对象及结果的计算机可视化显示的研究是一项重要而紧迫的任务。
有限元分析的基本步骤和几个问题:
离散化 :(1)单元怎样划分,编排单元码和节点码有什么原则;
(2)荷载如何移置。
单元分析:(1)节点力怎样用节点位移表示;
(2)如何建立以节点位移表示的节点平衡 方程式;
(3)怎样去求单元的内力(应力)。
整体分析:如何以最快的速度、最少的时间、最好的方案解出方程组,以得到最佳(可行精度)的结果。
11.2 分线盒模型前处理
(1)网格的划分,处理,诊断
导入分线盒模型,并选择网格类型为表面模型,设置全局网格边长为10mm接着开始划分网格。划分完成后进行网格数据统计,网格数量4498,无自由边,无交叉边,最小纵横比1.15,最大纵横比38.55。能够看出,对于之后要进行的翘曲分析,纵横比过大,需要调整。进行网格的纵横比诊断,调整网格纵横比为小于20。最后进行网格配向诊断,连通性诊断,自由边诊断等,均没有问题。
(2)分析类型及材料选择
双击Mold flow左边任务栏的填充,选择分析类型为”浇口位置”,然后选择材料为”PVC”牌号为87322。双击任务栏的”立即分析” 。

图11-1 最佳浇口位置分析

查看分析结果,如图11-1所示,蓝色显示的即为最佳浇口位置。
修改分析类型为”流动+翘曲”,为接下来的分析做准备。
11.3 分线盒注塑模流动分析及改进
进行工艺参数的设置:双击工艺设置,弹出工艺设置向导。
在冷却设置中,设置模具表面温度设为50;熔体温度200,开模时间5s,注射+保压+冷却时间为自动,查看顶出条件为顶出温度93,顶出冻结百分比为100%;
在流动设置中,参数均为自动;
在翘曲设置中,勾选分离翘曲原因复选框。
准备就绪,进行分线盒的”流动+翘曲”分析。得出分析结果。首先查看分析日志,在分析日志中查出最大注塑机锁模力为18吨;最大注射压力为1.8MPa,充填时间为2.4s,在充填阶段的1.08s,流动速率为18.56立方cm每秒时,发生速度与压力的切换,保压阶段从2.5s开始,在12.48s时,压力完全释放,在32.63s保压结束。
生成分析报告:选择需要的分析内容并添加生成报告,报告如下:
图11-2 变形,不同的收缩

制品在冷却的过程中,体积会向厚壁的中心部逐渐收缩,而造成表面凹陷。根据图11-2的报告分析,需要改进冷却系统,在四个圆筒周围增加冷却水路或降低水温。

图11-3 充填时间

如图11-3充填时间为2.5s,旋转塑件选择塑件上不同的点,发现充填时间的差值不超过0.2s,没有问题。

图11-4 气穴

由图11-4可看出:产生气穴的位置均在分型面上或者在左右滑块缝隙,杯口边缘位置,易于排气,因此没有问题。

图11-5 熔接痕

熔接痕的产生是因为熔体分流汇合时因料温下降,或因制品局部太薄,导致汇合处熔接不良,有痕迹或强度降低。从图11-5中能够看出在4个柱体位置有明显的熔接痕产生,需要改进工艺参数。

图11-6 锁模力

需求的锁模力远小于注塑机的最大锁模力,因此可行。

根据以上报告的参数分析可制定优化方案:加长滑块处冷却水道,使不同的冷却产生的变形缩小。由于熔接痕不可避免,在调试模具时,采用增大流速,温度,压力等方法使熔接痕不明显。

致 谢
经过两个多月的努力,我终于完成了毕业设计。开始的时候我对一些知识不是很清楚,因此我阅读了大量和模具,机械相关的书籍,花费了很大的时间来系统地学习专业知识,在这个过程中我充实了自己,并为自己的进步感到喜悦。
在这期间有很多人给予了我莫大的帮助,特别是指导老师,老师在每个星期都给我们布置工作,并定期检查我们的工作情况,在一些不符合要求的地方及时给我们指正,这对我顺利完成设计帮助很大。同时,在老师的指导下,我在这次毕业设计过程中巩固了基础知识,并深入理解,使自己对所学知识有了更全面的认识。在设计中我不断改进设计的机构,使它更符合实际。另外还有很多同学在设计期间也给我答疑解惑,我由衷的感谢她们,祝福她们在之后的道路上一切顺利!

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