汽车过滤器模具设计设计Word下载.docx
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数值模拟；
发电机组滤清器外壳
ABSTRACT
Thedevelopmentoftheinjectionmoldingindustryhasbeenpromotedbythewideuseofplasticproducts.Asanimportanttoolofplasticmolding,thedesignofinjectionmoldshasadirecteffectonthequalityandperformanceofplasticparts.Theimportantstatusandroleofinjectionmoldswerebrieflyintroducedinthispaper.Theapplicationofcomputertechnologyinmolddesignandmanufacturingissummarized.ThesimulationofmoldingprocessesandthedesignofthemoldstructureforafiltershellaredonebythemethodofComputerAidedDesign（CAD）andEngineering（CAE）.
Thefollowingtasksareaccomplished:
Analyzingthemoldingmanufacturabilityofthefiltershell;
Simulatingthefilling,flowingandcoolingprocessusingMoldflow，Forecastingandoptimizingthepossibledefectsininjectionmoldingprocess;
Analyzinganddesigningeverypartofinjectionmold,especiallythedesignofsidecore-pullingandlifterbodymechanismforcomplexstructure;
Completingthe3Dmodelingand2ddrawingsofmoldassemblyandthemaincomponentsusingUGandCAXAelectronicboard;
Illustratingmanufacturingproceduresofthetypicalmoldingpartsininjectionmoldtakingthecavityforexample.
Keywords:
Injectionmoldingprocess;
Molddesign;
Processsimulation;
Filtershell
第1章绪论
1.1注塑模具的重要地位和作用
塑料工业是国民经济中的一个非常重要的行业，石油工业的高速发展为塑料工业提供了丰富且廉价的原料，由于塑料具有密度小、耐腐蚀性强、电绝缘性能好等优点，引起了人们的普遍关注。
随着国民经济的高速发展以及国家产业政策的调整，汽车、轻工、建材等行业及航空航天、医疗等新兴产业对塑料零部件的需求也越来越大，并呈现“以塑代钢”、“以塑代木”的发展趋势[1]。
常见的塑件的成型方法有很多，如注塑成型、挤出成型、压塑成型、吹塑成型等。
其中，注射成型能一次成型外形结构复杂、尺寸精度高的塑料制品，且成型过程自动化程度高，是塑料成型应用最广泛的加工方法之一。
所有领域所应用的注塑制品，都要通过塑料模具生产出来。
模具作为注塑成型的重要工艺装备，在成型过程中处于核心地位，其设计与制造水平直接影响着制品质量及生产效率等。
根据国内外模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具业经过行业调整后，塑料模具的比例将不断增大[2]。
1.2计算机技术在模具设计和制造中的应用
传统模具的设计与制造，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性因人而异，模具的设计缺陷、制品的质量问题只有在试模之后才能发现，造成模具制作周期长、制作成本高。
又因为模具是单件或小批量的产品，传统的人工设计已经无法适用产品快速更新、质量日益提高的需求。
计算机的应用已经成为模具生产领域中不可替代的手段，在设计和制造的过程中发挥了极其有效的作用。
计算机辅助设计、分析和制造技术（CAD/CAE/CAM）能在计算机上分析和模拟模具的设计方案，在试模前发现设计中的缺陷，帮助技术人员修改和优化设计方案，提高一次试模的成功率[3]。
CAD/CAE技术在模具设计与制造中的应用，极大的提高塑料模具的设计水平及制品质量，促进我国模具工业更快的发展。
在现代模具设计与制造中，CAD是利用计算机对模具进行几何设计、实体建模、绘图等，目前在CAD应用方面，已经超越了用图板二维绘图的初级阶段，3D设计已经达到70%~90%，为数控编程和CAD/CAE/CAM的集成提供了保障。
CAE是利用计算机进行数值模拟分析计算进而评估和分析模型，从而对模具模型进行优化；
CAE技术的应用使试模时间减少了50%以上[4]。
CAM指设计的模具模型在经过CAE评估分析及优化后，最终进行加工刀具轨迹生成与仿真，产生数控加工代码，从而控制数控机床进行加工。
采用CAD/CAE/CAM集成技术以后，制品一般不需要在进行原型试验，采用几何造型技术，制品的形状就能精确、逼真的显示出来，有限元分析程序可以对其力学性能进行预测，而且这种方法使产品模型设计、模具结构设计、模具结构分析、工艺设计及加工编程都以为数据为基础，实现数据共享，不仅能大幅度提高设计效率，且能保证模具质量，降低制作成本。
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，尽可能的充分发挥设计人员的创造力，加快创新，进一步提高了模具企业的管理水平。
对于注塑模具的设计来说，使用注塑模具CAD/CAE/CAM的功能可以进行塑料制品的几何造型、模具方案的布置，能够自动生成型腔表面形状、可以通过模架库选择标准模架、生成模具装配图和零件图、优化注射工艺条件和材料、模拟注射流动及保压过程、分析冷却过程、力学分析，模拟成型零件的数控加工仿真、最终生成零件的数控加工程序[5]。
1.3课题的主要内容
本课题针对发电机组滤清器外壳（有产品三维造型，需使用侧抽芯和斜顶模具结构）进行工艺及模具设计。
对塑料件进行工艺性分析，使用Moldflow软件进行流动过程模拟（CAE），确定最佳浇口位置及工艺参数，确定最佳工艺方案，确定总体模具结构，学习UG三维造型软件中塑料模设计模块的应用，进行塑料模具三维设计。
生成并编辑主要模具零件的二维图纸（CAD），进行成型零件的制造工艺的制定；
撰写设计计算说明书。
通过毕业设计，掌握三维造型软件UG、注塑过程CAE软件Moldflow以及制图软件CAXA的使用，熟悉并掌握注塑模具设计基本原则与方法，能进行中等及稍高复杂程度的塑料件的工艺分析，注塑参数确定和模具结构设计。
同时，通过本次设计能锻炼图纸绘制及尺寸及公差标注等工程制图能力、并培养撰写规范论文的
技能以及独立思考分析能力。
本次设计要求工艺方案和模具设计原则正确；
模具结构合理，工程图纸绘制正确，尺寸及公差标注无误，符合相关国家标准，故所设计模具可用于实际生产。
发电机组空气滤清器主要是过滤活塞式发电机组工作时吸入的空气中的微粒和杂质的一种进气装置，由滤芯和壳体两部分组成。
空气滤清器的主要要求是滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用而无需保养。
其三维模型如图1-1所示。
图1-1滤清器外壳三维模型
第2章塑件成型的工艺性分析
2.1塑件结构分析
该滤清器外壳呈L状，外形尺寸为总长235mm、总宽160mm、总高80mm，总体壁厚2mm，壁厚分布较为均匀，外形尺寸在注塑成型的范围内。
该塑件没有特殊的的精度要求，公差尺寸最大可以取到MT6[5]，以降低注塑模具的加工难度和生产成本。
考虑到滤清器外壳的外表面的美观，粗糙度可取Ra=0.8mm，对应型腔表面粗糙度Ra=0.4mm；
内表面与滤芯接触表面粗糙度要求较低，粗糙度可取Ra=1.6mm，对应型芯表面粗糙度Ra=0.8mm。
该塑件的部分结构自带有带有斜度，故不再另设脱模斜度，通过设计有效的顶出机构进行脱模。
2.2材料性能分析
2.2.1使用特性
本课题中的发电机组滤清器外壳会接触到水汽或杂质，工作中可能会发生腐蚀、老化和漏电，还有长期的疲劳震动可能造成疲劳损害。
为满足以上的工作要求，选用聚丙烯作为塑件材料。
聚丙烯无色、无味、无毒，光泽好，易着色，不吸水；
屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度及弹性均比聚乙烯好。
聚丙烯耐热性好，能在100℃以上的温度下进行消毒灭菌，其低温使用温度达-15℃，低于-35℃时会脆裂。
聚丙烯的高频绝缘性能好，因不吸水，其绝缘性能不受湿度的影响。
但是在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。
聚丙烯可以制作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件，制作水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层等，制造盖和本体合一的箱壳、各种绝缘零件及医疗器械零件[7]。
2.2.2成型性能
聚丙烯是一种结晶性材料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与金属接触易发生分解；
它的流动性好，溢边值应在0.03mm左右；
由于冷却速度快，因此浇注系统及冷却系统应散热缓慢；
PP成性收缩范围大，收缩率大，易产生缩孔、凹痕、变形，方向性强；
成型时应注意控制成型温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑料件不光泽，易产生熔接不良、流痕；
90℃以上易发生翘曲、变形；
塑料件应壁厚均匀，避免缺口，尖角，以避免应力集中[7]。
2.2.3主要性能指标
聚丙烯的主要性能参数如表2-1所示。
表2-1聚丙烯（PP）的主要性能参数
密度
ρ/（kg/dm3）
0.90~0.91
比体积
ν/（dm3/kg）
1.10~1.11
吸水率（24h）
ωp·
c×
100
0.01~0.03
收缩率
s（100%）
1.0~3.0
熔点
t/℃
170~176
热变形温度
0.46Mpa
102~115
0.185Mpa
56~67
抗拉屈服强度
σt/Mpa
37
抗弯强度
σf/Mpa
67.5
冲击强度
an/（kJ/m2）
无缺口
78
ak/（kJ/m2）
缺口
3.5~4.8
硬度
HB
8.65
R95~105
体积电阻率
ρv/（Ω·
cm）
>
1016
击穿强度
E/（kV/mm）
30
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