基于CAE分析的骨架注塑模设计.doc

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机电工程学院

毕业设计说明书

设计题目:

基于CAE分析的骨架注塑模设计

学生姓名：

学号：

专业班级：

材料成型及控制工程0602班

指导教师：

2010年5月27日

目次

1.绪论 1

2.塑件成型工艺性分析 4

2.1塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析 4

2.2塑件原材料的选择 4

3.拟定模具的结构形式 5

3.1分型面位置的确定 5

3.2型腔的数目和布置方式 7

3.3注射机型号的确定 8

4.模具浇注系统的设计 10

4.1主流道的设计 10

4.2分流道的设计 11

4.3浇口设计 13

4.4校核主流道的剪切速率 14

5.成型零件的结构设计及计算 15

5.1成型零件的结构设计 15

5.2成型零件钢材的选用 16

5.3成型零件工作尺寸的计算 16

6.排气槽的设计 17

7.推出机构的设计 18

8.冷却系统的设计 19

9.导向和定位机构的设计 21

10.侧向抽芯机构设计 21

10.1结构形式的确定 21

10.2斜导柱侧向抽芯力的计算 21

10.3斜导柱的设计 22

10.4滑块、倒滑槽及定位装置的设计 23

10.5楔紧块的设计 24

11.注塑有关参数的校核 24

12.基于CAE的注射成型分析 25

12.1CAE简介 25

12.2塑料成型模拟及塑料成型模拟软件简介 26

12.3分析模型的建立 28

12.4确定引起翘曲的主要原因 30

12.5正交试验法确定最佳成型工艺参数 34

13.在选定最优工艺参数下线圈骨架的成型 39

13.1流动（flow）分析结果 39

13.2冷却（cool）分析结果 41

设计总结 44

致谢 45

参考资料 46

1.绪论

随着我国国民经济的快速发展，带给模具制造行业前所未有的机遇，也让我们的行业面临了新的挑战，如产生了模具制造业自主知识产权的缺乏、高新技术的应用、材料能源消耗高、人才奇缺等一系列亟待解决的问题。

北京模具协会在调研的基础上参照了中国模具协会提出的“十一五”期间发展规划，针对模具行业的特点，发展现状，提出了《我国模具产业及技术发展现状、趋势及问题》供行业今后开展工作时参考，希望引起交流，共同促进模具行业的发展。

在此基础上，我们还将聘请专家阐述对行业发展的观点，并组织刊登和连载新技术、新装备的应用文章等。

模具加工设备的市场前景

　　经过"十五"的发展，我国模具行业确实已有长足的进步。

主要表现在：

三资企业蓬勃发展，使我国模具生产规模和产品水平有了一个很快的发展；非国有经济如雨后春笋般地拔地而起，使我国模具生产规模迅速扩大，产品水平也有较快提高。

在港资、台资及外资非凡集中的珠三角和长三角地区，随着机械、电子、轻工、建材、通讯及办公设备等企业的兴起，用于企业内部配套的自产自用模具生产也随之大量发展。

这一部分模具生产规模约有300至500亿元。

全国模具生产总规模，2005年已超过600亿元。

据罗百辉猜测分析，模具行业"十一五"期间的发展速度预计仍将会在高于年均15%以上的速度上高位运行，"十一五"期间模具生产总量每年大约都会有100至200亿元的增量，目前全国（未包括港、澳、台的统计数）模具生产的总规模已达约1000亿元左右。

　　假如按平均每年150亿元增量，固定资产投入产出比大致为1:

1，投入之中约有60%资金用于购买新设备来计算，则平均每年约会有90亿元用于购置各种设备。

这就是模具行业中设备市场的一个概算。

虽然这一设备市场与机床工业总规模相比只占不大的比例，但也不能说很小了，不应该被忽视。

即使把外资企业主要用外国设备这一块去掉，留给国内机床行业的也起码还会有每年60亿元左右的设备市场。

假如国内设备水平和服务具有竞争能力，外资企业也是愿意选购价廉物美的国内设备的。

因此，假如机床行业能把握好这一块市场，"十一五"期间这300亿元左右的市场用"庞大"两字来形容也不为过。

　　模具行业对设备的基本要求

　　与其他机械加工相比，模具加工有其一定的非凡性，这些非凡性主要是：

1.大多数模具需要在实芯金属模块上加工出外形复杂的空间曲面，随着模具不断向大型化发展，模块重量也将越来越大，现在有的已达几十吨；2.大多数模具外形为长方体或正方体，很少有窄长形的，主要加工量集中在凹模和凸模上；3.随着模具制品要求越来越精密、复杂，对模具加工精度的要求也越来越高，现在许多模具的加工精度已达±1~2μm，不久将很快发展为小于±1μm；4.随着用户对模具生产周期的要求越来越短，模具加工就要满足高效、快速，且有一定柔性和长时间满负荷不停顿运行等要求。

根据上述4条非凡性，就对模具加工设备提出了如下一些基本要求：

1.机床要有好的刚性和与模块重量相适应的大承载能力；2.工作台面尺寸要与模具外形尺寸相适应，宜于长方形或正方形及圆形，不宜窄长，而高度方向及其行程却要求有较大空间；3.要有高的精度及精度保持性；4.要能快速高效地去除余量，且有很高的可靠性，以保持连续长久满负荷运行；5.为适应复杂的空间曲面加工，且有大量的加工量，因此要求机床能多轴联动，且配有大信息容量的数控系统。

　　上面只提出了一些大多数模具加工对设备的基本要求，此外尚有不少非凡要求。

例如加工塑料的机床就要求有更高的速度，但由于切削力小，为降低成本，机床可采用轻型结构；试模用的研配压机则不要求其高效快速，但要求有反转动能以便修模；某些简单工序的大量重复加工可用专机等等。

同时，复合加工、柔性加工和在线检测也是模具加工的要求。

　　问题分析：

“十五”期间模具行业在体制改革，技术创新，结构调整、加强管理等方面做了很多工作，但制约模具行业发展的一些深层次问题还没有从根本上解决，结构性矛盾依然突出，与社会主义市场经济发展需求不相适应：

1）企业组织结构、产品结构，都不够合理，我国模具生产厂还有相当一部分是自产自酉己的模具车间（分厂），专业模具厂也大都是“大而全”、“小而全"的组织形式，国外模具企业大多是“小而专”“小而精”；模具自产自配比例高达50％，国外不超过30％（主要依靠协作）；国内生产的模具属大型、精密、复杂、长寿命等类型国家急需的模具比例只有30％左右，国外在60％以上。

2）模具产品的水平和生产工艺水平比国际先进水平差距较大，主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命上比国外有差距。

3）技术创新能力弱，大大制约了行业技术进步和产业升级，企业技术创新能力建设严重滞后，缺乏自主创新的内在动力和物质技术手段，许多模具设计制造技术来源依靠国外，缺少有自主知识产权的产品技术，产品制作周期长，技术成果应用的水平低，国际上知名企业，先进的管理思想、先进制度技术及工艺不能很好的借鉴运用。

4）产品技术水平低，结构不合理。

一方面中低档模具生产能力严重过剩，企业相互恶性竞争，互相压价，影响企业发展，另一方面市场急需的高档模具、高新技术产品开发和生产水平不高，产品质量和售后服务不能满足用户需求，每年需大量进口。

5）管理落后，与国际水平相比模具企业的管理落后更甚于技术落后，技术落后易被发现，管理落后易被忽视，国内很多模具企业还沿用过去作坊式的管理模式，真正实现现代化企业管理还不多。

6）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，国外先进国家标准件使用覆盖率达70％以上，国内标准件使用率覆盖率只有45％左右，由于标准化水平低影响到模具制作周期及模具质量和成本等多方面因素。

　　国产模具设备行业发展建议

　　鉴于国内机床行业尚不重视模具行业中的设备市场，国产设备在这一市场中的很低的占有率，罗百辉指出，机床行业应该密切关注模具行业的发展，重视模具行业中的设备市场，即使是在目前任务饱满的情况下，也应从长远发展出发，从战略高度去熟悉，并对这一市场进行充分研究与正确定位。

　　在金切设备方面，非凡是在中低档数控设备方面，国内企业也一样是大有可为的。

近年来，光是浙江的模具行业，每年都从台湾或国内台资企业购进2000多台中低档设备，我国一些机床企业，是完全有能力进入这一市场的。

先从中低档产品开始，再逐渐向高端发展，这可能是一条比较切合实际的路子。

当然，随着模具工业总体水平的不断提高，所需设备的档次理所当然的也在不断提高。

例如浙江有些模具企业已开始淘汰台湾设备而把采购目光逐渐转向日本和欧美了。

然而日本和欧美设备的价格究竟还是昂贵了一些。

这也正是国内机床企业的一个良好机遇。

希望国内机床行业能把握好这个良好机遇，在我国模具行业"十一五"的发展中，为其插上翅膀，真正起到利其器而助发展之积极作用。

针对国产模具加工设备行业创新开发能力不足、市场占有份额偏低，罗百辉建议骨干重点企业，应一方面努力提高现有产品的质量和尽快改善服务，另一方面应针对模具行业所需去开发一些新产品，并大力进行宣传，以逐渐形成好的品牌和树立起良好的形象来。

非凡是生产金切机床的骨干企业，更应重视这一问题，因为生产电加工设备的企业在这一点上相对要好得多，有关企业已经在模具行业中树立起了一些较好的品牌和建立起了良好信誉和形象。

2.塑件成型工艺性分析

本次设计的塑件为线圈骨架，零件如图2-1

图2-1线圈骨架

2.1塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析

l结构分析：

该塑件壁厚2mm，壁厚均匀，结构较简单，故比较容易成型。

l尺寸精度分析：

该塑件尺寸精度等级为MT3级，尺寸精度中等。

l表面质量分析：

表面质量要求不高。

综合以上分析可以看出，该零件的尺寸精度等级中等。

注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件比较容易成型。

2.2塑件原材料的选择

本次设计，选择材料为宁波乐金（LG）甬兴化工有限公司生产的ABS塑料（ABSHI-121H），ABS塑料的特点以及ABSHI-121H的物料性能如下：

①ABS塑料特点

ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是AcrylonitrileButadieneStyrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑性高分子材料。

ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06g／cm3。

它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。

成型特性：

Ø无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时。

Ø宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度为>270度。

对精度较高的塑件，模温宜取50-60度，对高光泽耐热塑件，模温宜取60-80度。

Ø如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

②ABSHI-121H物料性能

ABSHI-121H塑料的性能参数如下表2-1：

表2-1ABSHI-121H塑料的性能参数

性能项目

试验条件

测试方法

测试数据

数据单位

物理性能

熔体流动速率

220ºC10kg

ASTMD-1238

23

g/10min

光泽度

45°

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104

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