笔筒模流分析毕业设计.docx

宜宾职业技术学院毕业设计题目：蝶形笔筒模流分析及优化系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 模具设计与制造 班 级 模具 11402 班 姓 名 黄 俊 平 指 导 教 师 刘 咸 超 2016年10月10日宜宾职业技术学院毕业论文(设计)选题报告姓名黄俊平性别男学号201220007系部现代制造工程系专业模具设计与制造毕业设计题目蝶形笔筒模流分析及优化课题来源社会实践课题类别设计开发选做本课题的原因及条件分析：原因：这个题目能够将所学的专业基础课：如机械制造基础、机械制图、机械设计基础，专业课如数控机床、数控编程、CAD/CAM、冲压模具等方面知识综合运用。条件：学校图书馆、实验室等,进行模具的设计和UG造型等。因此，我申请此课题，望指导老师及系领导批准。内容和要求：对“蝶”型笔筒进行加工工艺分析。通过查阅文献资料，分析确定工艺分析内容，并完成：对“蝶”型笔筒进行模流分析、设计优化方案、确定模具类型、撰写毕业设计说明书等。1、利用华塑CAE软件对模具进行模流分析；2、根据模流分析设计出2至3套优化方案，选最优方案；3、根据优化方案，修改零件的基本模型，以及确定基本的注塑模具结构；4、独立撰写毕业设计说明书，要求思路清晰、论述充分、语句通顺、格式图表编排规范，字数不少于8000字。指导教师意见： 签名：年 月 日系部毕业论文（设计）领导小组意见：（签章） 年 月 日蝶形笔筒模流分析及优化摘 要塑料模具在工业生产中应用广泛。不论是工业生产还是日常生活，塑料制品都得到了广泛的应用。而注射模具则是一种非常重要而高效的塑料生产工艺装备，在现代化生产的各个领域发挥着重要的作用。注射模具的设计充分利体现了时代性与进步性，且生产效率提高，经济效益显著。围绕笔筒进行成型CAE分析。其主要内容包括：针对制品的结构特点，确定模具的型腔数目、分型面以及脱模机构。选择合理的浇注系统和冷却系统。分析并设计注塑工艺，制定合理的注塑工艺流程，正确选用注塑设备。 关键词: 笔筒；注塑模具；模流分析 II 目 录毕业论文(设计)选题报告I1 绪论11.1模具在加工工业中的地位11.2模具的发展趋势11.3我国模具技术的现状及发展趋势21.4我国模具水平与先进水平比较主要的差距32 塑件的分析42.1塑件图42.2塑件结构工艺分析52.3塑件的尺寸精度52.3.1尺寸精度的选择52.3.2尺寸精度的组成及影响因素62.4塑件的表面质量62.5壁厚分析62.7原材料的选择72.6塑件的具体应用.72.8 ABS材料82.8.1 ABS塑料的现状和前景82.8.2 ABS塑料注塑工艺分析82.9成型方法103 塑件的分析123.1塑件图123.2塑件的尺寸精度123.2.1 尺寸精度的选择123.2.2尺寸精度的组成及影响因素133.3塑件的表面质量133.4壁厚分析133.5塑件结构工艺分析143.6注射工艺的选择143.7 ABS塑料143.8成型方法154 成型设备的选用及模架的选择174.1计算总的体积174.2计算总的质量174.3塑件注塑成型工艺参数184.4模架的选择194.4.1模架的概述194.4.2模架的分类194.4.3模架的确定195 CAE模流分析215.1 建立网格.stl文件215.2 CAE分析235.2.1添加分析方案235.2.2制品图形245.2.3充模设计255.2.4冷却设计285.2.5开始分析325.2.6分析结果335.3分析及优化345.3.1方案一345.3.2方案二385.3.3应力翘曲优化方案425.3.3.1方案一425.3.3.2方案二445.3.3.3结论46总 结47致 谢48参考文献49IV1 绪论1.1模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。Proe网 ugpr对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具网 ugproe.c模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的 物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。中国模具视频网现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计 起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。UG网，首选 1.2 模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面： (1)加深理论研究 在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。 (2)高效率、自动化 大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。(3)大型、超小型及高精度 由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。(4)革新模具制造工艺 在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。(5)标准化 开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。1.3 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，已能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。(1)注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。(2)加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。(3)推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。(4)重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1.4 我国模具水平与先进水平比较主要的差距目前我国模具总量虽然已达到相当的规模可以说是一个模具制造大国，但由于模具制造水平还与先进工业化国家存在较大的差距，所以说不是一个模具制造强国，我们的制造水平比美、日、法、意落后许多也要比加拿大、英国、西班牙、韩国、新加坡等国落后，主要表现在制作模具理念上落后、还有企业管理落后、机制落后、模具企业使用装备落后。模具企业使用的很多都是世界上较低档的台湾数控加工机床，设备都是10-20年前引进的，软件使用的型号也比较落后，生产的低档模具多，劳动生产率低。2 塑件的分析2.1 塑件图 图2-1 塑件三视图图2-2 塑件三维图2.2 塑件结构工艺分析（1）从图纸上分析，该塑件的整体外形为椭圆形结构，壁厚均匀，且符合最小最后壁厚要求；无尖角，均采用圆角过渡，有利于提高塑件的强度和刚度。（2）塑件的型腔较大。（3）为了便于脱模，塑件的脱模斜度可取3。（4）塑件内没有金属嵌件、没有螺纹等，易于成型。2.3塑件的尺寸精度2.3.1 尺寸精度的选择塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般的家庭用品，所以尺寸精度为一般精度即可，但是保证煲身和底座的闭合，在分型面的尺寸精度要求要高一些，对其要有公差配合要求，应选高精度。根据精度等级选用表，ABS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在范围6080mm内，MT3B级的公差数值为0.66mm。2.3.2尺寸精度的组成及影响因素 （1）制品误差构成=s+z+c+a+j （2-1）式中: 制件总的成型误差 s塑件收缩率波动引起的误差z模具成型部件的制造误差 a模具成型部件的安装误差c模具成型零件的表面磨损 j模具活动成型部件的配合间隙变化引起的误差 （2）影响尺寸精度的因素模具-模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。塑料材料-主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。成型工艺-成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。2.4塑件的表面质量表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理力学性质两方面的技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表面缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高处一个等级。考虑到笔筒的要求一般，查得ABS抛光后顺纹路方向表面粗糙度为0.1微米，在注射模具设计与制造38页查到表面粗糙度为0.8微米。2.5壁厚分析塑件的壁厚对塑件质量有很大的影响。壁厚过小成形流动阻力大，大型复杂塑件就难以充满型腔。壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固定性来说增加了模压成形时间，并易造成固化不完全，对热塑性塑料则增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品质量，如生产气泡、缩孔、凹陷等缺陷。查表得到壁厚为0.75mm，最终选取壁厚2.5mm。表2-1 热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚（mm）塑料种类 制件流程50mm最小壁厚一般制件壁厚大型制件壁厚聚酰胺（PA）0.451.752.62.43.2聚苯乙烯（PS)0.752.252.603.25.4改性聚苯乙烯（ABS)0.752.292.603.25.4有机玻璃（PMMA)0.802.502.804.06.5聚甲醛（POM)0.802.402.603.25.4聚丙烯（PP)0.852.452.752.43.2聚碳酸酯（PC）0.952.602.803.25.8聚苯醚（PPO）1.202.753.103.56.4聚乙烯(PE)0.62.252.602.43.22.6 塑件的具体应用笔筒为外观件，要求零件表面平整光滑，无皱折、裂纹等缺陷。加工难度较小。其他方面没有特殊要求。主要保证加工工艺的需要。2.7原材料的选择塑料品种特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点主要用途聚苯乙烯无色、透明、有光泽、无毒无味3080较好，对氧化剂笨、四氯化碳、酮、酯等抵抗性较差透明性好，电性能好，抗弯强度高，但耐磨差，质脆，抗冲击强度差成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止逸料，制件易产生内应力，易开裂装饰制品、仪表壳、灯罩、绝缘零件、泡沫塑料、日用品等ABS无毒、无味，呈微黄色或白色不透明粒料70较好尺寸稳定性较好，良好的介电性能，耐热性不高，耐气候性差易吸水，成型前要进行干燥处理仪表壳、仪表盘、纺织器材、玩具、加热器、家具等经过对比和对制件自身的一系列要求，我们选择ABS材料。2.8 ABS材料2.8.1 ABS塑料的现状和前景ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，中国是世界最大的ABS消费国，自20世纪80年代以来，由于家用电器和汽车工业的迅速发展ABS消费量也迅速增长。中国国产ABS的市场占有率一直在10%左右，2002年最高才占21.76%，产量的增长远远不能满足消费的增长。进口ABS逐年增长，2002年进口量又创历史新高达到163.76万吨。为了满足国内市场对ABS需求的增长，国内现有装置将继续扩能。中国ABS消费结构的特点是高度集中在各种家电配件上，其比例占80%左右，玩具等轻工业领域也消费ABS较多，交通工业是ABS未来消费新增长点，前景较乐观，汽车工业的迅速崛起，将给ABS的发展带来新的发展机遇。目前，中国ABS产业所需的三种主要原料均存在不同程度的缺口，每年需要大量进口，严重制约了ABS行业的发展。随着我国大乙烯工业的发展，原料问题将得到一定的缓解。从下游需求来看，由于ABS下游制品直接与人们生活，企业，生产息息相关，所以宏观经济对ABS的需求影响较大。目前中国经济发展迅速，近期内仍将是中国经济的高增长期，因此中国市场自行消化ABS的能了将继续快速增长。而与此同时随着中国作为世界家电制造基地的地位进一步加强，从世界各地转移而来的ABS需求也将明显增加。2.8.2 ABS塑料注塑工艺分析ABS塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能，在电子工业、机械工业、交通运输、建筑材料、玩具制造等工业中占有重要地位，特别是稍微大点的箱体结构以及受力元件，需要电镀的装饰件更是离不开这种塑料。这里对ABS塑料注塑工艺分析如下：（1）ABS塑料的干燥ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的干燥预热，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面的色斑和云纹。ABS原料要控制水分在0.3%以下，注塑前的干燥条件是：干冬季节在75-80以下，干燥2-3h，夏季雨水天在80-90以下，干燥4-8小时如制件要达到特别良好的光泽或制件本身复杂，干燥时间更长，达8-16h。因微量水汽的存在导致制件表面雾斑是往往被忽略的一个问题。最好将机台的料斗改装成热风料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮，但这种料斗要加强湿度监控，在生产偶然中断时，防止料的过热。（2）注射温度ABS塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。在融化过程温度升高时，其熔融实际上降低很小，但一旦达到塑化温度。（适宜加工的温度范围）如果继续盲目升温必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反应而使熔融粘度增大，注塑更困难，塑件的机械性能也下降了。所以ABS的注塑温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高，但不能像后者那样有较宽松的升温范围。某些温控不良的注塑机，当生产ABS制件到一定数量时往往或多或少地在制件上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒，而且很难利用加新料对空注射等方法将其清除排出。究其原因，是ABS塑料含有丁二烯成分，当某塑料颗粒在较高的温度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的表面上，受到长时间的高温作用时，将造成降解和碳化。既然偏高温操作对ABS可能带来问题，故有必要对料通各段炉温进行限制。当然，不同类型和构成的ABS的适用炉温也不同。如柱塞式绩，炉温维持在180-230；螺杆机，炉温维持在160-220。特别值得提出的是，由于ABS的加工温度较高，对各种工艺因素的变化是敏感的。所以料筒前端和喷嘴部分的温度控制十分重要。实践证明，这两部分的任何微小变化都将在制件上反映出来。温度变化越大将会带来熔接缝、光泽不佳、飞边、粘模、变色等缺陷。（3）注射压力ABS熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，所以注射时采用较高的注射压力。当然并非所有的ABS制件都要施加高压，对小型、构造简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力。注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小往往决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力锅小，塑料收缩率大，与型腔表面脱离接触的机会较大，制件表面雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。（4）注射速度ABS料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料易燃焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接缝、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但在生产薄壁及复杂制件时，还是要保证有足够高的注射速度，否则难以充满。（5）模具温度ABS的成型温度相对较高，模具温度也较高。一般调节模温为75-85，当生产具有较大投影面积制件时，定模温度要求70-80，动定模温度要求50-60。在注射较大的、构型复杂的、薄壁的制件时，应考虑专门对模具加热。为了缩短生产周期，维持模具温度的稳定，在制件取出后可采用冷水浴、热水浴或其他机械定型法来补偿原来在型腔内冷固定型的时间。（6）料量控制一般注塑机注ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的75%，为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽，色调的均匀，要求注射量为标定注射量的50%为宜。本设计综合ABS的性能和现状及将来的发展方向，考虑到ABS的成型工艺将通过查阅各方面资料设计出一套制造方便、结构合理的模具。表2-3 ABS注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度t6075成型时间/s注射时间1545时间2保压时间23料筒温度t/后段140160冷却时间1560中段150180总周期40120前段170220螺杆转速n/(r.min-1)48喷嘴温度t/190后处理方法红外线灯模具温度t/3065温度t/鼓风烘箱7080注射压力p/Mpa100160时间/h242.9成型方法方案一：压缩模塑 压缩模塑的特点是塑料直接加入型腔内，利用压力机的压力通过凸模直接传递给塑料，模具在塑料最终成型时才能完全闭合。其优点是没有浇注系统，料耗少，使用的设备为一般的压力机，塑件形状简单，模具结构比较简单，可以压制较大平面的塑件或利用多型腔模，一次压制多个塑件塑件，压制时，由于塑料在型腔内受压成型，所以有利于模压成型流动性较差的以纤维为填料的塑料，而且塑件收缩性较小，变形小，各项性能比较均匀。缺点是生产周期长、效率低，不宜压制形状复杂、壁厚较大的塑件；不容易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件，而且不能压制带有精细和易断嵌件的塑件。方案二：压注模塑 压注模塑的成型特点是模具在塑料开始成型以前就已完全闭合，塑料的加热熔融是在加料腔内进行，压力机在成型开始时只施压于加料腔内的塑料，使之通过浇注系统而快速射入型腔，当塑料完全充满型腔后，型腔内与加料腔中的压力趋于平衡。优点是模塑深孔及其它复杂形状的塑件，也可以模塑带有精细或易碎嵌件的塑件。塑件飞边较小，尺寸准确，性能均匀，质量较高，模具的磨损较小。缺点是模具制造成本比压缩模高，成型压力比压缩模大，操作也比较复杂，会在塑件中引起纤维定向分布，从而导致塑件性能各向异性。方案三：注射模塑 注射模塑的成型原理是将颗粒或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在螺杆或柱塞式注射机的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模，分型获得成型塑件，这样在操作上完成一个成型周期，以后不断的重复上述周期的生产过程。优点是成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑件，对各种塑料的适应性强，生产效率高，易于实现全自动化等。缺点是注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及小批量的塑件生产。综上所述，该塑件形状结构简单，尺寸精度为一般精度MT3，表面粗糙度要求相对较高，没有金属嵌件螺纹等，用于生产实践，属于大批量生产，再考虑生产效率，并根据压缩模塑、压注模塑、注射模塑等成型工艺的特点，该塑件应该选择注射模塑成型。3 塑件的分析3.1塑件图图3-1 塑件三维图3.2塑件的尺寸精度3.2.1 尺寸精度的选择塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般的家庭用品，所以尺寸精度为一般精度即可，但是保证煲身和底座的闭合，在分型面的尺寸精度要求要高一些，对其要有公差配合要求，应选高精度。根据精度等级选用表，ABS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在范围120500mm内，MT2B级的公差数值为0.68mm，MT3B级的公差数值为1.0mm。3.2.2尺寸精度的组成及影响因素(1)制品误差构成=s+z+c+a+j （3-1）式中：制件总的成型误差；s塑件收缩率波动引起的误差；z模具成型部件的制造误差 ；a模具成型部件的安装误差；c模具成型零件的表面磨损 ；j模具活动成型部件的配合间隙变化引起的误差。(2)影响尺寸精度的因素模具-模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。2）塑料材料-主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。3）成型工艺-成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。3.3塑件的表面质量表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面的技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表面缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高处一个等级。考虑到纽扣表面质量相对于其内部表面质量要求高，因此该塑件要求对型腔抛光，对粗糙度的要求一般，查得ABS抛光后顺纹路方向表面粗糙度为0.1微米，在注塑模具设计与制造38页查到表面粗糙度为0.8微米。3.4壁厚分析 塑件的壁厚对塑件质量有很大的影响。壁厚过小成形流动阻力大，大型复杂塑件就难以充满型腔。壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固定性来说增加了模压成形时间，并易造成固化不完全，对热塑性塑料则增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品质量，如生产气泡、缩孔、凹陷等缺陷。查表3-1得到壁厚为2.5mm。表3-1 热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚（mm）塑料种类 制件流程50mm最小壁厚一般制件壁厚大型制件壁厚聚酰胺（PA）0.451.752.62.43.2聚苯乙烯（PS)0.752.252.603.25.4改性聚苯乙烯（ABS)0.752.292.603.25.4有机玻璃（PMMA)0.802.502.808.56.5聚甲醛（POM)0.802.402.603.25.4聚丙烯（PP)0.852.452.752.43.2聚碳酸酯（PC）0.952.602.803.25.8聚苯醚（PPO）1.202.753.103.56.4聚乙烯(PE)0.62.252.602.43.23.5塑件结构工艺分析(1)从图纸上分析，该塑件的整体外形为圆形结构，壁厚均匀，且符合最小最后壁厚要求；无尖角，均采用圆角过渡，有利于提高塑件的强度和刚度。(2)塑件的型腔较大。(3)为了便于脱模，塑件的脱模斜度可取3。(4)塑件内没有金属嵌件、没有螺纹等，易于成型。3.6注射工艺的选择蝶形笔筒为外观件，要求零件表面平整光滑，无皱折、裂纹等缺陷。其他方面没有特殊要求。主要保证加工工艺的需要。3.7 ABS塑料ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的干燥和预热，不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS原料需要控制水分在0.3%以下。其工艺参数见表3.2。表3-2 ABS注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度t6075成型时间/s注射时间1545时间2保压时间23料筒温度t/后段140160冷却时间1560中段150180总周期40120前段170220螺杆转速n/(r.min-1)48喷嘴温度t/190后处理方法红外线灯模具温度t/3065温度t/鼓风烘箱7080注射压力p/Mpa100160时间/h243.8成型方法 方案一：压缩模塑 压缩模塑的特点是塑料直接加入型腔内，利用压力机的压力通过凸模直接传递给塑料，模具在塑料最终成型时才能完全闭合。其优点是没有浇注系统，料耗少，使用的设备为一般的压力机，塑件形状简单，模具结构比较简单，可以压制较大平面的塑件或利用多型腔模，一次压制多个塑件塑件，压制时，由于塑料在型腔内受压成型，所以有利于模压成型流动性较差的以纤维为填料的塑料，而且塑件收缩性较小，变形小，各项性能比较均匀。缺点是生产周期长、效率低，不宜压制形状复杂、壁厚较大的塑件；不容易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件，而且不能压制带有精细和易断嵌件的塑件。方案二：压注模塑 压注模塑的成型特点是模具在塑料开始成型以前就已完全闭合，塑料的加热熔融是在加料腔内进行，压力机在成型开始时只施压于加料腔内的塑料，使之通过浇注系统而快速射入型腔，当塑料完全充满型腔后，型腔内与加料腔中的压力趋于平衡。优点是模塑深孔及其它复杂形状的塑件，也可以模塑带有精细或易碎嵌件的塑件。塑件飞边较小，尺寸准确，性能均匀，质量较高，模具的磨损较小。缺点是模具制造成本比压缩模高，成型压力比压缩模大，操作也比较复杂，会在塑件中引起纤维定向分布，从而导致塑件性能各向异性。方案三：注射模塑 注射模塑的成型原理是将颗粒或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在螺杆或柱塞式注射机的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模，分型获得成型塑件，这样在操作上完成一个成型周期，以后不断的重复上述周期的生产过程。优点是成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑件，对各种塑料的适应性强，生产效率高，易于实现全自动化等。缺点是注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及小批量的塑件生产。综上所述，该塑件形状结构简单，尺寸精度为一般精度MT3，表面粗糙度要求相对较高，没有金属嵌件螺纹等，用于生产实践，属于大批量生产，再考虑生产效率，并根据压缩模塑、压注模塑、注射模塑等成型工艺的特点，该塑件应该选择注射模塑成型。4 成型设备的选用及模架的选择4.1计算总的体积塑件的体积的决定了注塑机的选择，塑料件的体积越大，注射机相应的注射量也越大。由于我们计的为一模一件，因此计算总体积如下图4-1所示：V=底面积高=58254.27mm图4-1 塑件体积4.2计算总的质量计算塑件的质量是为了选择注射机及确定模具型腔的数目。根据塑料成型工艺及模具设计55页，得ABS材料的密度为1.02-1.05，根据平均值法算得平均密度为=1.04。根据公式： (3-1)所以总的质量为： =1.0435.5 =36.92g根据塑件的形状及尺寸，该设计采用一模两件的模具结构，考虑外形尺寸、原材料的分析及注射时所需的压力情况，查塑料成型工艺及模具设计107页，初选螺杆式注射机 SZY-300型号。其基本参数如表4-1所示：额定注射量/cm3320喷嘴圆弧半径/mm12柱塞直径/mm28喷嘴孔直径/mm注射压力/MPa77.5顶出形式注射行程/mm150动、定模固定板尺寸/mmmm620520注射方式螺杆式拉杆空间/mmmm400300锁模力/KN1500合模方式液压机械最大成形面积/ cm3流量/（L/min）最大开合模行程/mm340压力/MPa模具最大厚度/mm180机器外形尺寸/mmmmmm53009401815模具最小厚度/mm285表4-1 注塑机参数4.3塑件注塑成型工艺参数料筒温度：控制在ABS的粘流温度和热分解温度之间，这里后段取190，中段220 ，前段取205。喷嘴温度：一般应在180190之间，这里取185注射压力：一般应在7090，这里取90MPa型腔压力：70 充模时间：4s保压压力：70保压时间：25s冷却时间：25s 模具温度：604.4模架的选择4.4.1模架的概述模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，大大节约了模具制造时间和费用。现在，厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具，10天左右的时间即可完成。模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，但所具有的结构基本上是一样的。这次设计模具的标准与国家的标准结构基本上是一样的，在型号命名及品种分类上有些不同。4.4.2模架的分类按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。大水口模架共有A、B、C、D四种型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、ED八种型式，其中以D字母开头的四种型号适用于自动断浇口模具的模架。4.4.3模架的确定模具的设计采用。而模架的大小是由模芯的大小来确定的，根据经验数据和模架库的选择，再加上抽芯机构的摆放位置。为了配合注塑机使用大多数采用工字模，所以模架的型式采用如图4-2所示：图4-2 模架5 CAE模流分析5.1 建立网格.stl文件 (1)双击桌面的“华塑网格管理器3.0快捷方式图标，或单击“开始”“程序” “华塑网格管理器3.0”。(2)单击菜单栏中的按钮，选择其子菜单中的“打开”按钮。(3)系统弹出“打开文件”对话框，输入需要的网格文件名称，接着单击“打开”按钮，如图5-1所示。5-1 打开网格文件(4) 系统弹出“尺寸单位”对话框，如图5-2所示，选择“毫米”，点击确定。 图 5-2尺寸单位 (5)单击菜单栏中的按钮，选择子菜单中的“生成网格”，如图5-3所示，弹出属性窗口，如图5-4所示，将网格边长改为塑件壁厚的12倍。点击“下一步”，再点击“应用”弹出对话框如图5-5所示，单击“是”，弹出对话框，如图5-6所示，单击“否”，生成网格，如图5-7所示。 图 5-3生成网格 图 5-4单位选择 图 5-5划分网格 图 5-6 划分网格 图 5-7 网格图像 (6) 单击菜单栏中的按钮，选择子菜单中的“网格检查向导”，如图5-8所示，弹出属性窗口，如图5-9所示，点击“开始检查”，最后弹出属性窗口，如图5-10所示，点击“网格评价”，弹出属性窗口，如图5-11所示，点击“应用”，关闭软件。 图 5-8网格 图 5-9网格检查向导 图 5-10连通性检查 图 5-11网格评价5.2 CAE分析5.2.1添加分析方案(1) 双击桌面上的“华塑CAE7.5”快捷方式图标。(2)打开软件后，鼠标右键单击弹出子菜单，如图5-12所示，单击添加分析方案，弹出菜单，如图5-13所示，输出方案名称“1-1”添加方案。 图 5-12添加方案 图 5-13新建分析方案5.2.2制品图形（1）双击弹出菜单，如图5-14所示，双击制品图形弹出菜单如图5-15所示，单击“是”， 弹出“导入制品图形文件”菜单，如图5-16所示，选择需要的图形名称 “10101.2dm”，导入制品文件，如图5-17所示。 图 5-14分析菜单 图 5-15导入对话框图 5-16导入制品图形文件 图 5-17制品图形5.2.3充模设计（1）单击，弹出对话框，如图5-18所示，将型腔数目设计为1。图 5-18多型腔设计（2）单击，完成多型腔设计，如图5-19所示。图 5-19型腔设计图形（3）单击，弹出对话框，如图5-20所示，选择需要的浇点，单击“应用”。图 5-20定义进料点（4）单击 ,再单击浇口位置生成，如图5-21所示，修改浇口参数。长度为5，起始半径为0.8，终止半径为2，类型为浇口，单击确定生成浇口，如图5-22所示. 图 5-21 浇口参数 图 5-22浇口（5）单击浇口外圆部分，弹出对话框，如图5-23所示，长度设置为40，类型为流道，起始半径为2，终止半径为3，单击确定，如图5-24所示。 图 5-23流道参数 图 5-24主流道（6）单击浇口外圆部分，弹出对话框，如图5-25所示，长度设置为20，类型为流道，起始半径为3，终止半径为1.5，单击确定，如图5-26所示。 图 5-25 流道参数 图 5-26流道图形（7）单击，完成流道设计。（8）单击的，弹出设置成型工艺的对话框，如图5-27所示，修改参数，1）材料为ABS。2）注射机型号为HT110J2-A， 生产厂商为Generic。3）成型条件为注射温度为280度，模具温度为80度，环境温度为20度。4）单击“注射参数”“充填体积%-流动速率%”弹出对话框，如图5-28所示，注射级数为2，调整曲线图。5）保压级数为3，调整曲线图。完成成型工艺参数设置。 图 5-27成型工艺图 5-28分级注射5.2.4冷却设计（1）单击工具栏，或者单击“设计”“动定模设计”弹出对话框，如图5-29所示，修改参数，X向为0，Y向为0，Z向为-40，动模厚为90，定模为110，单击确定。生成图形，如图5-30所示。 图 5-29 设计虚拟型腔 如图 5-30虚拟型腔（2）单击，隐藏动定模。（3）单击，或者单击“设计”“参考面”“新建参考面”弹出对话框如图5-31所示，偏移量为90，点击确定，生成参考面，如图5-32所示。 图 5-31 设计参考面 图 5-32参考面（4）鼠标右键单击，弹出对话框，如图5-33所示，点击“添加回路”弹出对话框，如图5-34所示，点击确定。 图 5-33添加对路 图 5-34指定回路直径（5）单击，或者单击“设计”“冷却实体”“直圆管” 画出4条冷却水管，如图5-35所示，单击，或者单击“设计”“冷却实体”“外联管”，把各流道连接起来，如图5-36所示，单击，弹出对话框，如图5-37所示，点击确定，完成回路，如图5-38。 图 5-35 建立直圆管 图 5-36建立外联管 图 5-37完成回路 图 5-38回路 (6) 同上，单击，或者单击“设计”“参考面”“新建参考面”弹出对话框，如图5-39所示，偏移量为-8，点击确定，生成参考面，如图5-40所示。 图 5-39设计参考面 图 5-40参考面（7）同上，“添加回路”“设计”“冷却实体”“直圆管”画出4条冷却水管，如图5-41所示，单击，或者单击“设计”“冷却实体”“外联管”，把各流道连接起来，如图5-42所示，单击，弹出对话框，如图5-43所示，点击确定，完成回路，如图5-44所示。 图 5-41建立直圆管 图 5-42建立外联管 图 5-43完成回路 图 5-44回路完成（8）单击，或者单击“设计”“完成冷却设计”。（9）单击，或者单击“设计”“冷却工艺条件”，弹出对话框，如图5-45所示，单击确定，完成冷却工艺条件。 图 5-45冷却工艺条件5.2.5开始分析单击 ，弹出对话框，如图5-46所示，点击每一项，准备就绪后，单击启动，开始分析。 图 5-46启动分析5.2.6分析结果（1）单击“分析结果”，可以查看分析结果的具体动画。（2）单击，查看充模过程，如图5-47所示。图 5-47充模过程（3）单击，弹出子菜单，如图5-48所示，导出分析报告，生成动画。图 5-48报告子菜单5.3分析及优化方案一，方案二都采用ABS，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic的缩写，该材料，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，ABS材料不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色。5.3.1方案一1、制品信息 表5-1 制品信息数 据 项数 据X方向长度(mm)60.000Y方向长度(mm)80.000Z方向长度(mm)79.951节点数(个)2941单元数(个)5878平均壁厚(mm)2.533最小壁厚(mm)1.210最大壁厚(mm)3.382制品表面积(mm2)49460.959零件体积(约)(mm3)58000.450流道体积(约)(mm3)1158.410材料利用率(约)(%)98.0422 、网格质量统计表5-2 网格质量统计数 据 项数 据节点配对百分比(%)81.67平均形态比0.85最大形态比1.00最小形态比0.12形态比小于0.1的单元百分比(%)0.00平均最小角度(度)43.64最小角度(度)3.58最小角度小于5度的单元百分比(%)0.34平均边长(mm)4.48最大边长(mm)7.61最小边长(mm)0.31平均单元面积(mm2)8.41最大单元面积(mm2)17.65最小单元面积(mm2)0.45 3、制品材料数据表5-3 制品材料数据数 据 项数 据材料名称ABS材料品牌(0% Rubber)最低成型温度()2e+002最高成型温度()2.8e+002推荐成型温度()2.3e+002最低模具温度()25最高模具温度()80推荐模具温度()50最大许可剪切应力(Pa)2.8e+005最大许可剪切速率(1/s)1.2e+004塑料密度(Kg/m3)1001.73塑料导热系数(W/(m)0.18塑料比热(J/(Kg)2400.00塑料横向热膨胀系数(1/)0.000080塑料纵向热膨胀系数(1/)0.000080弹性模量(MPa)2240.00泊松比0.39204、模具材料数据表5-4 模具材料数据数 据 项数 据模具材料牌号Tool Steel P-20模具材料密度(Kg/m3)7800.00模具材料导热系数(W/(m)29.00模具材料比热(J/(Kg)460.005 、充模工艺条件表5-5 充模工艺条件数 据 项数 据充模时间(s)0.41保压压力(MPa)1.6e+002熔体温度()2.3e+002模具温度()50空气温度()206、冷却工艺条件表5-6 冷却工艺条件数 据 项数 据室内温度()20.00熔体温度()230.00顶出温度()88.00开模停留时间(s)4.00冷却时间计算方式用户指定: 冷却时间(s)0系统优化: 可顶出面积比(%)95.00%7、注射机主要参数表5-7 注射机主要参数数 据 项数 据注射机型号HT110J2-A生产厂家HaiTian最大注射量(cm3)1.5e+002最大注射压力(MPa)2.1e+002注射行程(mm)1.6e+002锁模力(N)1.1e+003最大注射速度(cm3/s)1e+002螺杆直径(mm)348、分级注射表5-8 分级注射序