基于ProE的水果籃注塑模具設計與仿真

摘 要 本論文就是將塑料水果籃作為設計模型，將大學所學理論知識、課外專業(yè)參考資料及相關知識網站作為設計注射模具的理論依據，闡述塑料注射模具的設計過程。 通過對塑料水果籃成型工藝的正確分析，設計了一副一模一腔的塑料模具。模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零部件稱為成型零件，包括前模板、前模、后模板、后模仁等的設計與加工工藝過程。成型零部件在工作時直接與塑料接觸，在一定的溫度下承受熔體的高溫和高壓，因此必須要有合理的結構、較高的強度和剛度、較好的耐磨性、正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。重要零 件的工藝參數(shù)的選擇與計算，推出機構與澆注系統(tǒng)以及其它結構的設計過程。 設計成型零部件時，應根據塑料的特性、塑件的結構和使用要求，確定型腔的總體布局，選擇分型面，確定脫模方式，設計澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)等，然后根據加工工藝和裝配工藝的要求進行成型零部件的結構設計，計算成型零部件的工作尺寸校核。最后使用 MPI軟件可以全面模擬注塑成型過程，并以圖形的方式直觀地顯示分析結果。 關鍵詞： 水果籃；工藝分析；注射模； MPI Abstract This thesis is to plastic fruit basket as a design model, the university learned theory knowledge, extracurricular resources and related professional knowledge site as the theoretical basis of the design of injection mould of plastic injection mold design process. Through the correct analysis of plastic fruit basket molding process, designed a pair of one module and one cavity plastic mold. Mold in geometry and size of the plastic parts called molding parts, including former templates, template, back mould kernel, etc before mold, after the design and machining process. Molding parts in direct contact with the plastic at work, at a certain temperature melt under high temperature and high pressure, so there must be a reasonable structure, high strength and stiffness, good abrasion resistance and correct geometry, high dimensional accuracy and low surface roughness. Important parts of the process parameters selection and calculation, and the extrusion outfit, inject system and other structures of the design process. Design of molding parts, should according to the characteristics of plastic and plastic parts structure and use of the requirements, determine the overall distribution of cavity, choose the parting surface, parting ways, for sure, design of gating system and overflow system, etc., and then according to the requirement of the machining process and assembly process for molding parts structure design, dimension checking calculation of molding parts work. Finally using the MPI software can be fully simulated injection molding process, and intuitively display the results of the analysis in the form of graphics. Key words: fruit basket； process analysis； injection mold；MPI； 目 錄 摘 要 . I Abstract . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 設計目的與意義 . 1 1.2 塑 料制品的發(fā)展前景 . 1 1.3 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 . 1 1.4 采用注射模成形產品的優(yōu)點 . 2 1.5 本次設計需達到的要求： . 2 2 總體方案的確定 . 3 2.1 塑件的選擇 . 3 2.2 尺寸精度 . 3 2.3 尺寸計算 . 3 2.4 塑件的材料性能 . 3 2.5 注塑機的確定 . 4 2.6 塑件分型面的選擇 . 4 2.7 型腔數(shù)目 . 5 3 理論分析及設計計算 . 7 3.1 澆注系統(tǒng)的設計 . 7 3.2 脫模機構的設計 . 8 3.3 復位機構的設計 . 11 3.4 排氣系統(tǒng) . 12 3.5 導向機構的設計 . 12 3.6 定位圈的設計 . 13 3.7 成形零件的結構設計 . 13 3.8 成型零件工作尺寸的計算 . 14 3.9 冷卻系統(tǒng)的設計 . 16 3.10 模具總裝圖和爆炸圖 . 17 4 塑料注射機的校核 . 20 4.1 最大注射量的校核 . 20 4.2 最大注射壓力校核 . 20 4.3 鎖模力的校核 . 21 4.4 模具厚度 H 與注射機閉合高度的校核 . 21 4.5 開模行程校核 . 21 5 制造工藝分析 . 23 5.1 最佳澆口地位置 . 23 5.2 MPI 的 FLOW 仿真分析 . 23 5.2.1 填充時間 . 23 5.2.2 最大壓力 . 23 5.2.3 平均速度 . 24 5.2.4 熔料的最高溫度 . 24 5.2.5 體積收縮率 . 24 5.3 MPI 的 COOL 仿真分析 . 24 5.3.1 冷卻管道的液流量 . 24 5.3.2 冷卻管道的最高溫度 . 25 5.3.3 模腔平均溫度和冷卻 時間 . 25 5.4 翹曲（ Warp）分析結果 . 25 6 結論與展望 . 26 致 謝 . 27 參考文獻 . 28 1 緒論 1.1 設計目的與意義 此次設計的目的： （ 1） 加深對 PROE 軟件的理解和應用； （ 2） 了解塑料的組成、特性及其成型的基本原理，學會分析成型工藝對注塑模具的要求； （ 3） 掌握注塑模具的特點和技術要求； （ 4） 可以具有初步分析和解決有關注塑模具方面問題的能力。 此次設計的意義： 注塑模設計是一門實踐性很強的學問，若想對其有更深層次的了解和運用，需要長期的生產實踐經驗。在畢業(yè)設計中，需要對大學期間所學的專業(yè)知識進行鞏固和綜合應用，這樣不僅可以加深對已學 知識的理解，又可以從中發(fā)現(xiàn)自己的不足，同時也可以加強創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)，加強獨立分析和解決問題的能力，所以綜上所言，此次 PROE 水果籃注塑模設計具有非常重要的現(xiàn)實意義。 1.2 塑料制品的發(fā)展前景 塑料制品已經成為人們的一個生活必須品中的重要部件的材料選擇，塑料材料的選擇會降低產品的重量，增加產品外觀多樣型！且由于塑料制品自身的特殊性，其具有很好的回收性能，進過各種程序的處理之后就會被再次利用。不僅能降低成本，還可以減少對壞境的污染！ 由于現(xiàn)在工藝的發(fā)展，對塑料制品的研制加深，工業(yè)上逐漸展現(xiàn)出代鋼伐木，代 替?zhèn)鹘y(tǒng)建材等趨勢。這將使得塑料制品的需求大大增加！故塑料制品發(fā)展前景無限！ 1.3 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 模具，是以特定的結構形 式 通過一定方式使 材料 成型的一種工業(yè)產品，同時也是能成批生產出具有一定形狀和尺寸要求的工業(yè)產品零部件的一種 生產工具 。大到飛機、 汽車 ，小到茶杯、釘子，幾乎所有的工業(yè)產品都必須依靠模具成型。用模具生產制件所具備的高精度、高一致性、高生產率是任何其它加工方法所不能比擬的。模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力。所以模具又有 “工業(yè)之母 ”的榮譽稱號。 在改革開放以后 , 我國模具工業(yè)一直以 15%左右的增長速度快速發(fā)展 , 年模具生產總量僅次于日、美之后位居世界第三位。但目 前我國模具生產廠點多數(shù)是自產自用的工模具車間 (分廠 ),商品化模具僅占 1/3 左右。從模具市場來看 , 國內模具生產仍供不應求 , 約20%左右靠進口 , 特別是精密、大型、復雜和長壽命的高檔模具進口比例高達 40%。由此可見 , 雖然我國模具總量目前已達到相當規(guī)模 ,模具水平也有很大提高 , 但在不管在數(shù)量還是質量上我們與發(fā)達國家的水平還相差甚遠 , 主要表現(xiàn)在模具精度、壽命、復雜程度、設計、加工、工藝裝備等方面與發(fā)達國家有較大的差距。國內模具的使用壽命只有國外發(fā)達國家的 1/2 至 1/10, 甚至更短 , 模具生產周期卻比國 際先進水平長許多。此外 , 模具的 標準化、 專業(yè)化、商品化程度低 , 模具材料及模具相關技術比較落后 , 也是造成與國外先進水平差距大的重要原因。這造成我國每年都需要花費大量資金從發(fā)達國家引進各種先進模具及其生產技術，所以模具發(fā)展對我們而言任重而道遠！ 1.4 采用注射模成形產品的優(yōu)點 （ 1） 注射成形工藝可由機床自動按照一定的程序完成，便于實現(xiàn)自動化，生產效率較高，適于大批量生產。 （ 2） 注射一般可一次成形，減少了制品再加工程序。 （ 3） 可以制作形狀較復雜的塑料制品。 （ 4） 模具通用簡單，制品成本較低。 （ 5） 注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射，故節(jié)約材料。 （ 6） 操作易于掌握，不需要等級較高的技術操作。 1.5本次設計需達到的要求： （ 1） 熟悉注塑模具發(fā)展歷程，以及當前模具制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。 （ 2） 能綜合運用所學專業(yè)知識進行中等復雜程度模具的設計和計算。 （ 3） 熟練掌握 CAD/CAM 軟件 Pro/E 的三維造型、模具設 計的原理和方法。在 Pro/E 的模具設計模塊中設計成型零件。 （ 4） 熟練掌握利用專家系統(tǒng) EMX 設計整套標準模架的流程和方法。 （ 5） 根據三維模架生成水果籃塑件注塑模的二維工程圖。 （ 6） 論文依據充分，論證正確，文字通順，條理清楚，格式符合要求。 2 總體方案的確定 2.1 塑件的選擇 本設計所選擇的中型的水果籃。 2.2 尺寸精度 塑件尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產品要求尺寸的符合程度，即所獲得塑件尺寸的準確度。影響塑件尺寸精度的因素蛇粉復雜，首先模具制造的精度和塑料收縮率的波動，其次是模具的磨損程度。另外在成型時工藝條件的變化、塑件飛邊等都會影響塑件精度。因此，塑件尺寸精度的確定應該合理選擇，盡可能選擇低精度等級。 11 2.3 尺寸計算 （ 1） 主體直接使用 Pro/E 的測量功能，測出體積 V 18.35cm3 重量 M=18.351.15 21.1g （材料采用 PC/ABS，查找網頁得知其密度為 1.15cm3。 12） 圖 2.1 水果籃三維圖 2.4 塑件的材料性能 PA66 應用領域主要用于汽車工業(yè) ,電氣電子工業(yè) ,交通運輸業(yè) ,機械制造工業(yè) .制造各種軸承 ,齒輪 ,圓齒輪、凸輪、傘齒輪、輸油管 ,儲油器 ,保護罩 ,支撐架 ,車輪罩蓋 ,導流板 ,風扇 ,空氣過濾器外殼 ,散熱器水室 ,制動管 ,發(fā)動機罩 ,車門把手 .軸承、齒輪、滑輪泵葉輪、葉片、高壓密封圈、墊、閥座、襯套、輸油管、貯油器、繩索 、傳動帶、砂輪膠粘劑、電池箱、電器線圈、電纜接頭各種滾子、滑輪、泵葉輪、風扇葉片、蝸輪、推進器、螺釘、 螺母、 耐油密封墊片、耐油容器、外殼、軟管、電纜護套、剪切機、滑輪套、牛頭刨床滑塊、電磁分配閥座、冷陳設備、襯墊、軸承保持架、汽車和拖拉機上各種輸油管、活塞、繩索、傳動皮帶，紡織機械工業(yè)設備零霧料等等。 PA66 在聚酰胺材料中有較高的熔點，在較高溫度也能保持較強的強度和剛度。 PA66 對許多溶劑具有抗 溶性，但對酸和其它一些氯化劑的抵抗力較弱。 PA66 廣泛應用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖 擊性和高 強度要求的產品。 PA66 成型前如果加工前材料是密封的，可以不要干燥。如果儲存容器被打開，建議在 90 干燥 10 小 時。 PA66 的流動性很好，它的粘度對溫度變化很敏感。 PA66 的收縮率在 1%-2%之間，加入玻璃纖維 -可以 將收縮率降低到 0.2%-1% 。收縮率在流程方向和與流程方向相垂直方向上的相異是較大的。 PA66 熔化溫度 約 260-290 ，對玻纖增強的產品為 275-280 ，熔化溫度應避免高于 300C。模具溫度約 80 。 PA66（ 聚酰胺 66 或尼龍 66），同 PA6 相比， PA66 更廣泛應用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強度要求的產品。 PA66 又稱尼龍 66，俗稱尼龍雙 6； 聚己二酰己二胺 ；英文名： Polyamide 66，縮寫 nylon 66。 CAS 編號： 32131-17-2 2.5 注塑機的確定 本設計中，產品的體積為 18.35 cm3，確定注塑機如下表 ： 表 2-1 注射機技術參數(shù) 型號 柱塞直徑/mm 注射容量/cm3 注射壓力 / 105Pa 鎖模力 / 104N 最大注射面積/cm2 模具厚度/mm 模具行程/mm 噴嘴(球半徑 )/mm 定位孔直徑/mm 最大 最小 Xs-zy1000/120 85 1000 118 4500 120 700 300 700 18 150 2.6 塑件分型面的選擇 遵循確定分型面的一般原則： （ 1） 分型面應選擇在制品的最大截面處。 （ 2） 盡可能使制品留在動模一側。 （ 3） 有利于保證制品的 尺寸精度。 （ 4） 有利于保證制品的外觀質量。 （ 5） 盡可能滿足制品的使用要求。 （ 6） 有利于排氣。 （ 7） 盡量減少制品在合模方向上的投影面積。 （ 8） 長型芯應置于開模方向。 （ 9） 有利于簡化模具結構。 （ 10）在選擇非平面分型面時，應有利于型腔加工和制品的脫模方便。 要滿足制品的主要要求，為保證工件的表面精度要求，以及簡化模具設計，便于脫模等要求，把分型面設置為如圖 2.2（ a）和 2.2（ b）所示位置。 圖 2.2 （ a）分型面 圖 2.2 （ b）分型面 由以上的圖可以看出分型面 方法，都是由一個主分型面組成。該產品側面孔利用斜面分型來解決產品合模及脫模，這樣的分型面的選擇可以去掉抽芯的結構設計加大了設計和模具制造周期，提高生產效率。節(jié)約模具材料成本！在模具設計中廣泛使用！ 2.7 型腔數(shù)目 此設計為單型腔設計，主要優(yōu)點有：塑件的形狀和尺寸始終一致，單型腔模具機構簡 單緊湊，設計自由度大，工藝參數(shù)易于控制，分型面設計較方便，制造成本低，制造簡單。 3 理論分析及設計計算 3.1 澆注系統(tǒng)的設計 注射模的澆注系統(tǒng)是指塑 料溶體從注射機噴嘴進入模具開始到型腔為止，所流經的通道。它的作用是將溶體平穩(wěn)地引入模具型腔，并在填充和固化定型過程中，將型腔內氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件。 該產品壁薄。所以采用點膠口系統(tǒng)。 主流道是塑料熔融體進入模具型腔時最先經過的部位，是指從注射機噴嘴與模具接觸處開始，到有分流道支線為止的一段料流通道，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地拉出來，錐角通常取 2 4，在此取 2。由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模板上，而是將它單獨設計成主流道襯套 (即是澆口套 )鑲入定模板內。 澆口套的計算 : 進料口直徑： D=d+(0.5 1)mm=2.5 0.5 3mm 式中 d 為注塑機噴嘴口直徑。 球面凹坑半徑： R=r+(1 2)mm=9+2 11mm 式中 r 為注塑機噴嘴球頭半徑。 主流道長度 L 根據定模座板厚度確定，在能夠實現(xiàn)成型的條件下盡量短，以減少壓力損失和塑料耗量。 本設計取 L=95mm 。 主流道大端與分流道相接處又過度圓角，以減小料流轉向時 的阻力，其圓角半徑取 r=2 mm。 所選澆口套的立體圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 澆口套及其二維圖 分流道是主流道與型腔進料口之間的一段流道，主要起分流和轉向作用，是澆注系統(tǒng)的斷面變化和溶體流動轉向的過渡通道。 分流道截面采用最常用的梯形截面形狀，優(yōu)點為熱量損失較少，加工比較容易，流動阻力較小，屬于比較常用的截面形式。 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，是整個澆注系統(tǒng)的最薄弱點和關鍵環(huán)節(jié)。 一般情況下，澆口采用長度很短而截面很窄的小澆口。當熔融塑料通過狹小的澆口時，流速增高，并因摩 擦使料溫也增高，有利于填充型腔。同時，狹小的澆口適當保壓補縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內的熔料即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內殘余應力小，可減小塑件的變形和破裂。狹小的澆口便于澆道凝料與塑件的分離，便于修整塑件，成型周期較短。但是，澆口截面尺寸不能過小。過小的澆口，壓力損失大，冷凝快、補給困難，會造成塑件缺料、縮孔等缺陷，甚至還會產生熔體破裂形成噴射現(xiàn)象，使塑件表面出現(xiàn)凹凸不平。 此設計采用 ，它是一種尺寸很小截面為圓形的直接澆口的特殊形式。特點是進料口小，去澆口后殘留痕跡小，可減少熔接不良現(xiàn) 象，澆口可自動拉斷，塑件光澤，表面清晰。適用于成型熔體粘度隨剪切速度提高而明顯降低的塑料和粘度較低的塑料，如各種塑料的殼、盒、蓋等塑件。 3.2 脫模機構的設計 在注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須由模具的型腔或型芯上脫出，脫出塑件的機構稱為推出機構，也常稱為脫模機構。 該模具我們用點膠口的結構設計，它的注射及脫模，頂出如圖 3.2 所示。（該圖僅供參考） 圖 3.2 （ a） 頂出圖 圖 3.2 （ b）頂出圖 脫模機構的設計原則 : （ 1） 盡量使塑件留 在動模一邊。 （ 2） 保證塑件不因推出而變形和損壞。 （ 3） 保證塑件外觀良好。 （ 4） 結構可靠。 脫模力是指將塑件從動模一側的主型芯上脫出時所需要的外力，是設計推出機構的主要依據之一。 塑件在模具冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小而將型芯包緊而產生的力，叫做型芯包緊力。對于不帶通孔的殼體類塑件，脫模時所要克服大氣壓力，叫做真空吸力。此外，還要克服機構本身運動的摩擦阻力及塑料與鋼材之間的粘附力。 開始脫模的瞬間所要克服的阻力最大，稱為初始脫模力，以后脫模所需的力稱為相續(xù)脫模力，后者要比前者小。所以在 計算脫模力的時候，總是計算初始脫模力。影響脫模力大小的因素很多，如型芯成型部分的表面積及其形狀；塑料的收縮率以及對于型芯的摩擦系數(shù)；塑件的壁厚及同時包緊型芯的數(shù)量；成型時的工藝參數(shù)等。根據這些因素來精確計算脫模力是相當困難的，所以下面根據主要影響因素進行粗略計算。 當塑件包緊型芯時，由于型芯一般具有脫模斜度，故在脫模力 脫F 的作用下，塑件對型芯的正壓力降低了 脫F sin，這時摩擦阻力為： 摩F = cf ( 正F - 脫F sin ) 式中 摩F 摩擦阻力（ N）； cf 摩擦系數(shù) ,查表得 cf = 0.6 ； 正F 因塑件收縮產生對型芯的正壓力（ N）； 脫F 脫模力（ N） ； 脫模斜度，因為材料是 PC/Abs，所以取 =2 根據受力圖列出力的平衡方程式為： YF = 0 圖 3.3 零件脫模的受力圖 即 摩F cos- 脫F - 正F sin= 0 將上式代入 摩F = cf ( 正F - 脫F sin ) 可得： 脫F = aafafaFcossin1)tan(cos正 其中 正F 因塑件收縮產生對型芯的正壓力（ N）， 正 F =p A P 因塑件收縮對型芯產生的單位正壓力（ MPa） ,一般 p=12 20MPa,薄壁件取小值，厚壁件取大值，所 要生產的塑件比較薄，故取 p=14MPa； A 塑件包緊型芯側面積。 （ 1）直接使用 Pro/E 的測量功能，測出塑件包緊型芯側面積 A 6984 mm2 所以， 脫F =