注塑-小型电视机外壳注塑工艺分析及模具设计-毕业论文

注塑-小型电视机外壳注塑工艺分析及模具设计-毕业论文内容摘要：

角的确定，决定了分型面的选择 )。 图 3 点选平面方向 [7] Fig3 The spot chooses the plane direction[7] 样品各成型面的检查 (机构分析 ) 该工作主要是检查样品各表面是否有不利于模具开模 (影响脱模 )的倒勾、凸台凹坑等。 对于需要做到的倒勾、凸台和凹坑，可采用斜销或滑块成型。 而由于设计时无意形成的倒勾 (如需斜销头部成型的倒勾 )，则可以改变斜销的运动方向或更改样品，即将头部倒勾以减料方式削平。 此外，对于其它形式的倒勾可酌情更改样品。 由拔模角分析及图 4 和图 5 上倒扣 (外凸或内凹 )可知，该产品需四个滑块成型，而内侧壁的二处倒勾需用斜销成型。 另外，还应检查样品上是否存在无法成型之处 (如薄片等 )。 图 4 倒扣 Fig4 Pours buckles 11 图 5 倒勾 Fig5 Pours cancels 样品分型面的确定 (分型面分析 ) 样品的分型面应有利于产品的成型和脱模，并且分型线不应该存在有尖角的地方，否则模仁 (成型部分，型腔、型芯单独做镶在模板里 )无法加工，且产品也很难成型。 因产品较大，外观光洁性要求很高，且 4 个侧面的外表面都有侧凹，故分型面应为曲面， 4 面为侧向抽芯，但为了外观要求，应做成整体滑块。 如图 6 所示粗线即为侧向抽 芯后在产品上形成的接合线，夹线沿着产品上曲面相交的交线和产品的外廓，此处夹线不设计在虚线处是因为虚线处将在矩形处产生夹线，影响产品的外观。 模流分析夹线包围集中在中间小孔处，加小型芯成型以利于排气，后部已用滑块成型。 模具分型线设计原则一般选在塑件的最大轮廓线上，因此采用切片法寻找最大轮廓线。 其具体思想是根据分型方向形成一系列切面然后计算出所有切面同塑件模型相交的闭合轮廓线，再提取每个轮廓线上的最左和最右点，连接这些点形成塑件轮廓的分型线。 这种方法适合带有自由曲面的塑件，如电视机壳表面。 图 6 分模面（ Fig6 Minute mold surface） 浇口进料形式确定 (浇口分析 ) 12 浇口的类型很多，常见的有侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、扇形浇口等多种，根据其特性来选择使用的不同场合。 浇口一般都较细小，因此流动阻力很大，细微的变化都会对塑料熔体的充填产生很大的影响。 浇口设计主要有浇口的数目、位置、形状和尺寸的设计。 浇口的数目和位置主要影响充填模式，而浇口的形状和尺寸主要影响熔体流动性质。 浇口的设计一方面应该保证提供一个快速、均匀、平衡、单一方向流动的充填模式，另一方面应该避 免射流、滞流、凹陷等现象。 注射模 CAE 技术主要在两个方面体现了现代制造技术的优势，首先是封闭型腔内的熔体流动成型过程分析，其次是满足成型工艺参数的模具及注塑机的机构运动控制分析。 利用注塑成型分析软件，可以很方便地通过注塑成型模拟，获得熔体的流动前沿动态视图。 透过模具内部，可以检查所指点的任一点模具温度和压力，给设计者进入整个加工过程的真实感受。 通过注塑成型流动模拟，不但可以分析塑料制品在模具型腔中的温度场、压力场，还可以预测熔接缝和气穴的形成部位。 针对模拟分析存在的问题，可以借助于 3D 计算机造型系统修改制 品设计，或修改模具设计。 利用先进的CAE 工具，可以提高塑料制品的质量，避免模具返工和修改设计，节省时间和金钱。 塑料注射成型充填模拟软件都是采用基于中性层模型的有限元 /有限差分方法。 所谓中性层就是假想的位于模具型腔和型芯中间的层面，但在应用上有较大局限性，将被型腔表面模型取代。 了解所应用的塑料特性后，对初选浇口时有一定的作用。 利用 MoldFlow 进行分析时软件将自动应用数据库中的塑料数据进行分析。 如图 7 浇口位置分析图。 图 7 浇口位置分析图 Fig7 Runner position analysis 13 其主要分析内容 : 初步设定浇口位置后，分析塑件的填充效果、是否有短射、流动温度差 (浇口处与最终成型处温度差愈小愈好 )等，播放小图标，可表现动画效果，如塑料流动过程等。 (1)充模时间 :指浇注塑料从浇口到当前位置的注塑流动时间。 它的主要用途为确定浇注路径的平衡性和用于理解熔接痕和气囊的形成。 如图 7 所示，红色表示此地方温度最高 (温度过高，易发生熔体破裂 )，之后温度降低，最后充满处温度最低为蓝色，表明温度是随时效变化的。 充模时间。 另外 ,从填充时间的结果可以看出是否发生短射，可根据情况 调整浇注系统设计和注射工艺参数来改善。 从填充时间的动态图可以了解各个时刻塑料熔体在模具型腔内的流动状态。 平衡的流动状态，每股料流将同时到达型腔未端。 不平衡的流动状态，将会引起某些区域还未填满而另一区域己经产生过保压，使该区域的密度比其它区域大，质量大造成材料的浪费和机械性能的差异。 (2)压力下降 :表示从浇注口到当前位置的压力差值。 从压力分布的结果可以了解型腔内压力的分布情况。 在平衡流动状态下，压力总是从浇口到型腔未端逐步降低。 若压力在型腔与浇口间产生突变，也就是流动不平衡，将会使塑件内部产生内应力，造成产 品顶出后变形或使用中发生应力破坏。 可以通过调整浇口的位置、大小或浇口的数量来改变型腔内压力变化的分布情况。 (3)熔接痕位置 :是指两股以上流动的熔融塑料前锋相接触时，由于料流前锋温度下降，接触表面不能很好地熔合。 在注射成型加工中，熔接缝的产生主要是由于型腔的结构造成的，如多浇口、有型芯或有嵌件的塑件中，必然造成多股料流同时充模，然后汇聚相接而熔合在一起。 另外，若塑件壁厚过厚或厚度不均、注射速率过高而形成喷射流及模具排气不良等，都会产生熔接缝。 熔接痕形成的形态结构和机械性能都完全不同于其它部分的三维区域，使得 熔接缝的力学性能大大低于塑件的其它部分，易产生应力集中，削弱了制品的机械性能。 所有塑料加工成型中，都可能产生熔接缝。 熔接缝尽管难以避免，通过这一结果与填充时间的叠加图，可以预见到熔接缝的位置和强度，再通过修改制品结构或模具设计，减轻熔接缝的不利影响，可以大大减轻熔接缝对制品强度的影响，来满足使用上的要求。 在注射成型过程中，熔接痕和气泡的产生，一般而言难以避免，产生的原因是塑料流动不平衡造成的。 流动不平衡与塑件壁厚和流经的路径情况有关。 为减少熔接痕和气泡的产生，可以采用改变塑件壁厚的方法。 熔接痕和气泡是否成为 问题，要看具体情况。 (4)预测质量 :预测零件的最终外观质量和机械性能。 如图 8 所示，红色代表存在质量问题，是最不理想，不能采用。 黄色代表可能存在质量问题，可以接受，但不能太多。 14 绿色代表高质量，越多越好。 透明部分代表没有材料，也就是未被填充，质量得不到保证，可重新调整成型工艺参数，如压力、温度、时间等，或调整浇注系统设计。 图 8 质量分析图 Fig8 Quality analysis chart 以上 CAE 分析流动结果只是其中常用的一部分，但从中可以看出综合应用 CAE分析结果将对优化模 具设计起到一定的指导作用，使设计由经验向理论设计过渡。 另外， Mold Flow 在后处理时，可将分析出的结果按照需求生成 Rpeort，也就是把分析结果按照自主选择的形式生成书面报表，便于对分析结果进行保存和比较分析。 而远程用户则可以在不使用该软件的情况下，通过网页的形式浏览该报表，满足不同用户需求。 经分析与经验本次采用一模一腔及四浇口形式。 小型电视机外壳注射机的选择 模具与设备必须配套使用，多数都是根据成型设备种类进行模具设计。 设计模具之前，首先要选好成型设备，了解其性能，如注射容量、锁模力、注射 压力、模具安装尺寸、顶出方式和距离、喷嘴直径和喷嘴球面半径、定位孔尺寸、模具最大最小厚度、模板行程、模具外形大小能否安装等。 选择注射机时应注意的问题 (1)注射机的拉杆内间距应大于模具的宽度，以便模具能顺利安装。 (2)应该使模具厚度处于注射机的最小装模厚度和最大装模厚度之间。 (3)注射机喷嘴的球面半径应小于模具浇口套的球面半径。 (4)注射机应有足够的顶出行程。 总之，应根据模具的实际情况来选择注射机，如图 9 所示。 15 图 9 注塑机组成简图 [12] Fig9 Injection molding machine position diagram 注塑模具是安装在注射机上使用的。 在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机的有关技术参数有全面的了解，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。 注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备，按其外形注射机可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注射机。 根据注塑量初选注塑机 模具型腔能否充满与注塑机允许的最大注塑量密切相关，设计模具时，应保证注塑模具内所需要熔体总量在注塑机实际的最大注塑量的范围内。 根据 生产经验，注塑机的注塑量是所允许最大注塑量（额定注塑量）的 80%。 经 Pro/E 软件分析得产品的体积 3cm。 nm1+m2≤(25%~75%)M (1) 式中 : n—— 型腔数量 m1—— 单个塑件的质量和体积（ g或 3cm ） m2—— 浇注系统所需塑料质量和体积 （ g 或 3cm ） M—— 注塑机允许的最大注塑量（ g 或 3cm ） 1 +1 60%=≤（ 25%~75%） M 所以 M≤ 3cm 所以初选压力机为 XS— ZY— 500 注射机 表 1 XS— ZY— 500 注射机参数表 [20] Tabel 1 XSZY500 injection machine parameter list 序号 项目 参数 序号 项目 参数 16 1 理论注射量（ 3cm ） 500 6 最少模具厚度（ mm） 300 2 注射压力（ Mpa） 145 7 模具定位孔直径（ mm） 160 3 锁模力 3500 8 喷嘴球直径（ mm） SR15 4 移板行程 500 9 注射速率（ g/s） 140 5 最大模具厚度 (mm) 450 10 螺杆转速（ r/min） 10~200 3 小型电视机外壳模具结构设 计 模具结构设计包括分模线位置、滑块夹线、浇口型式及位置、顶出方式及位置、定位方式、冷却方式等。 为了适应生产，常将模具做以下分解 : (1)成型部分 :包括模仁、滑块镶件、斜销等 . (2)模座 :用机构件实现开合模动作，包括模板、模滑块座等。 E 之后在 RPO/E 中对产品放缩水，再转到 CAD 中画组立图，定浇道形式、模穴及排布形式。 再定出模仁的厚度及模座的大小。 调用标准模座图成型、冷却、浇道、顶出等部分的结构，最后标注。 之后用组立图拆模板。 与此同时用 PRO/E 进行 3D分模做出与成型有关部分的 3D 档以 CAM 做加工。 模具材料的选择 根据模具的生产条件和模具的工作条件需要，结合模具材料的基本性能和相关的因素，来选择适合模具需要的，经济上合理、技术上先进的模具材料。 对于一种模具，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必需综合考虑模具的使用寿命、模具制造工艺过程的难易程度、模具制造费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。 主要指标有： (1)模具材料的基本性能。 要考虑模具材料的耐磨性、韧性、硬度和红硬性（红硬性是指模具材料在一定温 度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力）。 还要根据实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能，如抗氧化能力、抗压强度、抗拉强度和抗弯强度、疲劳强度等。 (2)模具材料的工艺性。 模具材料的工艺性，经常考虑一下几种：可加工性；淬火温度和淬火变形；淬透性和淬硬性；氧化脱碳敏感性等。 (3)模具材料的冶金质量及其它考虑因素。 冶金质量也对模具材料的性能有很大的影响，只有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具材料的各种性能。 常考虑的冶金质 17 量指标有：冶炼质量，锻造轧制工艺，热处理和精加工，导热性，精料和制品化等。 其它还要考虑选用的模具材料的价格和通用性。 总之，选用高质量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造的主要发展趋势，我国也正在向这一方向发展。 以下工作零件材料就根据以上原则选择。 综上所述工作零件材料选用 4CrMoV1Si。 浇注系统的设计 所谓浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动的通道，其作用是使塑料熔体平稳而有序的充填到型腔中，以获得组织致密，外形轮廓清晰的塑件。 浇注系统由主流道，分流道，浇口等组成，浇注系统设计的优劣，直接影响到塑件的外观，物理性能，尺寸精度，成型周期等。 浇注系统设计的基本原则： 1) 适应塑件的工艺性 为此，应深入了解塑料的工艺性，分析浇注系统对塑料熔体。