毕业设计论文-汽车内饰件的注塑成型工艺分析与模具设计

毕业设计论文-汽车内饰件的注塑成型工艺分析与模具设计内容摘要：

凝固； （ 2）尺寸精度 利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定，能减少塑件成形收缩率的波动，提高塑件尺寸精度的稳定性； （ 3）表面质量 提高模具温度调节系统能改善塑件的表面质量，过低的模温会使塑件轮廓不清晰并产生明显的熔接痕，导致塑件表面粗糙度大。 度调节对生产效 率的影响 据统计，模具的冷却时间约占整个成型时间的三分之二，因此，缩短冷却时间是提高生产效率的重要因素。 在注射模中，冷却系统是通过冷却水的循环将塑料熔体的热量带走的，冷却通道中冷却水是处于层流状态还是湍流状态，对于冷却效果有显著影响；在湍流下的热传递比层流高 10～ 式中，―塑件的最大壁厚，利用 UG 得：塑件最大厚度为 4 mm； ―塑料的热扩散系数（ mm2/s），可查《中国模具设计大典》表 得：； ―塑料熔体的注塑温度，查《中国模具设计大典》表 ，取 220 176。 C； ―模具温度，查《中国模具设计大典》表 ，取 50 176。 C； ―塑件截面的平均脱模温度，查《中国模具设计大典》表 ，取60 176。 C； 冷却系统的计算 （ 1）热平衡计算 在单位时间内熔体凝固时放出的热量应等于冷却水所带走的热量，因此有 式中，―冷却水的体积流量（）； ―单位时间内注入模具中的塑料重量（），估算； ―单位重量的塑料塑件在凝固时所放出的热量（）； ―冷却水的密度（）； ―冷却水的比热容（）； ―冷却水的出口温度（176。 C），通常出入口水温相差应在 5176。 C 以内，取 25 176。 C； ―冷却水的入口温度（176。 C），取 20 176。 C； 可表示为 式中，―塑料的比热容（），查《中国模具设计大典》表 得：； ―塑料熔体的初始温度（176。 C），取 220 176。 C； ―塑料塑件在推出时的温度（176。 C），取 60 176。 C； ―结晶型塑料的熔化质量焓（），查《中国模具设计大典》表 ，； 查《中国模具设计大典》表 ，选用冷却通道直径，最低流速，保证冷却水的稳定湍流； 冷却水在圆管中的流速为 即为最低流速； 为了保证密封，在型腔与固定板之间应加密封圈，防止冷却水从缝隙中流出，查《机械设 计实用手册》表 ，选用材料为氯丁橡胶，内径，截面直径的 O形橡胶密封圈。 （ 2）冷却管道总传热面积计算 式中，―单位时间内注入模具中的塑料重量（），估算； ―单位重量的塑料塑件在凝固时所放出的热量（）； ―冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 []。 ―模具温度与冷却水温度之间的平均温差（176。 C）； 对于细长冷却管道，其冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数的计算式为： 式中，―与冷却水温度有关的物理系数，查《中国模具设计大典》表，； ―冷却水的密度（）； ―冷却水在圆管中的流速（）； ―冷却管道的直径（）； （ 3）冷却管道的孔数 由式 式中，―冷却管道总传热面积（）； ―冷却管道开设方向上模具长度（）； ―冷却管道的直径（）； 所以，冷却管道孔数大于 1 根都满足要求。 冷却回路布置 （ 1）凹模和型芯平衡 成型塑件的型芯形状远复杂于凹模形状，同时塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，这时，绝大部分热量将依靠型芯的冷却回路来传递，所以，型芯上的冷却回路 可多于凹模，以保证冷却均衡； （ 2）冷却管道 一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的 1～ 2 倍，冷却管道的中心距约为管道直径的 3～ 5 倍； （ 3）冷却回路 成型塑件的模具型腔较浅，同时塑件形状大体为曲面，为了便与加工，型腔冷却回路和型芯冷却回路均采用平面回路式冷却回路，并以长边为主；对于重要位置（如形状复杂的地方），采用隔板式冷却回路。 8 导向与定位机构设计 导向机构设计 （ 1）导柱设计 参考《先进注塑模 330 例设计评注》图 47，采用带头导柱，对于大中型模具，因为导柱需要支撑型腔板得重 量，导柱直径可用下式校核： 根据《中国模具设计大典》表 得：选用的标准带头导柱（ GB/），其参数如下： ，，材料选用 20 钢，热处理 渗碳 ～ 淬硬 56～ 60HRC；经过开模行程校核，导柱不能满足第二次分型时的导向作用，可在型腔和型芯上做凸台来实现型腔和型芯的导向，所以，可将导柱直径做小一些，根据《中国模具设计大典》表 得：选用，的导柱。 （ 2）导套设计 参考《先进注塑模 330 例设计评注》图 47，采用带头导套，用于比较厚的模板，根据导柱，查《中国模具设计 大典》表 得：选用标准带头导套Ⅰ型，安装在型腔固定板上，其参数如下： ，材料选用 20 钢，热处理 渗碳 ～ 淬硬 56～ 60HRC； ，材料选用 20 钢，热处理渗碳 ～ 淬硬 56～ 60HRC； （ 3）导向机构位置设计 导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度； 导柱工作部分的配合精度采用 H7/f7。 导柱固定部分配合精度采用 H7/k6。 导套外径的配合精度采用 H7/k6。 导柱工作部分的表面粗糙度为，固定部分为，导套内外圆柱面表面粗糙度取； （ 5）凸台设计 在型腔和型芯的四个角上建凸 台，然后倒圆角，实现型腔和型芯分型、合模时导向作用。 定位圈设计 根据《大型注塑模具设计技术原理与应用》图 58，选取特殊型定位圈 e，如图 81 所示。 图 81 定位圈 9 脱模机构设计 脱模机构选择 根据所设计的浇注系统，脱模机构采用浇注系统凝料脱出机构，一次分型实现凝料脱离，二次分型实现塑件脱模。 脱模力计算 脱模力由两部分组成，即 式中，―塑件对型芯包紧的脱模阻力； ―使封闭壳体脱模需克服的真空吸力，为型芯的横截面面积； 薄壁矩形塑件的脱模阻力计算公式如下： 式 中，―塑料的拉伸弹性模量（ MPa），查《中国模具设计大典》表 ，； ―塑料塑件的厚度，； ―塑料的平均成形收缩率，查《中国模具设计大典》表 ，； ―型芯脱模方向高度； ―塑料的泊松比，查《中国模具设计大典》表 ，； ―脱模斜度修正系数，其计算公式为 式中，―塑件与钢材表面之间的静摩擦系数，查《中国模具设计大典》表，； ―型芯的脱模斜度，对于 ABS，脱模斜度通常取 2176。 以上，所以取为 3176。 ； 则： 因为 所以 推 杆脱模机构设计 （ 1）推出零件设计 ① 推杆设计原则 推杆除了起推出作用，同时端部作为成型部分，起到成形塑件作用，为了防止圆柱头推杆旋转，可选用标准圆柱头推杆，然后对头部进行加工，如图 91所示。 图 91 推杆头部 推杆边缘须距侧面以上； 推杆应均匀布置，在脱模阻力特别大的地方可增加推杆数目，在肋、凸台、支撑等部位应多设推杆； 为防止熔体的渗漏，推杆的工作段应有配合要求，常是 H8/f7 或 H7/f7； 推杆材料多用 45 号钢或是 T T10 碳素工具钢。 ② 推杆尺寸的确定 根据压杆稳定公式推导，公式如下： 式 中，―推杆直径，查《中国模具设计大典》表 ，选用的标准推杆，材料为 T8A； ―安全系数，通常取； ―推杆长度，根据所选模架，取； ―脱模力； ―推杆材料的弹性模量（ MPa），取 105MPa； ―推杆根数； 即，选用 17 根推杆。 强度校核 式中，―脱模力； ―推杆根数； ―推杆直径； ―推杆材料的屈服点（ MPa），查《机械设计实用手册》表 ，； 通过以上计算，所选用推杆满足要求，根据表 得，其参数如下： ，， 材料： T8A （ 2）复位零件设计 利用复位杆使脱模机构复位； 根据所选标准模架，选用四根的标准推杆做复位杆，其参数如下： ，，（需加工到）； 材料： T8A （ 3）固定零件设计 通常将推杆凸肩压在推出固定板的沉孔和推板之间，两板之间用螺钉紧固。 所有的推杆应对沉孔深度放出余量，在固定板上插入推杆后，再将之与固定板一起磨去余量，以保证所有杆件的凸肩高度与沉孔深度完全一致，避免推杆在高度方向上的窜动。 图 92 推杆与推杆固定板的连接方式 （ 5）定位零件设计 限位钉可将脱模机构限制在正确位置，此外，还能防止脱模机构在复位时受异物障碍，因为在限位钉头部与推板所形成的空隙中可容纳污垢； 查《中国模具设计大典》表 得：选用标准限位钉，其参数如下： ，， （ 5）导向零件设计 为了保证脱模机构运动平稳灵活，避免发生倾斜、卡死现象，采用导套导柱进行导向； 根据《中国模具设计大典》表 得：导柱直径选用； 查《中国模具设计大典》表 ，选用标准有肩导柱，，材料选用 20 钢，热处理 渗碳 ～ 淬硬 56～ 60HRC； 查《中国模具设计大典》表 ，选用标准带头导套Ⅱ型，材料选用 20钢，热处理 渗碳 ～ 淬硬 56～ 60HRC； 导向零件设计示意图如图 93 所示。 图 93 脱模机构的导向装置 浇注系统凝料脱出限位机构设计 采用拉料杆拉断点浇口的形式脱出浇注系统凝料，参考《先进注塑模 330例设计评注》图 166。 （ 1）螺钉设计 查《机械设计实用手册》表 ，选用内六角圆柱头螺钉； 错略估算螺钉长度，选用 M30 内六角圆柱头螺钉。 （ 2）弹簧设计 查《机械设计实用手册》表 得：弹簧端部结构形式采用两端 圈并紧并磨平，支承圈数； 查《机械设计实用手册》表 得：选用标准圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧直径，弹簧中径，节距，有效圈数（选用），变形量，最大心轴直径； 有上列尺寸推算所选弹簧的其余尺寸，如下： ① 总圈数 ② 弹簧自由高度 ③ 并压高度 经过以上计算，最终选用 M30,公称长度的内六角圆柱头螺钉，其中，螺纹长度，起限位作用；弹簧选用直径，弹簧中径，节距，有效圈数（选用 ），变形量，最大心轴直径，限位装置如图 94 所示。 图 94 限位装置 10 抽芯机构设计 侧抽机构选择 分析塑件 特点，因为凹槽和孔均在塑件中间，不能采用侧滑块，所以采用斜推杆内侧抽芯机构。 抽拔距计算 抽拔距一般取侧孔深度加上 2～ 3mm，公式如下： 式中，―侧凹分开至不影响塑件脱模的距离（ mm），利用 UG 测得：； 斜推杆的斜角 已知脱模行程，侧抽距，计算斜角得： 所以，斜推杆的斜角取 6176。 11 注塑机与注射模的关系 安装参数校核 （ 1）喷嘴尺寸 浇口套孔径为，球半径为，注塑机喷嘴口孔径为，球半径为，满足要求； （ 2）最大与最小模厚 模架总高度，满足注塑机要求（最大模具厚 度；最小模具厚度）； 开模行程校核 双分型面注射模的开模行程校核公式如下： 式中，―塑件推出距离（）； ―塑件在分型面以上的高度（）； ―定模板和型腔板之间分离距离（）； 而注塑机移模行程，满足要求。 成型过程模拟 塑件平均厚度 在 UG 中打开塑件，并均匀测量塑件五个点的厚度，塑件平均厚度为 导入实体 从 UG 中导出 STL 格式并导入 Moldflow 中，塑件原型如图 121 所示。 图 121 汽车内饰件 划分网格 网格边长度一般取塑件平均 厚度的倍，所以取网格边长为并划分网格，由图122 可知，网格划分后存在大幅度失真。 图 122 网格 重新网格划分 取边长为 10mm，重新划分网格，还是存在大量失真，所以考虑可能是导入文件格式不好，选用 IGES 格式，并设定边长为 10mm（虽然理论上网格边长为平均厚度的 2～ 3 倍，但通过网格修复发现，对于微型结构，均需要插入点来修复，所以可以适当放大，即取 10mm），重新划分网格如图 123 所示，从图 123 中可知，失真现象已经消失。 图 123 网格 网格诊断并修复 网格划分完成后 ，查看网格统计（ Mesh Statistics），见图 124。 图 124 网格统计 （ 1）纵横比诊断 网格纵横比指的是三角形的最长边与三角形的高的比值，过。