灯罩注塑成型工艺及模具设计概述模板.docx

福建工程学院 本科生毕业设计（论文） 题 目： 灯罩注塑成型工艺及模具设计 学 生： 陆涛 学 院： 材料科学和工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 号： 指导老师： 黎文峰 起迄日期： .3.13-.3.31 设计地点： 福建工程学院 4 月 28 日福建工程学院本科毕业设计（论文）作者承诺确保书本人郑重承诺： 本篇毕业设计（论文）内容真实、可靠。假如存在 弄虚作假、剽窃情况，本人愿负担全部责任。学生署名：年 月 日福建工程学院本科毕业设计（论文）指导老师承诺确保书本人郑重承诺：我已按相关要求对本篇毕业设计(论文)选题和内容进行了指导和审核，且提交毕业设计（论文）终稿和上传至“大学生论文管理系统”检测电子文档相吻合，未发觉弄虚作假、剽窃现象，本人愿承 担指导老师相关责任。指导老师署名：年 月 日目 录灯罩注塑成型工艺及模具设计 II 目 录.II摘要IV第1章 绪论11.1注塑模具和塑料产品.11.1.1塑料成型工艺方法和成型模具11.1.2优异塑料成型工艺技术和优异塑料模31.2中国外注塑模对比.31.2.1塑料模具技术发展动向31.3塑料模具中注塑成型.41.3.1 注塑模具分类及结构组成41.3.2 模具钢材类型和选择51.4 毕业设计选题背景、目标和意义.51.4.1 设计选题背景和设计方法51.4.2 设计目标和意义.5第二章 塑件工艺性及成型工艺条件.72.1零件制品图.72.2 塑件结构工艺性分析.82.3 塑件成型工艺条件分析.82.4 塑件体积和质量.9第三章 MOLDFLOW模拟分析.103.1 网格划分方法.103.2 MOLDFLOW分析结果.113.2.1充填时间113.2.2流动前沿温度123.2.3顶出时体积收缩率133.2.4锁模力143.2.5冻结层因子分析153.2.6熔接线分析163.2.7变形量分析17第四章 成型机选择及确定成型方案.194.1 注塑机选择.19 4.1.1初步选定注塑机26194.2 型腔数目、配置及分型面.214.2.1型腔数目标确定214.2.2型腔分布214.2.3分型面确实定21 4.3模架选定及组合形式.23第五章 模具机构设计和校核255.1浇注及排气系统设计.255.1.1浇注系统设计标准255.1.2主流道设计255.1.3分流道设计关键点265.1.4分流道形状和尺寸265.1.5浇口作用275.1.6浇口截面形状和尺寸275.1.7浇口位置选择285.1.8拉料杆285.2成型零件工作尺寸计算及相关校核.295.2.1最大注射量校核295.2.2锁模力校核305.2.3模具最大最小厚度305.2.3开模行程校核305.3定位导向机构.315.4冷却系统.315.4.1温度对产品影响315.4.2冷却系统管道位置和直径315.5脱模系统设计.335.5.1 脱模机构类型选择34335.5.2 推杆机构具体设计24335.6侧向抽芯机构类型选择和设计15.355.6.1 滑块设计355.6.2 侧抽芯机构抽芯距35第六章 模具三维造型及工作步骤376.1 注塑模三维造型及总装图16.376.1.1注塑模三维造型376.1.2注塑模总装图376.1.2零件图396.2模具工作步骤.43结 论44参考文件45谢 辞47 灯罩注塑成型工艺及模具设计摘要这次课题是对塑料灯罩进行模具设计，测量塑件尺寸大小，对模具进行工艺性分析，查询图书馆文件资料，选择了适合灯罩塑料材料，然后依据这个外壳实际样子，进行了三维造型和建模。依据我们三维建模出来塑件图，具体分析了这个塑件结构，而且进行了前模和后模成型系统分分模；设计斜向顶杆机构；和各个系统结构。采取了一模一腔配合点胶口浇口这种型腔布局结构形式；另外，设计过程中利用了MOLDFLOW软件进行工艺优化；最终，对我们设计好灯罩外壳三维模型图，进行转换和制图，出二维装配电子图档，和塑件图，非标零件图这类工程图；依据设计好图纸，进行最终注塑机确定。关键字：塑胶料，注塑模，模具设计，灯罩外壳，MoldflowThe injection molding process and mold design of lampshadeABSTRACTThe subject is the plastic shade mold design, measuring the size of plastic parts, the mold of the process analysis, query library literature, select the lamp for the plastic material, and then according to the actual appearance of the shell, a three-dimensional Modeling and modeling. According to our three-dimensional modeling of plastic parts, a detailed analysis of the structure of the plastic parts, and the former mold and post-mold forming system classification model; design oblique mandrel institutions; and the structure of the system. In the design process using the MOLDFLOW software for process optimization; Finally, we designed a good shade shell of the three-dimensional model of the map, the use of the mold, Conversion and mapping, out of the two-dimensional assembly of electronic files, as well as plastic parts, non-standard parts of such drawings; according to the design of good drawings, the final injection molding machine to confirm.Key words: plastic material, injection mold, mold design, seat plate, Moldflow第1章 绪论 塑料制品在我们生活中已经必不可少，给我们带来了很多方便，其重量轻，还含有足够硬度强度是一个很好材料。所以注塑模具面对高批量和复杂形状需求下，其技术革新也带来了巨大挑战。注塑模具带来是工业领域发展和创新，促进我们社会进步和国力发展。1.1 注塑模具和塑料产品1.1.1塑料成型工艺方法和成型模具注射成型用注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类，由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成。其成型方法可分为：(1) 排气式注射成型(2) 流动注射成型(3) 共注射成型(4) 无流道注射成型(5) 反应注射成型 (6) 热固性塑料注射成型。1.1.2优异塑料成型工艺技术和优异塑料模科技不停加进步，在塑料方面实现了不停创新，逐步形成了一批优异成型技术和工艺，其中包含：热流道浇注系统注塑模具，点浇注浇注系统模具，氮气注塑模具，气动剥离机构 模具，双色注塑模具等。1.2 中国外注塑模对比中国模具行业发展很快，但在模具正确性，模具制造周期中,生产能力和国际优异水平仍然存在差距，这些差距是我们步入顶尖水平重大阻碍。 不过中国模具材料微量元素控制技术，材料热处理技术，和冶炼技术全部在不停进步，中国模具零件标准化率达成20左右。在加工设备，模具制造技术和测量技术方面，中国相比德国日本还是存在很大差距。在模具加工技术方面我们一样存在很大差距。，中国外制造业整体显得比较低迷， 不过技术发展还是比较快，这个是改革开放直接造成，中外合资企业很多，直接引进了国外优异技术。现在对比中国外模具技术水平来看，中国模具相比于国外优异水平还是有很大差距。据悉，中国模具产业现在关键面临三大难点关键有：塑模企业应向园区发展迟缓，加大塑料材料和注塑工艺研发力度不足，模具试模结果检验等工装水平仍未跟上46。所以，在中国注塑模发展上面，还需要大力加强模具标准件开发和制造，需要多多学习国外优异技术，才能逐步进步和国外模具技术大厂不分伯仲展开竞争45。1.2.1塑料模具技术发展动向模具技术开发我们分为三个方面：A.塑料成型技术发展：现在，塑料成型理论已经发展到多种流变行为研究阶段，塑料成型方法也被改造为新塑料和塑料件特殊要求研究，其它产品精密度，模具小型化和大型化精密制造成型技术是关键趋势之一。B.模具制造发展方向：现在社会需要愈加精密塑料件，不仅要以上精度要好一点，而且需要愈加好表面质量，这么我们需要模具加工制造，采取更高设计技术，制造加工技术，愈加好加工设备，更正确模具尺寸检测技术和设备。C.注塑模具发展趋势：现在发展趋势逐步降低材料浪费，降低制造周期和热流道模具研究。1.3 塑料模具中注塑成型1.3.1 注塑模具分类及结构组成注塑模结构全部是由定模和动模两大部分组成,依据模具上各部件作用不一样，通常注塑模可由以下多个部分组成 (1)成型零部件：通常由型芯、凹模、镶件等组成(2) 浇注系统：分为主流道，分流道和冷料穴三部分组成。(3) 导向机构：分为动模和定模之间导向机构和顶出机构导向机构两类(4) 脱模机构：有顶杆脱模机构、推板脱模机构和推管脱模机构等(5) 侧向分型和抽芯机构：使侧向凸模或侧向型芯移动机构(6) 加热放冷却系统：为了满足注塑工艺对模具温度要求，必需对模具温度进行控制(7) 排气系统：为了将型腔内空气排出(8) 其它零部件：如用来固定、支承成型零部件或起定位和限位作用零部件等 塑模结构特征对其进行分类以下(1)单分型面注塑模 (2)双分型面注塑模 (3)活动零部件注塑模(4)含有抽芯系统注塑模 (5)自动卸螺纹注塑模 (6)无流道注塑模 1.3.2 模具钢材类型和选择模具钢材来讲，首先就是模架系统，通常采取差一点钢材，能够是45，也能够是55号材料，模架系统不需要太好，够用就行；其次，在成型零件上，需要考虑注塑材料和塑件使用用途，比如高光洁度或是镜面塑件，那么就需要抛光性能好钢材，能够是S136H之类，不过这类钢材很昂贵，相比于原材料，含有腐蚀性效果，还需要采取有部分能够抗酸碱盐钢材，这个就依据具体表格去查表就能够了。1.4 毕业设计选题背景、目标和意义1.4.1 设计选题背景和设计方法此次设计内容是塑料灯罩，产品生产批量大，表面光滑有较高精度，形状较为复杂，是生活中一项需求较大必需品。采取注塑方法来加工产品。首先对零件进行测量，绘制二维零件图和3D零件图。然后对灯罩进行工艺性结构分析计算，选择适宜加工结构方法构思模具。设计所需达成零件制造标准，合理方案。1.4.2 设计目标和意义这次对于注塑毕业设计，让我能分析问题，处理问题，锻炼自己能力。收获以下几点：1） 学习并掌握注塑模具设计过程，对塑料结构组成能够合理分析 2）合理利用自己所学知识，发觉自己知识中漏洞，达成模具所需要设计要求，完成自己知识系统。在这过程中，注塑模具是一个需要长时间积累才能够真正掌握，这次毕业设计为我以后工作是一次很好历练。 此次塑料模具设计需要用到大学这几年所学习到技能合并和灵活利用，这个过程能对所学技能有更深认知和了解，同时也能够从中认识到自己不足地方，更能够加强更新创意意识和培养实战经验，有着十分关键实际研究意义。第二章 塑件工艺性及成型工艺条件2.1零件制品图图2.1 灯罩外壳零件制品图图2.1所表示，该灯罩外壳塑件为此次毕业设计模具成型塑件。直径49mm，高为46mm，整体外形类似圆形喇叭开口罩，内部有很多加强筋，中间还有两组可供支承铁管贯通孔。依据毕业设计任务书要求，该灯罩外壳为ABS材料，并依据灯罩使用，需要材质，有一定阻燃性质和耐热性。此次所选ABS材料，需要调质过后，阻燃性能达V-0级原料。未注尺寸公差等级为5级（SJ1372-78），外表面粗糙度全部Ra为3.2，设定为大批量生产。 （a） （b）图2.2 灯罩外壳三维图利用UG软件和二维图所给数据对灯罩外壳塑件进行三维建模，结果图2.2所表示。2.2 塑件结构工艺性分析塑料件为厚壁圆形零件，有着比较均匀壁厚，均匀壁厚能够起到降低内应力作用，零件内部含有类似梯形台阶圆，内侧有多处加强筋，加强筋中有两个插安装管孔，这两组孔用于完成品塑件后进行螺丝自攻牙，从而进行固定装配。对于此位置，适合采取推管进行推出，能深入分担塑件推出作用力。这么才能够能安全地顶出模，能确保表面质量，塑料件不许可有裂缝，太大变形缺点，高精度精度水平。总而言之，零件适合对塑料件进行深入模具成型及模具设计。2.3 塑件成型工艺条件分析ABS塑料：注射模工艺设计及基础要求，其材料在进行注塑加工前需合适时间干燥和烘干，但假如是仓库放存适当话就不用进行热干燥方法处理28。ABS：收缩率：0.5%密度：1:1.05熔化温度：220275度，一定要注意不能超出275度。模具设定温度：4080度，通常推荐使用50度。结晶度由模具温度决定。ABS塑料注射压力：最大时候能够达成1800bar。ABS原料关键使用方向：火车汽车制造行业（关键是用混合了含金属混合ABS原料：电子电气外壳、风车轮挡板、覆盖版、排气风扇等），机器设备（衬门垫、通水、通风气管、成型机框结构架物盖子板等），日常消费、家里面用和电器和农业产品等。 2.4 塑件体积和质量这次设计中，灯罩外壳质量和体积依据三维测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功效，能够测得灯罩外壳体积为771419.48mm3（ABS密度为1.05 ），即能够得出该灯罩外壳质量为810克。外侧表面积771.8mm2。流道凝料约16克。第三章 MOLDFLOW模拟分析MOLDFLOW软件是注塑成型仿真工具，该软件能够直观分析熔融状态凝料进入型腔以后成型动态，包过充填时间，保压，翘曲，温度，等等部分参数。3.1 网格划分方法此次分析采取Moldflow软件，该软件提供网格划分方法有如表3.1以下三种： 在总合评定各项考量后，本课题moldflow分析采取了双层面（双面流）网格Error! Reference source not found.，对产品进行划分，并关键分析产品流动平衡、困气、冷却、熔接线及翘曲变形。刚开始导入画分网格后，网格纵横比最高达86，经查阅参考文件及网络知识得悉，小零件纵横比通常不高过6，中大型零件通常不能高过20，所以经过网格修改工具，如插入节点-合并节点等工具进行修改，修改后再统计网格，其中网格分析结果图3.1，表3.2：图3.1网格诊疗图3.2 网格统计结果3.2 MOLDFLOW分析结果3.2.1充填时间图3.3所表示，充填开始，最先填充部分是深蓝色；红色区域为充填末端Error! Reference source not found.；一旦无法充填，那么那个地方将没有颜色。塑件有较高充填效果，证实其流向是均匀，在前锋同时抵达终点物质流模型。这意味着每个过程应该结束了一个深蓝色轮廓Error! Reference source not found.。等值线间隔表示聚合物流动速度，等值线分布稀疏，表示在相等时间内，塑胶在这里留得比较快；等值线密集区域，表示在这里塑胶流动比较慢。查看项目：充填时间。图3.3充填时间分析结果：充填时间为1.277s。3.2.2流动前沿温度结果表明熔融塑胶流经型腔不一样位置时温度显示。图3.4所表示，塑胶流经厚度较薄区域时，会因流动受阻而使流速下降从而加剧温度下降，假如温度下降得很多，就可能会产生滞留；假如温度下降到凝固点以下，就会出现短射。所以当出现温度下降过多情况时，应合适提升熔温、模温、提升射压、加紧射速。从图3.2.2左侧显示能够看出，最高温度为232.3度，最低温度为221.4度，在成型参数中设置熔温为220275度，说明塑胶在流动过程中未出现打温度波动和局部过热现象，填充比较顺利。红色区域：表示很多剪切热量通常出现在充填浇口旁边。蓝色区域：表示在该区域温度较低，可能会停滞流动或流速过满。查看项目：流动前沿最高温度。图3.4充填温度分析结果：前沿温度为232.3。3.2.3顶出时体积收缩率顶出时体积收缩率意思是凝料最初进入型腔体积和凝料保压冷却成型以后体积比。体积收缩结果表明，取消节点平均数显示是个好方法。右击结果名字选择属性，这能够经过右键单击名称属性选择，确定在动画页面，动画中帧选择，然后取消安装选项页节点。体积收缩率分布必需均匀在整个产品降低翘曲，并小于最大推荐材料。体积收缩压力能够曲线控制Error! Reference source not found.。查看项目：顶出时体积收缩率。图3.5体积收缩率分析结果：顶出时体积收缩率为7.511%。3.2.4锁模力塑件在受到来自注塑机施加压力以后，伴随时间改变，锁模力也会随之改变。锁模力和注塑机额定锁模力相关系，也和塑件在Z轴方向上面投影面积，平均型腔成型压力有函数关系，结果值应不超出近80%限制机器，让20%作为安全系数。注意：模具吨位计算是正确，该模型夹紧力必需沿Z轴方向。锁定统计结果会产生误导结果，假如连接到你模型在xy平面重合表面因夹紧力。注意：压力曲线使用，可用来调整壁厚减小锁模力Error! Reference source not found.。查看项目： 伴随注塑机开始注塑，锁模力也随之改变，在凝料进入型腔以后，锁模力逐步增加，当凝料快要充填满型腔是，压力逐步减小Error! Reference source not found.。图3.6 锁模力XY图结果：需要最大锁模力约80T。3.2.5冻结层因子分析冻结层因子用于查看制品和浇口凝固前后次序和凝固时间，所以能够依据显示结果设置保压。正确保压时间能够消除制品缩水，改善制品翘曲，同时也能预防塑胶回流，使制品得到充足补收缩和压实，确保制品质量。冻结层因子用于查看制品和浇口凝固前后次序和凝固时间，查看项目：冻结时间结果。图3.7 冻结层因子分析结果：冷流道进胶，从图上可看出制品在30S时已经冻结效果。3.2.6熔接线分析在熔融状态凝料从不一样浇口进入型腔以后，跟随型腔外形逐步流动，依据塑件在型腔内形状，会有多个位置是凝料结合处，这类结合处，就是塑件熔接线位置，熔接线表示结构上瑕疵或缺点存在Error! Reference source not found.。注：结果在135度熔接线结果聚合。对不一样角度聚合，产生熔接线结果并指定聚合角Error! Reference source not found.。使用：熔接线可造成结构性问题，也使产品不能在视觉接收。有些不可避免熔接线，需要参考位置决定熔接线位置，提升质量工艺Error! Reference source not found.。查看项目：加大塑件壁厚，降低塑件厚度比值，改变浇口位置和相关尺寸。已达成降低熔接线Error! Reference source not found.。加大注塑浇口、加大熔接线周围相关流道尺寸。让浇口靠近熔接线。升高温度、加大射速、增大注射压力。图3.8 熔接线分析结果：图3.8所表示为熔接痕。3.2.7变形量分析模流分析分析出来变形结果有塑件整体变形和塑件整体收缩趋势：塑件变形会受到产品浇口位置数量和位置影响Error! Reference source not found.，比如塑件较大，浇口数较少或浇口位置不合理，对应塑件变形量就会加大，而且压力也要变大。收缩趋势是塑件自己变形趋势，和浇口点数位置没有多大关系Error! Reference source not found.。模流分析分析出来变形在理论上是能够让我们了解塑件变形程度，不过和实际还是有一定区分Error! Reference source not found.，比如注塑压力话，会比实际生存是压力低20%-30%左右Error! Reference source not found.。图3.9 变形量分析结果：全部原因变形量为0.1133mm0.2768mm，变形最大区域位置多数在底部，变形最下区域为灯罩口部外螺纹口部，也是浇口所在口部。考虑本零件壁厚是比较均衡零件Error! Reference source not found.，在使用性上，需要一定精度控制来达成装配，但零件灯罩外壳，考虑1.005收缩率后，其实成型时非正常变形并不大，所以本方案合理Error! Reference source not found.。第四章 成型机选择及确定成型方案4.1 注塑机选择4.1.1初步选定注塑机Error! Reference source not found.选择适合这个模具生产注塑机，是很有必需，能够用最低成本和最合理效率来生产。上面可利用UG软件测量体进行测量可得。可得出零件重量为10.5g，流道凝料约812g（这里取10g），依据塑件为一模2腔，总注塑量为31g。但选择成型机时，也不能单按注塑量来决定，同时还要综合考虑，比如锁模力，模具最大安装尺寸等方面。（1）模具所需塑料熔体注射量、注射压力。式（4-1）式中 m一副模具所需塑料质量或体积（g或cm3） n初步选定型腔数量； m1单个塑件质量或体积（g或cm3） m2浇注系统质量或体积（g或cm3）（2） 塑件和流道凝料（包含浇口）在分型面上投影面积及所需锁模力。 式（4-2） 式（4-3） 式中 A塑件及流道凝料在分型面上投影面积（mm2）； A1单个塑件在分型面上投影面积（mm2）； A2流道凝料（包含浇口）在分型面上投影面积（mm2）； Fm模具所需锁模力（N）； P型塑料熔体对型腔平均压力（MPa）。设计中常按表4.1中型腔压力进行估算。表4.1 常见塑料注射成型时型腔平均压力 单位：MPa塑件特点P型举例轻易成型塑件25PE、PP、PS等壁厚均匀日用具，容器类通常塑件30在模温较高情况下，成型薄壁容器类中等黏度塑件及有精度要求塑件35ABS、POM等有精度要求零件，如壳体等高黏度塑料及高精度、难充模塑料40高精度机械零件，如齿轮、凸轮等（3） 选择注射机型号。依据上面计算得到m和Fm值来选择一个注射机，注射机最大注射量(额定注射量G）和额定锁模力F应满足： 式（4-4）式中 注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75。 式（4-5）总而言之，决定选择 XS-ZY250Error! Reference source not found.,注射机规格如表4.2。表4.2 部分国产塑料注射成型机型号及技术参数型 号XS-ZY125XS-ZY250（B)XS-ZY300理论注射量(最大)/cm3106250320螺杆(柱塞)直径/mm455060注射压力/MPa150130175注射行程/mm160160150注射时间/s1.822.5塑化速度（g/S）16.818.919锁模力/kN90018001500最大成型面积/cm2360500650模板行程/mm300500340模具高度（最大)/mm300400450(最小)/mm200200285模板尺寸/mm300*400598*520620*520拉杆间距/mm260*360448*370400*300合模方法液压液压液压4.2 型腔数目、配置及分型面4.2.1型腔数目标确定本课题为灯罩外壳注塑模设计，精度较高，成型工艺复杂，形状结构还算比较简单Error! Reference source not found.。单从整体来讲，是适合大批量长久生产中型塑料件。此次灯罩外壳设计考虑制件外形结构和配合要求，加上为了提升质量和效率，故初选为一模二腔。4.2.2型腔分布在确保模腔里面和主胶口流道中间尺寸尽可能不要太长前提下，同时采取平衡流道。型腔布局由图所表示。所以这里我们选择了点浇口方法方法，这么目标是为了得到愈加好浇注质量Error! Reference source not found.：因为本课题零件壳是以灯罩外壳为设计原型，直接采取单腔居中部署就能够满足制造要求。图4.1型腔布局4.2.3分型面确实定塑料在模具型腔中凝固，为了得到塑件，必需将模具打开，分为两部分组成为动模和定模，而二者相接触面称为分型面。我们进行分型面选择时候Error! Reference source not found.，要从下面几点来进行考虑：（一）我们在分型面在进行选择时候应该在这个塑料件外面最大地方；（二）让塑料件在模具打开以后停留在动模一边Error! Reference source not found.； 因为考虑到要很轻易地拿出进浇时冷凝料，我这个模具就不需要设计两个分型面注塑模了，使用平时常见单个分型面塑料模就能正常生产了。因为本模具定模板她和上模板结合处于工作生产时不会分开，在相正确比较下，单个分模面塑料模愈加方便排出空气Error! Reference source not found.。总而言之，我选择分型面是一个有弧度面，同时也是在这个灯罩外壳塑料件最大、外轮廓最突出位置，因为塑件底部有很多加强筋，塑件冷却收缩后包紧下模，所以当模具在打开时灯罩外壳件是停留在模具型芯这一边，这么有利于脱模。在分型面选择上面，我们有多个标准，具体参考以下多个关键点：1、 有利于塑件脱模；2、 有利于排气；3、 有利于滑块抽芯；4、 有利于顶出；5、 有利于其它机构设计方便；6、 有利于确保塑件外观质量和精度要求。结合上面多个关键点，我们把这个塑件分型面，设计在塑件最大分型面处，以此来满足我们分型面选定。图4.2分型面图图4.3 侧向抽芯分型4.3 模架选定及组合形式依据塑件外形尺寸和壁厚而结合型芯型腔所设计尺寸Error! Reference source not found.，它们尺寸可选择B=120mm，L=240mmError! Referenc