2345 常用小五金零件手柄套的三維參數化建模及模具設計

2345 常用小五金零件手柄套的三維參數化建模及模具設計,常用,經常使用,小五金,零件,手柄,三維,參數,建模,模具設計 畢業(yè)設計(論文) 外文資料翻譯系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B070203 姓 名 吳劉興 學 號_ B07020322_______ 外文出處 National Tsing-Hua University, HsinChu, Taiwan 30043, ROC 附 件 1. 原文； 2. 譯文 2011年 3月 15日使用三維方法對注射模模具進行完整的數字建模Wen-Hsien Yang*Allen Peng, Louis Liu and David C.HsuCoreTech System Co.,Ltd., HsinChu, Taiwan, ROCRong-Yeu Chang National Tsing-Hua University, HsinChu, Taiwan 30043, ROC摘要對注射模具三維建模的應用在最近幾年非常流行。然而，根據實體模具的統(tǒng)一計算機輔助分析來對模具進行預想，并且由于數值和硬件的限制注射模具部分的變形，很少在文獻里介紹，但這篇文章中，一個真實完整的三維建模方法對模擬注射模具的澆注、充滿和冷卻階段，以及注射后的變形部分是很先進的。在相同的固體模型里所有的建模都能進行，包括型腔和型芯用不同的實體布局篩選，由于這個建議有很高的效率，于是一個典型的完整三維分析部分里的成百上千的元件用普通電腦在一天的時間里完成，幾個數字建模的例子被報導說明了現(xiàn)在模型的成功。引言注射?？梢詣澐譃閹讉€階段，其中包括填充、充滿和冷卻。這些階段影響著尺寸、精度和注射之后的模具的部分成型。在澆注階段，熱聚合物融化再通過外界壓力注射到型腔。之后型腔完全注射階段。熱的聚合物額外的融化聚合物在高壓下注入型腔來補償聚合物的體積收縮，通常一點澆口冷卻，則注射階段停止并且冷卻階段開始，在冷卻階段，聚合物進一步冷卻，直到預先調整好的溫度為止，這部分就注射完成。計算機輔助已經被廣泛的使用并發(fā)展成為零件和模具設計者的一種重要的工具，設計和設計的過程是在模具制作之前在電腦上的真實組建，在這種方法下，潛在的缺點被識出和消除再設計階段，另一方面，設計能被改良甚至別優(yōu)化通過模擬的結果，這使得同時進行的工程用最合算的方法開展，伴隨著硬件和理論建模的進步，現(xiàn)在很可能成功的用模擬注射模的制造過程來模擬現(xiàn)實中的現(xiàn)象。習慣講 2.5 維的計算機不住分析通常使用與模擬直射模的過程。然而，用2.5 維對模具進行簡化內在的分析，不僅能減小預測的精確度，而且能節(jié)省時間對有限元模型的設計。按照這種理論，近幾年來真正的三維模擬模型變得越來越流行，然而，根據實體模具的統(tǒng)一計算機輔助分析來對模具進行預想，并且由于數值和硬件的限制注射模具部分的變形，很少在文獻里介紹，但這篇文章中，一個真實完整的三維建模方法對模擬注射模具的澆注、充滿和冷卻階段，以及注射后的變形部分是很先進的。在相同的固體模型里所有的建模都能進行，包括型腔和型芯用不同的實體布局篩選。控制平衡澆注階段：熔融的聚合物符合牛頓流體概論，因此，非等溫的三維流向能通過下面表達式描述：?ρ/ ? t+▽?ρu=0 （1）?（ρu） / ? t+▽?（ρuu－σ）=ρ g （2）σ=﹣pI﹢η(▽u+▽u T) （3）ρC p(?T/ ? t+u▽T)= ▽(k▽T)+ ηγ 2 （4）u —速度矢量 T—溫度 t—時間 p—壓強σ—總壓力張量 ρ— 密度 η—黏度 k—熱傳導率Cp —特定的熱 γ—剪切率在這些條件里參照阿列紐斯溫度描述的熔融聚合物的黏性：η（T，γ）=η 0(T)/1+（η 0γ/τ） 1-n （5）η 0（T）=BExp（T b/T） （6）n—法向力的指數 η 0—零剪黏性 τ—描述零剪切率和弧形法向力f—部分體積的前面流動痕跡 f=0 是空氣階段 f=1 是熔融聚合物階段 0bls冷卻階段：在澆注冷卻過程中，一個三維的循環(huán)的瞬時熱量傳導問題伴隨著對流的邊界條件，在冷卻通道和模具底座表面，總體上的熱量傳送現(xiàn)象被泊松分布所控制ρC p ?T/ ? t=k(?2T/ ?x2 + ?2 T/ ?y2 + ?2T/ ?z2)T—溫度 t—時間 x、y、z—笛卡爾坐標 p—密度CP—特定熱量 k—熱量的傳導率 此等式適用于兩個模具底座和塑料部件再熱特性方面的修正。因為模具的溫度是周期性波動的，所以我們關心的是不切實際的模具溫度變化這種平均循環(huán)原理在傳統(tǒng)注塑冷卻分析方面是一個很重要的概念，為了減少重復帶入次數的完全暫態(tài)過程，我們還會介紹用于計算機模具溫度，并且解決模具底座循環(huán)溫度分布的穩(wěn)態(tài)拉普拉斯方程：km (?2T/ ?x2 + ?2 T/ ?y2 + ?2T/ ?z2)=0 (10)T—平均溫度變形分析：模具注射后，由于溫度差物質自由熱收縮發(fā)生，標準的三維固體壓力原理能進行模具的收縮塑造變形，等式如下σ=C(ε－ε 0－αΔT ) (11)ε=1/2(▽u+▽u T) (12)同樣，它模擬的結果可以應用到應力求解，應用于更先進的非線性應力分析，如伸曲分析。數值計算方法：數值離散化方法：在這篇文章中，數值求解是基于解決相等的有限體積，它已經成功應用在注塑填充數值模擬中，數值試驗證實了求解的真實性和效率。整體分析步驟：推薦的計算步驟如圖 1 所示的分析步驟。首先讀輸入的數據（包括篩選數據，原料數據和過程控制數據） ，運用三維澆注分析和三維冷卻分析，然后在冷卻結束階段獲得部分分布的溫度，從冷卻溫度中會的平均澆注溫度反饋給澆注單元來改善計算或者作為變性分析的接線條件。迭代求解模具溫度一直持續(xù)到這個模具溫度差異迭代很小。綜合分析能保證填充型腔耦合關系的冷卻效果，具有提高精度分析的使用價值。輸入文件冷分析流動分析冷分析溫度相似嗎圖 1結論在這篇文章中，一個完整的真實的三維數值模型預測的注射成型工藝已被發(fā)展出來了，運用計算機輔助工具來幫助設計師/工程師分析，解決了幾何伸縮性，提高了效率，并進一步優(yōu)化了成型工藝。彎曲分析檢查結果文獻[1]. E.C.Bernhardt (Ed.), Computer Aided Engineering for Injection Molding, Hanser (1983)[2]. T.Manzione (Ed.), Applications of Computer Aided Engineering in Injection Molding, Hanser (1987)[3]. C.L.Tucker III (Ed.), Fundamentals of Computer Modeling for Polymer Processing, Hanser (1989)[4]. V.W.Wang, C.A.Hieber, and K.K.Wang, J. Polym. Eng., 7, 21, (1986)[5]. P.Kennedy, Flow Analysis Reference Manual, Moldflow Pty. Ltd.,Hanser (1993)[6]. W.B.Young, Polym. Composites, 15, 118 (1994)[7]. J.F.Hetu, D.M.Gao, A.Garcia-Rejon, and G.Salloum, Polym. Eng. Sci., 38, 223 (1998)[8]. R.Y.Chang and W.H.Yang, Int. J. Numer. Methods Fluids, 37, 125-148 (2001)INTEGRATED NUMERICAL SIMULATION OF INJECTION MOLDING USING TRUE 3D APPROACHWen-Hsien Yang*Allen Peng, Louis Liu and David C.HsuCoreTech System Co.,Ltd., HsinChu, Taiwan, ROCRong-Yeu Chang National Tsing-Hua University, HsinChu, Taiwan 30043, ROCAbstractThe application of true 3D simulation in the injection molding is becoming popular in the recent years. However, a unified CAE analysis based on solid model for the predictions of molding and warpage of the injection-molded part is seldom reported in the literature due to the numerical and hardware limitations. In this paper, an integrated true 3D approach is developed to simulate the filling, packing and cooling stages in injection molding, as well as the part warpage after ejection. All the simulations can be carried out on the same solid model, in which both cavity and mold base are meshed with solid elements of different topologies. Thanks to the highly efficiency of the proposed methodology, a typical integrated 3D analysis of part with hundred thousand elements can usually be finished on a regular PC within one day. Several numerical examples are reported to indicate the success of the present model.IntroductionThe injection molding can be divided into several stages including filling, packing and cooling. Each of these stages can affect the dimension precision and the performance of the molded part after ejection. In the filling stage, the hot polymer melt is injected into the cavity by the applied pressure. After the cavity is completely filled, additional melt is pushed into the cavity at high pressure to compensate the volume shrinkage of the polymer melt during solidification. Usually, once the gated is frozen, the packing phase stops and the cooling phase begin. In the cooling phase, the polymer melt solidifies further until the preset ejected temperature is reached, and then the part is ejected.CAE (Computer-Aided Engineering) has been widely adopted and proved to be an important tool for part and mold designers. Design and process variables of design are evaluated on computer before the mold is actually constructed. In this manner, potential defects are identified and eliminated in the design phase. In addition to this, design can be refined and even be optimized according to the simulation results, this makes concurrent engineering can be implemented in a cost-efficient way. With the advancement of hardware and theoretical modeling, it's possible now to simulate injection molding process in a more realistic way.Conventionally, the 2.5D CAE analysis is used to simulate the injection molding process [4-5]. However, the model simplifications inherent in the 2.5D analysis not only reduces the prediction accuracy but also makes it time consuming to create FEA model. In light of this, true 3D molding simulation becomes increasingly popular in the recent years [6-7]. However, a unified CAE analysis based on solid model for the predictions of molding and warpage of the injection-molded part is seldom reported in the literature due to the numerical and hardware limitations. In this paper, an integrated true 3D approach is developed to simulate the filling, packing and cooling stages in injection molding, as well as the part warpage after ejection. All the simulations can be carried out on the same solid model, in which both cavity and mold base are meshed with solid elements of different topologies.Governing EquationsFilling Phase:The polymer melt is assumed to behave as Generalized Newtonian Fluid (GNF). Hence the non-isothermal 3D flow motion can be mathematically described by the followings:?ρ/ ? t+▽?ρu=0 （1）?（ρu）/ ? t+▽?（ρuu－σ）=ρg （2）σ=﹣pI﹢η(▽u+ ▽u T) （3）ρC p(?T/ ? t+u▽T)= ▽(k▽T)+ηγ 2 （4）where u is the velocity vector, T the temperature, t the time, p the pressure, σ the total stress tensor, ρthe density, η the viscosity, k the thermal conductivity, Cp the specific heat and γ the shear rate. In this work, the modified-Cross model with Arrhenius temperature dependence is employed to describe the viscosity of polymer melt:η（T，γ）=η 0(T)/1+（η 0γ/ τ） 1-n （5）η 0（T）=BExp（T b/T） （6）here n is the power law index, η 0 the zero shear viscosity, τis the parameter that describes the transition region between zero shear rate and the power law region of the viscosity curve. A volume fraction function f is introduced to track the evolution of the melt front. Here, f=0 is defined as the air phase, f=1 as the polymer melt phase, and then the melt front is located within cells with 0blsCooling Phase:During the molding cooling process, a three-dimensional, cyclic, transient heat conduction problem with convective boundary conditions on the cooling channel and mold base surfaces is involved. The overall heat transfer phenomena is governed by a three-dimensional Poisson equation:ρC p ?T/ ? t=k(?2T/ ?x2 + ?2 T/ ?y2 + ?2T/ ?z2)where T is the temperature, t is the time, x, y, and z are the Cartesian coordinates, ρ is the density, Cp is the specific heat, k is the thermal conductivity. Equation (9) holds for both mold base and plastic part with modification on thermal properties:Because mold temperature is fluctuated periodically with time, what we cared is not the actual mold temperature but the effect of the mold temperature on heat transfer of molded part. We can assume there is a cycle-averaged mold temperature that is invariant with time. This cycle-average principle (CAP) is a key concept in the traditional mold-cooling analysis. To reduce the iteration time of the fully transient process, we also introduce the CAP in the calculation of mold temperature. That is, a cycle-averaged temperature distribution of mold base is obtained by solving the following steady-state Laplace equation:km (?2T/ ?x2 + ?2 T/ ?y2 + ?2T/ ?z2)=0 (10)where T is the cycle-averaged mold temperature.Warpage Analysis:After the part is ejected from the mold, a free thermal shrinkage happens due to the temperature difference. Standard three-dimensional solid stress theory can be carried out to simulate the shrinkage and warpage of the molded part as follows.σ=C( ε －ε 0－αΔT ) (11)ε=1/2(▽u+ ▽u T) (12)Where σ is the stress tensor, C is a 4thtensor related to the material mechanical properties, ε is the strain tensor, α is CLET tensor and u is the displace tensor. Also, the simulated result can exported to commercial general purpose stress solver to run more advanced non-linear stress analysis such as buckling analysis.Numerical MethodNumerical Discretization Method: In this paper, a numerical solver based on Finite Volume Method (FVM) is developed to solve the governing equations. The solver has been successfully applied in injection molding filling simulation [8]. Numerical experiments confirm the reliability and efficiency of the solver.Integrated Analysis Procedure:The proposed computation framework is schematically shown in Fig.1. The analysis procedure first reads the input data (including mesh data, material data, and process condition data), performs 3D filling analysis (based on specified uniform mold temperature or mold temperature distribution obtained from previous mold temperature iteration). 3D Cooling analysis is then conducted to obtain part temperature distribution at the end of cooling stage. Cycle-average mold temperature obtained from the cooling analysis fed back to filling modules for improving calculation or serves as an input boundary condition for warpage analysis. The iteration of mold temperature is continued until the mold temperature variation between iterations is small. This integrated analysis ensures a coupling between mold filling and mold cooling results and is of practical value to improve the accuracy of analysis.File inputCool AnalysisFlow/Pack AnalysisTemperature converge?Cool Analysis(Fig 1)ConclusionsIn this paper, an integrated true 3D numerical model for the prediction of Warp AnalysisCheck resultsinjection molding process has been developed. The geometry flexibility and the solution efficiency of the proposed approach have made it a highly reliable CAE tool to aid the designer/engineer to analyze and further optimize the molding process.Reference[1]. E.C.Bernhardt (Ed.), Computer Aided Engineering for Injection Molding, Hanser (1983)[2]. T.Manzione (Ed.), Applications of Computer Aided Engineering in Injection Molding, Hanser (1987)[3]. C.L.Tucker III (Ed.), Fundamentals of Computer Modeling for Polymer Processing, Hanser (1989)[4]. V.W.Wang, C.A.Hieber, and K.K.Wang, J. Polym. Eng., 7, 21, (1986)[5]. P.Kennedy, Flow Analysis Reference Manual, Moldflow Pty. Ltd.,Hanser (1993)[6]. W.B.Young, Polym. Composites, 15, 118 (1994)[7]. J.F.Hetu, D.M.Gao, A.Garcia-Rejon, and G.Salloum, Polym. Eng. Sci., 38, 223 (1998)[8]. R.Y.Chang and W.H.Yang, Int. J. Numer. Methods Fluids, 37, 125-148 (2001)XXXX 大學本科畢業(yè)設計(論文)題目： 常用小五金零件手柄套的三維參數化建模及模具設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級： 1230203 學 生： XXXX 學 號： 123020322 指導教師： XXXX 2011 年 05 月I常用小五金零件手柄套的三維參數化建模及模具設計摘 要手柄是一種機械配件，有了它能夠方便工人師傅對機器等進行操作，在實際應用中也十分廣泛。手柄通過安裝手柄套不但可使操作更方便、效率也更高而且美觀大方。但由于傳統(tǒng)的生產加工模具的設計存在很多不足，例如設計周期長、成本高、人工反復開展、效率低等缺點。這些缺點已經嚴重妨礙了模具工業(yè)的發(fā)展，而 PRO/ENGINEER 是一套由設計到生產的機械自動化軟件，新一代的產品造型系統(tǒng)，一個參數化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，一套使用 3D 實體模型的設計工具，其最基本的實體功能就是構建零件的 3D 實體模型，其他功能都以此為基礎。運用 PRO/ENGINEER 系統(tǒng)完成手柄套三維參數化建模和模具設計，不僅可以快速設計完成對應的凹、凸模零件設計，而且可以直觀、方便的看到產品設計的整個過程，從而縮短了設計周期，降低了生產成本，提高了設計人員的效率，且改善了產品的質量。關鍵詞：參數化；三維參數化建模；模具設計；IICommon Hardware Parts Handle Sets 3D Parametric Modeling And Mold DesignAbstractThe handle is a mechanical accessories, it can easily worker on the machine operation, such as in practical application are also very extensive. Handle by installing handle set is not only can make the operation more convenient, more productive and beautiful and easy. But the traditional production processing mould designing exist, such as design many deficiencies in the long life cycle, the high cost and low efficiency of artificial development, repeatedly shortcomings. These weaknesses have been serious hinders the development of die and mould industry, and PRO/ENGINEER is set by the design to production machinery automation software, a new generation of product modeling system, a feature-based parametric, solid modeling system, a set of using 3D entity model design tools, its most basic entity function is constructing the 3D entity model, parts of other functions are base on this. Using PRO/ENGINEER system to accomplish the handle set of 3D of parameterized modeling and mold design, not only can fast design completed the corresponding concave and convex mould parts design, not only can be intuitive and convenient to see the whole process of product design, so as to shorten the design cycle, lower production cost and improve the efficiency of design personnel, and improve the quality of the products. Key Words：Parametric； 3D Parameterized Modeling；Mold Design；III目 錄1 緒論 ..................................................................................................................................................11.1 選題背景及意義 ..................................................................................................21.2 塑料模具的種類和應用 ......................................................................................21.2.1 塑料模具的種類 ............................................................................................21.2.2 塑料模具的應用 ............................................................................................31.3 塑料注射模具的結構組成和作用 ......................................................................31.4 本次畢業(yè)設計的主要工作內容 ..........................................................................42 手柄套的三維建模 ..............................................................................................52.1 小五金件手柄套類型劃分 ..................................................................................52.2 手柄套的結構特征分析和建模 ..........................................................................52.2.1 手柄套的結構特征 ........................................................................................52.2.2 手柄套的建模步驟 ........................................................................................52.2.3 手柄套的三維建模結果 ...............................................................................83 A 型手柄套的模具設計 ......................................................................................93.1 A 型手柄套的工藝分析 .......................................................................................93.1.1A 型手柄套的結構和特點 .............................................................................93.1.2 分析 A 型手柄套使用材料的種類及工藝特征 .........................................103.2 注射機的選擇 ....................................................................................................133.2.1 注塑機簡介 ..................................................................................................133.2.2 初選注塑機 .................................................................................................133.3 計算塑體體積和質量 ........................................................................................133.3.1 A 型手柄套體積和質量的計算 ..................................................................133.3.2 初選定型腔數目 .........................................................................................143.3.3 計算澆注系統(tǒng)的體積和質量 ......................................................................143.4 模具結構設計 ....................................................................................................143.4.1 確定模具類型 ..............................................................................................143.4.3 設計澆注系統(tǒng) ..............................................................................................173.4.4 澆口的設計 ..................................................................................................193.5 確定主要零件結構尺寸和成型零部件的設計 ................................................203.5.1 分型面的設計 ..............................................................................................20IV3.5.2 側抽機構設計 ..............................................................................................213.5.3 斜導柱分型抽芯機構的設計 ......................................................................213.5.4 成型零件的結構設計 ..................................................................................233.6 模具的凹凸模設計 ............................................................................................233.6.1 凹模的種類 ..................................................................................................233.6.2 凹模尺寸的計算 ..........................................................................................243.6.3 凸模尺寸的計算 ..........................................................................................253.6.4 型芯型腔的結構分析及三維建模 ..............................................................263.7 導向機構的設計 ................................................................................................283.7.1 導柱的設計 ..................................................................................................293.7.2 導套的結構設計 ..........................................................................................303.7.3 推出機構的設計 ..........................................................................................303.8 冷卻系統(tǒng)的簡易設計 ........................................................................................323.9 排氣槽的設計 ....................................................................................................333.10 模具部分相關尺寸校核 ..................................................................................333.10.1 最大注射壓力的校核 ................................................................................333.10.2 最大注塑量的校核 ....................................................................................333.10.3 鎖模力校核 ................................................................................................343.10.4 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 ....................................................343.10.5 開模行程校核 ............................................................................................344 模具的裝配總圖與開模過程 .........................................................................354.1 模具的裝配總圖 ................................................................................................354.2 模具的開模過程 ................................................................................................355 結論 ........................................................................................................................37參考文獻 ...................................................................................................................38致 謝 ........................................................................................................................39畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 ....................................................................40畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 .........................................................................41V主要符號表R 半徑S 抽芯距Scp 收縮率μ 塑料對鋼的摩擦系數δz 制造公差K 安全系數T 注塑機的額定鎖緊力? 塑件公差值1 緒論11 緒論1.1 選題背景及意義手柄是一種機械配件，有了它能夠方便工人師傅對機器等進行操作，在實際應用中也十分廣泛。手柄通過安裝手柄套不但可使操作更方便、效率也更高而且美觀大方。但由于傳統(tǒng)的生產加工模具的設計存在很多不足，例如設計周期長、成本高、人工反復開展、效率低等缺點。這些缺點已經嚴重妨礙了模具工業(yè)的發(fā)展，而 PRO/ENGINEER 是一套由設計到生產的機械自動化軟件，新一代的產品造型系統(tǒng)，一個參數化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，一套使用 3D 實體模型的設計工具，其最基本的實體功能就是構建零件的 3D 實體模型，其他功能都以此為基礎。運用 PRO/ENGINEER 系統(tǒng)完成手柄套三維參數化建模和模具設計，不僅可以快速設計完成對應的凹、凸模零件設計，而且可以直觀、方便的看到產品設計的整個過程，從而縮短了設計周期，降低了生產成本，提高了設計人員的效率，且改善了產品的質量。Pro/E 是美國 PTC 公司旗下的產品 PRO/ENGINEER 軟件的簡稱。它是一款集 CAD/CAM/CAE 功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界 機械 CAD/CAE/CAM 領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件 之一。P TC 的 系 列 軟 件 包括 了 在 工 業(yè) 設 計 和 機 械 設 計 等 方 面 的 多 項 功 能 ， 還 包 括 對 大 型 裝 配 體 的 管 理 、功 能 仿 真 、 制 造 、 產 品 數 據 管 理 等 等 。 PRO/ENGINEER 還 提 供 了 全 面 、 集成 緊 密 的 產 品 開 發(fā) 環(huán) 境 。 是 一 套 由 設 計 至 生 產 的 機 械 自 動 化 軟 件 ， 是 新 一 代的 產 品 造 型 系 統(tǒng) ， 是 一 個 參 數 化 、 基 于 特 征 的 實 體 造 型 系 統(tǒng) ， 并 且 具 有 單一 數 據 庫 功 能 的 綜 合 性 MCAD 軟 件 。經 過 20 多 年 不 斷 的 創(chuàng) 新 和 完 善 ， PRO/ENGINEER 現(xiàn) 在 已 經 是 三 維 建模 軟 件 領 域 的 領 頭 羊 之 一 ， 它 具 有 如 下 特 點 和 優(yōu) 勢 ：a. 參 數 化 設 計 和 特 征 功 能 。PRO/ENGINEER 是 采 用 參 數 化 設 計 的 、 基 于 特 征 的 實 體 模 型 化 系 統(tǒng) ，工 程 設 計 人 員 采 用 具 有 智 能 特 性 的 基 于 特 征 的 功 能 去 生 成 模 型 。b. 單 一 數 據 庫 。PRO/ENGINEER 是 工 程 中 的 資 料 全 部 來 自 一 個 庫 ， 使 得 每 一 個 獨 立 用戶 在 為 一 件 產 品 造 型 而 工 作 ， 不 管 他 是 哪 一 個 部 門 的 。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）2c. 全 相 關 性 。PRO/ENGINEER 所 有 模 塊 都 是 全 相 關 的 ， 這 就 意 味 著 在 產 品 開 發(fā) 過 程中 某 一 處 進 行 的 修 改 ， 能 夠 擴 展 到 整 個 設 計 中 ， 同 時 自 動 更 新 所 有 的 工 程 文檔 。d. 基 于 特 征 的 參 數 化 造 型 。PRO/ENGINEER 使 用 用 戶 熟 悉 的 特 征 作 為 產 品 幾 何 模 型 的 構 造 要 素 。這 些 特 征 是 一 些 普 通 的 機 械 對 象 ， 并 且 可 以 按 預 先 設 置 很 容 易 的 進 行 修 改 。e. 數 據 管 理 。數 據 管 理 模 塊 的 開 發(fā) 研 制 ， 專 門 用 于 管 理 并 行 工 程 中 同 時 進 行 的 各 項 工作 。f. 裝 配 管 理 。PRO/ENGINEER 的 基 本 結 構 能 夠 使 您 利 用 一 些 直 觀 的 命 令 ， 例 如 嚙 合 、插 入 、 對 齊 等 很 容 易 的 把 零 件 裝 配 起 來 ， 同 時 保 持 設 計 意 圖 。 高 級 的 功 能 支持 大 型 復 雜 裝 配 體 的 構 造 和 管 理 ， 這 些 裝 配 體 中 零 件 的 數 量 不 受 限 制 。g. 易 于 使 用 。菜 單 以 直 觀 的 方 式 聯(lián) 級 出 現(xiàn) ， 提 供 了 邏 輯 選 項 和 預 先 選 取 的 最 普 通 選 項 ，同 時 還 提 供 了 簡 短 的 菜 單 描 述 和 完 整 的 在 線 幫 助 ， 這 種 形 式 使 得 容 易 學 習 和使 用 。1.2 塑料模具的種類和應用1.2.1 塑料模具的種類根據塑料成型加工方法可將塑料模具分為以下幾類。a. 壓制成型模具(簡稱壓膜)塑料裝于加熱的模具型腔或加料室里，模具閉合后加壓，型腔內的塑料在加熱、加熱的條件下，開始熔化并充滿模具型腔各處，同時由于化學和物理變化使塑料固化定型，獲得所需形狀和尺寸的塑料制品的成型方法稱壓制成型法，所用模具稱壓制成型模具，簡稱壓膜。壓膜多用于成型熱固性塑料，也有用來成型熱塑型塑料的。另外，還有不加熱的冷壓成型模具稱冷壓膜。b. 鑄壓模具(又稱劑膠模具)塑料裝如獨立于已閉合的模具外又與模具外又與模具相連的加料室內，在加熱和通過壓注加壓的情況下，開始塑化成半熔化狀態(tài)，并經模具澆注系統(tǒng)充滿型腔各處，達一定固化時間后塑料固化成型的方法稱為鑄壓成型，所用模具稱鑄壓?；驍D膠膜。鑄壓模具多用于成型熱固性塑料制品。c. 注射模具。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）3這種模具主要用于熱塑性塑料制品的成型，模具本身沒有加料室，塑料是加在注射機有規(guī)定溫度的加熱料筒內。塑料受熱轉變成可流動的熔體，經注射機的螺桿或活塞以一定的壓力與速度的推動，通過注射機噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)被注入已閉合的模具型腔各處，經一定時間冷卻、硬化定型得到所需形狀的塑料制品。這種成型方法稱為塑料注射成型，所用模具稱注射模具。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，注射成型已用于熱固性塑料成型，但所用模具有其特點。d. 擠出成型模具 (又稱擠出機頭)擠出成型模具是用在擠出機上的模具。擠出機內的塑料原料在一定溫度和壓力條件下熔塑化，并在擠出機螺桿的推動下連續(xù)通過具有特定斷面形狀的口模，并經冷卻定型設備冷卻硬化定型得到所需斷面形狀的連續(xù)型材的成型方法稱擠出成型法，用于擠出成型的模具稱擠出成型模具。擠出法幾乎能加工所有的熱塑性塑料和部分熱固性塑料。 e. 中空制品吹塑成型模具中空制品吹塑成型是由擠出機擠出的熔融狀態(tài)的塑料型坯置于模具內，然后閉合模具，塑料型坯借壓縮空氣吹脹而貼與模腔壁，冷卻后得到一定形狀中空制品的一種加工方法，所用模具稱吹塑模具。f. 真空成型模具用輻射加熱器加熱固定在模具上的熱塑性塑料板、片至軟化溫度，而后用真空泵把板材和模具之間的真空抽掉，借大氣的壓力使板材緊貼在模具上成型，冷卻后塑性收縮，借助壓縮空氣使塑件從模具中脫出的成型方法稱為真空成型法，所用模具稱真空成型模具。1.2.2 塑料模具的應用近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料模具的應用范圍也在不斷擴大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，塑料模具所占的比例正迅猛增加。一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬件。工業(yè)產品和日用產品塑料化的趨勢不斷上升。1.3 塑料注射模具的結構組成和作用凡是注射模，均可分為動模和定模兩大部件。注射充模時動模和定模閉合，構成型腔和澆注系統(tǒng)；開模時定模和動模分離，取出制件。定模安裝在注射機的固定板上，動模則安裝在注射機的移動模板上。根據模具上各個零件的不同功能，可由以下幾個系統(tǒng)或機構組成。a. 成型零件西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）4指構成型腔，直接與熔體相接觸并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯、成型桿、凹模、成型環(huán)、鑲件等零件。在動模和動模閉合后，成型零件確定了塑件的內部和外部輪廓尺寸。b. 澆注系統(tǒng)將塑料熔體由注射機噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。c. 導向與定位機構為確保動模與定模閉合時，能準確導向和定位對中，通常分別在動模和定模上設置導柱和導套。深腔注射模還須在主分型面上設置錐面定位，有時為保證脫模機構的準確運動和復位，也設置導向零件。d. 脫模機構脫模機構是在模具開模過程的后期，將塑件從模具中脫出的機構。e. 側向分型抽芯機構帶有側凹或側孔的塑件，在被脫出模具之間，必須先進行側向分型或拔出側向凸?；虺槌鰝刃托尽 . 溫度調節(jié)系統(tǒng)為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具設有冷卻或加熱額的溫度調節(jié)系統(tǒng)。模具冷卻，一般在模板內開設冷卻水道，加熱則在模具內或周邊安裝點加熱元件，有的注射模須配備模溫自動調節(jié)裝置。g. 排氣系統(tǒng)為了在注射充模過程中將型腔內原有氣體排出，常在分型面處開設排氣槽。小型腔的排氣量不大，可直接利用分型面排氣，也可利用模具的頂桿或型芯與配合孔之間間隙排氣。大型注射模須預先設置專用排氣槽。1.4 本次畢業(yè)設計的主要工作內容a. 任務一以新版機械設計手冊為依據進行小五金零件手柄套的類型劃分及特征結構分析。b. 任務二基于 PRO/ENGINEER 系統(tǒng)完成各類手柄套的參數化建模實現(xiàn)模型的參數化驅動。c. 任務三運用 PRO/ENGINEER 完成 A 型手柄套凸、凹模模具零件的設計,并運用AUTOCAD 設計完成 A 型手柄套模具的裝配圖。2 手柄套的三維建模52 手柄套的三維建模2.1 小五金件手柄套類型劃分根據機械設計手冊可以將手柄套分為四類，他們分別是橢圓手柄套、手柄球、手柄套、長手柄套。它們的外形如表 2.1 所示。表 2.1 手柄套的類型名稱 手柄套 橢圓手柄套 手柄球 長手柄套外形2.2 手柄套的結構特征分析和建模2.2.1 手柄套的結構特征從實物圖可以看出，手柄套是一個回轉體，若從軸線剖開，是個梯形結構，從建模的角度考慮，應選用旋轉，可以得到一個回轉體。再從截面出發(fā)，可以通過不規(guī)則的梯形對手柄套進行建模。2.2.2 手柄套的建模步驟a. 新建進入 PRO/ENGINEER 軟件，點擊新建選擇零件，給零件起一個名字，在使用缺省模板上去掉對號，點擊確定選擇 mmns_part_solid,這樣就選擇了以毫米為計量單位作圖。b. 旋轉點擊旋轉 ，點擊位置，選擇兩個基準面，繪制如草繪圖 2.1西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）6圖 2.1 草繪圖然后點擊 ，生成如三維圖 2.2圖 2.2 三維圖c. 拉伸點擊拉伸 ，點擊位置選擇兩個基準面，繪制如三維圖 2.3圖 2.3 三維圖西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）7選擇切除深度，點擊 。d. 旋轉掃描點擊插入，選擇旋轉掃描，選擇伸出項，選擇常數、穿過軸、右手定則，點擊完成，選擇一個平面，選擇正向，選擇缺省，繪制如三維圖 2.4 所示的直線圖 2.4 三維圖輸入螺距，點擊 ，繪制螺紋的牙型，點擊 ，生成了如圖 2.5 所示的螺紋圖 2.5 三維圖e. 完成手柄套如圖 2.6 所示西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）8圖 2.6 三維圖2.2.3 手柄套的三維建模結果三維建模的手柄套的結果表 2.2表 2.2 手柄套三維建模名稱 A 型 B 型長手柄套JB/T7271.5-94(GB4141.14-84 JB1342-73)橢圓手柄套JB/T7271.4-94(GB4141.13-84 Z16-4)手柄套JB/T7271.3-94(GB4141.12-84 JB1341-73)手柄球JB/T7271.1-94(GB4141.11-84 JB1340-73)3 A 型手柄套的模具設計93 A 型手柄套的模具設計3.1 A 型手柄套的工藝分析3.1.1 A 型手柄套的結構和特點A 型手柄套的三維圖和平面圖如圖 3.1 和 3.2 所示：圖 3.1 手柄套三維圖圖 3.2 手柄套平面圖從手柄套的整體形狀來看，大體是一個圓柱狀的，且一頭大一頭小，小頭這邊中間有一個螺紋孔，對于注塑模具來說，這個螺紋孔是一個難點，要充分考慮螺紋孔的抽芯，考慮到此零件是內螺紋，內螺紋有三種脫螺紋方式，分別是強脫、旋脫和散公芯法，對于此零件由于螺紋長度較長，所以選擇旋脫比較3 A 型手柄套的模具設計10方便。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）11再一個是為了達到國際標準的要求，要充分的考慮控制模具溫度來調節(jié)收縮率。還要合理的考慮零件的分型面，使設計的模具能夠合理的分型，保證零件的規(guī)格符合要求。3.1.2 分析 A 型手柄套使用材料的種類及工藝特征注塑模生產具有生產成本低、生產率高等特點。所以首先是選材。由于塑料具有比重中小、化學穩(wěn)定性好、電絕緣性能高、強度大等優(yōu)異性能，所以應用范圍很廣。表 3.1 選擇了兩種塑料進行比較，從中看出其優(yōu)缺點，選擇出適合注塑的材料。表 3.1 聚甲醛的原材料分析塑料品種結構特點使用溫度化學穩(wěn)定性性能特點成型特點聚甲醛（POM ）聚甲醛表面硬而滑，呈淡黃色，薄壁部分呈半透明狀熱分解溫度220~240成型溫度195~220聚甲醛常溫下一般不溶于有機溶劑，能耐醛、酯、醚、烴及弱酸、弱堿，但不耐強酸。耐汽油及潤滑油性能也很好。有較高的電氣絕緣性能聚甲醛有較高的機械強度及抗壓、抗壓性能和突出的耐疲勞強度，特別適合于作長時間反復承受外力的齒輪材料。甲醛尺寸穩(wěn)定、吸水性小，具有優(yōu)良的減摩、耐磨性能。聚甲醛能耐扭變，有突出的回彈能力，可用于制造塑料彈簧制品。聚甲醛成型收縮率大，熔點明顯（153~160℃） 。聚甲醛溶體粘度低，粘度隨溫度變化不大。在熔點附近聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，所以，注射速度要快，注射壓力不宜過高。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）12表 3.2 ABS 的原材料分析塑料品種結構特點使用溫度化學穩(wěn)定性性能特點成型特點ABS（ A代 表 丙 烯腈 ， B 代表 丁 二 烯 ，S 代 表 苯乙 烯 ） 英文 名 稱Acrylonitrile Butadiene StyreneABS 外觀 為 不透 明 呈象 牙 色粒 料 ，其 制 品可 著 成五 顏 六色 ， 并具 有 高光 澤 度 。ABS 同其 他 材料 的 結合 性 好 ，易 于 表面 印 刷 、涂 層 和鍍 層 處理 。分解溫度為>270度、融化溫度 210-280℃、成型溫度200-240℃、模具溫度：25-70℃、注射壓力：500-1000bar。ABS 不 受 水 、無 機 鹽 、 堿 及多 種 酸 的 影 響 ，但 可 溶 于 酮 類 、醛 類 及 氯 代 烴中 ， 受 冰 乙 酸 、植 物 油 等 侵 蝕會 產 生 應 力 開裂 。ABS 不 受 水 、無 機 鹽 、 堿 及多 種 酸 的 影 響 ，但 可 溶 于 酮 類 、醛 類 及 氯 代 烴中 ， 受 冰 乙 酸 、植 物 油 等 侵 蝕會 產 生 應 力 開裂 。無定形料,流動性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥 80-90 度,3 小時，宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度).對精度較高的塑件,模溫宜取 50-60 度,對高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60-80 度。從以上兩種材料的比較選擇 ABS。因為它是結合了幾種化學成分的聚合物。且具有耐油、耐熱和耐化學腐蝕等化學特性，還具有較好的柔性、韌性和良好的剛性和加工流動性等物理性能。同時具有稀釋性強，但原材料要干燥，它的塑件尺寸穩(wěn)定性好，塑件盡可能偏大的脫模斜度。ABS 塑料主要的性能指標如表 3.3 所示，ABS 的注塑成型工藝參數如表3.4 所示。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）13表 3.3 ABS 的性能指標名 稱 單 位 參 數密 度 （Kg.dm -3） 1.13—1.14收 縮 率 % 0.3~0.8熔 點 ℃ 130~160熱變形溫度 45N/cm 65~98彎 曲 強 度 Mpa 80拉 伸 強 度 MPa 35~49拉伸彈性模量 GPa 1.8彎曲彈性模量 GPa 1.4壓 縮 強 度 MPa 18~39缺口沖擊強度 Kj/m2 11~20硬 度 HR R62~86體積電阻系數 Ωcm 1013擊 穿 電 壓 Kv.mm-1 15介 電 常 數 Hz 60表 3.4 ABS 注射成型工藝參數名稱 參數注射機類型：噴嘴形式：料筒一區(qū)料筒二區(qū)料筒三區(qū)噴嘴溫度模具溫度注 射 壓保 壓注塑時間保壓時間冷卻時間周 期螺桿式通用式150—170180—190200—210180—19050—7060—100Mpa40—602—55—105—1515—30西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）14后 處 理溫 度時 間紅外線烘箱（70）（0.3—1）3.2 注射機的選擇3.2.1 注塑機簡介注塑模是安裝在注塑機上使用的，在生產塑件時模具與機床是一個不可分割的整體。因此在設計模具時，除了應當了解注射成型的工藝過程外，還應對所選用的注射機的有關技術規(guī)范和性能參數有全面的了解。只有這樣，才能使設計出的模具便于在機床上安裝和使用。且在設計模具前還應對有關的參數進行校核。注塑機有以下幾個部分組成。注射裝置、合模裝置、液壓傳動和電器控制。所以注塑機的選擇關系模具的很多重要參數。3.2.2 初選注塑機根據 ABS 的注射成型工藝參數，查書可選定注塑機型號為 SZ-10/16注塑機的參數如表 3.5 所示：表 3.5 注塑機參數名稱 參數注塑機最大注塑量 10cm2結 構 形 式 立式注 塑 壓 力 150/Mpa螺 桿 直 徑 15mm鎖 模 力 160KN注 機 拉 行 間 距 180mm頂 出 行 程 5mm最 小 模 厚 60mm最 大 模 厚 150mm模 板 行 程 130mm注塑機定位孔直徑 10mm噴 嘴 球 半 徑 SR103.3 計算塑體體積和質量3.3.1 A 型手柄套體積和質量的計算西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）15由 3.1.2 中的 ABS 的性能指標知其密度為 1.13~1.14g/cm3，收縮率為0.4%~0.7%，計算其平均密度為 ρ=1.135g/cm3,平均收縮率為 0.55%。使用 PRO/ENGINEER 軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所化圖形的體積，所注塑的模具手柄套的體積是 V 塑 =1.725cm3。M 塑 =ρ×v （3.1）解得:M 塑 =1.958g 。根據《機械設計手冊》 ，手柄套的質量約是 2g，滿足要求。3.3.2 初選定型腔數目型腔數目的確定受諸多因素的約束，合理的型腔數量是保證塑件質量、降低生產成本、充分發(fā)揮設備身纏潛力的前提條件。凝料一般為塑件的 1.6 倍，則估算 V 凝 =1.6×V 塑 =1.6×1.725=2.760cm3。根據 《塑料模具設計》有下式（2） 。（3.2）V 機 —注射機允許的最大注射量，cm 3 或 g。V 凝 —澆注系統(tǒng)凝料量，cm 3 或 g。V 塑 —單個塑件的容積或質量，cm 3 或 g。解得： 為了對稱，初選定一模兩腔。3.3.3 計算澆注系統(tǒng)的體積和質量由于選擇的模具是一模兩腔，所以 n=2。則由《塑料模具設計》書中公式M 總 =n×M 塑 +M 澆 （3.3）V 總 =n×V 塑 +V 澆 ， （3.4）M 總 是塑件成型時所需要的注射量(g)。解得：V 總 =2×1.725cm3+2.760cm3=6.210cm3M 總 =6.210cm3×1.135g/cm3=7.048g3.4 模具結構設計??1n-.80?塑 凝機V325.7160-80-.80n1 ????）（）（ 塑 凝機V西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）163.4.1 確定模具類型從模具的類型可以把模具分成兩種板式，分別是兩板模和三板模，它們各自有優(yōu)缺點，兩板模的優(yōu)缺點如表 3.6 所示，三板式優(yōu)缺點如表 3.7 所示。表 3.6 兩板模的優(yōu)缺點兩模板優(yōu)點 兩模板缺點較少的廢料，無需回收較不明顯的澆口痕跡可以不要切除澆口縮短成型周期可較大程度上控制模穴充填和膠體流動較高的成本難于改變材料的顏色易于出故障，特別是加熱控制系統(tǒng)對熱敏性材料不合適表 3.7 三板式的優(yōu)缺點三模板優(yōu)點 三模板缺點比熱流道易于制造不一出故障對熱敏性材料不會有劣化作用因頂出系統(tǒng)的原因，循環(huán)周期較長材料浪費較大需要較大的注射壓力根據以上的對比，選擇三模板更有優(yōu)勢，因為三板式對于 A 型手柄套能更好的實現(xiàn)自動脫模。3.4.2 模架的選擇模架是模具的骨架，用模架將模具的各部分連接在一起的。它是注塑模的基礎部分，每一套模具均有一副模架。為了縮短設計時間，提高設計效率和模具質量，需要將模架進行標準化，這些模架事先將其編排成系列，在設計之前將這些標準模架及標準模具零件均應存放在模具數據庫中，供模具設計人員調用。首先要確定出標準模架的形式，規(guī)格及標準代號。模架尺寸確定之后，對模具有關零件要進行必要的強度或剛度計算，以校核所選模架是否適當，尤其對大型模具，這一點尤為重要。模具專用標準件如定位圈、澆口套、推桿、推管、導柱、導套、模具專用彈簧、冷卻及加熱元件，順序分型機構及精密定位用標準組件等。模架上要有統(tǒng)一的基準，所有零件的基準應從這個基準推出，并在模具上打出相應的基準標記。一般定模座板與定模固定板要用銷釘定位；動、定模固定板之間通過導向零件定位；脫出固定板通過導向零件與動模或定模固定板定位；模具通過澆西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）17注套定位圈與注射機的中心定位孔定位；動模墊板與動模固定板不需要銷釘精確定位；墊塊不需要與動模固定板用小釘精確定位；頂出墊板不需與頂出固定板用銷釘精確定位。模具上所有的螺釘盡量采用內六角螺釘；模具外表面盡量不要有突出部分；模具外表面應光潔，架涂防銹油。由前面的型腔的布局以及相互的位置尺寸，采用三板式，如圖 3.3 所示為三板式模架。1—動模座 2—螺釘 3—墊塊 4—螺釘 5—導柱 6—導套 7—定模座 8—定模墊板 9—定模板 10—頂桿 11—動模板 12—內六角螺釘 13—墊板 14—推桿固定板 15—推板圖 3.3 三板式模架a. 動模座用于固定型芯（凸模） 、導套。為了保證凸模或其它零件固定穩(wěn)定，固定板應有一定的厚度，并有足夠的強度，一般用 45 鋼或 Q235A 制成，最好調質230~270HB。b. 螺釘用于固定墊塊和動模座，通常選用標準件。c. 墊塊用于支撐模架，為頂出機構留一定的空間，從而使頂出機構能夠達到要求的目的。d. 螺釘用于固定推半固定板和推板，通常選用標準件。e. 導柱用于動模的合模運動導向作用，以保證模具正確、順利合模，避免損壞模具。f. 導套使導柱在導套上靈活的運動。西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）18g. 定模座板主流道襯套固定孔與其為 H7/m6 過渡配合；通過 2 個 Φ10 的內六角螺釘與定模墊板連接；定模固定板通常就是模具與注射機連接處得定模板。h. 定模墊板墊板是蓋在固定板上面或墊在固定下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯導柱或頂桿等脫出固定板，并承受型腔、型芯或頂桿等的壓力，因此它要具有較高的平行度和硬度。一般采用 45 鋼，經熱處理 235HB 或 50 鋼、40Cr、40MnB 等調質 235HB，或結構鋼 Q235~Q275。還起到了支承板的作用，其要承受成型壓力導致的模板彎曲應力。i. 定模板上面的型腔為分離式；有四個型芯固定孔；其導柱固定孔與導柱為 H7/m6 過渡配合。導套孔與導套為 H7/k6 配合；j. 頂桿用于使塑件從模具上脫落。k. 動模板其上的推板導柱孔與導柱采用 H7/k6 配合；l. 內六角螺釘用于固定動模板和墊板，通常選用標準件。m. 動模墊板（又稱支承板）同定模墊板。n. 推桿固定板固定推板。o. 推板推板和頂桿一起組成頂出機構，使塑件脫落。3.4.3 設計澆注系統(tǒng)a. 主流道的設計主流道的形狀和尺