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壓力機轉(zhuǎn)子葉片非線性預變形方法 摘要：冷壓氣機葉片在運行過程中，在氣動和離心載荷作用下發(fā)生彈性變形，轉(zhuǎn)換為熱刀片配置。葉片變形對壓縮機?？紤]到壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的非線性預變形問題，提出了一種非線性預變形方法葉片剛度和載荷隨葉片形狀變化的非線性特征。在葉型設計階段，該方法可用于補償葉片在工作過程中的氣動彈性變形。副作用采用預變形方法可以避免葉片變形對壓氣機性能和結(jié)構(gòu)的影響。由于非線性法對初值比較敏感，采用荷載增加法計算初始值葉片變形穩(wěn)定加速預變形方法。所發(fā)展的方法被用來預測37級轉(zhuǎn)子葉片的制造配置。氣動與結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律分析了非設計工況下預變形葉片的參數(shù)。結(jié)果表明方法確保在設計條件下，在操作和預期設計葉片剖面。預變形葉片的退扭角設計為00要點。同時，葉尖間隙僅下降百分之0.2。當工作速度超過百分之80設計速度時，預變形葉片的性能與設計葉片一致。但是，質(zhì)量流量和低速時預變形葉片的總壓力比較低。 關(guān)鍵詞：壓氣機葉片；預變形；葉片重構(gòu)；流固耦合；葉片變形 1簡介 現(xiàn)代壓縮機的葉片又平又薄，它表現(xiàn)出復雜的外部物理性質(zhì)甚至可以使用復合材料和空心結(jié)構(gòu)。但所有這些改進降低葉片的剛度。在運行條件下，跨聲速壓氣機葉片高負荷工作會因為強大的空氣動力和離心載荷。刀片從制造配置（冷葉片形狀）工作轉(zhuǎn)速和壓力比下的配置（熱葉片形狀）。研究表明由于葉尖間隙和流動角受葉片形狀的微小變化，導致壓縮機中工作和設計條件，從而影響整體燃氣輪機的性能和潛在的嚴重問題，如空氣動力下降穩(wěn)定性確保工作狀態(tài)下的葉片形狀與最佳設計的空氣動力學相同或相似配置，使用預變形方法可以通過從所需葉片減去葉片變形熱運行狀態(tài)下的形狀，即“預變形”刀鋒。然而，葉片的變形由于應力的變化，不同的條件是不同的條件，所以熱葉片形狀在每一個非設計情況不一樣。研究非設計工況下的壓縮機問題，如氣動性能和強迫響應冷葉片形狀和構(gòu)造相應的基于非設計條件下載荷特性的熱葉片形狀。這個過程叫做重建刀刃的形狀。預變形是設計中設計配置的實現(xiàn)條件，因為它保證了理想的空氣動力性能對于壓縮機。葉片形狀的重建是試驗分析的重要前提條件氣動性能或強度和振動高負荷壓縮機在非設計工況下的特性。葉片結(jié)構(gòu)的研究有許多工程研究人員認為離心力對扭轉(zhuǎn)變形的影響葉片與計算結(jié)果吻合較好旋轉(zhuǎn)葉片的測量值。然而不考慮氣動力的影響，以及葉片與葉片的流固耦合效應忽略氣流。表示葉片變形的氣動力不能忽略，因為氣動力的所有組成部分對葉片的扭轉(zhuǎn)變形有一定的影響，盡管氣動力大小是小于離心力的大小。Mahajan等人提出了冷態(tài)和葉片熱配置，并應用該方法研究E3風機葉片變形的通用研究。他們的研究表明溫度負荷與之相比，對葉片變形的影響較弱空氣動力和離心力。Timonetal發(fā)現(xiàn)當轉(zhuǎn)速高于一定的臨界值，線性方法會高估計算是的變形及誤差較大刀刃的變形。Wang等人研究了靜態(tài)彈性變形對氣動特性的影響美國宇航局67號旋翼的性能結(jié)果顯示葉片的主要變形是彎曲變形在氣動力和離心力作用下造成。在近失速條件下，總壓熱刃比冷刃高百分之1.8。Mao等人研究了風扇葉片的氣動彈性，這表明忽略氣動彈性會高估葉片的結(jié)構(gòu)安全。鄭等給出了一個設計葉片解捻方法。材料的影響，氣動條件和變形時的轉(zhuǎn)速對葉片和退捻設計參數(shù)進行了研究，但這種方法需要確定阻尼比，增加了計算量?，F(xiàn)有葉片的預變形設計研究通?；诰€性方法。然而，固體力學中幾乎所有的現(xiàn)象都是非線性的。結(jié)構(gòu)的剛度矩陣和應力載荷為與其幾何結(jié)構(gòu)非線性相關(guān)。在特別是跨音速壓氣機具有很強的非線性依賴性關(guān)系。因此，高精度的解決方案應該是用非線性方法得到?，F(xiàn)有文獻僅介紹預變形分別采用葉片重建方法。然而，氣動參數(shù)和非設計工況下結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化預變形葉片仍然缺乏。在這項研究中提出了一種非線性預變形設計方法壓氣機轉(zhuǎn)子葉片，其中葉片上的氣動力和離心力考慮變形。此方法應用于37級轉(zhuǎn)子葉片的預變形設計在此基礎上，在考慮了葉片的變形過程預變形葉片的重建是在偏離設計條件。不同葉片氣動性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律在非線性設計條件下對結(jié)構(gòu)進行了分析。 2葉片預變形設計方法 2.1預變形工藝 預變形的目的是補償工作葉片變形量設計階段的條件，因此壓縮機葉片在規(guī)定工作狀態(tài)下條件得到保證。圖1示出了壓氣機葉片的預變形設計。 圖1葉片預變形迭代過程 一般的想法是預先建立一個假設的冷熱葉片形狀，計算假設的熱葉片形狀，其中從假設的冷葉片形狀變形，比較設計葉片形狀與假設熱葉片形狀，并確定偏差是否能滿足精度要求。如果偏離滿足預變形完成。否則重復迭代過程直到收斂。特定的步驟如下： 1） 結(jié)構(gòu)分析軟件與流體分析利用軟件對設計葉片形狀進行了分析Xdesign，這是已知的·，并獲得離心載荷以及設計工況下的氣動載荷。負載條件平均分配，負荷水平增量為m (m=10)。生成的負載調(diào)用了等效的節(jié)點負載條件增量法。 2） 設計葉片形狀Xdesign被加載增量法，初始節(jié)點位移U0是經(jīng)過計算的。 3） 節(jié)點位移Ui-1設置為預變形補償量（Ui-1=U0第一次迭代）和新的冷葉片形狀設計成本Xi-1cold=Xdesign-Ui-1是經(jīng)過計算的。 4） 采用牛頓-拉菲遜迭代法，在冷葉片上進行葉片重建Xi-1cold在設計條件下，節(jié)點位移Ui為獲得，并且相關(guān)的假設熱葉片形狀為Xhoti=Xi-1cold+Ui。 5） 根據(jù)預先確定的收斂性系數(shù)ε（本研究所ε=10-3），使用無窮范數(shù)判斷會聚是否滿足。收斂準則為(Ui-Ui-1)/(Ui-1)< ε。如果滿足收斂條件，輸出節(jié)點冷刃坐標Xi-1cold或設置Ui-1=Ui并重復步驟3，4和5直到收斂。 2.2荷載增量法 在預變形設計開始時假設冷葉片形狀要求作為初始條件。良好的初始條件可以提高預變形設計的收斂速度。在這個研究中，采用載荷增量法求解壓縮機設計葉片的初始變形。該方法基于分段的基本概念線性曲線。加載過程圖增量法如圖2所示。為了應付荷載F與位移U，荷載按一定規(guī)律分為幾個微增量△Fi。然后是刀刃一步一步加載，每一級加載增量可以近似為一個線性過程。沒有嚴格限制荷載增量的大小可以是否相等，只要所有增量之和水平等于滿載，即F=i=1m△F（作為負荷分區(qū)的級別）。最后的錯誤荷載增量法是各級計算錯誤。小增量劃分有助于提高計算精度和收斂，但是過多的細分會導致增加計算時間。 圖2荷載增加法 增量法的具體迭代步驟是具體如下：它是從設計葉片形狀開始的。負載應用了從第一級到最后一級的增量對壓氣機葉片進行逐步加載，通過求解力平衡得到位移增量方程式?U=KUi-1-1△Fi根據(jù)電流位移結(jié)果，葉片的剛度矩陣為重新生成，下一級負荷增量△Fi+1為用于解決問題。重復加載，直到最后一級荷載增量和總變形計算了葉片的U。 2.3葉片重建方法 葉片重建成功的關(guān)鍵是確定冷葉片形狀的變形量在運行狀態(tài)下，以確認實際結(jié)構(gòu)和空氣動力性能壓縮機葉片的壓力負荷葉片的非線性依賴關(guān)系配置。因此，葉片重建的目的是非保守力迭代法是介紹如下。旋轉(zhuǎn)葉片在氣動力Fa與離心力的聯(lián)合作用。這兩種力是節(jié)點的函數(shù)葉片應力分析的位移U在最終平衡狀態(tài)下，壓縮機的合力空氣動力和離心力的Fa+c相等對葉片的彈性恢復力Fe，即Fa+c(U)=Fe(U)。在非保守分析中物理問題，不僅要解決葉片的氣動力和離心力。這個非保守迭代原理圖方法如圖3所示。這個過程的開始Fa+c（U0）和K（U0）可以未變形的刀片配置。然后計算U1葉片變形后，新的合力Fa+c（U1）計算以確定系統(tǒng)的不平衡力△F1=Fa+c（U1）-Fa+c（U0）。變量位移△U2根據(jù)變形后得到的剛度矩陣K（U1）。由推理的奇偶性，位移的變量通過不平衡力△Fi=Fa+c（Ui）計算出△Ui-△Fa+c（Ui-1）和剛度矩陣K（i）及實解通過連續(xù)迭代逼近，直到不平衡力△Fi為零。如上所述，在非保守力問題的求解每次計算都會更新剛度矩陣按節(jié)點數(shù)量變化步長最后一步的位移。因此，非線性荷載和剛度矩陣隨可同時考慮變化配置用非保守迭代法。 圖3非保守力迭代法（其中Fa+c=Fa+c（U）是空氣動力和離心載荷，F(xiàn)e=Fe（U）是葉片彈性回復力） 本文采用的葉片重建方法如圖4所示，求解過程如下： 1） 它是從冷刃X型開始的，有限的進行了單元分析和流場分析使用冷葉片形狀，離心力和得到了氣動載荷F（Ui）。不平衡系統(tǒng)力△Fi是F（Ui）和上一次迭代F（Ui-1）時獲得的載荷條件。為了第一次計算，Xcold的應力載荷被設定為系統(tǒng)的不平衡力。 2） 系統(tǒng)不平衡力△Fi相加在葉片形狀上計算增量結(jié)構(gòu)分析位移△Ui+1。 3） 假設熱葉片形狀的節(jié)點坐標Xi+1hot=Xcold+Ui+1是經(jīng)過計算的。對于第一次計算U1=△U1已經(jīng)準備好了。 圖4葉片重建迭代過程 4） 根據(jù)預先確定的收斂性系數(shù)ε（=10-3），使用無窮范數(shù)來判斷收斂性，收斂準則是(Ui-Ui-1)/(Ui-1)< ε如果滿足收斂條件，則輸出熱葉片的節(jié)點坐標Xhoti+1否則設置假設熱葉片形狀Xhoti+1按照當前葉片形狀，重新上述步驟。 3計算模型和數(shù)值方法 在本研究中，預變形設計與葉片某電廠37級轉(zhuǎn)子葉片的改造計算進行了跨聲速壓氣機試驗。37級的設計轉(zhuǎn)速為17188.7RPM轉(zhuǎn)子葉片的葉尖間隙為0.356mm，總計壓力比為2.050，絕熱效率為0.842，葉片材料為馬氏體時效200，其彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，且密度為8000kg/m3具體設計參數(shù)試驗數(shù)據(jù)見參考文獻【17-18】。葉片型線參考文獻【17】給出的數(shù)據(jù)被設定為設計葉片形狀，在選定的設計速度下設定了峰值效率點作為設計條件。根據(jù)設計應力狀態(tài)，對37級轉(zhuǎn)子葉片進行預變形要點。在獲得冷葉片形狀后在非設計工況下進行了改造計算。必須注意的是，定子葉片足夠堅硬以抵抗變形。轉(zhuǎn)子葉片是僅關(guān)注葉片形狀轉(zhuǎn)換時，未進行預變形和重建計算在定子葉片上進行。圖5所示為舞臺。動葉片的靜態(tài)變形為利用ANSYS進行計算。使用六面體網(wǎng)格在動葉片的有限元模型中實體網(wǎng)格總數(shù)為11808。固定分支葉根采用邊界。O4H拓撲在流體網(wǎng)格中采用了結(jié)構(gòu)，并且網(wǎng)格是1339852。CFX用于定常數(shù)值計算流場模擬及k-ε湍流模型被選中?；旌掀矫娣ㄓ糜谔幚韯屿o域的連接。的入口總壓力和入口總溫度設置了邊界條件，得到了通過改變出口背壓來調(diào)節(jié)不同的工況。固體的轉(zhuǎn)移通過以下方法實現(xiàn)了對流場網(wǎng)格的變形動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)。為了保證質(zhì)量在流場網(wǎng)格中，動葉片靠近機殼的區(qū)域網(wǎng)格被設置為旋轉(zhuǎn)面。 （a） 轉(zhuǎn)子葉片的實心網(wǎng)格 （b） 帶轉(zhuǎn)子葉片（左）和定子葉片的流體網(wǎng)格（右）圖5計算網(wǎng)格 4結(jié)果分析 以驗證提議的重建算法，葉片形狀有參考文獻給出?！?7】被設定為設計葉片形狀。重建葉片形狀在每次設計工作中進行條件點，重建的熱葉片形狀為用于計算流場。比較設計葉片形狀及其熱葉片形狀如圖所示。6，“熱”代表熱葉片形狀，“設計”表示刀刃形狀的幾何結(jié)構(gòu)設計葉片在所有工作條件下都不會改變。如圖6所示，熱變形葉片在空氣動力和離心力作用下，變形從后緣向前緣逐漸增加。 圖6葉尖葉片與熱葉片的比較 壓力比的設計葉片形狀和熱表面形狀是我們的，如圖7所示。如圖所示，熱特性曲線由重建計算沿與設計特性相關(guān)的大質(zhì)量流量曲線，總壓比增大。差別總壓特性隨轉(zhuǎn)速百分之70設計速度下的熱·阻流器流量16.12kg/s比設計阻風門流量高百分之0.62。在百分之90的設計速度下熱阻風門流量19.59kg/s比設計阻風門流量高百分之1.14。在設計速度下，熱阻風門流量20.74kg/s比設計阻風門流量高百分之1017.一般來說，葉片重建算法其中葉片的變化被認為是預測（Hot）和測試之間有更好的一致性結(jié)果驗證了重建方法的可靠性和有效性。 圖7總壓CFD結(jié)果對比冷熱比設計試驗 所提出的方法可用于獲得所需的達到所需熱度的冷葉片幾何形狀。圖8示出了其應用于37級相同的轉(zhuǎn)子，其中總壓比“設計”曲線表示性能“熱”曲線表示性能低于實際值如果葉片設計為冷態(tài)，則為熱態(tài)熱狀態(tài)引起的變形經(jīng)過考慮，“預變形熱”給出了考慮變形時的結(jié)果在葉片設計階段的階段設計條件下。這個葉片的解捻變形增加了高溫下的壓氣機及氣動載荷條件。設計了補償預變形的葉片，以獲得熱葉片形狀接近最佳空氣動力設計工況下的配置。原樣如圖8所示，預變形的性能通過將重建計算移動·到較小的質(zhì)量流量，并使其更符合要求盡管設計條件只是用于預變形校正與設計特性曲線一致計算結(jié)果表明了預變形法的有效性。結(jié)果好表明，離心力在變形中起主導作用在刀刃上。圖9顯示了沿葉片的變形冷庫前后緣的發(fā)展方向三種氣動載荷下的葉片載荷（AL）、離心力荷載（CL）和組合荷載空氣動力載荷（AL+CL）。變形與設計刀片。從圖9可以看出荷載條件對補償變形的展開分布。與考慮兩種荷載（AL+CL）的情況相比同時（前緣點的補償當考慮到單獨的氣動載荷，超前補償邊緣預變形不足（補償葉片頂部前緣點為0.12mm）；當僅考慮離心載荷（CL），補償前緣預變形過大葉片頂部前緣點補償1.04mm。 圖8預變形葉片總壓比特特性曲線與設計意圖比較 （a）前緣 （b）后緣 圖9葉片變形的徑向分布不同載荷下的前緣和后緣條件 圖10顯示了設計轉(zhuǎn)速下百分之99葉展的葉片表面速度。如圖10所示，當氣動彈性考慮變形，吸力面位置熱葉片形狀的沖擊波向相對于設計葉片形狀的前緣。負荷前緣同時增大。由于解纜葉片變形，在所有三個流量條件下，葉尖處于正攻角，氣動載荷增加這不利于壓縮機。熱態(tài)靜壓分布預變形葉片更接近設計葉片在三種典型操作條件下，分離區(qū)的范圍減弱。水流的穩(wěn)定性在吸力面沖擊波之后與顯示的壓力比曲線的負斜率更為一致。 （a）扼流點附近 （b）峰值效率點 （c）近失速點 圖10百分之99時壓力分布比較跨度和設計速度 為了研究扭轉(zhuǎn)變形規(guī)律對于冷熱態(tài)葉片形狀刀片被引入。它被定義為工作葉片安裝角度之間設計葉片的狀況和安裝角度指定的葉片跨距截面。此處的安裝角度研究是葉片旋和切向。反向扭轉(zhuǎn)角度為正與葉片相對應，以增加流動角度反之亦然。如果解纜角度與來流時，攻角會增大。圖11顯示了不同轉(zhuǎn)速下的峰值效率點。原樣如圖11所示，設計中的工作葉片（標記為熱的）交錯角等于零的葉片形狀產(chǎn)生正解扭變形。此外，解開纏繞變形隨葉片轉(zhuǎn)速和葉片跨度。葉片的退捻角為正整個葉片跨度，意味著整個葉片跨度的正攻角。在70 %、80 %、90 %、和100 %的設計速度下工作葉片最大解扭角為0.50，分別為0.70、0.90和1.10。在預變形后（圖11中標記為預變形熱）和在相同的轉(zhuǎn)速下葉片分別為0.80、-0.60、-0.30和00.從葉尖到葉根觀察，葉片通過預變形設計逆時針扭轉(zhuǎn)。設計工況下的熱變形為補償，使實際配置接近在葉片設計點達到理想配置減小了正攻角和分離損失。但是，在低于設計速度的速度下沿整個葉片跨度的解纜角度為負。這是因為離心力和空氣動力力都隨著葉片速度的降低而減小，并且實際的解纜變形不足以完全平衡預變形。低速時的解捻角為負值，減小實際的流動面積。在同時，葉片攻角為負空氣動力負荷降低，導致阻風門減小預變形葉片的流量和壓力比在低速下。解纜角度為99 %不同工況下葉片跨度與總壓比條件如圖12所示。如圖所示，如果設計葉片形狀直接使用，壓縮機葉片形狀會偏離理想的幾何形狀當壓縮機實際上在運轉(zhuǎn)。預變形設計確保實際葉片形狀一致以設計速度設計葉片一致以設計速度設計葉片形狀。但是，由于預變形的恒定補償，在低于設計速度。因此，葉片的解纜角度在低速時不可避免地是負的。增加葉片的解開角度，顯示葉片的就開角度，顯示葉片扭轉(zhuǎn)變形受離心力和氣動力的影響是相同的。 圖11解纜角度的徑向分布峰值效率條件下的不同速度 圖12 99 %跨度時的解扭角變化不同轉(zhuǎn)速下的總壓比 葉尖間隙對壓縮機的穩(wěn)定性和氣動性能壓縮機。間隙過大會導致泄漏和損耗以及效率降低，而較小的間隙可能導致葉片和套管，威脅機組安全運行。這個與設計有關(guān)·的葉尖間隙變量不同工況下的是數(shù)值如圖所示。如題所示，在相同轉(zhuǎn)速下，葉尖間隙沒有明顯的變化間隙變化主要是受轉(zhuǎn)速的影響。拉伸效應離心力隨轉(zhuǎn)速和葉尖間隙減小，因此設計葉片的熱葉片形狀50 %時葉尖間隙減小3.7 %設計轉(zhuǎn)速和設計轉(zhuǎn)速下的14.3 %雖然葉尖間隙的減小有利于減少漏失，增加葉尖和機殼可能發(fā)生摩擦。足夠間隙的安全·裕度應考慮在設計階段。預變形葉片的葉尖間隙在設計時僅減少了0.2 %為壓縮機轉(zhuǎn)速減少了葉尖間隙及其有效設計值。但在低速工況下，離心力的拉伸作用較弱，離心力的拉伸變形。因此相對與設計值，葉尖間隙為在低速工作條件下增加50 %的設計速度，葉尖間隙增加了12.4 %.如前所述，節(jié)流流量和低速是預變形葉片的壓力比減少。原因是不僅解纜變形不足，減小了喉部來流的面部和攻角，以及葉尖間隙的增加了葉尖的泄漏損失和流動畫面。 圖13葉尖間隙尺寸與總間隙的變化不同速度下的壓力比 圖14-15顯示總的徑向分布動葉出口設計轉(zhuǎn)速和壓力比70 %的設計速度。從圖14-15，總計設計葉片熱葉片形狀的壓力比相對于剛性設計配置和高速下的預變形熱葉片低速狀態(tài)，尤指在高葉片跨距時。這個與葉片，導致氣動載荷增加。在設計轉(zhuǎn)速下，熱壓比預變形葉片分布良好與設計葉片一致，70 %設計速度，低于設計葉片。結(jié)果表明，在低速條件下，氣動力和離心力都很小，無法平衡設計預變形補償變形低速情況下的速度導致葉片處于負攻角狀態(tài)，空氣動力載荷和總壓力比減小。 （a）近阻流點 （b）峰值效率 （c）近失速點 圖14轉(zhuǎn)子總壓的徑向分布設計速度下的比率 （a）靠近阻風門點 （b）靠近失速點的峰值效率點 （c）近失速點 5結(jié)論 轉(zhuǎn)子葉片預變形設計新方法基于Newton-Raphson提出了壓縮機的方法和荷載增量法。預變形對37級轉(zhuǎn)子葉片進行了設計。采用非線性重建方法，得到了非設計工況下預變形葉片的熱葉片形狀及其氣動性能。這個氣動參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的差異比較了冷熱葉片的形狀分析。研究的主要結(jié)論如下： 1） 轉(zhuǎn)子葉片預變形方法壓縮機對壓縮機有效，在設計條件下能保證理想的葉片形狀。 2） 根據(jù)設計工況，預變形設計可以補償解捻變形和拉伸變形。流動不穩(wěn)地性解捻后氣流攻角增大引起變形減輕。預變形葉片在工作狀態(tài)下的解扭角為00。預變形設計也能完全保持設計葉尖間隙。預變形葉片的葉尖間隙在設計時僅減少了0.2 %轉(zhuǎn)速。 3） 在80 %、90 %、和100 %的設計速度下預變形氣動特性與剛性設計形狀吻合較好。然兒，在較低的速度下，節(jié)流閥的流量和壓力壓縮機相對于剛性的比率降低了。 參考文獻 【1】 新一代反求造型設計空氣動力學和空氣熱彈性問題：概念、理論和方法。飛機工程航空航天技術(shù)，2000，72（4）；334-344。DOL:10.1108/00022660010340141。 【2】 鄭勇，田X，楊H.葉片撓度的影響跨音速風扇的氣動性能研究。航空動力雜志，2011，26（7）：1621-1627。DOL：10.13224/j.cnki.jasp.2011.07028。 【3】 Hazby H，Woods L，Casey M等。葉片變形會高流動性能的影響系數(shù)混流葉輪。期刊渦輪機械，2015，137（12）:121005-121005-9.DOL：10.11155/1.4031356。 【4】 Vahdati M、Simpson G、Lmregun M.非恒定流以及航空發(fā)動機機芯的氣動彈性特性旋轉(zhuǎn)失速和喘振期間的壓縮機。期刊渦輪機械，2008，130（3）:538-544。內(nèi)政部：10.1115/1.2777188。 【5】 Yamada K、Furukawa M、Nakakido 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模具作為工業(yè)之母，其重要性無需多言，包括我國在內(nèi)的眾多國家都將其單列出來作為一個大的行業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，百分之60-90的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn)，特別是汽車、摩托車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。而作為制造業(yè)基礎的機械行業(yè)，根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會的預測，21世紀機械制造工業(yè)的零件，其粗加工的75 %和精加工的50%都將依靠模具完成，因此，模具工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進步。但由于歷史的原因，我國在這一行業(yè)，與西方發(fā)達國家之間有著很大差距，但這種差距并不是不可彌補的，我們作為21世紀國家青年有義務為此而努力。 通過這一課題使我能運用已學的知識，獨立進行科學研究活動，學會分析和解決學術(shù)問題的方法，鍛煉某一學術(shù)問題的能力。（1）學會分析塑件的結(jié)構(gòu)與成型工藝的選擇（2）學會一般塑件成型模具的設計與計算能力（3）掌握模具設計常用的軟件（如AutoCAD、CATIA等）及同實際設計結(jié)合的能力（4）使自己在文檔組織與檢索方面的能力得到提高（5）掌握寫論文的一般步驟及格式方法，同時提高自己的學習、思考、解決問題的能力、為以后的工作奠定良好的基礎。 1.2文獻綜述（相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀） 1、國內(nèi)注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 塑料制品在日常社會中得到廣泛利用，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。國內(nèi)注塑模在質(zhì)與量上都有了較快的發(fā)展。但是與國外的先進技術(shù)相比，我國還有大部分企業(yè)仍然處于需要技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新、提供產(chǎn)品質(zhì)量、加強現(xiàn)代化管理以及體制轉(zhuǎn)軌的關(guān)鍵時期。目前，我國模具生產(chǎn)廠點約有3萬多家，從業(yè)人數(shù)80多萬人。 注塑模具在量和質(zhì)方面都有較快的發(fā)展，我國最大的注塑模具單套重量已超過50噸，最精密的注塑模具精度已達到2微米。制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具已達到高光學要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在CAD/CAM技術(shù)得到普及的同時，CAE技術(shù)應用越來越廣，以CAD/CAM/CAE一體化得到發(fā)展，模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，特別是汽車、家電等工業(yè)快速發(fā)展，使得注塑模的發(fā)展迅猛。整體來看我國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進步，但與國民經(jīng)濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。在總量供不應求的同時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢。 2、國外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 國外注塑模具制造行業(yè)的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡化。追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。國外發(fā)達國家模具標準化程度達到70%～80%，實現(xiàn)部分資源共享，大大縮短設計周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本.最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力滿足用戶需求。模具企業(yè)在技術(shù)上實現(xiàn)了專業(yè)化，在模具企業(yè)的生產(chǎn)管理方面，也有越來越多的采用以設計為龍頭、按工藝流程安排加工的專業(yè)化生產(chǎn)方式，降低了對模具工人技術(shù)全面性的要求，強調(diào)專業(yè)化。 國外注塑成型技術(shù)在也向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展。因此，模具向高精度復雜、多功能的方向發(fā)展。例如：組合模、即鈑金和注塑一體注塑鉸鏈一體注塑、活動周轉(zhuǎn)箱一體注塑；多色注塑等；向高效率、高自動化和節(jié)約能源，降低成本的方向發(fā)展。例如：疊模的大量制造和應用，水路設計的復雜化、裝夾自動化、取件全部自動化。 3、國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展趨勢 由于塑料模具工業(yè)快速發(fā)展及上述各方面差距的存在，因此我國今后塑料模具的發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具生產(chǎn)企業(yè)在向著規(guī)?；同F(xiàn)代化發(fā)展的同時，“小而?！?、“小而精”?仍舊是一個必然的發(fā)展趨勢。從技術(shù)上來說，為了滿足用戶對模具制造的“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求，以下的發(fā)展趨勢也較為明顯。 展望我國塑料模具的未來，筆者以為應從提高技術(shù)水平著手，一方面發(fā)展專業(yè)模具廠的技術(shù)優(yōu)勢，使之進一步提高對某一類模具的設計制造水平；另一方面要不斷采用新技術(shù)、新工藝，提高模具產(chǎn)品的技術(shù)含量。要提高我國的模具技術(shù)水平，必須在以下方面加大努力： （1）開發(fā)精密、大型、復雜、長壽命的模具，實現(xiàn)模具國產(chǎn)化； （2）速模具標準化、專業(yè)化、商品化生產(chǎn)； （3）大力發(fā)展CAD/CAM/CAE、RPM等先進模具設計和制造技術(shù)； （4）加大人才培養(yǎng)的力度，使他們盡快掌握模具設計和制造中的先進技術(shù)。 1.3課題研究的內(nèi)容、總體方案及技術(shù)路線、進度安排等 1、設計內(nèi)容： 該題目來源于長春斯美克模具公司，分油器上殼體注塑模具設計是通過應用三維設計軟件結(jié)合專業(yè)知識完成一付完整注塑模具設計。通過該設計題目，使學生在塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析、塑件成型工藝分析、模具總體結(jié)構(gòu)方案論證與設計，模具零件結(jié)構(gòu)設計與計算、編寫技術(shù)文件、查閱文獻和三維設計軟件應用能力方面受到一次綜合訓練，鞏固和綜合運用所學知識，掌握正確設計思想與方法，培養(yǎng)學生的工程應用能力。 殼體外形復雜，不但有倒扣位，且有橫向油管結(jié)構(gòu)，分型面多且復雜，模具開模需進行斜導柱外抽芯滑塊設計或液壓輔助開模系統(tǒng)，要考慮模具結(jié)構(gòu)布局，模具設計總體難度較難。完成該畢業(yè)設計題目應具備上機條件和初步的三維軟件應用能力。 2、設計要求： （1）塑件結(jié)構(gòu)分析與成型工藝分析。（2）模具總體方案論證與成型設備的選用。（3）模具結(jié)構(gòu)設計與計算。包括分型面設計、凸凹模成型零件結(jié)構(gòu)設計與計算；斜導柱外抽芯滑塊結(jié)構(gòu)設計，澆注系統(tǒng)設計與計算、頂出機構(gòu)設計與計算、導向與定位機構(gòu)設計，模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計。（4）模具總體尺寸的確定，選擇校核模架。（5）成型設備的校核與模具檢查。（6）繪制模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖。 3、總體方案設計： 經(jīng)分析，根據(jù)塑件的表面粗糙度，及大批量生產(chǎn)的規(guī)模，選用單分型面注射模，一模一件。單分型面注射模型腔在定模上；主流道設在定模一側(cè)，開模后塑件連同流道內(nèi)的凝料一起留在動模-側(cè);動模上設有頂出機構(gòu)，用以頂出塑件和流道內(nèi)的凝料。可能的澆口形式有:直接澆口、側(cè)澆口、重疊澆口、點澆口等，從中選擇點澆口。 分油閥圖片 4、技術(shù)路線： 《一》確定塑件結(jié)構(gòu)分析與成型工藝分析: 《二》確定模具總體方案論證與成型設備的選用 《三》模具結(jié)構(gòu)設計: ○確定凸凹模成型零件結(jié)構(gòu)設計并計算 ○選擇分型面(單分型面注射模) ○確定斜導柱外抽芯滑塊結(jié)構(gòu)設計 ○確定澆鑄系統(tǒng)并計算 ○確定頂出機構(gòu)設計并計算 ○確定導向與定位機構(gòu)設計 ○確定模調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 《四》確定模具總體尺寸 《五》成型設備的校核與模具檢查 《六》繪制模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖 1.4注意存在的問題： 1、分型面的選擇問題，要合理的選擇分型面位置。 2、模具的冷卻和加熱問題，采用冷卻水道冷卻及電加熱對模具進行加熱。 3、注塑機的合理選擇，根據(jù)型腔數(shù)目及最大注射量和塑件體積選取注塑機。 4、模具總體結(jié)構(gòu)和零件形狀要簡單合理，外形美觀;模具應具有適當?shù)木?、剛度和強度，易于制造和裝配。 5、由于時間和資源問題，所收集研究的現(xiàn)場資料有限。在設計過程中對軟件的應用不夠熟練。 1.5參考文獻 [1] 洪慎章.實用注塑成型及模具設計.北京：機械工業(yè)出版社.2006. 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[6] 王樹勛.注塑模具設計與制造實用技術(shù)[M].廣州：華南理工大學出版社，1993. 2、答辯組論證結(jié)論 （1）方案可行，技術(shù)路線清晰 □ （2）方案可行，技術(shù)路線基本清晰 □ （3）方案基本可行，技術(shù)路線不很清晰 □ （4）方案和技術(shù)路線不很清晰 □ （5）方案和技術(shù)路線不清晰 □ 3、指導教師意見： 教研室主任意見： 指導教師（簽名）： 教研室主任（簽名）： 年 月 日 年 月 日 注：(1) 開題報告是用文字體現(xiàn)的設計（論文）總構(gòu)想，篇幅不必過大，但要把計劃設計的課題、如何設計、理論依據(jù)和研究現(xiàn)狀等主要問題說清楚； (2) 字數(shù)不少于3000字，參考文獻不少于6篇，印刷字符在10萬印刷符以上。 長春工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告審核表 指導教師姓名 王利濤 所在單位 機電學院機制教研室 指導教師職稱 副教授 所學專業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 高宏宇 班 級 機制1646 設計（論文）題目 分油器殼體注塑模具設計 指導教師審查 意見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室審查意見 教研室主任簽字： 年 月 日 學院審查意見 院長簽字： 年 月 日 1 復寫率： 相似或疑似重復內(nèi)容占全文的比重 他引率： 引用他人的部分占全文的比重，請正確標注引用 自引率： 引用自己已發(fā)表部分占全文的比重，請正確標注引用 自寫率： 原創(chuàng)內(nèi)容占全文的比重 專業(yè)術(shù)語： 公式定理、法律條文、行業(yè)用語等占全文的比重 典型相似性： 相似或疑似重復內(nèi)容占互聯(lián)網(wǎng)資源庫的比重，超過30%可以訪問 指標說明： 自寫率： 95.76% 專業(yè)術(shù)語： 0.0% 高頻詞： 模具,注塑,設計,產(chǎn)品,發(fā)展 無典型相似性： 其他指標： 分油器殼體注塑模具設計 【原文對照報告-大學生版】 報告編號：fb982c76d251686c 檢測時間：2020-05-25 12:21:44 檢測字數(shù)：16,695字 作者名稱：高宏宇 所屬單位：長春工程學院 檢測范圍： 中文科技期刊論文全文數(shù)據(jù)庫 中文主要報紙全文數(shù)據(jù)庫 中國專利特色數(shù)據(jù)庫 博士/碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 中國主要會議論文特色數(shù)據(jù)庫 港澳臺文獻資源 外文特色文獻數(shù)據(jù)全庫 維普優(yōu)先出版論文全文數(shù)據(jù)庫 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資源/互聯(lián)網(wǎng)文檔資源 高校自建資源庫 圖書資源 古籍文獻資源 個人自建資源庫 年鑒資源 IPUB原創(chuàng)作品 時間范圍： 1989-01-01至2020-05-25 檢測結(jié)論： 總相似片段：3 期刊：0 博碩：1 外文：1 綜合：1 自建庫：0 互聯(lián)網(wǎng)：0 4.24% 全文總相似比 = 4.24% 復寫率 + 0.0% 他引率 + 0.0% 自引率 + 0.0% 專業(yè)術(shù)語 2 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 分油器殼體注塑模具設計 DESIGN OF INJECTION MOLD FOR OILSEPARATOR SHELL 設計題目：分油器殼體注塑模具設計 學生姓名：高宏宇 學院名稱：國際教育學院 專業(yè)名稱：機械設計制造及其自動化 班級名稱：機制1646 學 號：1622421607 指導教師：王利濤 教師職稱：副教授 完成時間：2020.03.02-2020.05.31 2020 年 5 月 31 日 摘要 在科技發(fā)達的今天，注塑模具發(fā)揮了重要的作用，在機械、器械、生產(chǎn)、用品的產(chǎn)品中都存在并使用注塑模具的生產(chǎn)。從模具被使用 到至今模具設計和制造也是不斷的進步與創(chuàng)新，以前繪制裝配圖和零件圖都是用手繪現(xiàn)如今科技發(fā)達繪制圖紙只需要用電腦繪圖軟件 進行繪制，不僅僅繪制二維裝配圖連三維也能繪制。 本次設計是設計分油器殼體注塑模具為設計任務，分油器外形光滑而且簡單，用三維軟件繪制產(chǎn)品即可。在繪制過程中要考慮到抜模 的斜度，以便于頂出脫模。繪制完成后，根據(jù)產(chǎn)品需求排列出一模一腔計算出它的模架，然后再確定它的分型面。分型面的選擇也要 考慮到脫模的方向和零件的外形，而且還要考慮到型芯和型腔的機械加工方便性和頂出機構(gòu)的受力均勻。根據(jù)產(chǎn)品的排列和原料的流 動性收縮率選擇進料口使其填充面不缺料。冷卻方法是根據(jù)模具的設計產(chǎn)品的擺放來確定，一般情況采用環(huán)繞式的水管。推出機構(gòu)通 顏色標注說明： 自寫片段 復寫片段（相似或疑似重復） 引用片段 專業(yè)術(shù)語（公式定理、法律條文、行業(yè)用語等） 3 常采用圓頂針設計，這種圓頂針的推模方式會留下頂出痕跡，如不希望留下頂出痕跡可使用推板推出或者使用機型手取出等結(jié)構(gòu)，選 用的方式根據(jù)產(chǎn)品的使用和外觀要求而定。三維軟件繪制完成后根據(jù)繪制后的圖形再使用CAD繪制二維裝配圖和零件圖，這樣繪制二 維裝配圖時會更加方便不容易出現(xiàn)錯誤。在設計過程中需考慮到模具在機械加工方面的制造工藝，還有就是需要考慮在制造完成后模 具使用的安全設備在維修方面更加方便更換宜受損部分的零件，這都是在設計過程不可缺少的。 關(guān)鍵詞：注塑模具、三維軟件、機械、模具設計、CAD Abstract Today, with the development of science and technology, injection mold plays a significant role in the production of . Since the creation of the mould, the mould design and manufacture have also made machinery, equipment and supplies continuous progress and innovation. In the past, the assembly drawings were drawn by hand. Now, the advanced technology only needs computer to draw the drawings, not only two-dimensional assembly drawings but also three- dimensional drawings. The reference part of this design is to take the oil separator shell as the design task. The product is smooth and simple in shape, and the product is drawn with UG 3D software. In the process of drawing, the angle of mould should be taken into account to facilitate ejection and demoulding. After drawing, the first mock exam is arranged according to the requirement, and the mould surface is calculated, and the analysis surface is determined. The selection of parting surface should also take into account the direction of demoulding and the shape of the parts, as well as the convenience of machining the core cavity and the uniform force of the ejection mechanism. According to the arrangement of products and the flow shrinkage of raw materials, the feeding port is selected so that the filling surface is free of material shortage. The cooling method is determined according to the placement of the designed products of the mold, generally using the surrounding water pipe. The ejector mechanism usually adopts a round top needle, which will leave a ejection trace. If there is no ejection trace, the ejector plate can be used to push it out or the machine hand can be used to take it out. The selection method depends on the use and appearance requirements of the product. After three-dimensional software drawing is completed, two-dimensional assembly drawing and part drawing are drawn by CAD according to the drawing, so that the thinking of drawing two- dimensional assembly drawing is clear and not easy to make mistakes. In the design process, it is necessary to take of machining, as well as the convenience of maintenance into account the manufacturing process of the die in terms and replacement of the safety equipment used in the die after the completion of manufacturing, which are indispensable in the design process. Key words: injection mold, UG, machinery, mold design, CAD 目錄 摘要 Abstract 第一章 概述 1.1模具的地位 1.2模具的發(fā)展 1.3注塑模具的重要性 1.4課題需要解決的問題 1.5設計思路 第二章 塑件工藝和材料分析 4 2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 2.2 塑件的工藝分析 2.3計算塑件的體積和質(zhì)量 2.4分型面的選擇 2.5塑料成型設備的選取 第三章 模具結(jié)構(gòu)方案的確定 3.1 出模數(shù)量與型腔布局 3.2 型腔出模數(shù)量的校核 3.3、澆注系統(tǒng)設計 3.3.1 澆注系統(tǒng) 3.3.2 主流道的設計 3.3.3 分流道的設計 3.3.4 澆口的設計 3.3.5 冷料穴的設計 3.4 排氣機構(gòu)的設計 3.5脫模機構(gòu)設計 3.5.1脫模力的計算 3.5.2推桿強度的校核 3.6復位機構(gòu)設計 3.7模架系統(tǒng)設計 第四章、 成型零件結(jié)構(gòu)設計 4.1成型零件的設計 4.2、型腔結(jié)構(gòu)設計 4.3、型芯結(jié)構(gòu)設計 4.4 成型尺寸計算 4.4.1 型腔成型零件尺寸計算 4.4.2 型芯成型零件尺寸計算 4.4.3型腔零件的強度剛度校核 4.5 成型零件鋼材的選用 第五章、模具冷卻系統(tǒng)設計 5.1、冷卻系統(tǒng)概述 5.2、冷卻水道的計算 5.2.1求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q 5.2.2 水的體積流量 5.2.3 求冷卻水道直徑d 第六章 注塑機的選擇與校核 6.1 注塑機的工作原理 6.2 注塑機注射容量的校核 6.3 校核壓力 5 6.4 校核模具安裝尺寸 6.5校核移模行程 6.6 校核注塑機鎖模力 第七章 抽芯機構(gòu)的設計 7.1 抽芯機構(gòu)的概述 7.2 抽芯機構(gòu)的計算 第八章、繪制模具總裝圖 8.1、本模具總裝圖 總結(jié) 致謝 參考文獻 第一章 概述 1.1模具的地位 在目前模具的產(chǎn)品數(shù)量看來還是工業(yè)之母，模具總類也非常多如注塑模具、鑄造模具、五金等。主要是它的生產(chǎn)種類很多、用途非常 廣、用模具加工出來的產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、成本底等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步，注塑模具開始越來越自動化了，在以后將引 領(lǐng)經(jīng)濟的潮流。注塑模具的加工方法的原理是將加熱熔融的注塑材料通過高壓設備的作用注入到模具澆注口和型腔里面去，然后通過 模具的冷卻系統(tǒng)將其凝固成型，得到產(chǎn)品特定形狀的一種加工方式。這種注塑類型的加工方式具有很多的優(yōu)點，例如：成型地效率 高，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有良好的穩(wěn)定性，成本相對其它類型的加工方式來說比較便宜，而且容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，所以它在塑料產(chǎn)品 的加工領(lǐng)域占有十分重要的地位。注塑模具通常情況下是指注塑加工過程中的一種使用加工裝備，并且是一種必不可少的裝備。目前 根據(jù)市場統(tǒng)計調(diào)查及相關(guān)的文獻資料表明，采用注塑的加工方式來生產(chǎn)在模具行業(yè)中占到市場的60%左右。 國外的模具近幾年發(fā)展趨勢在持續(xù)攀升中并且我國在模具方面落后于國外，看趨勢國外在今后的幾年還有進步的可能。但作為工業(yè)之 母的模具行業(yè)不管是在國外還是國內(nèi)的發(fā)展趨勢都將帶領(lǐng)經(jīng)濟和科技的發(fā)展，模具行業(yè)是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要工業(yè)之一，它能體現(xiàn)出 一個國家的制造水平在技術(shù)方面的優(yōu)越?，F(xiàn)在對模具的技術(shù)要求越來越高，尺寸的精度的也越來越精確，這些都促進了模具行業(yè)技術(shù) 的提高，為我國經(jīng)濟的發(fā)展奠定了堅實基礎。模具產(chǎn)業(yè)是每個國家的重要經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)也是經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的強大支柱。我國的模具產(chǎn)值在全球 排列前三名，模具生產(chǎn)廠家已經(jīng)超過了18000家，從事模具生產(chǎn)的員工有60多萬人，近些年來的發(fā)展我國的模具工業(yè)每年都在持續(xù)增 長。因為模具是成型產(chǎn)品，所以非常好的節(jié)約了原材料和成本，在機械制造業(yè)里被廣泛的運用以降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)的數(shù)量，一 個國家如果沒有模具行業(yè)的支撐，就不能非常好的提高一個國家工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，也就不能帶動一個國家的經(jīng)濟發(fā)展。一個國家 的經(jīng)濟發(fā)展離不開制造業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)水平，更不能離開模具行業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)，所以模具行業(yè)的地位是一個國家經(jīng)濟 發(fā)展的標志和必要行業(yè)。 我國現(xiàn)在正處于發(fā)展中國家科技也在持續(xù)發(fā)展中，要使我國發(fā)展的更加快速和穩(wěn)定，模具行業(yè)必不可少。我國的模具行業(yè)的發(fā)展也是 必要的，只有制造技術(shù)更加精進了，產(chǎn)品的質(zhì)量才會得到良好的保證。產(chǎn)品質(zhì)量有了保證就會推動我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展。經(jīng)濟得到流 通就會帶動社會的進步，社會的進步才會展現(xiàn)國家的強大。經(jīng)濟發(fā)展了家家都進入小康生活，每個家庭都可以過上幸福的生活，這樣 就能體現(xiàn)我國的經(jīng)濟水平。一個國家的制造技術(shù)怎么樣，主要看模具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，所以模具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展應該排在我國制造行 業(yè)的首要位置。在我們的生活里處處都有注塑制品的存在，注塑產(chǎn)品在近代以來使用非常廣泛，因為它自身有很多優(yōu)點更是讓其成為 如今我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚墓ぞ?。在我們所認知的各個領(lǐng)域和制造領(lǐng)域都離不開注塑模具的存在，在生活中我們使用的手機電腦 和所有的電子產(chǎn)品，家具裝飾，交通工具等等，高科技領(lǐng)如域航空航天，軍事軍工，智能機器，各種玩具制品都是離不開注塑制品。 人們?yōu)榱藵M足日常生活生產(chǎn)的需要還研制出了很多不同性能的注塑材料，極大的豐富了注塑制品的多樣性和應用場合。 1.2模具的發(fā)展 在科技不斷發(fā)達的今天，高科技產(chǎn)品不斷的出現(xiàn)在我們的生活中，每個行業(yè)的發(fā)展與進步都在不斷的提升。如今模具行業(yè)的發(fā)展已經(jīng) 6 超過了高科技電子行業(yè)，這說明模具行業(yè)在一個國家的重要地位是不可替代的，我國的經(jīng)濟發(fā)展離不開模具行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)今我國的 模具行業(yè)占市場的五分之一，注塑模具占市場的二分之一。模具產(chǎn)品在我國以后的產(chǎn)品生產(chǎn)中的份額將逐漸增大，為了提高生產(chǎn)效率 將實現(xiàn)多模多腔多工位的模具生產(chǎn)，目前已經(jīng)可以實現(xiàn)注塑模具幾百腔生產(chǎn)的大型模具了。大體型產(chǎn)品的一體式成型和高精密產(chǎn)品的 制造成型也是模具的未來發(fā)展方向，在目前我國模具的技術(shù)水平還有待提高和發(fā)展。在10年以前模具的緊密度一般在5m，現(xiàn)在一般 模具已達到1m的精度最低可以達到0.5m 的技術(shù)水平了。超精密模具產(chǎn)品已經(jīng)進入0.1m的技術(shù)階段，如飛機零件、火箭零件， 航空航天零件等。這對模具的加工裝配，檢測技術(shù)提高了要求，對模具的制造精度也提高了要求。隨著小汽車和電器電子產(chǎn)品的飛速 發(fā)展，注塑材料不斷代替鋼材，注塑模具使用的比例不斷提高。新型注塑材料的應用和開發(fā)，不僅改變了產(chǎn)品的質(zhì)量和使用方式，還 能使產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝技術(shù)發(fā)生重大的改變。模具熱流道的運用將大大減少原材料的浪費，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品收益，在國外的熱 流道技術(shù)的使用比較先進，這項技術(shù)的發(fā)展也比我國發(fā)展的快。我國必須定制熱流道這方面的發(fā)展方針與發(fā)展策略，提高產(chǎn)品的質(zhì)量 和降低產(chǎn)品成本以及提高使用性能，因此熱流道技術(shù)必須得到提高為我國經(jīng)濟的發(fā)展做出貢獻。 如果想提高我國模具的技術(shù)水平，必須讓模具零件標準化，在理論科學方面提高對新型材料的塑性、表面摩擦和變形的討論研究。由 于制造模具原材料的強度硬度不斷增長，因此提高了模具的使用壽命，模具的流道設計和冷卻水路的排列要更加的合理化。注塑模具 的產(chǎn)品成型需要使用模擬軟件進行分析，需要提升軟件的使用和軟件模擬的精確度，模擬軟件的升級也是必不可少的一項。在以前模 具的制造水平和技術(shù)不高，通常是因為根據(jù)圖紙進行制造和加工，其圖紙模型難度比較大的精度比較高的就無法加工準確或根本無法 加工出來。而現(xiàn)代模具不僅結(jié)構(gòu)復雜加工精度也高且更加準確，必須提高生產(chǎn)加工技術(shù)才能實現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)的需求?？傮w來說我國的模 具制造水平還有待進步和發(fā)展，高精密零件的生產(chǎn)必須使用先進的機械設備來生產(chǎn)。 1.3注塑模具的重要性 注塑模具在當今社會生產(chǎn)中扮演著非常重要的角色，是社會進步，國家經(jīng)濟發(fā)展的重要生產(chǎn)行業(yè)，同時也是人民生活水平提高不可缺 少的因素。如果注塑模具不能得到重視和這么多年的技術(shù)發(fā)展，那我們生活中的很多地方將沒有如今的方便，而我國作為一個基礎工 業(yè)制造大國，在注塑模具的開發(fā)技術(shù)和研究成果上相比發(fā)達國家還使有很大的差距，注塑模具的發(fā)展關(guān)系到一個國家整個工業(yè)的未來 發(fā)展，所以這將是我國從世界制造大國變?yōu)橹圃鞆妵豢扇鄙俚囊画h(huán)。注塑模具的發(fā)展更是一個國家整體工業(yè)水平的體現(xiàn)，像我們在 日常生活中比較高端的產(chǎn)品汽車、飛機之類的零部件精度要求非常的高，我國雖然能生產(chǎn)這些零件但是很多關(guān)鍵部位的零件始終無法 達到國外的先進標準和精度，例如：汽車模具這一塊，因為汽車上的注塑件很多屬于異形零件，零件的結(jié)構(gòu)非常的復雜生產(chǎn)工藝繁瑣 而且精度等要求非常高，目前我國主要還是依賴進口國外零件來生產(chǎn)，這些都是需要我們這些后來者不斷的努力去改變的，我國未來 模具行業(yè)的發(fā)展方向?qū)⒆冯S國際的潮流例如：高精密，更復雜多樣化的方向進行發(fā)展。 注塑模具的發(fā)展是與整個制造業(yè)相連的，從一個國家注塑模具的發(fā)展可以看出這個國家整體工業(yè)水平的發(fā)展狀況，因為一套好的模具 生產(chǎn)是離不開好的設備的。我國在過去的幾十年里努力的發(fā)展制造業(yè)，讓我國的制造水平得到了很大的提升，尤其在近十幾年來我國 的變化是最為明顯的，不論是國家經(jīng)濟水平還是國際地位都發(fā)生了翻天覆地的變化，但是相比西方國家我國進入現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的時間 晚了太多，雖然近年來取得了不小的成果，但是整體水平還是相對落后，像多軸加工中心，高精密加工這一塊一直是我國的短板，直 接限制了我國高級模具的生產(chǎn)。我國從2015年開始中國制造2025的強國戰(zhàn)略計劃，我國將抓緊時機提升我國在制造技術(shù)上存在的 短板，將中國制造向智能化，現(xiàn)代化，國際化方向發(fā)展。 1.4課題需要解決的問題 通過學習和查閱資料合理的設計出一套模具，此模具必須要結(jié)合產(chǎn)品的使用情況和模具的加工制造使其設計合理。不僅要選擇合理的 分型面，腔數(shù)的排列安排也要確定好。通過三維建模繪制產(chǎn)品裝配圖，在根據(jù)三維使用CAD畫出零件圖的二維裝配圖。并通過技算驗 證設計的模具是否合理，和選擇合理的注塑機型號，還要考慮模具的正常加工情況。能使用和熟練操作繪圖軟件，在繪制過程中遇到 問題的向老師提出并解決。 1.5設計思路 根據(jù)樣件的要求，先查閱相關(guān)質(zhì)料，然后進行分析： 1、先觀察樣件的表面結(jié)構(gòu)，是用什么材料制作的，選擇制作工藝。 7 2、模架的選擇，計算出模架的結(jié)構(gòu)為一模一腔，合理的腔數(shù)布局有利于設計制造。 3、分型面的確定，選擇分型面時要確定澆口位置，使其填充時無缺料現(xiàn)象。 4、冷卻水道設計要冷卻均勻，溫差不宜過大。 5、先用三維軟件設計總裝圖，再用二維軟件繪制裝配圖和零件圖。 6、編寫說明書進行設計校核和注射機的選擇。 第二章塑件工藝和材料分析 2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 此次設計的產(chǎn)品名稱分油器殼體，根據(jù)任務書要求利用三維軟件畫出三維圖，其結(jié)構(gòu)，該塑件為生產(chǎn)中常見的分油器殼體，該塑件結(jié) 構(gòu)較為復雜，?？纱笈可a(chǎn)，其注塑方式根據(jù)實際情況而決定。 圖2-1 塑件三維圖 2.2 塑件的工藝分析 塑件的原料有合成的和天然的高分子化合物，使用條件是在高溫下熔融塑化，使用注塑機注射在模具型腔內(nèi)成型。在注塑生產(chǎn)時注塑 材料的熔融溫度大約是210到320，符合注塑生產(chǎn)的特性，當熔料的溫度超過260時注塑材料就會發(fā)生分解。根據(jù)使用要求本次采 用ABS注塑原料，此注塑原料為高分子化合物由晶體組成，具有一定的強度和耐沖性能、還有良好的熱學性能。ABS注塑冷卻成型后表 8 面光滑，可以進行染色、電鍍等。大部分原料都是根據(jù)產(chǎn)品的使用要求來選定的一般都會選擇無毒無氣味的原料，ABS的填充性能很 好，使用較為廣泛，最重要的是能節(jié)約生產(chǎn)成本，對環(huán)境也無污染。 查找相關(guān)文獻和參考工廠時間應用情況，ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時，可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整） 注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。 料筒溫度： 后段溫度t 選用 190210 C； 中段溫度t 選用 200220 C； 前段溫度t 選用 210230 C； 噴嘴溫度： 選用200210 C； 注塑壓力：選用40100Mpa； 注塑時間： 選用2090s； 保壓壓力： 選用 65Mpa； 高壓時間： 選用05s； 冷卻時間： 選用20120s； 總周期： 選用45220s； 后處理方法： 采用油水鹽水； 后處理溫度： 90100t/ 9 C; 后處理時間： 4h。 說明：預熱和干燥均采用鼓風烘箱，烘烤4-8小時。 2.3計算塑件的體積和質(zhì)量 選擇注塑機時需要計算零件的質(zhì)量，根據(jù)三維軟件可測的塑件的體積 V=82.965cm 查注塑機參數(shù)表，可以得知，該注塑機的額定注塑量為： 412 。 根據(jù)下列公式進行校核型腔出模數(shù)量： N=（0.8x412-5.226）/82.965=3.91個； 式中： 412 5.226 10 82.965 本次模具設計中，采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過校核，滿足注塑機額定注塑量的要求。 圖2-2 塑件體積測量 2.4分型面的選擇 分型面的選擇要考慮零件機構(gòu)方面，首先應選擇注塑件的最大輪廓處，盡量使注塑后的塑件留在后模利于冷卻后零件的脫模，分型面 的選擇不能影響注塑件的外觀。分型面是模具動模和定模的接觸面，也是判斷塑件與型芯型腔接觸面的判斷，選好分型面有利于整套 模具的設計和加工，更有利于注塑產(chǎn)品的生產(chǎn)。塑件的分型面的選擇如下圖所示： 圖2-3 塑件分型面的選擇 2.5塑料成型設備的選取 根據(jù)計算及注塑材料的注射成型參數(shù)初選注塑機為HTF200XB查注塑機參數(shù)表如下： 型號 單位 200A 200B 200C 參數(shù) 11 螺桿直徑 mm 45 50 55 理論注射容量 cm3 334 412 499 注射重量PS g 304 375 454 注射壓力 Mpa 210 170 141 注射行程 mm 210 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 0150 料筒加熱功率 KW 12.45 鎖模力 KN 2000 拉桿內(nèi)間距(水平垂直) mm 510510 允許最大模具厚度 mm 510 允許最小模具厚度 mm 200 移模行程 mm 470 移模開距(最大) mm 980 液壓頂出行程 mm 130 液壓頂出力 KN 62 液壓頂出桿數(shù)量 PC 9 油泵電動機功率 KW 18.5 油箱容積 l 300 機器尺寸(長寬高) m 5.21.62.1 12 機器重量 t 6 最小模具尺寸(長寬) mm 350350 表2-1 注塑機參數(shù)表 第三章 模具結(jié)構(gòu)方案的確定 3.1 出模數(shù)量與型腔布局 對于注塑模具來說型腔的布局非常的重要，在設計時要從各個方面進行考慮才能確定一個合理的模具型腔布局，首先需要根據(jù)注塑產(chǎn) 品的結(jié)構(gòu)進行選擇，如塑件的體積大小，結(jié)構(gòu)特點都是直接關(guān)系到型腔布局的主要因素，如塑件的體積過大就不能將型腔的數(shù)量設計 過多，不然在生產(chǎn)時就容易出現(xiàn)充填不滿的狀態(tài)。為了提高生產(chǎn)效率，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下本次選擇一模一腔的型腔布局形式。 本次模具設計結(jié)構(gòu)簡單，符合產(chǎn)品的加工要求，節(jié)約了成本提高生產(chǎn)效率，滿足產(chǎn)品的設計要求。 模具型腔布局和排列方式如下圖所示。 圖3-1 型腔布局和排列方式 3.2 型腔出模數(shù)量的校核 查看注塑機參數(shù)表，可以得知，該注塑機的額定注塑量為： 412 。根據(jù)下列公式進行校核模具型腔的出模數(shù)量： 式中： 13 412 5.226 82.965 N=（0.8x412-5.226）/82.965=3.91個； 本次模具設計中，采用了一模一腔的結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過計算校核，可以滿足注塑機額定注塑量的要求。 3.3、澆注系統(tǒng)設計 3.3.1 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)是注塑模具的關(guān)鍵組成部分，包含了定位環(huán)、澆口襯套、主流道、分流道、澆口等。注塑模具澆注系統(tǒng)的作用是讓注塑原料 在高溫和高壓的條件下通過注塑機進入注塑模具的型腔里面的通道，注塑模具澆注系統(tǒng)的設計一定要減少防止廢料的產(chǎn)生、降低壓力 和溫度的消耗、減少射速的降低。模具澆注系統(tǒng)的設計是能影響到產(chǎn)品數(shù)據(jù)的成型、表面光度、質(zhì)量等一系列問題的產(chǎn)生。 3.3.2 主流道的設計 模具主流道通常指的是澆口襯套到分流道的這一塊，與注塑模具的正中間重合，模具的主流道也可以認為是澆口襯套內(nèi)的流道，模具 設計時一般取1-3的斜度，便于模具廢料的取出脫模。 4=3.5+（ ）mm； 得到模具主流道小端直徑d= 4mm； 模具的主流道還需要設計一定的脫模斜度，通常脫模斜度的取值為 14 ； 模具主流道的高度L=67mm； 經(jīng)過CAD繪圖可以直接得出主流道大端直徑如下尺寸。 主流道大端直徑D= 7mm； 圖3-2 主流道的設計 3.3.3 分流道的設計 模具的分流道是鏈接模具各個型腔的流道，分流道的大小和長度都是非常關(guān)鍵的，在模具分流道的設計時不但要保證充填位置的均 勻，也要控制好充填時間，充填過程速度均勻，所以模具的分流道的大小在模具設計中也是很重要的。 模具分流道的直徑可以采用如下經(jīng)驗公式進行計算。 式中： 15 87.11g； 94mm； 根據(jù)注塑零件的壁厚、材料的種類和模具型腔的布局結(jié)構(gòu)形式， 經(jīng)過計算得分流道直徑:D=7.71mm 機械加工切削工藝，取分流道尺寸如下。 實際分流道直徑d= 5mm； 圖3-3 分流道的設計 3.3.4 澆口的設計 模具澆口的設計是澆注系統(tǒng)最為關(guān)鍵的一部分設計，設計時選擇不同的澆口形式對于整套模具的影響是非常大，據(jù)注塑產(chǎn)品的要求需 要選擇合理的澆口形式。 在模具中常見的澆口有這幾種形式：直澆口、點澆口、嵌入澆口、側(cè)澆口、扇形澆口、薄膜狀澆口、翼式澆口、潛伏式澆口等等。 在進行模具澆口的設計時需要考慮充填均勻性的同時還要盡量的保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。 根據(jù)注塑材料的材料性能，和注塑件大小尺寸、壁厚等因素，可以通過查注塑模具設計指導手冊表進行取值，本次模具設計中，選擇 點澆口澆口數(shù)據(jù)如下尺寸。 對于點澆口取值如下： 點澆口直徑d= 16 1.5mm； 3.3.5 冷料穴的設計 在模具設計中主流道的末尾需要設計一段放置冷料的地方，因為在模具注塑的過程中，先進入模具內(nèi)部的注塑原料會因為模具的溫度 而冷卻掉。如果模具不設計冷料穴使其進入產(chǎn)品中，將會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和表面形狀。為了防止模具生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不合格，必須設 計一段冷料穴把前面注塑的原料冷卻的一部分料保存起來。模具冷料穴通常設計在主流道的下端型芯內(nèi)，根據(jù)實際情況設計冷料穴的 直徑，然后在冷料穴附近應該設計鉤料針。在模具開模時拉出主流道和冷料穴的廢料，在通過人工的方式或者機械手取出廢料。通常 鉤料針的設計為Z字型，有的可能是凸圓形。 3.4 排氣機構(gòu)的設計 在注塑模具注塑的過程中，當注塑料填充進型腔的一瞬間，強大的注射壓力會使型腔中的空氣壓縮難以填充進去，同時還會嚴重影響 到產(chǎn)品的質(zhì)量，在這各時候就需要排氣系統(tǒng)將型腔當中的空氣排出去才能保證產(chǎn)品填充的均勻和產(chǎn)品的質(zhì)量。 在本次模具設計中，塑件的大小尺寸一般，結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以可以選擇直接采用模具分型面的間隙進行排氣，能夠保證將型腔當 中的空氣排出。 3.5脫模機構(gòu)設計 模具的脫模機構(gòu)設計是注塑成型后的最后一個重要環(huán)節(jié)，是注塑件成型后能從模具上取下來的機構(gòu)，模具頂出機構(gòu)的設計是否完美關(guān) 系到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。脫模機構(gòu)可分為頂針頂出和推板推出常見的都是這兩種機構(gòu)。通常頂出機構(gòu)有；推出機構(gòu)，面針板，底針板， 復位桿、復位彈簧等。脫模機構(gòu)設計原則是：保證注塑產(chǎn)品在脫模時不會變形頂針要受力均勻，頂出的地方要選擇較厚的地方，盡可 能避開能影響產(chǎn)品外觀的地方，盡可能要保證頂針的強度和剛度。本次設計由于注塑件結(jié)構(gòu)因素，采用的是由液壓缸工作帶動動模推 板的同時頂桿配合脫模的方式進行脫模。液壓缸脫模方式設計完成后的推出機構(gòu)如圖所示： 圖3-4 推出脫模機構(gòu) 3.5.1脫模力的計算 根據(jù)下列公式進行計算 17 7735.94 ； 經(jīng)過計算得到：F=14261.36N 3.5.2推桿強度的校核 故符合要求。 式中， 是推桿材料的許用應力，為120Mpa； 是推桿所受的應力； F是脫模力，為14261.36N； n是推桿數(shù)目，為5根； d是推桿直徑，為7mm 93.93Mpa 所以滿足要求。 18 3.6復位機構(gòu)設計 復位機構(gòu)的應用是模具的重要機構(gòu)，在模具完成作業(yè)后要通過復位機構(gòu)的調(diào)整來進行復位來對下次填充零件做準備。復位機構(gòu)有復位 桿和復位彈簧組成，由于復位機構(gòu)的作用強度選用SKD61來制造。在設計的時候要考慮到復位彈簧的長度，滿足復位的條件。 3.7模架系統(tǒng)設計 需要結(jié)合型腔布局和排列結(jié)構(gòu)形式，盡可能的保證長寬尺寸為一個整數(shù)，這樣才能符合實際機械加工和原材料的購買要求，一般情況 下，中小型模具可以根據(jù)塑件尺寸，保證型腔側(cè)壁厚度在30-50mm之間，大型模具保證50-80mm之間的型腔側(cè)壁厚度。 （1）、確定成型型腔零件長寬高尺寸如下 190 x180 x55mmmm （2）、確定成型型芯零件長寬高尺寸如下 190 x180 x55mm （3）、確定模架定模板長寬高尺寸如下 450 x300 x80mm （4）、確定模架動模板長寬高尺寸如下 450 x300 x100mm （5）、確定墊塊的高度 墊塊需要考慮實際頂出脫模的需求，本次設計中，采用墊塊高度為：：100mm，即可滿足要求。 根據(jù)澆注澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，以及頂出脫模要求，選擇國標的標準模架，采用細水口模架系統(tǒng)。具體的模架型號為：DAI3045-A80- B100-C100-L360 19 圖3-5 標準模架結(jié)構(gòu)形式 第四章、成型零件結(jié)構(gòu)設計 4.1成型零件的設計 用來填充使其成型的空間稱為型芯型腔，成型零件直接與零件接觸。為了使其加工方便通常要有一些鑲嵌零件，成型零件的外觀精度 影響產(chǎn)品的外觀和質(zhì)量，是模具結(jié)構(gòu)重要部分。成型零件在工作過程中受到高溫和壓力的沖擊和摩擦，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，要精確 的計算出他們的尺寸精度，保證良好的表面光滑度。合理的選擇加工材料，避免在使用過程中發(fā)生磨損、變形和破裂。 4.2、型腔結(jié)構(gòu)設計 型腔主要的結(jié)構(gòu)形式鑲嵌在定模板上，有的結(jié)構(gòu)是整體式。用來成型產(chǎn)品的外輪廓，其結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的外形尺寸質(zhì)量息息相關(guān)。型腔的 設計在滿足產(chǎn)品的要求的前提下使其在加工裝配維修時要簡單便捷。本次設計的型腔結(jié)構(gòu)簡單，安裝牢固材料可靠，在加工時要用到 數(shù)控加工和電火花加工。 如下圖所示。 圖4-1 型腔結(jié)構(gòu)形式 4.3、型芯結(jié)構(gòu)設計 型芯的作用是成型產(chǎn)品內(nèi)表面的零件，由于是產(chǎn)品的內(nèi)表面其結(jié)構(gòu)較為復雜。加工方法和材料的選用與型腔一直，與型腔配合使用。 如下圖所示。 20 圖4-2 型芯結(jié)構(gòu)形式 4.4 成型尺寸計算 4.4.1 型腔成型零件尺寸計算 型腔徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，公式如下： 式中： ； （0.005）； ； ； ； 型腔長度尺寸計算為： =(1+0.005)x145.86-1/4x0.08 =146.61 mm 型腔寬度尺寸計算為： 21 =(1+0.005)x114.24-1/4x0.08 =114.83 mm （2）型腔深度尺寸計算 型腔深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： 式中 ； ； 其他符號意義同上。 =(1+0.005)x27.03-1/3x0.08 =27.19 mm 4.4.2 型芯成型零件尺寸計算 1、型芯尺寸的計算 （1）型芯徑向尺寸計算 型芯徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，公式如下： 22 ； ； 其他符號意義同上。 型芯長度尺寸計算為： =(1+0.005)x120.38+1/4x0.08 =120.96 mm 型芯寬度尺寸計算為： =(1+0.005)x114.24+1/4x0.08 =114.79 mm （2）型型芯深度尺寸計算 型芯深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： ； 其他符號意義同上。 =(1+0.005)x27.63-1/3x0.08 =27.74 23 mm 4.4.3型腔零件的強度剛度校核 根據(jù)模仁側(cè)壁剛度校核公式 式中： ； P平均型腔成型壓力，取值范圍查表取30Mpa 為27.03mm； ； 0.005； 經(jīng)過計算模仁側(cè)壁厚度得: Sc=14.5mm， 在實際進行模具結(jié)構(gòu)設計的時候，還需要考慮螺絲、冷卻水道的位置和尺寸，一般取值需要偏大一些。 而本次設計中，模仁的側(cè)壁取值為30-40mm之間，滿足要求。 4.5 成型零件鋼材的選用 由于成型部分要承受耐高溫、高壓和摩擦力，材料的選用上選擇718H。該材料的硬度HRC8-42度之間，滿足模具的使用條件。而且加 工出來的表面光滑度非常好滿足產(chǎn)品的要求，提高模具的使用壽命。 第五章、模具冷卻系統(tǒng)設計 5.1、冷卻系統(tǒng)概述 在產(chǎn)品的制造過程中，冷卻溫度是成型部分最后的工序，他是影響零件外觀的重要原因。在冷卻過程中，要是冷卻不均勻會導致零件 變形有裂痕。對于各中原料的的成型工藝和性能的不同，冷卻的溫度也不同。一般注射在模具的塑料溫度在200度左右，成型固體化 后出模的溫度在60度左右。降低溫度的方法通常使用水管冷卻，冷卻水管加工方便又實用。 5.2、冷卻水道的計算 24 在單位時間內(nèi)熔體凝固時放出等熱量等于冷卻水所帶走的熱量，故有 公式： ； ）； ； ； ； ； ； 5.2.1求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q 設注射時間為2s，冷卻時間為20s，保壓時間為15s，開模取件時間為3s.，得注射成型周期為40S。 設用20的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為28，水呈湍流狀態(tài)，一個小時成型次數(shù)n3600/4090 5.23 1.05 90 =0.494235 25 查注塑模具設計指導手冊得ABS單位重量放出的熱量 故： 0.494235 =202KJ 5.2.2 水的體積流量 由公式 202/ =0.01 式中： 5.2.3 求冷卻水道直徑d 26 根據(jù)水的體積流量查注塑模具設計指導手冊1得d=8mm；本次設計中的冷卻水道滿足要求。 。冷卻水道設計如下圖所示： 圖5.1 冷卻系統(tǒng)設計 第六章 注塑機的選擇與校核 6.1 注塑機的工作原理 看的注塑機時，大多數(shù)人都覺的他的工作原理很復雜。其實注塑機的作用跟醫(yī)院打針注射器相似，是將放入其中的塑料顆粒通過高溫 使其融化，然后通過螺桿旋轉(zhuǎn)推動產(chǎn)生的高壓使熔料經(jīng)過噴嘴注射進模具中進行冷卻成型，然后冷卻下來進行取件再合模進行注塑。 注塑機一般采用臥式注塑，也有立式注塑機和雙色注塑機。本次設計選擇臥式注塑的形式。 6.2 注塑機注射容量的校核 412x80%x82.965+5.226=5.23 其中： 個； 412 ； 27 5.226 ； 82.965 查注塑機參數(shù)表，注塑機的額定注塑量為412 ，所以滿足注塑量的要求。 6.3 校核壓力 查材料的成型工藝表，可以得知，ABS的成型注射壓力范圍取值為100-130Mpa，而本次選擇的注塑機的額定注塑壓力值為170Mpa，所 以是滿足本次注射壓力的要求的。 6.4 校核模具安裝尺寸 本次設計中，選擇的國標模架的最大模具長寬的最大尺寸為450 x300mm，而查詢本次選擇的注塑機的參數(shù)表中，注塑機拉桿內(nèi)間距的 尺寸為510 x510mm，所以本套注塑模具的長寬尺寸滿足安裝要求。 其次是校核安裝厚度的尺寸參數(shù)，本套模具的總高度值為430mm,而選擇的注塑機的最大容模厚度數(shù)據(jù)為150-360mm之間，所以滿足高 度的安裝尺寸要求。 所以：本套注塑模具，長寬高尺寸均滿足注塑機的安裝尺寸要求。 6.5校核移模行程 注塑模具在完成成型固化以后，模具需要打開一定距離，讓注塑機的頂棍頂向頂出機構(gòu)，實現(xiàn)塑件的最后一步脫模工序，查表注塑機 總的開模行程為470mm； 式中 ，45.65mm； ，170mm； 470mm45.65+170mm+10mm=225.65 28 經(jīng)過計算，注塑機的移模行程滿足注塑模具的要求。 6.6 校核注塑機鎖模力 校核公式如下； 2000 （ 10789.17+820.36） 30 =24.6108KN 式中： P-平均型腔成型壓力，取值范圍查表取30Mpa 經(jīng)過計算，本次設計中的模具需要的鎖模力在注塑機額定鎖模力允許范圍內(nèi)，滿足要求。 第七章 抽芯機構(gòu)的設計 7.1 抽芯機構(gòu)的概述 當塑件的側(cè)壁帶有孔，凸起或者倒扣時無法上下正常脫模的情況下就需要設計抽芯機構(gòu)才能實現(xiàn)進行塑件的成型和脫模。抽芯機構(gòu)通 常設計為3-5的形式能夠更方便的工作。常見的抽芯機構(gòu)可分為：手動抽芯、液壓抽芯和機械式抽芯，由于該塑件抽芯距過大，不 適用機械式抽芯，故采用液壓抽芯的方式進行抽芯。通過液壓油缸工作對滑塊做功，帶動鑲針脫離塑件，來實現(xiàn)抽芯。完成的抽芯機 構(gòu)如下圖所示： 29 圖7-1 模具抽芯結(jié)構(gòu)設計 7.2 抽芯機構(gòu)的計算 （1）、計算抽芯距離 S=L+（3-5）MM 式中： S抽芯距離 L塑件倒扣距離 本次設計中，抽芯距離S=57.8+（3-5）mm=62.8mm （2）、抽芯力的計算 式中： ，N 2653.743 30 本次設計中取傾斜角度為取20度。 經(jīng)過計算得： 14261.36N 第八章、繪制模具總裝圖 8.1、本模具總裝圖 圖8-1 模具二維總裝圖 31 圖8-2 模具三維總裝圖 總結(jié) 經(jīng)過幾年的學習，通過這幾過月的努力此次設計終于要完工了，其中的辛酸自己能懂。特別是遇到問題時解決不了，向同學討論，向 老師求學，最終還是完成了?！罢l知盤中餐，粒粒皆辛苦”成功的果實來之不易，雖然付出不一定會成功，但是不付出就一定不會成 功。 通過學習讓我掌握了一定的專業(yè)知識，我知道這還不夠，在以后的工作中還要虛心的學習。模具設計這個行業(yè)，我現(xiàn)在只懂得一點皮 毛，要成為一個專業(yè)的設計師我要有很長的路要走。我現(xiàn)在的專業(yè)知識還不完善，還要更多的學習；機械方面的設計書籍，機械制造 方面的力學運動、機械加工工藝、塑料成型和高科技的輔助軟件等等。特別是軟件方面的用于，我的不足深深感覺到科技的發(fā)展、時 代的進步讓我不能停下腳步，迫使我不斷進步，不斷學習提高自己的專業(yè)知識和技術(shù)水平?？萍嫉陌l(fā)展和創(chuàng)新，模具設計中輔助軟件 不斷的被開發(fā)出來，這有助于我們模具設計者，這也是模具設計的發(fā)展方向，學習軟件的用也是我們設計者的必備技能之一。 此次設計是對我這幾年的學習成果的驗收，讓我深深的明白了自己的不足。我相信通過這次設計，讓我更加的堅定信念，在模具行業(yè) 里有了信心和決心，不斷的學習、學習、再學習。不辜負老師的教導，父母的期望，同學的愛戴。 致謝 時間匆匆而過，一轉(zhuǎn)眼我就叫離開我敬愛的校園了，在學校的生活忙忙碌碌的學習，讓我的生活過得非常充實?，F(xiàn)如畢業(yè)設計即將完 成，在設計的過程中不斷的學習和查閱質(zhì)料，讓我更加的鞏固專業(yè)知識，不斷的完善自己的不足。雖然在設計過程中遇到了很多困 難，但是我通過自己的能力還是完成了，遇到困難并解決也是一種磨練，在以后的生活中會遇見很多困難，我都不會逃避勇敢面對。 在學校的學習生活即將結(jié)束，我將踏入社會?；叵肫甬敵鮿傔M校門的我年少無知，當初懵懂的少年，現(xiàn)如今學業(yè)小成即將進入社會。 由衷的感謝學校給與了我一個良好的學習環(huán)境和平臺，讓我在美麗的校園里保持良好的心態(tài)學習。還要感謝老師們的悉心教導，每當 我遇到學習問題的時候都耐心的教導，當我的專業(yè)技能更加的精進。還有我的同學們，在我遇到困難的時候都紛紛伸出援手幫助我。 感謝你們在校期間對我的幫助，讓我踏入社會時擁有一技之長，不會淪落街頭。我已經(jīng)不是當初懵懂的少年了，如今的我要去用我的 技能回報母校、造福國家。 臨別之際希望母校更加輝煌，培育出才子造福人類，也希望師弟師妹們學業(yè)有成。祝愿老師們身體健康，在校期間讓老師們費心了。 希望同學們找到一份如意的工作，謝謝你們對我的幫助。 參考文獻 1張勇,盧繼.UG數(shù)控銑削加工編程優(yōu)化設置J.科技風,2020(05):153-154. 2厲邵,王小新,董志家,管航.基于3D打印的儀表罩殼注塑模具隨形冷卻水路設計J.中國塑料,2020,34(02):85-89. 3朱斌.B超掃描儀支架五聯(lián)動滑塊機構(gòu)模具設計J.中國塑料,2020,34(02):90-95. 4林權(quán),洪自利,張韜,韋崟,原梓皓.基于CAE技術(shù)的排插外殼注塑模具設計及型芯積熱分析J.蘭州工業(yè)學院學報,2019,26(06):75- 80. 5李耀輝.一種注塑模具冷卻噴水管裝置設計J.蘇州市職業(yè)大學學報,2019,30(04):28-30. 6龍錦中,吳堅.基于UG軟件在數(shù)控銑削加工的編程應用J.輕工科技,2019,35(12):42-43. 7王旭,朱傳林,侯景杰,張海珍.熱流道技術(shù)在塑膠注塑模具中的應用J.河南科技,2019(35):65-67. 8黃結(jié)榮.CAE/CAD技術(shù)運用于塑料模具設計中的策略探討J.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2019,9(12):68-69+71. 9陳葉娣,黃敏高,嚴小鋒.管接頭的二次抽芯機構(gòu)注塑模具開發(fā)J.現(xiàn)代塑料加工應用,2019,31(06):48-51. 10卯聲松,張礦偉,鄭緒東,王程婭,湯建國,陳焰.基于Moldflow的注塑模具冷卻系統(tǒng)有限元分析J.鑄造,2019,68(12):1407-1410. 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