小电机外壳造型和注射模具设计及CAE分析

摘要：注射模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心，在大多数国家，注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与否的关键。
    本设计以目前最先进的三维高端软件UG为核心，实现对小电机外壳的三维造型。通过对电机外壳的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺方案。在模具设计中，采用一模两腔的布局，二板式的模架结构。并通过对分型面、浇注系统、成型零部件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用适合的标准模架及标准件，完成对电机外壳的一套完整的模具设计方案。
    另外，为得到合格的塑件制品，在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟（CAE）分析，帮助分析潜在的问题，优化模具结构、工艺参数，以便及时修改制件和模具设计。结果表明，同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。http://www.16sheji8.cn/

关键词：  注射模具   三维造型    CAE分析 

Micromotor shell modeling and injection mold design and CAE analysis

Abstract: Injection mold is an important tooling for industry products ,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it’s production technology.
    Based on the present advanced 3D software UG , This paper realized the 3D modeling for the micromotor shell, analyzed the process and material of Micromotor shell, choosed the proper injection machine ,and roughcast reasonable injection mold design scheme .In the design process ，it used the configuration of two cavity in one plate and architecture of double-plate mould base. And through designing the parting line , running gate system, modeling parts , ejection stripping mechanism , cooling system , choosing adaptive standard mould base and standard parts ,it finished the whole mold design scheme for the Micromotor shell。
    In addition ,for getting the qualitative plastic products, before the molding the CAE analysis was been done ,this assist on analyzing the potential problem , optimizing mold structure, technological parameter, so that the mold design could be modified in time. Results proved that CAE technology have great benefits in the field of improving the production efficiency, ensuring the product quality , reducing the cost and the intensity of labor. 
Keywords: Injection Mold   3D Modeling   CAE Analysis
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目      录
1 引言 3
1.1 塑料简介 3
1.2 注塑成型及注塑模 3
2   塑料材料分析 5
2．1  塑料材料的基本特性 5
2．2  塑件材料成型性能 6
2．3  塑件材料成型条件 7http://www.16sheji8.cn/
3   塑件的工艺分析 7
3．1  塑件的结构设计 8
3．2  塑件尺寸及精度 9
3．3  塑件表面粗糙度 9
3．4  塑件的体积和质量 10
4   注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定 10
4．1  注射成型工艺过程分析 10
4．2  浇口种类的确定 11
4．3  型腔数目的确定 11
4．4   注射机的选择和校核 11
4.4.1  注射量的校核 12
4.4.2  塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 12
4.4.3  模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 13
5 注射模具结构设计 14
5．1  分型面的设计 14
5．2  型腔的布局 15
5．3  浇注系统的设计 15
5．3．1  浇注系统组成 15
5．3．2  确定浇注系统的原则 16
5．3．3  主流道的设计 16
5．3．4  分流道的设计 17
5．3．5  浇口的设计 18
5．3．6  冷料穴的设计 19
5．4  注射模成型零部件的设计 19
5．4．1  成型零部件结构设计 19
5．4．2  成型零部件工作尺寸的计算 20
5．5  排气结构设计 20
5．6  脱模机构的设计 21
5．6．1  脱模机构的选用原则 21
5．6．2  脱模机构类型的选择 21
5．6．3  推杆机构具体设计 21
5．6．4   脱模动作原理 22
5．7  模具总装图 23
5．8  注射模温度调节系统 24
5．8．1  温度调节对塑件质量的影响 24
5．8．2   冷却系统之设计规则 24
5．9  模架及标准件的选用 25
5．9．1  模架的选用 25
5．9．2  标准件的选用 25
6  模具材料的选用 26
6．1  成型零件材料选用 26
6．2  注射模用钢种 26
7  注射成型工艺过程模拟分析 27
总结 32
致谢 32http://www.16sheji8.cn/
参考文献 33

  1 引言
    模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。
  1.1   塑料简介
    塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
  1.2   注塑成型及注塑模
    将    塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。
    要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。
    注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。
注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。
    注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成[2] 。http://www.16sheji8.cn/
    注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。
    注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。
    塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。
传    统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。
    目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。其中MOLDFLOW软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型过程控制专家，简称MPX）。