游戏机外壳注塑模具结构设计及Moldflow仿真分析——学士毕业论文.doc

1、山东科技大学学士学位论文 I 摘 要 本文介绍了游戏机外壳注塑模具设计过程，分析了游戏机外壳及其注塑模具的结构特点及设计要求。 在现在的生活中，大部分的生活用品外壳都属于塑料制品，而如何提高塑料制品的生产效率在生产中俨然是一个重要问题。注塑模具 CAE 技术可在模具制造之前 ， 在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模 ， 预测设计中潜在的缺陷 ， 突破了在传统的注塑机上的反复试模、修模的束缚。同传统的模具设计相比 ， CAE 技术在提高生产率、保证模具设计和产品质量 ， 降低成本、减轻劳动强度 ,起到了不可估量的作用。因此本文应用 Moldflow 注塑分析软件 ， 针对游戏机

2、外壳整个注塑成型过程进行注塑参数预分析 ， 确定了制件成型的参数。通过对分析结果的比较分析确定了最佳的成型方案 。 最后对所选择的较好的成型方案做了进一步优化分析 ,对塑料模具的注塑工艺参数 ,包括模具温度、熔体温度等进行优化 ， 从而得到优化最佳的成型方案 ， 以最低的生产成本、最高的生产效率使制件达到最佳的注塑效果。在该塑料模具设计论文中，系统的阐述了游戏机外壳模具的整个设计流程，其中主要包括以下几大模块：设计背景及工艺的分析，注射机的选型及工艺参数的确定，浇注系统、成型零部件、冷却系统、脱模 机构等的设计以及最后应用 Moldflow 对该模具进行数值模拟分析等。 在本模具的具体设计过程

3、中，根据塑料制品的外观要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸要求以及尺寸精度等技术要求，通过 PROE 和UG 绘制二维装配图、零件图以及模具的三维设计；并附上论文说明，系统地运用简要文字、简明示意图以及计算等分析塑件，从而对该塑件作出合理的模具设计。 关键词： 游戏机外壳； Moldflow；模具设计。 山东科技大学学士学位论文 II Abstract This article introduced the design process of the injection mold of the game machine shell. It has analyzed the struct

4、ural characteristics and design requirements of the game shell and its injection mold. In the present life, most of the daily necessities shells are plastic products, and how to improve the production efficiency of plastic products in production seems to be an important issue. Injection mold CAE tec

5、hnology can be in the mold before the mold on the computer design and analysis of the mold to replace the actual test mode, to predict the potential defects in the design, breaking the traditional injection molding machine on the repeated test mode, repair mode Of the shackles. Compared with the tra

6、ditional mold design, CAE technology to improve productivity, ensure mold design and product quality, reduce costs and reduce labor intensity, played an invaluable role. Therefore, this paper uses Moldflow injection molding analysis software, for the game machine shell injection molding process for

7、pre-analysis of the parameters to determine the parameters of the parts forming. Through the comparative analysis of the analysis results to determine the best molding program. Finally, the optimization of the selected molding scheme is further optimized, and the injection molding parameters of the

8、plastic mold are optimized, including the mold temperature and the melt temperature. The optimal molding scheme is optimized with the lowest production cost, The highest production efficiency to achieve the best injection molding effect. In the plastic mold design papers, the system design of the ga

9、me machine shell mold design process, which mainly includes the following major modules: design background and process analysis, injection machine selection and process parameters to determine the casting system, molding parts, cooling systems, stripping mechanism and other design and the final appl

10、ication of Moldflow on the mold for numerical simulation analysis. In the specific design process of the mold, according to the appearance requirements of plastic products, to understand the use of plastic parts, plastic parts of the process, size requirements and dimensional accuracy and other 山东科技

11、大学学士学位论文 III technical requirements, through the PROE and UG drawing two-dimensional assembly diagram, As well as the three-dimensional design of the mold; and attached to the paper, the systematic use of simple text, concise diagram and calculation of plastic parts, so that the plastic parts to mak

12、e a reasonable mold design. Keywords: The game machine shell;Moldflow; Mold design. 山东科技大学学士学位论文 IV 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . IV 1 绪 论 . 1 1.1 课题背景及意义 .1 1.2 塑料简介 .3 1.3 注塑成型 .3 1.4 本论文研究的主要内容 .4 2 游戏机外壳产品工艺分析 . 5 2.1 塑件分析 .5 2.2 ABS 材料分析 .7 2.3 塑件的工艺分析 .8 2.4 注射成型工艺过程分析 .10 2.5 型腔数目的确定 . 11 2

13、.6 分型面的选择 . 11 3 运用 Moldflow 软件进行有限元仿真分析 . 14 3.1 引言 .14 3.2 Moldflow 软件仿真分析 .15 3.3 最佳浇口位置的分析 .21 山东科技大学学士学位论文 V 3.4 浇注系统的分析 .26 3.4 冷却系统的分析 .30 4 游戏机外壳注塑模具方案的最终确定 . 33 4.1 模具型腔数目及排布方式的确定 .33 4.2 注射机选型及确定工艺参数 .34 4.3 分型面的设计 .38 4.4 浇注系统的设计 .38 4.5 注射模成型零部件的设计 .43 4.6 冷却系统的设计 .46 4.7 抽芯机构的设计 .50 4.8

14、 脱模机构的设计 .54 4.9 排气系统的设计 .56 4.10 模具总装图及材料的 选用 .57 5 结论 . 60 参考文献 . 62 致 谢 . 64 附 录 1 . 65 附 录 2 . 81 山东科技大学学士学位论文 1 1 绪 论 1.1 课题背景及意义 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中 1。 塑料工业是一门新兴的工业。从 1910 年生产酚醛塑料开始，塑料品种渐多，在生产技术和方法上都有显著的改进。虽然塑料工业发展只有很短的历史，但

15、发展却十分迅速， 1910 年世界塑 料产量只有 2 万 t，到 2012 年产量已达到 2.7 亿 t。目前塑料品种已有 300 多种，并且每年仍然在以 10%左右的速度增长。 我国的塑料工业起步于 20 世纪 50 年代初期。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献 2。中国塑料机械技术通过消化吸收国外先进制造技术，开发具有国际具有先进水平的 产品，新产品新技

16、术开发速度加快，进行重大创新，也取得了显著成绩。总之，塑料在开发研究与应用上都取得了显著成就。 近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美感和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。在塑料件广泛应用的今天，塑料模具就成了模具行业的重要组成部分。塑料制品的应用日渐广泛，为塑料模具提供了非常广阔的市场。随着工业发达国家将制造业纷纷转移到我国，使我国塑料模具工业面临空前发展机遇。在外资的带动下，在高新技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，我国塑料模具形成了一个巨大的产业链条，从上山东科技大学学士学位论文 2 游的原辅 材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑

17、建材等几大应用产业，塑料模具发展一片生机。外部市场环境的利好不代表中国塑料模具企业的实力。从总体上来看，我国还只能称的上是塑料模具生产大国而并不能称的上是生产强国，产品与工业发达国家还有 10 15 年的差距，目前仍以中低档为主。我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但与国民经济发展需求和世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档 塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际

18、先进水平的距离： (1)注重开发大型、精密、复杂模具；随着我国轿车、家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。 (2)加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。 (3)推广 CAD/CAM/CAE 技术；模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。 (4)重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水

19、平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应 用 3。 为使塑料模具工业尽快满足塑料制品生产发展的需要，使我国塑料制件工业有实力跻身于国际竞争大潮中，并取得巩固和发展。除了靠国家有关塑山东科技大学学士学位论文 3 料模具产业的方针政策 外，也需要塑料模具产业成员的共同努力，在塑料模具生产技术方面赶上世界先进水平。 1.2 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

20、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。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。 1.3 注塑成型 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。注射成型是塑料在 注塑机 加热料筒中塑化后，由柱塞或往复螺杆注射到闭合模具的 模腔 中形成制品的 塑料加工 方法。此法能加

21、工外形复杂、尺寸精确或带嵌件的制品，生产效率高。大多数 热塑性 塑料和某些 热固性塑料 （如 酚醛塑料 ）均可用此法进行加工。用于 注塑 的物料须有良好流动性，才能充满模腔以得到制品。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，注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设山东科技大学学士学位论文

22、4 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。主要依靠该注射设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 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 3。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。 1.4 本论文研究的主要内容 本论文的主要研究内容是利用计算机 CAD、 CAE 技

23、术进行游戏机外壳注塑模具的设计。在传统的模具结构设计中，塑料制品和模具结构都是通过设计人员的经验和不断地试模、修模不断对模具结构进行改进，结果导致模具开发周期长，制造成本高，且模具质量得不到保证。模流分析软件的出现，如本文涉及的对此类问题有较大的改善，因注塑成型最重要的是 控制塑料在模具中的流动方式。塑料制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕乃至制品的变形、冷却时间等，都与塑料在模具中的流动方式有关。可以通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等，帮助设计、工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因并加

24、以改进，提高一次试模的成功率，以缩短模具开发周期并提高模具质量。 通过本次设计，掌握了注塑模具设计的基本思路，及成型零件的造型方法，能够独立的设计出一套完整的注塑模具，且能将其应 用与实际生产。在设计过程中，通过 MOLDFLOW 软件的仿真分析，对注塑工艺参数不断改变，并优化浇注系统、浇口形状、位置等，以快速设计出最优的注塑模具结构。 山东科技大学学士学位论文 5 2 游戏机外壳产品工艺分析 2.1 塑件分析 2.1.1 塑件的视图 在模具设计之前我们需要对塑件的工艺进行分析，如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量等要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。 如图 2-1 及图 2-2 所示，明显可看出，该塑件模具属于结构中等复杂、生产量较大、要求较高的模具。 图 2-1 塑 件三维图 在 实物三维图的基础上，我们绘制了如下的三视图： 2.1.2 塑件的尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反之成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为 ABS，流动性较差，适用于尺寸较小的制品。