1、美的冰箱顶部塑料盖的产品及模具设计 第 1 章 选题背景 1.1 引言 近二十年，塑料工业发展相当迅速，目前，约半数以上的都是注塑模具。塑料 的产品结构夜日趋多样化和复杂化，客户对产品质量的要求也越来越高。这在一定 程度上决定了模具设计和注射成型过程的复杂性，有些注射成型问题连有经验的模 具设计师和注射工艺师都很难把握。而传统的注塑模设计首先考虑的是模具结构本 身的需要，之后考虑的才是注塑制品的需要。塑料制品从设计到成型是一个非常负 责的过程。他主要包括塑料制品的设计，制品模流分析，模具结构设计，模具加工 制造，及模塑生产几个主要方面。由于在注塑模具的设计过程中需要大量的工作量 进行模流分析及
2、模具结构的设计，因此，对塑料熔体的注射成型过程的计算机模拟、 优化产品结构设计、模具设计以及注射成型工艺都具有非常重要的意义。 本设计旨在通过对现有美的冰箱顶部塑料盖进行产品改良设计，然后对改良后 的产品进行模流分析，再进行模具结构的设计以及后期装配图、零件图的绘制。产 品改良设计主要是在不影响塑料顶盖的功能下对其结构进行改良，主要目的在于节 约材料，并使得产品结构和模具结构都简单化，降低模具制造的加工难度，提高模 塑产品的生产效率，从而提搞现代科技的发展速度。模流分析主要是通过 MoldFlow 软件分析产品在型腔流动过程中的相关信息，是的模具结构设计更加准确，产品质 量更加优越。模具结构设
3、计为了提高产品质量，同时使得模具结构更加合理。装配 图及零件图的绘制主要是为了提高产品的精确度，使得质量达到客户的需求，同时 也使模具结构更加精确和合理。 1.2 选题的目的及意义 人类社会的进步是与材料的使用密切相关的，人类要生存、要发展就离不开材 料的使用。从石器时代、铜器和铁器时代发展到现在，人类使用的材料主要有四大 类，即木材、水泥、钢铁、塑料。其中塑料是20世纪才发展起来的一大类新材料， 塑料是高分子材料中的一类材料。目前世界高分子材料的年产量中，塑料约1.08吨， 合成纤维约0.2亿吨，合成橡胶约0.09亿吨，其余如粘合剂、涂料、离子交换树脂等 产量较少、 由于自然条件的限制，木材
4、年产量不可能有大的增长；水泥有良好的用途，但使用 范围有局限性；世界钢铁的产量近十年来几乎处于停滞状态；由于塑料的品种多， 性能各具特色，适应性广，生产塑料所消耗的能量较金属低，因此唯有塑料工业仍 保持着继续发展的势头，到90年代塑料的体积年产量已经赶上钢铁，塑料在国民经 济中已成为不可或缺的材料。 塑料工业包含塑料生产（包括数值合办制品的生产）和（塑料制品生产也成为 塑料成型工业）两个部分，没有塑料的生产，就没有塑料制品的生产，但是没有塑 料制品的生产。塑料就不能成为生产或生活资料，所以两者是一个体系的两个连续 部分，是相互依存的。塑料制品的生产是一种复杂而又繁重的过程，其目的在根据 各种塑
5、料的固有性能，利用一切可以实施的方法，使其成为具有一定形状有实用价 值的制件或型材，当然，出加工技术外，生产成本和制品质量也应重点考虑。 随着各种性能优越的工程塑料不断的开发，注塑工艺越来越多的被各个制造领 域用以成型加工，要高质量、经济的生产注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑 模具及注塑剂的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及 成本。所以为了是人们在未来的生活里更加方便快捷，为了使塑料这一多样性强， 回收性强的材料能更广泛的运用，仅此于美的冰箱顶部塑料盖的产品及模具设计为 题目进行研究和设计。其目的主要为了了解美的冰箱顶部塑料盖的结构及功能，通 过对其产品改良设计后再
6、进行模具设计。 此设计有效的将产品改良设计、模流分析、模具结构设计、装配图零件图的绘 制、以及后期对各部分零件的渲染都结合起来，使所学模具知识、机械制图知识、 工业设计相关知识、机械设计知识得到综合的训练。同时也对美的冰箱顶盖有了一 定的了解，对模具结构有了更深的认识。 1.3 国内外现状及发展趋势 1.3.1 国内模具行业及模具技术的现状 据2000年统计, 我国( 未包括香港、台湾、澳门) 现有生产模具厂点已超过17 000 家, 从业人员60多万人 。我国模具制造业在企业的结构和数量上都在发生较大 变化, 原有国有企业的专业模具厂、主机厂的模具车间一统天下的局面已被打破,形 成了由模具专
7、业厂、模具车间( 分厂)中外合资企业、独资企业、乡镇企业和个体者 组织的民营企业等共同并存的市场格局。模具行业在激烈的市场竟争中正在向高生 产档次、高水平的模具方向发展, 竟争的焦点是质量和制造周期, 价格是次要的。 从以下几个主要行业对模具需求可看出我国模具工业市场现状。 我国模具工业解放后从无到有, 发展速度较快,目前已初具规模。我国模具工业 在经历了半个多世纪的发展, 与国外的差距正在进一步缩小。纵观我国的模具工业, 既有高速发展的良好势头, 又存在精度低、结构欠合理、寿命短等一系列不足, 无 法满足整个工业迅速发展的迫切要求。现主要包括精密模具、大型模具、模具材料 及表面处理技术、高速
8、加工技术等。 1.3.2 国外模具行业及模具技术的现状 国外的模具种类繁多, 常用的就有几十种，就模具的重量而言, 最大的重 80 吨, 最小的只有几克。按模具类别统计，以 1982 年日本模具生产构成比为例, 其中冷冲 模占 38.2%, 注塑模具占 33.4%, 压铸模占 9.1%, 玻瑞模具、橡胶模具占 5.4%, 其它 模具占 13.9%。据日本通产省机械部门统计, 1987 年日本共生产模具 98 万套, 其中 冲模的产值占 40.5%, 注塑模具占 38%。近年来, 美国、前苏联和德国等国的模具工 业发展的趋势与日本大体相似。 国外模具精度高，所谓模具精度通常是指凸、凹模具的尺寸精
9、度。目前国外不 仅要求同一规格的不同模具冲出的同一种零件可以互换, 而且要求模具的凸、凹模 可以互换。美国制造的电机铁芯模具的凸、凹棋精度已达 0.25m, 具有互换性。美 国模具工作部分的尺寸精度约比产品精度高一个数量级。国内模具精度比产品精度 高不到半个数量级。目前, 各种模具的精度水平为硅钢片冲模为 0.003-0.005mm,一 般精冲模亦为 0.003-0.005mm, 注塑模为 0.005-0.01mm，压铸模为 0.01mm, 锻压模 为 0.02-0.03mm,冷挤模为 0.05-0.1mm。随着产品的更新和制造技术水平的提高, 模 具精度大大提高了, 微米级精度已普遍化 ,
10、而对精度要求不高的某些冲压件, 则采用 大间隙模具加工。 国外模具寿命长, 例如,美国西屋公司制造的小电机定、转子硬质合金级进模、 刃磨一次可冲裁 100 万片以上, 总数达 1.7-2 亿次。模具制造技术水平主要表现在棋 具精度、制造周期、使用寿命及制造成本四个方面。与国外模具相比, 国内模具制 造精度比国外的低一个数量级, 其表面粗糙度比国外的低 2-3 级, 制造周期比国外的 长 2-3 倍,使用寿命约相当于国外的 1/5-1/10。 1.3.3 国内外模具行业及模具技术的发展趋势 现在国内外模具行业及模具技术发展趋势主要包括：模具 CAD/ CAM/ CAE 发 展趋势；新一代模具设计
11、软件技术；快速模具制造技术的发展；其它成型制模技术； 复叠模具的发展与热流道技术；模具行业的标注化和专业化；模具行业加工工艺及 加工设备的完善化。 （1）模具 CAD/ CAM/ CAE 发展趋势 模具 CAD/ CAM/ CAE 发展趋势中模具设计制造主要是是一个多环节的复杂过 程, 从初始设计到最后的装配检测, 实质上是将产品的设计信息在生产环节间进行不 断传送与处理并反馈的过程。正确的模具设计制造方法应该是并行工程的方法, 要 实现模具 CAD/ CAM/ CAE 等各个模具间信息的提取、交换和处理的集成化, 必须 建立模具集成化的产品信息模型。采用基于特征变量化设计, 工程数据库管理系
12、统 等技术已成为目前研究的热门。 （2）新一代模具设计软件技术 新一代模具软件是建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上。具有智能化 意义。在智能化软件的支持下, 模具CAD 不再是对传统设计与计算方法的模仿, 而 是在先进设计理论的指导下, 充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验, 其设计结 果必然具有合理性和先进性。 （3）快速模具制造技术的发展 将快速成型技术与各种常规的铸造、粉末烧结等传统制造工艺相结合而发展起 来的快速模具制造技术, 其模具制造周期仅为常规模具切削制造的1/ 5 至1/ 3, 而成 本仅为后者的1/ 4 至1/ 2。快速成型技术对模具制造的潜在影响是巨大的。 （4
13、）. 快其它成型制模技术 其他技术主要包括树脂冲压模具的应用、电弧喷涂成型制模技术等。 （5）. 复叠模具的发展与热流道技术 复叠模具的发展与热流道技术近年的发展中, 注塑模具已从原来的单面模腔或 单面多模腔模具发展到双面、四面多模腔复叠模具。与传统的单面模具相比, 近年 来迅速发展的复叠模具成倍地提高了生产效率和产品品质。从热流道技术角度来看, 单面单模腔模具是最简单的设计, 注塑机的喷嘴直接将融料注入模腔, 如果单面模具 有多个模腔, 注塑机将融料注入热流道系统, 再注入各模腔。双面模具由两个模腔背 靠背排列而成。在使用常规双面复叠模具生产制品时, 产品处于模具中间的背靠背 叠并而成的两个
14、凹模面上成型。 （6）模具行业的标注化和专业化 在国内外模具行业最重要的发展趋势是趋向于标准化和专业化。模具的标准化、 专业化生产是当代模具生产的重要发展趋势之一。模具是单件生产的产品, 其凸、 凹模必须按制品的不同形状单件制造.但是整套模具中, 则大部分零件(如模座、模板、 导柱、航空精密制造技术导套及凸模固定板、卸料板等)均可形成标准件模具标准化 包括模具零部件、模具结构和模具加工工艺的标准化实现模具标准化, 可节省材料 30%, 减少工作量30%-50%, 降低成本50%。国外棋具标准化程度已达到70%-95%.模 具标准化是模具专业化生产的前提 国外模具标准化程度高, 为模具专业化生产
15、、提 高生产效率、缩短制造周期创造了良好的条件。 （7）模具行业加工工艺及加工设备的完善化 在另一方面，要在模具的加工工艺及技术上有更大的突破。其主要包括：1.仿 形铁、数控铣数控仿形铁和加工中心仿形铣床适用于飞多种复杂型腔模、凸模、凹 模的加工, 价格便宜, 目前电气仿形正在逐步取代液压仿形；数控电火花成形加工； 电火花线切创加工；电解加工；CNC激光加工；CNC连续轨迹坐标脚加工；模具的 光整加工；非切削侧模技术。 1.3.4现有冰箱顶部塑料盖的调研 冰箱顶上有盖板，上开双钱孔，既是抠手，又是冷气散发口。现有的塑料冰箱 形状比较稳定，有部分结构比较复杂。 美的冰箱相关信息，2007 年，美
16、的冰箱表现出强劲的发展态势，在整合合肥、 广州两地三大制造基地的同时，实现了产销各类冰箱及相关产品 380 万台，销售收 入突破 47 亿元，同比增长 40%。2008 年，随着企业组织架构、经营模式、管理机 制进一步调整与完善，三地工厂技改扩能项目的完成与投产，研发大楼及实验中心 的竣工与使用，将使美的冰箱的综合实力跃上一个更高的台阶。2008 年冰箱事业部 预计产销各类冰箱及相关冷冻产品 550 万台，销售收入突破 72 亿元。面向未来，冰 箱作为美的集团的重点发展项目，将成为集团未来增长的重要支撑点。 由此可见，美的冰箱的发展有着很好的前景，那么提高美的冰箱相关部件的质 量也是非常重要的
17、，所以本课题的研究不仅能提高自己的水平，将自己所学的知识 有一次综合的训练，同时对美的冰箱的发展及模具行业的发展也有着一定的积极作 用。 现有冰箱顶部塑料盖信息，冰箱顶盖是外部件，所以在外观颜色和质量上都有 较高的要求，所以对模具的精度要求也相当重要，现有的冰箱顶部塑料盖主要也是 在外观质量、颜色及相关链接结构有一定要求，见图 1.1、图 1.2。 图 1.1 现有产品 1 图 1.2 现有产品 2 由于冰箱顶部塑料盖结构及功能都是一定的，所以在产品改良设计阶段就会相 对简单，主要是要保证外部件耐热性、耐模性、耐摩擦性、表面划痕、便面色泽等。 下面主要介绍的是调研的外部件表面处理的相关要求：主
18、要包括表面喷漆工艺 及表面喷涂技术要求。见表 1、表 2。 表 1 喷漆工艺性能要求 检验项目 标准 检测方法或要求 指标 漆膜的划格试验 GB/T9286-1988 2mm 间隔，采用粘胶带 100%无脱落 漆膜颜色及外观 符合标准色 板 光泽 符合标准色 板 耐洗涤性 常温浸 5%化学洗 涤剂溶剂 经 120 小时洗涤 漆膜表面无 明显变化 耐酸性 GB/T1763-1979 经 0.1N 的 HCL 浸泡 24h 漆膜表面无 明显变化 耐碱性 GB/T1763-1979 经 0.1N 的 NaOH 浸泡 24h 漆膜表面无 明显变化 耐盐雾性 GB/T1771-2007 盐液浓度 5%，
19、经 240 小时测试 漆膜表面无 明显变化 耐汽油性 GB/T1734-1993 RH-75 航空汽油或 120 号溶剂油浸泡 7h 漆膜表面无 明显变化 耐湿性 GB/T1740-2007 温度(471) ，相对湿度(962)%， 调温调湿箱内测试 120 小时 漆膜表面无 明显变化 耐冲击性 GB/T1732-1993 温度(232)，相对湿度(505)%，重 锤高度 20cm 无脱落、龟 裂 漆膜弯曲实验 GB/T6742-2007 I 型弯曲实验仪，选用轴的直径尺寸 2mm 无破裂、起 泡 耐水性 GB 1733-1993 (232)下，蒸馏水浸泡 240h 漆膜表面无 明显变化 漆膜
20、回粘性 GB1762/T-1980 702h 不得有明显 的粘着及布 纹痕迹 表 2 表面喷涂后的外观要求 项 目 检验方法 检 验 要 求 流痕 目 测 1m 处正常目测，对外观无影响 麻点 目 测 不允许 针孔(肉眼可见) 目 测 针孔直径 d1mm,在 100mm100mm 区域内3 个,且在任意 1000mm1000mm 范围内10 个 颗粒(肉眼可见) 目 测 颗粒大小0.5 mm0.5 mm0.5mm,任意 400mm 范围内颗粒2 数量10 个 外观 目测及仪具检测 光滑平整，无影响外观的变形、飞边、毛刺等，光色一致，颜色符合标准色卡要求 表面划伤 目 测 1m 处正常目测，不可
21、见 表面缩痕 目 测 1m 处正常目测，不影响外观 1.3.5 研究的主攻方向 研究的主要方向是从美的冰箱现有的塑料顶盖的形态和相关功能进行调研分析， 然后通过测绘，改良，然后通过三维软件建模，以及相关软件的进行设计和模拟分 析，对塑料顶盖进行模具设计。最后将设计、加工、生产所需的二维图及三维图绘 出。在产品改良设计阶段，主要是将其结构简单化，使得加工生产都趋于方便同时 也使模具零件在制造上更加简单。以此来提高生产效率和生产质量。 第 2 章 产品改良设计 2.1 现有美的冰箱顶部塑料盖 主要了解冰箱顶部塑料盖的相关信息，主要包括外观的整体特征和局部特征。产 品外观结构主要包括产品的图片，三维
22、尺寸，颜色，结构等相关信息。该产品是荆 州悠进电装有限公司（美的供应商）所生产的一个冰箱顶部塑料盖，它每年需求量 为 50 万 PCS（pieces 量词 块 、件 、张等）/年。产品材质主要为高抗冲聚苯乙烯 （HIPS ）或聚丙烯（ PP） 。目前采用的是高抗冲聚苯乙烯（HIPS） 。 （1）产品相关图片见图 2.1 图 2.2 图 2.3 图 2.4 图 2.5. 图 2.1 产品正面 图 2.2 产品背面 图 2.3 产品局部图 1 图 2.4 产品局部图 2 图 2.5 产品局部图 3 （2）. 产品的三维尺寸（见图 2.6） 图 2.6 产品三维尺寸图 （3）产品的颜色及结构（见图
23、2.7 图 2.8） 该产品的结构比较复杂，壁厚较薄和多有卡槽连接是其最主要的特征。颜色主 要为灰色，因为是外部结构件，所以外表面做了磨砂效果的处理。 图 2.7 产品三维图 图 2.8 产品三维局部图 2.2 美的冰箱顶部塑料盖改良 上述分析的是现有的美的冰箱顶部塑料盖的相关信息，其主要包括的外部特征 主要有颜色和结构。 2.2.1 现有产品缺陷 现有产品的缺陷：由于盖产品是一个外部件，所以在外观要求上都有一定的要 求，现有的冰箱顶盖四周都用到的是卡槽结构，这样使得产品的结构及其复杂，另 外在模具设计上以及后期零件加工中都特别繁琐。同时也使产品材料有所增加，在 环保、可持续发展战略上也是有所
24、欠缺的。 2.2.2 产品改良缺陷相关分析 由于冰箱顶盖在装配后是需要做发泡处理，也就是说安装后基本上是不需要再 做拆卸的，所以为了使装配更加的简单，在产品改良设计时将四周需要卡槽的结构 去掉，设计五个塑料柱头，通过螺钉连接。 发泡简介，一般发泡是聚氨酯发泡(见表 3)。聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚 醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混 合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。 聚氨酯硬泡体是一种具有保温与防 水功能的新型合成材料，其导热系数低，仅 0.0220.024W/（m ） ，相当于挤塑 板的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。目前聚氨酯泡
25、沫塑料主要应用 在建筑物外墙保温，屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板 材、冷藏车及冷库隔热材等。南京长三角防水保温材料有限公司最新研发的硬泡聚 氨酯现场喷涂 B1、B2 级产品，可用于阻燃需求的各工程项目，冷库及管道保温。 主要特性如下： （1）. 保温性能好。导热系数 0. 025 左右，比聚苯板还好，是目前建筑保温较 好的材料。 （2）. 防水性能好。泡沫孔是封闭的，封闭率达 95% ,雨水不会从孔间渗过去。 （3）3. 因现场喷涂，形成整体防水层，没有接缝，任何高分子卷材所不及， 减少维修工作量。 （4）. 粘结性能好。能够和木材、金属、砖石、玻璃等材料粘结得非常牢固
26、， 不怕大风揭起。 （5）. 用于新作屋面或旧屋面维修都很适宜特别是旧屋面返修，不必铲除原有 的防水层和保温层，只需清除表面的灰、砂杂物，即可喷涂。 （6）. 施工简便速度快。每日每工可喷 200 多平米，有利于抢进度。 （7）. 收头构造简单。喷涂发泡聚氨酯收头，不用特别处理，大为简化。如使 用卷材，在女儿墙处，需留凹槽，收头在凹槽内;若不能留凹槽，需用扁铁封钉收头， 还要涂嵌缝膏。 （8）. 经济效益好。如果把保温层和防水层分开，不仅造价高，而且工期长， 而发泡聚氨酯一次成活。 （9）. 耐老化好。国外已用工程总结和研究测试获知，耐老化年限可达 30 年 之久。 （10）速度快。发泡之后耐
27、用，可以明显提高使用寿命。 表 3 聚氨酯发泡性能与参数 技术性能 单位 技术 容量 Kg/m3 45-60 导热系数 W/m.k 0.016-0.024 使用温度 -90-+120 闭孔率 % 97 吸水率 Kg/m2 0.2 氧指数 h 26 抗压强度 Kpa 200 螺钉连接，螺钉连接主要采用自攻螺钉。见表 4。 表 4 自攻螺钉规格 2.2.3 产品改良方案 由于产品相对简单，所以在产品改良阶段所做的工作要为分析现有产品不足， 主要连接结构做了一定的改良，另外主要建模，绘制 CAD 零件图。结构简单，所以 改良方案非常清晰，主要将四周的卡槽连接改良为螺钉连接，主要是对塑料柱头及 上面的
28、孔进行了设计，柱头直径为 10.0mm 上面的孔为 2.95mm 孔深 13mm 这是根据所 选用的自攻螺钉进行设计的，选用的自攻螺钉是 ST3.5 型号的，配套的铝条上的孔 径大小为 4mm）。螺钉的具体大小参照表四。 2.3 改良后美的冰箱顶部塑料盖 改良后的冰箱塑料顶盖结构简单，在不影响其外观的情况下，能够有效的节约 材料，同时也能达到环保的要求，另外其在模具设计上能够大大的降低难度，在模 具零件加工上也能够提高效率。相关图片见图 图 2.9 图 2.10 图 2.11. 图 2.9 改良产品建模过程 图 2.10 改良产品三维模型 图 2.11 改良产品三维尺寸 以上为产品改良阶段相关
29、工作内容。在这阶段，重点在于产品连接结构的设计， 由外观颜色等有具体要求，故不多做修改。上述展现的主要是现有的产品形态、改 良缺陷的分析内容、改良过程中相关工艺及配件的选择、改良后产品的形态展示。 第 3 章 产品改良后模流分析 3.1 美的冰箱顶部塑料盖分析 图 3.1 是冰箱顶部塑料盖的三维造型图。该制品外形尺寸为: 493mm511mm20mm。最大壁厚 3.5mm，最小壁厚 1.5 rnrn，形状简单、外形尺 较大、壁厚较小，是典型的大面积薄壁型产品。外部轮廓为矩形，上面有部分连接 孔（主要是选择轴安装所用） ，产品表面部分区域有磨砂效果。另外含有五个塑料柱 头（主要是自攻螺钉连接所用
30、）没有侧抽结构。由于是外部件所以表面要求很高： 不能有熔接痕、银丝、气泡、划痕、内应力、油污、色泽不均匀等缺陷。 塑件所用材料为 HIPS（高抗冲聚苯乙烯） 。HIPS 流动性好、熔融指数 MI 偏大、 收缩率稳定、材料的韧性好。其注塑工艺要求大致为：料筒温度 180250，注塑 压力 69128MPa，模具温度 5080.（这主要是根据材料要求） 。 图 3.1 冰箱顶部塑料盖的三维造型图 3.2 数值模拟分析前期处理 3.2.1 美的冰箱顶部塑料盖导入 将美的冰箱顶部塑料盖模型在 Pro/E 中打开，然后将其 prt 格式转换为 stl 格式， 由于该产品是典型的大面积薄壁结构，网格划分时
31、会出现很大的纵横比，从而使网 格修复工作量增大。所以在转换为 stl 格式之前将小圆角去掉，这样对分析结果影响 较小，同时也能提高网格修复速度。导入过程中，选择网格划分类型（fusion）和产 品设计尺寸单位（毫米） ，如图 3.2 所示。 图 3.2 模型导入对话框 3.2.2 美的冰箱顶部塑料盖网格划分 由于美的冰箱顶部塑料盖的网格划分和修改是其在 MPI 分析前最重要的一个步 骤，不仅重要，同时也是最为复杂的一个环节。网格划分的是否合理，将会直接影响到 产品的最终分析结果。 因为网格越小分析精度便会越高，然而修改的复杂程度和系统的计算量都将大 大提高。网格的边长一般是产品最小壁厚的 1.
32、52 倍，这样能够基本保证分析的精 度。根据壁厚取全局网格边长为 3mm，如图 3.3 所示。由此系统会依据设置自动完 成网格划分，网格划分结果如图 3.4 所示。 图 3.3 冰箱顶部塑料盖网格划分 图 3.4 冰箱顶部塑料盖自动网格划分结果 3.2.3 美的冰箱顶部塑料盖网格缺陷修改 在 MPI 网格划分中中，系统自动生成的网格肯定会存在一定的的缺陷，网格缺 陷不仅可能对计算结果的止确性和准确性产生影响，而且在网格缺陷比较严重的情 况下，会导致计算结果根本无法进行。所以，就要对网格缺陷进行修改。 在网格修改之前，首先要对网格状态进行统计，在根据统计结果对现有网格缺 陷进行修改。网格状态统计
33、结果如图 3.5 所示。对 fusion 模型，网格信息必须满足 以下原则: 联通域的个数应该为 1； 自由边和非交 8 边个数应该为 0； 未定向的单元应该为 0； 交又单元格式应该为 0;； 完全重叠单元个数应该为 0； 单元纵横比最大数值控制在 10 一 25 之间； 网格匹配率应大于 85%。 图 3.5 冰箱顶部塑料盖自动网格统计结果 通过网格统计状态，发现除最大纵横比较大、相互百分比外其他各原则都满足。 为了保证 网格平均均纵横比小于 6 的前提下，尽量降低网格的最大纵横比。通过网格诊 断工具中的节点合并工具对纵横比进行修复（如图 3.6 所示） ，修复完后再进行网格 状态统计，如
34、图 3.7 所示： 图 3.6 冰箱顶部塑料盖纵横比修改 图 3.7 冰箱顶部塑料盖自动网格统计最终结果 3.3 数值模拟分析 3.3.1 浇口位置分析 浇口是直接与冰箱顶盖塑件连接在一起，将塑料熔体引入到模具型腔，是浇注 系统的关键部位。浇口位置的设计对熔体在模具型腔内的流动有着重要的作用，同 时也影响着聚合物分子的取向和产品成型后的翘曲，所以选择合理的浇口位置是非 常重要的步骤。在模具设计中，浇口位置的确定需主要六个原则:应开设在塑件的 厚壁处尽一缩短流动即离减少熔接痕，提高熔接强度要考虑分子的取向影响 考虑排气问题考虑制品的外观质量问题等。在模具设计中，浇口位置设计有一 定的难度。现在利
35、用 MPI 软件对塑料顶盖进行分析，自动分析出最佳的浇口位置。 然后根据相关分析确定最终最佳的浇口位置。 通过选择材料 HIPS（如图 3.8 所示） ，然后将成型条件设置为默认，通过立即 分析。最佳浇口位置分析结果以图象的形式展现。如图 3.9、图 3.10 所示，显示最 佳的浇口位置。 图 3.8 选择材料 图 3.9 最佳浇口位置（背面） 图 3.10 最佳浇口位置（正面） 通过 MPI 分析，上述结果显示，蓝色的区域为最佳浇口位置，为了可保证注塑 过程的熔体平衡性，最好是将浇口设计在蓝色区域附近。 3.3.2 浇口位置确定 一般情况下，浇口位置的选择主要是通过相关分析结果、塑料件的外观
36、要求及 实际经验来确定的。MPI 软件的模流分析作是产品的初步成型分析，主要是根据最 佳浇口位置的分析结果设定浇口位置，从而分析产品注塑过程中可能出现的一些问 题和缺陷。由于该产品是外部件，背面要求美观，所以其浇口设计在正面，由于该 制品外部尺寸是规则的矩形，所以浇口位置设置在如图的蓝色区域中心位置。 然后进行填充分析，主要是检验制品的填充过程是否合理，填充是否平衡，能 否完成对制件的完全填充，避免出现流动不平衡等问题。确定浇日位置的设置是否 合理，主要为后期加工和分析做出一定的实验基础。首先可以分析出制品的填充时 间。如图 3.11 所示。 图 3.11 最佳浇口位置及填充时间 由分析结果显
37、示，如图 3.11。制品的填充时间为 2.180 s。通过动态显示，可以 清晰地看到熔体在型腔内的流动。 图 3.12 充填区域显示 由上述分析云图结果显示没有充不满的现象，等高线显示流动基本平衡。所以 熔体在行腔的流动能够在有效时间下充满。如图 3.12 所示。 图 3.13 气穴位置显示 由分析结果显示，如图 3.13。气穴位置多数分布在产品的内部，其位子多数在 分型面位置，因此气体很容易排出，不会影响到美的冰箱顶部塑料该的外观质量。 图 3.14 溶解痕位置显示 由分析结果显示，如图 3.14。图中红色线条代表熔接痕。熔接痕数日较少，主 要分布在塑件的内表面，对塑件外观无影响。 图 3.
38、15 填充平均速度显示 由分析结果显示，如图 3.15。填充的平均速度比较均匀，能够在 2.180 s 内将行 腔填充完全。使得制品在一定时间内得到成型。 通过以上所有云图显示，浇口位置的选择和基本合理的，无论是在填充时间、 溶解痕、气穴、充填区域以及充填平均速度上都能够满足要求，所以浇口位置设置 在制品的结合中心（正面） ，如上图 3.15 所示。 3.3.3 浇注系统的创建 在美的冰箱顶部塑料盖的浇注系统的确定上，主要采用的是点浇口，通过一个 浇口建立浇注系统，在本次设计中，我们采用的是热唧嘴进行浇注，所以其浇注系 统相对来说比较简单。 热唧嘴的主要优点有：1. 无水口料，不需要后加工。2
39、. 压力损耗小。3. 水口 料重复使用会使塑料性能降解。4. 热喷嘴采用标准化、系列化设计，配有各种可供 选择的喷嘴头，互换性好。热唧嘴的需要外部订购，如图 3.16。详细信息参见模具 设计中的浇口设计。 图 3.16 热唧嘴样图 3.3.4 冷却系统的创建 在模具设计及制造中设计合理的冷却系统是非常重要的，他能够大大提高我们 的生产效率及生产质量。合理的均匀冷却和缩短成型周期是冷却系统最大的两个条 件。现创建冷却系统，水道直径取 8mm。初步拟定冷却水道的设计方案，如图 3.17 所示。同时也显示出的是水流道介质温度。 图 3.17 冷却水道分布及水流道介质温度 由分析结果显示，如图。回路中
40、的冷却介质的生温应该小于 2 一 3，而图中 显示冷却水升温为 3.16。冷却水道设计不合理。 通过冷却分析结果判断制件的冷却效果的优劣，根据冷却效果计算出冷却时间 的长短，确定成型周期所用时间。在获得均匀冷却的基础上优化冷却管道布局，尽 量缩短冷却时间，从而缩短单个制品的成型周期，提高生产效率，降低生产成本。 图 3.18 制品冷却时间显示 由分析结果显示，如图 3.18。显示的最大的冷却时间为 18.01s。其能够满足生 产制造的要求。 3.4 模流分析相关结果 通过上述模流分析的到结果，所确定的最佳工艺参数为:允填时间为 2.180s、模 具温度为 70、熔体温度为 230、保压时间为
41、12s、冷却时间为 18.01s。 通过上述模流分析，可以为后期的模具设计中流道和冷却水道做出一定的参考。 就目前的信息显示，浇注系统的选用比较合理，但是冷却水道的选用有所欠缺。在 第四章模具设计中将会详细的对冷却水道的设计有所说明和讲解。 第 4 章 模具设计 4.1 成型工艺分析 4.1.1 制品信息 本产品为美的冰箱顶部塑料盖，基本尺寸如图 4.1，精度等级为一般精度(4 级 精度) ，制品表面要求光泽，无杂色，无收缩痕迹，有部分面积需要磨砂效果等。 图 4.1 制品基本信息 4.1.2 材料选择 在塑料制品中，材料的选择通常根据制品的使用性能，机械加工性能，所在的 工作环境，以及生产条
42、件和生成成本来考虑。由于美的冰箱顶部塑料盖是一件外部 零件，对机械性能要求不高，主要考虑他的外观要求及结构功能外，还要考虑成型 难易及经济性问题，所以综合考虑选用 HIPS 材料。 采用 HIPS 主要是因为它流动性好、熔融指数 MI 偏大、收缩率稳定、材料的 韧性好。 4.1.3 材料性能及工艺 HIPS 的加工性能很好，可以用许多传统的成型方法进行加工，如注塑、挤出、 发泡、热成型、吹塑等。HIPS 树脂吸收水分较慢，因此一般情况下不需要干燥；但 有时材料表面的水分过多会被吸收，从而影响最终产品的外观。在 70干燥 23 小时即可去除多余的水分。薄膜、片材、型材的挤塑是 HIPS 用的最多
43、的加工方法。 高抗冲聚苯乙烯 HIPS 的加工范围很宽，因此它是最容易热成型的树脂之一。 HIPS 熔体的流动性比 ABS（丙烯-丁二烯- 苯乙烯共聚物）高，成型收缩率与 ABS 接近，一般在 0.020.06%；因此用于加工 ABS 的模具也适用于 HIPS 的成型。 HIPS 的成型温度比 ABS 低 20左右，注塑压力低 23MPa。PP（聚丙烯）材料易 老化，耐低温性能较差。 该产品主要采用注塑成型，其工艺要求大致为：料筒温度 180250，注塑 压力 69128MPa，模具温度 5080.（这主要是根据材料要求） 。 4.2 注塑机选择 4.2.1 注塑机简介 注塑机的选用包括两方面
44、的内容：一是确定注塑机的型号，是塑件、塑料、注 塑模及注射工艺等所需要求的注塑机的规格参数在所选注塑机的规格参数范围之内； 二是调整注塑机的技术参数至所需要的参数。根据塑料的品种、塑件的结构、成型 方法、生产批量、现有设备及注射工艺等进行选择。 不同的注射成型方法，对注射成型设备的要求及其装置配置是不同的。用于注 射成型的设备有：通用注射机，热固性塑料注塑机，特种注塑机成型工艺用注塑机 等类别。应用最广泛的是通用注塑成型机。 通用注塑机按分类方式不同，有多种形式。 (1)按注射方向和开合方向分类：卧式注塑机，立式注塑机，角式注塑机。 (2)按锁模装置分类：直压式，肘拐式。 (3)按注射装置分类
45、：螺杆式，柱塞式，螺杆预塑化型。 4.2.2 注塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装 置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等。这些参数是设计,制造,购买和使用注塑 机的主要依据。 (1)公称注塑量：指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程 时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力； (2)注射压力：为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞) 对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力； (3)开合模速度：为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要 求模板在整个行程中的
46、速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停； (4)注射速率：为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还 必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度； (5)锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下 模具不应被熔融的塑料所顶开； (6)塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量。塑化能力应与注塑机的整个成型 周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反 之则会加长成型周期； 4.2.3 选择注塑机 通过 Pro/E 建模分析得：(材料密度取 1.05g/cm 通过查表)3 单个塑件 体积 V=7
47、15069.9mm =715.07cm ，质量 m=715.07*1.05=750.8g，投3 影面积= 2519493m 由公称注射量选定注射机，因为美的冰箱顶部塑料盖是典型的大面积薄壁结构， 所以暂且选用一模一腔，则体积为： 流道凝料 V=0.2(凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取 0.5V 来估 算,由于塑件较大，取 0.2V 计算)； 实际注射量为： ；32.865.075.1cmV实 根据实际注射量应小于 0.8 倍公称注射量原则,即： 实公 8.03c54.108.236公 初选 JM650-C2 型注塑机，主要技术参数如下表。见表 5. 表 5 JM650-C2 注塑机参数
48、表 说明 DESCRIPTION UNIT JM650-C2 国际公认型号 International size rating 6500/4980 射胶系统 INJECTION UNIT 理论注射容积 Shot volume cm3 2300 2704 3206 g (克 ) 2116 2488 2950 实际注射量 Shot weight (oz) 盎司 75 88 104 螺丝直径 Screw diameter mm 83 90 98 射胶压力 Injection pressure MPa 216 184 155 螺丝长度直径比 Screw L:D ratio 23.9:1 22:1 20
49、.2:1 螺丝行程 Screw stroke mm 425 螺丝转速 Screw speed(stepless) r/min(max) 160 锁模系统 CLAMPING UNIT 锁模力 Clamping force kN 6500 开模行程 Opening stroke mm 920 模板尺寸 Platen size mmmm 1310x1310 连接柱内距 Space between tie bars mmmm 900x900 模板最大距离 Max. Daylight mm 1830 容模量（最薄-最厚） Mold thickness (Min. Max.) mm 350-910 油压顶出行程 Hydraulic ejection stroke mm 265 油压顶出力 Hydraulic ejection force kN 182 动力/电热 POWER UNIT 油压系统压力 Hydraulic system pressure MPa 17.5 油泵马达 Pump motor kw 55 电热量 H
