1、本科毕业论文（20 届）小电机外壳造型和注射模具设计及 CAE 分析所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文II摘 要我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，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（型） 。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。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。近几年，我国模具工业一直以每年 15%左右的增长速度发展。随着计算机
2、软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。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。本论文通过对小电机外壳造型和注射模具设计及 CAE 分析，系统的阐述了造型、模具设计的流程及注意要点，使设计更加合理、科学。设计利用 ProEngineer 软件便捷的三维造型绘制，注塑模具设计模块予以仿真设计并采用 CAD 软件进行二维绘制工程图，使用 CAE 对产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。关键词：小电机；外
3、壳造型；模具设计；CAE 分析本科生毕业论文IIIABSTRACTThe development of die and mould industry of our country, increasing attention by people and concern, in electronic, automobile, motor, electric appliances, instruments and meters, home appliance and communication products, 60% 80% of parts depends on that of die for
4、ming (type). Mould manufacturing is the national economic construction and an important industry, the development of Chinas revitalization and mould industry, increasingly attention by people and attention. With mold production parts have high precision, high complexity, high consistency, high produ
5、ctivity and generation of consumption, is other processing manufacturing methods far4. In recent years, our country has always been in mold industry growth rate of around 15 percent a year. Along with the computer software development and progress, CAD/CAE/CAM technology also mature gradually, the a
6、pplication of modern mold will become more and more widely. Mould industry is one of the basic industry manufacturing technology transfer, is the foundation, at the same time itself is important areas of high-tech industry. This paper on small motor shell modeling and injection mould design and CAE
7、analysis, system elaborated this modeling, mold design process and attention points, make a design more reasonable, scientific. Designs using Pro/e software convenient three-dimensional modeling draw, injection mould design module design simulation and shall adopt CAD software two-dimensional drawin
8、g engineering drawing, use of product performance and CAE, safety reliability analysis of its future working status and operation behavior is simulated, early detection design flaw, and confirm the future engineering, product function and properties of availability and reliability. Keywords: small m
9、otor; Shell modeling; Mould design; CAE analysis 本科生毕业论文IV目 录第 1 章 绪论 .41.1 选题依据及研究意义 .41.2 国内外研究现状 .21.3 研究的主要内容 .2第 2 章 造型设计 .32.1 选择外壳材料 .32.2 确定塑件工艺性能 .62.2.1 尺寸精度 .62.2.2 壁厚 .72.2.3 脱模斜度 .72.2.4 圆角 .82.2.5 粗糙度 .82.3 设计外壳造型 .8第 3 章 模具设计 .113.1 确定型腔数量 .113.2 分型面的确定 .113.3 凹凸模设计 .123.3.1 凹模的设计 .12
10、3.3.2 凸模的设计 .12第 4 章 浇注系统设计 .134.1 浇注系统的设计原则 .134.2 主流道的设计 .134.2.1 主流道尺寸 .134.2.2 主流道衬套的形式 .144.3 冷料穴的设计 .154.4 分流道的设计 .154.5 浇注系统的平衡 .164.6 排气系统设计 .16本科生毕业论文V4.7 注射机型号的确定 .164.7.1 注射过程分析 .164.7.2 注射成型工艺的参数 .174.7.3 选择注射机 .174.7.4 注射机的校核 .18第 5 章 冷却系统设计 .205.1 冷却系统设计原则 .205.2 冷却系统设计 .20第 6 章 选择模架 .
11、226.1 模架的确定和标准件选用 .226.1.1 架的选用 .226.1.2 标准件的选用 .236.2 合模导向机构的选择 .236.2.1 合模导向零件机构的作用 .236.2.2 导向机构的设计 .236.3 脱模推出机构的设计 .246.3.1 推出机构的设计原则 .246.3.2 推杆的设计 .256.3.3 脱模力的计算 .25第 7 章 注射成型工艺过程模拟分析 .27小结 .31致谢 .32参考文献 .33本科生毕业论文1第 1 章 绪论1.1 选题依据及研究意义 我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60
12、%80% 的零部件都要依靠模具成形（型） 。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。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。近几年，我国模具工业一直以每年 15%左右的增长速度发展。随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。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。电机是大多数机械的动力源泉，在各种机构传动中起着举足轻重的作用。电机行业又是机械工业的重要组成部分，在国民经济中
13、有着重要的意义。随着产业分工精细化、机械加工精密化及生产效率化，电机逐渐将向低噪、节能、变频调速、智能、专用性方向发展。随着电机行业的发展，小电机外壳造型设计也受到了广泛的关注。不同用途的小电机对外壳的要求也不同。本次设计的是掌上小电风扇的外壳。材料要求有：几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及能够防水，外形要求有：小巧、精美，能被大多数中小学学生所接受。中国中小学学生多，为小电机的生产提供了广阔的市场。1.2 国内外研究现状模具是利用特定的形状使原材料成型的工具。按成型设备分为：冲压模、挤压模、铸造模、锻造模、注射模（即我们常说的注塑模具）按成型材料分：塑胶模、五金模，陶瓷模、玻
14、璃模等。模具具有高效率、寿命长、质量稳定、适应大批量生产的特点，要求模具制造要高精度、低成本、寿命长、周期短。模具加工属于单件生产，模具材料硬度高，形状复杂。因而模具应采用特殊的材料和加工方法。为提高模具寿命，我国已经研究出了许多新材料，对不同的工作环境有不的模具材料，如冷作、热作模具钢。现在正向纳米材料发展。随着模具材料的硬度、强度不断提高，产品形状越来越复杂，传统的机械加工方法满足不了模具成型的需要，因此出现了许多特殊的加工方法。如线切割、电火花、电化学、激光加工、超声波磨削等，随着计算机技术的不断发展，CAD/CAM 技术不断的应用到模具技术中，开发出了许多模具设计辅助软件，如 pro/
15、e、AutoCAD、Master cam、Cmold 和模具 CNC 设备。模具技术逐渐从传统的手工装配过渡到现代化成型技术。CAE(Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE 是对各种各样的物理现象进行仿真的计算机应用技术之一；是一种工具，它能对各种形式的方案用计算机模拟来进行校核，并提出最优设计方案；是一种用计算机来对设计的产品或零件的性能，功能和安全性进行仿真的技术。它能对工程和产品进行性能与安全可靠性
16、分析，对其未来的工作状态和运行行为进本科生毕业论文2行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。近几年，国内随着设计需求和创新需求及外部环境的变化，CAE 技术也逐渐的在各个领域得以应用，为设计的准确性、可靠性贡献了很大的力量。CAE 技术是在上世纪 50 年代随着计算机技术的发展而发展起来的一种技术，到目前为止，其技术发展主要已经有五代了，其应用范围、领域及结果的准确性已经达到很高的程度，在各种设计领域里面大展身手；而随着计算机软硬件技术的发展，CAE 技术也从军工、国防等领域逐渐转向民用领域的应用。1.3 研究的主要内容（1）完成造型设计，使用 CAD,画出造
17、型图。根据产品的用途，确定产品的大小、形状、材料，进而根据有关参数和国家标准，确定成型件的工艺系数：尺寸精度，壁厚，脱模斜度，圆角，粗糙度等。用 CAD 画出造型图，标出总长、总宽、总高，计算出体积质量。（2）完成模具设计，使用 CAD,画出模具图。根据造型的长宽高，确定型腔分布；根据产品的形状，确定分型面；选择注射机并校核；设计浇注系统（浇口，主流道，冷料穴，分流道） ，冷却系统。（3）选择模架，设计合模导向机构的选择，脱模推出机构，拉料杆，使用 CAD，画出模架总装图。（4）注射成型工艺过程模拟分析。使用从 ProEngineer 将塑件的三维模型到 MPA 中，设计并设置进料口选用合适的
18、材料 PS 设置工艺参数，这里选择注射压力 119 MPa，模具温度45 度，熔体温度 220 度，进行充模和流动分析。本科生毕业论文3第 2 章 造型设计2.1 选择外壳材料塑料是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的高分子化合物，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的。使用不同的单体所得到的塑料在力学性能、工艺性能、物理性能、化学性能等不尽相同。如表 2.1 常用塑料。表2.1 常用塑料学名 化学和物理特性 注塑模工艺条件 典型用途PS 聚苯乙烯 大多数商业用的 PS 都是透明的、非晶体材料。PS 具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的
19、吸湿倾向。它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。典型的收缩率在 0.40.7%之间。干燥处理：除非储存不当，通常不需要干燥处理。如果需要干燥，建议干燥条件为80C、23 小时。熔化温度：180280C。对于阻燃型材料其上限为 250C。 模具温度：4050C。 注射压力：200600bar。 注射速度：建议使用快速的注射速度。 流道和浇口:可以使用所有常规类型的浇口。产品包装，家庭用品（餐具、托盘等） ，电气（透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等） 。PC 聚碳酸酯 PC 是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细
20、菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC 的缺口伊估德冲击强度（otched Izod impact stregth）非常高，并且收缩率很低，一般为0.1%0.2%。 PC 有很好的机械特性，但流动特性较差，因此这种材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的 PC 材料时，要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有较高的抗冲击性，那么就使用低流动率的 PC 材料；反之，可以使用高流动率的PC 材料，这样可以优化注塑过程。干燥处理：PC 材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。建议干燥条件为 100C 到200C，34 小时。加工前的湿度必须小于 0.02%。熔化温度：260340C。 模具温度：70120C。
21、 注射压力：尽可能地使用高注射压力。注射速度：对于较小的浇口使用低速注射，对其它类型的浇口使用高速注射。电气和商业设备（计算机元件、连接器等） ，器具（食品加工机、电冰箱抽屉等） ，交通运输行业（车辆的前后灯、仪表板等） 。PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 俗称“有机玻璃” ，具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。白光的穿透性高达 92%。PMMA 制品具有很低干燥处理：PMMA 具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。建议干燥条件为90C、24 小时。汽车工业（信号灯设备、仪表盘等） ，医药行本科生毕业论文4的双折射，特别适合制作影碟等。 PMMA 具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，
22、可导致应力开裂现象。PMMA 具有较好的抗冲击特性。熔化温度：240270C。模具温度：3570C。 注射速度：中等业（储血容器等） ，工业应用（影碟、灯光散射器)，日用消费品（饮料杯、文具等） 。PVC （聚氯乙烯）PVC 材料是一种非结晶性材料。 PVC 材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。PVC 材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。 PVC 对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。 干燥处理：通常不需要干燥处理。熔化温度：185205C模具
23、温度：2050C注射速度：为避免材料降解，一般要用相当地的注射速度。供水管道，家用管道，房屋墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器械，食品包装等。本次造型设计为小电机外壳，可以选择小型电风扇设计，主要消费群体为小孩。为了使造型简单，灵动，又满足使用的要求可以选择几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝性的透明材料 PS （聚苯乙烯）为外壳材料。其技术指标如下：密度（g/cm ） :1.04-1.06 比容(cm /g) :0.95扩拉强度（mpa） :350-630 拉伸弹性模量（mpa） :（2.8-3.5）x10吸水率 24h() :0.03-0.05 收缩率() :0.5-0.6熔点(
24、) : 131-165 弯曲强度（mpa） :610-980 硬度(hb) :M65-80 体积电阻率（.cm ）:10 冲击强度 kj/m : (缺口): 0.54-0.86热变形温度() : (1.80mpa) 65-96PS 的注射工艺条件参数见表 2.2、2.3 和 2.4。表2.2 PS的注射工艺参数I料筒温度注射机类型 预热温度 喷嘴温度前段 后段模具温度柱塞式 6075 160170 170190 140160 2060本科生毕业论文5表2.3 PS的注射工艺参数II注射压力MPa成型时间S冷却时间S成型周期S后处理介质 后处理温度后处理时间 S60120 1545 1530 4
25、090 热水浴或鼓风烘箱70 24表2.4 PS的热处理条件塑料 热处理介质 处理温度 制件厚度 mm 处理时间 min6070 63060PS 空气或水7077 71203602.2 确定塑件工艺性能2.2.1 尺寸精度 影响塑件的尺寸精度的因素有很多其中主要有 1) 塑料成型过程中的收缩率及收缩率的波动。2) 浇道的分布，浇口的位置、排气、模具的冷却或加热等。3) 模具磨损模具在使用过程中会受到程度不同的磨损，主要是指型腔和运动部件，如导柱和导套等的磨损。4）模具成型后的实效变化。选择尺寸精度时，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低级精度。小电机外壳的尺寸精度可选用一般精度等级，根据表 2.5，PS 的精度等级一般为四级。根据表 2.6，尺寸公差为 0.26mm。表2.5 塑料制品精度等级的选用建议采用的精度等级材料名称高精度 一般精度 低精度PS/ABS/PMMA/PC 等 3 4 5PA6/PA66/PA66/PA610/PA1010 等4 5 6POM/PP/HDPE 等 5 6 7LDPE/软 PVC 等 6 7 8
