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模具設(shè)計(jì)論文范文第1篇

論文摘要:隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展及塑料制品在各個(gè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品對(duì)模具的要求也越來(lái)越高。同時(shí)也對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求，在塑料制品模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的選擇是決定產(chǎn)品性能的重要因素。還有制品壁厚等問(wèn)題是輔助設(shè)計(jì)軟件所不能解決的，要需要專業(yè)設(shè)計(jì)人員長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)的積累才能做好的。因此本文就塑料制品模具設(shè)計(jì)中若干重要問(wèn)題做以簡(jiǎn)要的討論。

在我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起到了重要作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間，尤其計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，在塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的選擇是決定模具設(shè)計(jì)時(shí)模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問(wèn)題。

一、塑料制品材料的選用對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響

一般來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此，設(shè)計(jì)者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細(xì)測(cè)試這些材料，研究其與各種因素對(duì)成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說(shuō)明問(wèn)題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無(wú)定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來(lái)說(shuō)，半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件，而無(wú)定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強(qiáng)材料繼續(xù)選擇。

（一）根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析

熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會(huì)影響到成型加工，尤其會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來(lái)替代，而不會(huì)有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動(dòng)方向決定，這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。試驗(yàn)（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個(gè)測(cè)試條，并在同一個(gè)拉力測(cè)試儀上對(duì)它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較）表明，對(duì)添加了30％玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹(shù)脂，其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向（流動(dòng)方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了43％和53％。

在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)注意到這些損失。

在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來(lái)改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊(cè)或數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱，更好的是聽(tīng)取原材料制造廠家的專家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。

（二）考慮濕度對(duì)材料性能影響

一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強(qiáng)。這可能會(huì)對(duì)它們的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意這種性能，考慮其對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

模具材料的選用取決于制品材料，細(xì)致分析制品材料后，才能在模具設(shè)計(jì)時(shí)選用最為合適的模具材料。

（三）塑料制品模具材料選用

細(xì)致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國(guó)市場(chǎng)常見(jiàn)的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時(shí)，根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來(lái)選取適合的模具材料。例如：制作形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料制品時(shí)，其模具材料可選用預(yù)硬型塑料模具鋼；制造復(fù)雜、精密且生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，需要高壽命模具時(shí)刻采用時(shí)效硬化型塑料模具鋼。具體選用時(shí)主要還是要針對(duì)塑料制品的材料和模具預(yù)計(jì)使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計(jì)將極大的提高模具使用周期，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

二、壁厚及相關(guān)注意事項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品性能的影響

在工程塑料零件的設(shè)計(jì)中，還有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)常考慮，其中對(duì)于壁厚的設(shè)計(jì)尤為重要，壁厚設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)產(chǎn)品影響極大，改變一個(gè)零件的壁厚，對(duì)以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動(dòng)長(zhǎng)度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。

（一）塑料模具設(shè)計(jì)工藝中的基礎(chǔ)要求

在設(shè)計(jì)的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對(duì)注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長(zhǎng)、而薄，則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃?dòng)熔解）是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時(shí)的流動(dòng)性能，可以使用一種特殊的模具來(lái)測(cè)定流程。

增加壁厚不僅決定了機(jī)械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計(jì)中，很重要的一點(diǎn)是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和尺寸精度問(wèn)題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內(nèi)應(yīng)力升高，有時(shí)還存在切口效應(yīng)，從而大大降低其機(jī)械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計(jì)時(shí)，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設(shè)計(jì)模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分?；蚍帜Ｃ嫦噙m應(yīng)；是否會(huì)影響外觀和壁厚尺寸的精度。

（二）熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)分析

熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴(yán)格的范圍。設(shè)計(jì)者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用，合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差，較少成本是可以實(shí)現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應(yīng)用時(shí)的具體要求相結(jié)合來(lái)判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對(duì)制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。

三、塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)收縮值的考慮

為了不對(duì)塑料部件制定過(guò)分嚴(yán)格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)確性的因素。模具制造的標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵守，同時(shí)要特別注意脫模斜度的重要性，因?yàn)樗鼪Q定了脫模容易與否及防翹曲性能。

還有一個(gè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的重要問(wèn)題是，當(dāng)成型品是由不同材料或不同壁厚制成時(shí)，其模后收縮值與方向和厚度相關(guān)如果復(fù)雜的成型對(duì)加工的要求非常嚴(yán)格，必須要獲得模具原型有關(guān)收縮值和翹曲行為的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)玻璃增強(qiáng)材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮，從而導(dǎo)致尺寸不準(zhǔn)確。塑料制品的幾何形狀對(duì)收縮也有影響，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的性能，這也是設(shè)計(jì)者值得關(guān)注的一點(diǎn)。因此在此類制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸，否則因制品模后收縮值的影響，極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論：

與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問(wèn)題還有許多，設(shè)計(jì)人員可以參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？傊?，在塑料制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品的性能。

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模具設(shè)計(jì)論文范文第2篇

該塑件為半透明的殼體狀，總體尺寸為Φ60mm×40mm，壁厚2~3mm。其材料為PP，成型性能良好，收縮率較小，流動(dòng)性能中等。塑件尺寸精度要求一般，表觀質(zhì)量要求較高。水杯蓋外表面有兩個(gè)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)A和B，且B上有一個(gè)側(cè)通孔。根據(jù)上述綜合分析，選擇模具的整體結(jié)構(gòu)為一模四腔、點(diǎn)澆口三板模，位于定模一側(cè)的斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)成型側(cè)孔，液壓驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)螺紋型芯旋脫杯蓋以及推件板將塑件脫模。

2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是澆口類型及其尺寸。為了保證較高的表觀質(zhì)量，通常選用點(diǎn)澆口或潛伏式澆口?？紤]到水杯蓋內(nèi)部有旋轉(zhuǎn)的螺紋型芯，所以只能選擇點(diǎn)澆口。它既實(shí)現(xiàn)了澆注系統(tǒng)凝料的自動(dòng)脫落，還具有易排氣和消除熔接痕的優(yōu)點(diǎn)。將點(diǎn)澆口設(shè)置在塑件幾何對(duì)稱平面、且位于A和B凸臺(tái)中間的位置。澆口尺寸及第一級(jí)、第二級(jí)分流道尺寸均按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，并留有一定的修模余量。

2.2成型零件

綜合分析水杯蓋的結(jié)構(gòu)，并兼顧模具零件的加工和裝配，設(shè)計(jì)時(shí)采用4個(gè)獨(dú)立的整體嵌入式凹模，將其嵌入到定模板中。這樣既降低了凹模的材料和加工成本，又保證了一定的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也確保塑件表面不會(huì)出現(xiàn)拼接縫或夾線痕跡。因?yàn)樗w有內(nèi)螺紋，外表面非完全對(duì)稱，因此模具型芯采用組合式結(jié)構(gòu)，由外螺紋型芯包裹固定型芯組合而成。螺紋型芯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，確保其能夠從杯蓋上旋出；固定型芯在模具中固定不動(dòng)，使水杯蓋在未被推出前保持靜止?fàn)顟B(tài)。

2.3側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

針對(duì)水杯蓋上凸臺(tái)B處直徑4mm、深度12mm的側(cè)孔成型，設(shè)計(jì)選用常見(jiàn)的斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機(jī)構(gòu)。為了保證凸臺(tái)表面光滑且無(wú)夾線，側(cè)型芯采用隧道式抽芯結(jié)構(gòu)。細(xì)長(zhǎng)的側(cè)型芯以獨(dú)立的鑲件與滑塊連接，其最前端圓柱部分成型側(cè)孔，而其他部位對(duì)塑件表面無(wú)任何封膠影響。非成型部分有一段錐面，是為了降低抽芯阻力，防止模仁被拖傷。在模具中，整個(gè)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)都在定模一側(cè)。此時(shí)模具工作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，在定模和動(dòng)模分開(kāi)前，需要在定模一側(cè)先進(jìn)行一次分型從而完成側(cè)抽芯過(guò)程。由于模具采用了點(diǎn)澆口、三板模，側(cè)抽芯過(guò)程恰好與點(diǎn)澆口被拉斷的過(guò)程在第一次分型時(shí)一并完成，并沒(méi)有額外增加開(kāi)模動(dòng)作和時(shí)間。根據(jù)側(cè)孔的深度，在抽芯距確定為15mm后，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算確定了斜導(dǎo)柱傾斜角為15°、直徑20mm、總長(zhǎng)度95mm，以及完成側(cè)抽芯所需第一次分型距離應(yīng)大于56mm。

2.4自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)

由于水杯蓋螺紋深度較深，強(qiáng)度和精度較高，所以設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)化的旋轉(zhuǎn)脫模法。其中，設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)包括傳動(dòng)裝置、螺紋型芯的運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)方向和塑件的止轉(zhuǎn)。為了使螺紋型芯能平緩地旋轉(zhuǎn)，防止水杯蓋中的螺紋在旋脫時(shí)被拉壞，設(shè)計(jì)中選用可控的液壓力而非快速的開(kāi)模力來(lái)驅(qū)動(dòng)齒條4，將運(yùn)動(dòng)傳遞給同一軸上的小齒輪5和大齒輪3，并由齒輪3與螺紋型芯1的輪齒嚙合，帶動(dòng)螺紋型芯后退，最終旋出塑件。為了保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，設(shè)計(jì)了與螺紋型芯1相配的導(dǎo)向元件2，其螺距和旋向應(yīng)與水杯蓋內(nèi)螺紋相同。由于水杯蓋螺紋是右旋，所以螺紋型芯1應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)才能旋出水杯蓋，而小齒輪5則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒條在液壓活塞桿的牽引下應(yīng)向右上角運(yùn)動(dòng)。

2.5推出機(jī)構(gòu)

水杯蓋表面質(zhì)量要求較高，所以采用無(wú)推出痕跡的推件板進(jìn)行脫模。為了防止磨損及節(jié)省材料，設(shè)計(jì)了單獨(dú)的推件鑲塊，將其嵌入到推件板中用于推出塑件。為了防止推件鑲塊與螺紋型芯摩擦而磨損，將兩者以錐面配合。模具中推件板與復(fù)位桿用螺釘連接，確保推件板推出完成后不會(huì)滑落，同時(shí)也有利于推出機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)復(fù)位。

3模具工作原理

注射保壓冷卻后，在彈簧彈力和開(kāi)閉器阻力共同作用下，模具先從分型面Ⅰ打開(kāi)，點(diǎn)澆口被拉斷與塑件分離；同時(shí)，開(kāi)模力由斜導(dǎo)柱傳至滑塊和側(cè)型芯，完成側(cè)孔的抽芯分型運(yùn)動(dòng)。模具分開(kāi)至定距拉桿時(shí)，分型面Ⅰ停止移動(dòng)，但觸動(dòng)了脫凝料板，分型面Ⅱ被打開(kāi)，促使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料自動(dòng)從模具上脫落。限位套的位置限定了分型面Ⅱ的分開(kāi)距離，使其無(wú)法繼續(xù)分開(kāi)。此時(shí)，注射機(jī)的開(kāi)模力迫使開(kāi)閉器分開(kāi)，主分型面Ⅲ被分開(kāi)，從而使包在型芯上的塑件與定模脫離。模具結(jié)束所有開(kāi)模行程后，油缸通過(guò)液壓力驅(qū)動(dòng)齒條，并由齒輪傳動(dòng)使螺紋型芯旋轉(zhuǎn)后退，與水杯蓋中的成型螺紋脫離。接著，注射機(jī)頂桿將推出力傳至復(fù)位桿，帶動(dòng)推件板將塑件從模具中推出。隨后，油缸活塞桿回程，驅(qū)動(dòng)齒條和齒輪反向運(yùn)動(dòng)，將螺紋型芯旋轉(zhuǎn)復(fù)位。此后，模具將進(jìn)行3個(gè)分型面的閉模過(guò)程，并先后完成推出機(jī)構(gòu)和抽芯機(jī)構(gòu)的復(fù)位。

4結(jié)語(yǔ)

模具設(shè)計(jì)論文范文第3篇

該合頁(yè)片屬鉸鏈?zhǔn)綇澢?，?jīng)分析：L/d=90/2.2=40.9＞30,屬細(xì)長(zhǎng)制件，由于制件細(xì)長(zhǎng)、材料薄、剛度差，如果采用傳統(tǒng)的鉸鏈加工方法分預(yù)彎和卷圓兩道工序彎曲，則在卷圓彎曲過(guò)程中當(dāng)板料受到擠壓和彎曲作用時(shí)，極易因彎曲和振動(dòng)而失穩(wěn)，致使制件不易達(dá)到理想的形狀精度和表面質(zhì)量；還會(huì)因彎曲、圓度和直線度誤差，以及表面劃傷等瑕疵而報(bào)廢；或者由于失穩(wěn)，致成形失敗。其次鉸鏈卷圓件的回跳在所難免，要滿足卷圓內(nèi)徑公差要求較為困難。所以，該制件的工藝性不好，加工難度大，在成形方法和工裝設(shè)計(jì)中必須著重考慮。

2傳統(tǒng)的鉸鏈加工方法存在的問(wèn)題

資料介紹，對(duì)于r=（0.6~3.5）t的鉸鏈件，常用推卷的方法彎曲成形。彎曲成形一般分為兩道工序，首先將毛坯頭部預(yù)壓彎，然后再卷圓。立式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于制模和彎曲成形，但此工藝方法和模具只適用于材料較厚且長(zhǎng)度較短的鉸鏈件。對(duì)本合頁(yè)片由于材料較薄，長(zhǎng)徑比大于30，顯然不適合。臥式模具結(jié)構(gòu)是利用斜楔對(duì)凹模作用，使其產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)而完成卷圓過(guò)程，有壓料裝置，彎曲件質(zhì)量較好。但由于卷圓內(nèi)徑有公差要求，彎曲件的質(zhì)量還是不夠理想，還需增加一副整形模才能達(dá)到要求。而且圖2c模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，模具制造成本高，周期長(zhǎng)，對(duì)于小批量的合頁(yè)片生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)性不好。從上述模具結(jié)構(gòu)可以看出，該類模具比較適合加工小型鉸鏈件。制件則相當(dāng)困難，甚至不可能進(jìn)行。因此，必須考慮其他工藝方法，設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的模具來(lái)解決這些問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次摸索，終于找到了解決問(wèn)題的方法：即在預(yù)彎成形后，卷圓彎曲之前增加一道U形彎曲工序，從而使推卷成形變得容易，同時(shí)也使模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。優(yōu)化后的沖壓工藝流程為：下料→落料→去毛刺→制標(biāo)→頭部預(yù)彎→頭部U形彎曲→卷圓成形。

3模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

模具工作過(guò)程：卷圓模置于液壓機(jī)（Y41-10T）工作臺(tái)上，將模柄4固定在液壓機(jī)上滑塊上。工作時(shí)，液壓機(jī)上滑塊上升，模具開(kāi)啟，壓塊3與上模6脫離接觸，將經(jīng)U形彎曲后的坯件由端面從上模與下模右側(cè)面的縫隙中插入下模7的型槽內(nèi)，放入芯棒1，開(kāi)動(dòng)液壓機(jī)上滑塊下行，使軸向壓塊3向下傳力給上模6，從而使坯件受限并卷圓彎曲成形。成形后，液壓機(jī)上滑塊回升，彈簧2將上模6頂起，用手將制件從芯棒1上取出，完成一個(gè)沖壓過(guò)程。一個(gè)批次加工完后，將芯棒1插入下模7存放芯棒的孔內(nèi)，以備下次使用。

4結(jié)束語(yǔ)

模具設(shè)計(jì)論文范文第4篇

1、成形工藝分析

十字軸是典型的枝杈類鍛件，圖 1 所示為十字軸零件圖。由圖可見(jiàn)，十字軸中心為球臺(tái)，適合水平分模，球臺(tái)均布 4 個(gè)軸頸，完全對(duì)稱，適合采用雙向等速?gòu)?fù)動(dòng)成形技術(shù)。零件的材料為 40Cr，其抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度比相應(yīng)的碳素鋼高 20%，在常溫下零件成形比較困難，尤其是零件的邊角部分不易完整成形，采用溫?cái)D壓成形技術(shù)可降低成形阻力，有利于零件一次精密成形。

2、成形工藝方案

2.1毛坯制備

根據(jù)擠壓過(guò)程體積不變的原理，由零件尺寸計(jì)算毛坯的體積，考慮制備毛坯過(guò)程中的下料誤差堯后續(xù)鐓粗和加熱等因素，實(shí)際毛坯體積需增加約 3%，通過(guò)計(jì)算所得毛坯體積V =4223mm3。用剪切模切一段準(zhǔn)10mm的實(shí)心棒料，由于剪斷所得的坯料端面比較粗糙，端面與中心軸線不能保持垂直，有一定的斜度，因此坯料在剪切后，需用鐓平模將坯料端面壓平后再進(jìn)行擠壓，最終獲得坯料規(guī)格為準(zhǔn)11.6mm伊40mm。

2.2表面處理及

為了減小擠壓時(shí)坯料與模壁的摩擦阻力，本文采用了水基石墨劑(成分院石墨堯二硫化鉬堯滑石粉堯纖維素和水)，該劑特點(diǎn)是院在中高溫下不分解，熱穩(wěn)定性好，有良好的性能，對(duì)模具有良好的隔熱和冷卻效果[4]。溫?cái)D壓成形前將坯料作噴砂或拋丸等處理，清理銹跡堯污垢等。然后加熱至200℃ 左右，出爐浸入水基石墨劑中，快速搗勻，取出瀝干，當(dāng)坯料表面均布一層黑炭色的薄膜時(shí)，待坯料晾干即可進(jìn)行加熱堯擠壓成形加工[5]。

2.3坯料加熱成形

溫度是溫?cái)D壓工藝能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。40Cr 的溫塑性變形溫度通常在 600～800℃ 之間，高于 800℃時(shí)金屬的氧化變得十分劇烈，生成的氧化皮對(duì)于模具的磨損堯工件的尺寸精度和表面粗糙度值都有很大的影響，而低于 600℃時(shí)金屬的抗拉強(qiáng)度顯著增大，金屬的流動(dòng)性不佳，不利于塑性成形。本文將溫?cái)D壓溫度定在 750℃依30℃，在這溫度范圍內(nèi) 40Cr 的變形抗力約為常溫下的 18%，而氧化極微。毛坯加熱采用連續(xù)式中頻感應(yīng)加熱爐，該爐加熱速度快堯氧化燒損少堯熱效率高堯爐溫可控，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。加熱過(guò)程中為使?fàn)t內(nèi)溫度均勻，加速熱量傳遞，爐內(nèi)帶有強(qiáng)制空氣循環(huán)裝置[6-7]。

3、擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬及分析

本文在分析十字軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，基于Deform-3D 有限元模擬軟件，建立溫?cái)D壓成形工藝過(guò)程的有限元模型，分析了成形過(guò)程中材料的形狀變化堯擠壓應(yīng)力堯模具載荷等結(jié)果從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)出合理的模具，以達(dá)到減少工藝試驗(yàn)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本的目的。

3.1幾何模型建立及數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

利用三維造型軟件 CATIA 實(shí)現(xiàn)汽車萬(wàn)向節(jié)十字軸的參數(shù)化建模及模具的三維造型，然后輸出STL 格式文件并導(dǎo)入有限元軟件中建立有限元模型[8]。坯料的四面體單元網(wǎng)格總數(shù)約為 50000 個(gè)，材料為AISI-5140(40Cr)，多次模擬試驗(yàn)中，坯料的初始溫度分別采用 720堯750堯780℃。凸模與凹模材料均設(shè)置為 4Cr5MoSiV1(AISI-H13)，它是一種熱作模具鋼，具有良好的熱穩(wěn)定性，高的疲勞抗力和良好的韌性，廣泛用作溫?zé)釘D壓的模具材料。坯料與模具間的摩擦類型選用剪切摩擦，由于是溫?cái)D壓，摩擦系數(shù)設(shè)為0.25，熱傳導(dǎo)率設(shè)為 8N/(s窯mm窯℃)。本文采用的是雙向等速?gòu)?fù)動(dòng)成形技術(shù)，上下凸模擠壓速度均為 10mm/s，增量步時(shí)間設(shè)為 0.002s，模擬步數(shù)為 725 步。

3.2溫?cái)D壓成形過(guò)程與載荷行程分析

通過(guò)多次數(shù)值模擬試驗(yàn)，不斷調(diào)整參數(shù)堯改進(jìn)三維造型模具，最終得到了符合設(shè)計(jì)的數(shù)字化鍛件，其模擬成形效果如圖 2 所示，整個(gè)成形過(guò)程的擠壓力變化如圖 3 所示。十字軸的溫?cái)D壓成形過(guò)程主要分為四個(gè)階段，每個(gè)成形階段的特點(diǎn)為院①鐓粗變形階段院坯料在模具中受兩端沖頭同時(shí)擠壓發(fā)生鐓粗變形，鐓粗的坯料填滿了與凹模筒壁的間隙，金屬與凹模大面積的接觸產(chǎn)生了較大的摩擦力。同時(shí)，坯料中段的金屬發(fā)生徑向流動(dòng)。如圖 4(a)所示，當(dāng)圓柱體坯料側(cè)面部分鼓成較為完整的球體時(shí)此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個(gè)階段擠壓力增長(zhǎng)較快，但數(shù)值不大。②軸肩成形階段院隨著沖頭繼續(xù)擠壓，坯料側(cè)面的金屬流入軸頸腔內(nèi)，但該部分金屬?zèng)]有與凹模接觸，阻力較小，金屬流動(dòng)均勻且穩(wěn)定。如圖 4(b)所示，當(dāng)金屬基本充滿大軸頸型腔形成四個(gè)軸肩時(shí)此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個(gè)階段擠壓力增長(zhǎng)緩慢。③ 軸頸充填階段院軸肩成形后，凸模繼續(xù)將金屬向小軸頸型腔擠入，大量金屬與凹模壁接觸，產(chǎn)生巨大的摩擦阻力，且小軸頸型腔口較小，金屬流動(dòng)阻力增大。如圖 4(c)所示，當(dāng)小軸頸型腔基本充滿時(shí)此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個(gè)階段擠壓力迅速增大。④充滿余腔階段院如圖 4(d)所示，凸模行程即將結(jié)束，此時(shí)的坯料對(duì)模具的張模力達(dá)到最大，且金屬與模具的摩擦力達(dá)到最大，邊角成形比較困難。在此階段擠壓力急劇上升，最終達(dá)到最大值。

3.3結(jié)果分析與優(yōu)化

通過(guò)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)果分析，對(duì)成形工藝方案提出以下幾點(diǎn)補(bǔ)充與改進(jìn)院(1) 十字軸溫?cái)D壓溫度由 初定的 750℃ 改為780℃，擠壓力由 392kN 降為 364kN，成形阻力降低，金屬流動(dòng)性更好，成形效果更佳。(2) 在模具升溫后，根據(jù)計(jì)算，4Cr5MoSiV1 的強(qiáng)度無(wú)法滿足40Cr鋼在溫?cái)D壓過(guò)程中凸模的受力情況，所以凸模材料采用高速鋼 W9Mo3Cr4V。凹模堯頂桿與壓力板等承受的載荷較小，均可采用4Cr5MoSiV1，而上下模板可采用強(qiáng)度堯硬度更小的40Cr。(3) 由圖 3 可見(jiàn)，載荷在成形過(guò)程中不斷增加，因此凹模應(yīng)設(shè)計(jì)成組合式結(jié)構(gòu)，使其受力合理分布。在凹模加工時(shí)，在軸肩與筒壁連接處設(shè)計(jì)R1的過(guò)渡圓角，降低金屬的流動(dòng)阻力，減小對(duì)凹模的磨損，提高凹模的使用壽命。(4) 凸模的軸向承載力即為十字軸的成形擠壓力，由圖 3 所示，最大擠壓力約為 364kN，實(shí)驗(yàn)室提供的型號(hào)為 THP32-315F 的 3150kN 四柱液壓機(jī)可作為成形加工設(shè)備。液壓機(jī)只需承擔(dān)擠壓力，張模力由模具的鎖模機(jī)構(gòu)承擔(dān)。

4、模具設(shè)計(jì)與工作過(guò)程

本文設(shè)計(jì)的模具如圖 5 所示，采用浮動(dòng)的上凹模與浮動(dòng)的下凹模對(duì)合結(jié)構(gòu)，用鉤子鎖模。上下凹模工作部分均采用了組合式，模具閉模高度為 340mm，模具外形尺寸滿足所選設(shè)備裝模尺寸。模具工作的簡(jiǎn)要過(guò)程為院將坯料放在下凹模與下沖頭形成沉孔內(nèi)，坯料靠孔腔壁自然定位。上模隨壓力機(jī)滑塊下行，下模的導(dǎo)柱導(dǎo)入浮動(dòng)上模板上的導(dǎo)套，上凹模與下凹模對(duì)合，形成封閉模腔，同時(shí)鉤子在小彈簧作用下向內(nèi)轉(zhuǎn)一個(gè)角度，鉤住墊塊，將上堯下凹模鎖住。上模繼續(xù)下行，帶動(dòng)下凹模堯浮動(dòng)下模板和鉤子一起向下浮動(dòng)，大彈簧被壓縮，上沖頭將沉孔內(nèi)的坯料擠入型腔。當(dāng)上模達(dá)到下死點(diǎn)時(shí)，變形金屬充滿型腔，擠壓結(jié)束。上模抬起，在開(kāi)始階段鉤子尚未打開(kāi)，浮動(dòng)下模板堯下凹模和鉤子隨上模上浮，當(dāng)鉤子尾部被擋板擋住時(shí)，隨著浮動(dòng)下模板繼續(xù)上浮，鉤子被打開(kāi)，上堯下凹模分開(kāi)，浮動(dòng)上模板和浮動(dòng)下模板上升至各自的極限位置。十字軸留在上凹?；蛳掳寄Ｖ校缮享敆U或下頂桿頂出。需要注意的是院溫?cái)D壓前，需對(duì)凸模和凹模工作部分采用噴燈進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度約 300℃，溫?cái)D壓過(guò)程中，模具溫度將達(dá)到 500～600℃，連續(xù)工作時(shí)硬度急劇下降，可能導(dǎo)致加工過(guò)程不能繼續(xù)，在溫?cái)D壓過(guò)程中需采用噴霧裝置將冷卻液噴向凸凹模工作部分進(jìn)行冷卻，使溫度降低。

5、結(jié)論

模具設(shè)計(jì)論文范文第5篇

鋁合金連接套壓鑄件三維圖，其形狀特點(diǎn)是圓筒形零件，零件上部外形最大直徑Φ99mm、長(zhǎng)28mm處最大壁厚3mm有11處。最小壁厚僅1mm共有10處，約12mm寬，28mm長(zhǎng)。這樣的壓鑄件在頂出時(shí)極易頂碎，頂出極困難。零件中部有12個(gè)方孔，需要12個(gè)側(cè)抽芯。下部最大壁厚6.25mm，在內(nèi)孔Φ93mm與Φ80mm孔臺(tái)階處有12處小平臺(tái)上設(shè)有頂桿。E-E剖視圖中設(shè)在零件中部尺寸25處。此處上部外形由11段Φ99mm和12段Φ95mm圓弧構(gòu)成），下部外形由12段Φ93.5mm和12段Φ92.6mm圓弧構(gòu)成。12個(gè)方孔內(nèi)40°斜面內(nèi)孔、槽寬42.5mm和槽寬12.5mm及槽寬8.2mm由動(dòng)模型芯成形[3-4]。

2模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及原理

2.1模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。此模具是安裝在J1116壓鑄機(jī)上，模具厚度320mm、寬度580mm、高度520mm。動(dòng)模把模板1通過(guò)8個(gè)長(zhǎng)螺釘2將支撐塊3與中板15連接，中板與動(dòng)?？?6通過(guò)8個(gè)短螺釘37將動(dòng)模鑲件14和動(dòng)模型芯29連接。通過(guò)導(dǎo)向軸4將調(diào)整墊5、導(dǎo)向套6、復(fù)位桿8、頂桿9、頂桿壓板10、推管11、頂桿固定板12連接并導(dǎo)向。螺釘13連接頂桿壓板10和頂桿固定板12。動(dòng)模框16上分別安裝12對(duì)限位塊21、斜滑塊22、側(cè)型芯23。側(cè)型芯與定模上的斜導(dǎo)柱18配合。定?？?5、斜導(dǎo)柱18、定模鑲件27、澆口套28、直導(dǎo)柱33和定模把模板30由螺釘24連接固定。模具分型面在動(dòng)模鑲件14和定模鑲件27之間合模接觸平面上。

2.2工作原理

圖3為模具合模狀態(tài)，壓鑄機(jī)錘頭壓射、鋁液充滿型腔、凝固冷卻、開(kāi)模。開(kāi)模瞬間由于斜導(dǎo)柱18和斜滑塊22孔上面有間隙，所以定模先脫模，然后斜導(dǎo)柱帶動(dòng)斜滑塊及側(cè)型芯23脫模。在側(cè)型芯完全脫模后，動(dòng)模在開(kāi)模的過(guò)程中2個(gè)頂出軸7對(duì)頂桿壓板10有作用力同時(shí)傳遞給頂桿9和推管11將零件頂出，然后檢查清理鑄件、模腔、噴涂料、合模。

3零件頂出的設(shè)計(jì)

零件的頂出用推管11和12個(gè)Φ4mm頂桿9同時(shí)頂出零件，見(jiàn)圖3連接套壓鑄模裝配圖的頂出結(jié)構(gòu)。推管頂在零件的11段Φ99mm壁厚3mm的端面上，12個(gè)頂桿分別頂?shù)溅?3mm底部的12個(gè)小平臺(tái)上，平臺(tái)的壁厚6.75mm，確保零件不斷裂、不變形。

4型芯力、零件受力分析及強(qiáng)度校核

零件的上部Φ93mm深28mm最薄弱，截面如圖4。在11段Φ99mm處用推管頂出，在Φ93mm孔底部12個(gè)小臺(tái)階處用Φ4mm頂桿頂出，零件的頂出力應(yīng)克服最大抽拔力1700.3kN。由于推管和頂桿同時(shí)將零件頂出，所以推管的頂出力為850.2kN。每段3mm壁厚處受力F1為77.3kN，每個(gè)頂桿的頂出力為F2，每段1mm壁厚處零件鋁合金YL117的抗剪切強(qiáng)度為210kN/mm。推管頂出部分1mm壁厚截面積13mm2，能承受最大剪切力為2730kN。遠(yuǎn)大于77.3kN。所以此頂出方案可行。

5容易出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

連接套壓鑄模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，共有12個(gè)側(cè)型芯，通過(guò)斜滑塊及斜導(dǎo)柱控制抽芯，并用推管和推桿的聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)零件的推出，模具結(jié)構(gòu)新穎，但模具制造精度要求高，壓鑄件在脫模時(shí)容易產(chǎn)生裂紋甚至破碎，最大的難點(diǎn)是零件頂出問(wèn)題的解決。采取具體措施如下：

（1）首先要保證模具主要配合零件的尺寸精度在0.01mm以內(nèi)；

（2）要對(duì)側(cè)型芯、動(dòng)模鑲件、定模鑲件、動(dòng)模型芯零件表面進(jìn)行等離子噴涂處理，使側(cè)型芯表面有一層厚度為小于0.005mm高強(qiáng)度的鍍層有利于型芯脫模、防止型芯拉傷、粘鋁、減少零件受力；

（3）嚴(yán)格控制開(kāi)模順序：以保證首先抽拔側(cè)型芯時(shí)，模具的其它零件在高精度狀態(tài)下對(duì)壓鑄件起到支撐和保護(hù)作用；側(cè)型芯完全脫模后，再精確頂出壓鑄件；