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模具設(shè)計論文范文第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領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品對模具的要求也越來越高。同時也對專業(yè)設(shè)計人員的經(jīng)驗提出了更高的要求，在塑料制品模具設(shè)計時制品材料的選擇是決定產(chǎn)品性能的重要因素。還有制品壁厚等問題是輔助設(shè)計軟件所不能解決的，要需要專業(yè)設(shè)計人員長時間經(jīng)驗的積累才能做好的。因此本文就塑料制品模具設(shè)計中若干重要問題做以簡要的討論。

在我國塑料工業(yè)發(fā)展中，計算機的應(yīng)用起到了重要作用。計算機技術(shù)在模具設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，大大縮短了模具設(shè)計時間，尤其計算機輔助工程（CAE）技術(shù)的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及產(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)計人員的經(jīng)驗，在塑料模具設(shè)計時制品材料的選擇是決定模具設(shè)計時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)計中一個重要的問題。

一、塑料制品材料的選用對模具設(shè)計的影響

一般來說，并沒有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯誤的材料。因此，設(shè)計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細測試這些材料，研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結(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。一般來說，半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機械強度高的部件，而無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)填料和增強材料繼續(xù)選擇。

（一）根據(jù)填料和增強材料進行選擇的分析

熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖維增強、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度、堅固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會影響到成型加工，尤其會對部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強材料不能被未增強熱塑性塑料或低含量增強材料來替代，而不會有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動方向決定，這將引起部件機械強度的變化。試驗（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個測試條，并在同一個拉力測試儀上對它們的機械性能進行了比較）表明，對添加了30％玻璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂，其橫向的拉伸強度比縱向（流動方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強度分別減少了43％和53％。

在綜合考慮安全因素的強度計算中，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材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查閱，更好的是聽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）考慮濕度對材料性能影響

一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強。這可能會對它們的機械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進行設(shè)計時，應(yīng)特別注意這種性能，考慮其對產(chǎn)品性能的影響。

模具材料的選用取決于制品材料，細致分析制品材料后，才能在模具設(shè)計時選用最為合適的模具材料。

（三）塑料制品模具材料選用

細致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國市場常見的、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，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，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)時間較長，需要高壽命模具時刻采用時效硬化型塑料模具鋼。具體選用時主要還是要針對塑料制品的材料和模具預(yù)計使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計將極大的提高模具使用周期，同時也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

二、壁厚及相關(guān)注意事項對產(chǎn)品性能的影響

在工程塑料零件的設(shè)計中，還有一些設(shè)計要點要經(jīng)?？紤]，其中對于壁厚的設(shè)計尤為重要，壁厚設(shè)計的合理與否對產(chǎn)品影響極大，改變一個零件的壁厚，對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長度、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)計工藝中的基礎(chǔ)要求

在設(shè)計的最初階段，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、而薄，則聚合物應(yīng)具有相當?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃尤劢猓┦欠浅１匾?。為了深入了解聚合物熔化時的流動性能，可以使用一種特殊的模具來測定流程。

增加壁厚不僅決定了機械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計中，很重要的一點是盡量使均勻。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，這將導致嚴重的翹曲和尺寸精度問題。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，有時還存在切口效應(yīng)，從而大大降低其機械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計時，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設(shè)計模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分模或分模面相適應(yīng)；是否會影響外觀和壁厚尺寸的精度。

（二）熱塑性塑料設(shè)計中的指標分析

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格的范圍。設(shè)計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，較少成本是可以實現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標準尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應(yīng)用時的具體要求相結(jié)合來判斷。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，模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。

三、塑料模具設(shè)計時對收縮值的考慮

為了不對塑料部件制定過分嚴格的范圍，必須要注意一些影響塑料制品尺寸準確性的因素。模具制造的標準必須嚴格遵守，同時要特別注意脫模斜度的重要性，因為它決定了脫模容易與否及防翹曲性能。

還有一個與產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的重要問題是，當成型品是由不同材料或不同壁厚制成時，其模后收縮值與方向和厚度相關(guān)如果復(fù)雜的成型對加工的要求非常嚴格，必須要獲得模具原型有關(guān)收縮值和翹曲行為的準確數(shù)據(jù)玻璃增強材料的這一性質(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，從而導致尺寸不準確。塑料制品的幾何形狀對收縮也有影響，進而影響到產(chǎn)品的性能，這也是設(shè)計者值得關(guān)注的一點。因此在此類制品模具設(shè)計時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，極有可能導致產(chǎn)品尺寸不符合標準。

結(jié)論：

與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問題還有許多，設(shè)計人員可以參考手冊進行設(shè)計。總之，在塑料制品模具設(shè)計時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，才能保證產(chǎn)品的性能。

參考文獻

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[4]吳利國.塑料模設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2005,1.

模具設(shè)計論文范文第2篇

當前實踐教學面臨的問題模具設(shè)計是實踐性和工程性較強的專業(yè)課程，模具設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)的是具有一定的模具設(shè)計能力和較強的模具制造能力以及能夠滿足現(xiàn)代模具企業(yè)生產(chǎn)一線需要的技術(shù)應(yīng)用型專門人才。因此，模具設(shè)計專業(yè)的學生除了掌握相應(yīng)層次的文化基礎(chǔ)知識與相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)理論以外，還需具有較強的技術(shù)應(yīng)用能力、現(xiàn)場操作技能。而實踐教學是培養(yǎng)應(yīng)用型模具設(shè)計人才“應(yīng)用”能力最為基礎(chǔ)也是最為重要的一個環(huán)節(jié)。然而目前相當一部分高校在實踐教學環(huán)節(jié)中不同程度地存在以下的一些問題，制約著應(yīng)用型模具設(shè)計人才的培養(yǎng)。

1實踐教學內(nèi)容不能完全滿足社會需求

金工實習是高校模具設(shè)計類專業(yè)重要的實踐教學內(nèi)容，它是培養(yǎng)學生實踐動手能力的必修技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過金工實習，學生可以熟練掌握機械零件加工的主要工藝過程和方法，熟悉常用設(shè)備和工具的使用方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下基礎(chǔ)。但是大多高校金工實習內(nèi)容主要集中在機械加工的車、銑、刨、磨、鉗等傳統(tǒng)訓練方面，忽視現(xiàn)代先進技術(shù)訓練如以數(shù)控加工技術(shù)、特種加工技術(shù)、計算機仿真技術(shù)等為核心的模具制造實踐和以模具制工藝設(shè)計為主線的現(xiàn)代工程實踐的培養(yǎng)，跟不上目前國內(nèi)模具制造技術(shù)發(fā)展的水平。

2實踐教學方法不能體現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求

相當部分高校在進行實踐教學過程中，指導教師往往采用簡單的課堂教學來實現(xiàn)。指導老師講解實驗?zāi)康?、?nèi)容和步驟，根據(jù)操作過程演示實驗內(nèi)容，采取驗證式的實驗方法，實驗驟教條化。雖然有時學生分成小組進行試驗，往往也是驗證式的。這種教學方法還會受到實驗室空間和時間的限制，消減了學生自主學習的積極性、靈活性，難以達到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求?，F(xiàn)場實習是模具設(shè)計專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)，通過現(xiàn)場實習，學生可以更好地鞏固所學的專業(yè)知識，擴大專業(yè)知識面，培養(yǎng)一定的解決工程實際問題的基本能力和社會實踐能力。但部分教師以及大多數(shù)學生認為，現(xiàn)場實習僅僅是課堂教學的補充，沒有意識到現(xiàn)場實習的重要性。往往是一個或兩個指導老師帶著許多學生走馬觀花地參觀生產(chǎn)現(xiàn)場，未能給學生介紹與課堂所學的基礎(chǔ)理論知識相對的生產(chǎn)實際，也未能真正參與到企業(yè)生產(chǎn)實際中去，因而對生產(chǎn)實習的積極性不高，實習效果可想而知。

3缺乏綜合性實踐的平臺

生產(chǎn)企業(yè)對應(yīng)用型模具設(shè)計人才的要求不僅只是具備模具設(shè)計與制造的基本技能，更重要的是具有綜合實踐能力與項目實施能力。但目前相當部分高校的模具設(shè)計實踐教學，大多采用校內(nèi)教學（實驗）輔助生產(chǎn)現(xiàn)場參觀的方式進行，缺乏綜合性實踐的平臺，學生自主參與性較差，與生產(chǎn)企業(yè)以項目或工程管理的方式差別較大，難以培養(yǎng)更重要的是具有綜合實踐能力與項目實施能力。

二應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實踐教學改革

1實踐教學內(nèi)容改革

（1）金工實習改革。金工實了掌握機加工中的車銑刨磨鉗等傳統(tǒng)訓練方面，增加模具企業(yè)中常用的現(xiàn)代加工設(shè)備如數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割、數(shù)控銑削設(shè)備的實訓內(nèi)容，給定特定的模具零件，安排學生操作數(shù)控機床、線切割、電火花機床等設(shè)備對零件進行加工，訓練學生對現(xiàn)代加工設(shè)備的實際操作能力和數(shù)控編程能力，促進學生對模具的特種加工方法的了解。

（2）增加數(shù)字化設(shè)計加工內(nèi)容。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種模具設(shè)計軟件不斷出現(xiàn)。在傳統(tǒng)模設(shè)計的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計工具，實現(xiàn)數(shù)字化制圖、模具數(shù)字化設(shè)計、模具數(shù)字化分析仿真、模具生產(chǎn)管理以及模具的數(shù)控加工，從而提高模具設(shè)計質(zhì)量，縮短模具設(shè)計周期，已經(jīng)形成趨勢。這就要求畢業(yè)生必須具有很強的計算機應(yīng)用能力以適應(yīng)就業(yè)的要求。因此，在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計上增加模具數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)容，采用先進的三維設(shè)計軟件如Pro/E、UG等進行模具三維數(shù)字化設(shè)計，利用模具分析軟件如MoldFlow、DYNAFORM等對零件進行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果來檢查模具設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，在設(shè)計階段消除易出現(xiàn)的錯誤，利用CAM技術(shù)模擬模具的加工過程。在實踐環(huán)節(jié)中增加這些內(nèi)容，目的是加強學生模具數(shù)字化設(shè)計分析和加工的能力，實現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

2實踐教學方法

改革課程實驗是實踐教學環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，往往由于實驗室的時間和空間限制，實驗大多采取驗證式或演示實驗，這種教學方式很難達到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。對于模具設(shè)計的課程實驗，采用案例法（企業(yè)案例）教學，比如模具拆裝實驗，選擇企業(yè)生產(chǎn)報廢的但能反映模具新技術(shù)的典型模具，如自動脫螺紋模具或二次分型模具等，通過模具拆裝過程的訓練，學生掌握模具拆裝的具體操作步驟和注意事項，提高動手拆裝模具的能力，加深對模具設(shè)計參數(shù)的理解，而且學生也能從另一側(cè)面了解生產(chǎn)企業(yè)模具的拆裝過程。對于注射生產(chǎn)實習，學生親手去安裝和調(diào)試課堂所講的企業(yè)案例模具，選擇合理的工藝參數(shù)進行塑件的生產(chǎn)。通過對塑件的生產(chǎn)，以及對注射成型參數(shù)的調(diào)試，幫助學生進一步了解工藝參數(shù)，并且根據(jù)各種成型情況來調(diào)整參數(shù)，這種教學方法極大地激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)新意識。

3增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實踐

目前實踐中的金工實習、現(xiàn)場實習、實訓、各門專業(yè)課程的實驗、課程設(shè)計等環(huán)節(jié)大多以單獨考核的方式進行，缺乏將所有實踐結(jié)合在一起的綜合性實踐，學生的自主參與性較差。為了培養(yǎng)學生的具有綜合實踐能力與項目實施能力，在所有的理論知識和單項的實踐內(nèi)容完成后，增設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實踐，采取類似生產(chǎn)企業(yè)的項目或工程管理的方式進行。學生根據(jù)自己的學習情況與能力，選擇與自己能力相符的企業(yè)生產(chǎn)實際的實例題目（真題真做），一人一題，避免了小組中的敷衍了事，蒙混過關(guān)，甚至有自覺性差的同學偷懶抄襲的情況出現(xiàn)。讓學生有足夠的時間去查閱收集設(shè)計參考資料，自主思考，獨立設(shè)計，優(yōu)化方案。將模具設(shè)計（三維和二維的數(shù)字化設(shè)計能力）、模擬分析（CAE分析能力）、模具各個零件（主要是成型零件）的加工（機加工、數(shù)控加工熱處理等動手實訓能力）、模具各零件的組裝（模具裝配能力），最后將組裝好的模具在壓力機或注塑機上試模（初步的試模和調(diào)整能力）等一系列過程融為一體，并且學生對各個環(huán)節(jié)的實際管理能力也得到提高。通過綜合性實踐的訓練能夠較好地激發(fā)學生的學習興趣與潛能，促進學生獨立思考、自主設(shè)計，培養(yǎng)了學生的設(shè)計和分析能力、工藝技能和工程管理能力。由于題目主要來源于企業(yè)實際產(chǎn)品，學生通過綜合性的實踐訓練能更好地適應(yīng)企業(yè)的需求。

三結(jié)束語

模具設(shè)計論文范文第3篇

該合頁片屬鉸鏈式彎曲件，經(jīng)分析：L/d=90/2.2=40.9＞30,屬細長制件，由于制件細長、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，則在卷圓彎曲過程中當板料受到擠壓和彎曲作用時，極易因彎曲和振動而失穩(wěn)，致使制件不易達到理想的形狀精度和表面質(zhì)量；還會因彎曲、圓度和直線度誤差，以及表面劃傷等瑕疵而報廢；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)計中必須著重考慮。

2傳統(tǒng)的鉸鏈加工方法存在的問題

資料介紹，對于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度較短的鉸鏈件。對本合頁片由于材料較薄，長徑比大于30，顯然不適合。臥式模具結(jié)構(gòu)是利用斜楔對凹模作用，使其產(chǎn)生水平運動而完成卷圓過程，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，對于小批量的合頁片生產(chǎn)，經(jīng)濟性不好。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。制件則相當困難，甚至不可能進行。因此，必須考慮其他工藝方法，設(shè)計新結(jié)構(gòu)的模具來解決這些問題。經(jīng)過多次摸索，終于找到了解決問題的方法：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，同時也使模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計得到簡化。優(yōu)化后的沖壓工藝流程為：下料→落料→去毛刺→制標→頭部預(yù)彎→頭部U形彎曲→卷圓成形。

3模具結(jié)構(gòu)及工作過程

模具工作過程：卷圓模置于液壓機（Y41-10T）工作臺上，將模柄4固定在液壓機上滑塊上。工作時，液壓機上滑塊上升，模具開啟，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，開動液壓機上滑塊下行，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，完成一個沖壓過程。一個批次加工完后，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

模具設(shè)計論文范文第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，十字軸中心為球臺，適合水平分模，球臺均布 4 個軸頸，完全對稱，適合采用雙向等速復(fù)動成形技術(shù)。零件的材料為 40Cr，其抗拉強度與屈服強度比相應(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，采用溫擠壓成形技術(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)擠壓過程體積不變的原理，由零件尺寸計算毛坯的體積，考慮制備毛坯過程中的下料誤差堯后續(xù)鐓粗和加熱等因素，實際毛坯體積需增加約 3%，通過計算所得毛坯體積V =4223mm3。用剪切模切一段準10mm的實心棒料，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行擠壓，最終獲得坯料規(guī)格為準11.6mm伊40mm。

2.2表面處理及

為了減小擠壓時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)，該劑特點是院在中高溫下不分解，熱穩(wěn)定性好，有良好的性能，對模具有良好的隔熱和冷卻效果[4]。溫擠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，當坯料表面均布一層黑炭色的薄膜時，待坯料晾干即可進行加熱堯擠壓成形加工[5]。

2.3坯料加熱成形

溫度是溫擠壓工藝能否順利進行的關(guān)鍵因素。40Cr 的溫塑性變形溫度通常在 600～800℃ 之間，高于 800℃時金屬的氧化變得十分劇烈，生成的氧化皮對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℃時金屬的抗拉強度顯著增大，金屬的流動性不佳，不利于塑性成形。本文將溫擠壓溫度定在 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，易于實現(xiàn)自動化。加熱過程中為使爐內(nèi)溫度均勻，加速熱量傳遞，爐內(nèi)帶有強制空氣循環(huán)裝置[6-7]。

3、擠壓過程的數(shù)值模擬及分析

本文在分析十字軸結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，基于Deform-3D 有限元模擬軟件，建立溫擠壓成形工藝過程的有限元模型，分析了成形過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)計方案，并據(jù)此設(shè)計出合理的模具，以達到減少工藝試驗次數(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 實現(xiàn)汽車萬向節(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，材料為AISI-5140(40Cr)，多次模擬試驗中，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，廣泛用作溫熱擠壓的模具材料。坯料與模具間的摩擦類型選用剪切摩擦，由于是溫擠壓，摩擦系數(shù)設(shè)為0.25，熱傳導率設(shè)為 8N/(s窯mm窯℃)。本文采用的是雙向等速復(fù)動成形技術(shù)，上下凸模擠壓速度均為 10mm/s，增量步時間設(shè)為 0.002s，模擬步數(shù)為 725 步。

3.2溫擠壓成形過程與載荷行程分析

通過多次數(shù)值模擬試驗，不斷調(diào)整參數(shù)堯改進三維造型模具，最終得到了符合設(shè)計的數(shù)字化鍛件，其模擬成形效果如圖 2 所示，整個成形過程的擠壓力變化如圖 3 所示。十字軸的溫擠壓成形過程主要分為四個階段，每個成形階段的特點為院①鐓粗變形階段院坯料在模具中受兩端沖頭同時擠壓發(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，坯料中段的金屬發(fā)生徑向流動。如圖 4(a)所示，當圓柱體坯料側(cè)面部分鼓成較為完整的球體時此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個階段擠壓力增長較快，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)，但該部分金屬沒有與凹模接觸，阻力較小，金屬流動均勻且穩(wěn)定。如圖 4(b)所示，當金屬基本充滿大軸頸型腔形成四個軸肩時此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個階段擠壓力增長緩慢。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，金屬流動阻力增大。如圖 4(c)所示，當小軸頸型腔基本充滿時此階段結(jié)束。如圖 3 所示，這個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，此時的坯料對模具的張模力達到最大，且金屬與模具的摩擦力達到最大，邊角成形比較困難。在此階段擠壓力急劇上升，最終達到最大值。

3.3結(jié)果分析與優(yōu)化

通過對模擬實驗所獲得的結(jié)果分析，對成形工藝方案提出以下幾點補充與改進院(1) 十字軸溫擠壓溫度由 初定的 750℃ 改為780℃，擠壓力由 392kN 降為 364kN，成形阻力降低，金屬流動性更好，成形效果更佳。(2) 在模具升溫后，根據(jù)計算，4Cr5MoSiV1 的強度無法滿足40Cr鋼在溫擠壓過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度堯硬度更小的40Cr。(3) 由圖 3 可見，載荷在成形過程中不斷增加，因此凹模應(yīng)設(shè)計成組合式結(jié)構(gòu)，使其受力合理分布。在凹模加工時，在軸肩與筒壁連接處設(shè)計R1的過渡圓角，降低金屬的流動阻力，減小對凹模的磨損，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，實驗室提供的型號為 THP32-315F 的 3150kN 四柱液壓機可作為成形加工設(shè)備。液壓機只需承擔擠壓力，張模力由模具的鎖模機構(gòu)承擔。

4、模具設(shè)計與工作過程

本文設(shè)計的模具如圖 5 所示，采用浮動的上凹模與浮動的下凹模對合結(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。模具工作的簡要過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。上模隨壓力機滑塊下行，下模的導柱導入浮動上模板上的導套，上凹模與下凹模對合，形成封閉模腔，同時鉤子在小彈簧作用下向內(nèi)轉(zhuǎn)一個角度，鉤住墊塊，將上堯下凹模鎖住。上模繼續(xù)下行，帶動下凹模堯浮動下模板和鉤子一起向下浮動，大彈簧被壓縮，上沖頭將沉孔內(nèi)的坯料擠入型腔。當上模達到下死點時，變形金屬充滿型腔，擠壓結(jié)束。上模抬起，在開始階段鉤子尚未打開，浮動下模板堯下凹模和鉤子隨上模上浮，當鉤子尾部被擋板擋住時，隨著浮動下模板繼續(xù)上浮，鉤子被打開，上堯下凹模分開，浮動上模板和浮動下模板上升至各自的極限位置。十字軸留在上凹?；蛳掳寄Ｖ?，由上頂桿或下頂桿頂出。需要注意的是院溫擠壓前，需對凸模和凹模工作部分采用噴燈進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度約 300℃，溫擠壓過程中，模具溫度將達到 500～600℃，連續(xù)工作時硬度急劇下降，可能導致加工過程不能繼續(xù)，在溫擠壓過程中需采用噴霧裝置將冷卻液噴向凸凹模工作部分進行冷卻，使溫度降低。

5、結(jié)論

模具設(shè)計論文范文第5篇

鋁合金連接套壓鑄件三維圖，其形狀特點是圓筒形零件，零件上部外形最大直徑Φ99mm、長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。這樣的壓鑄件在頂出時極易頂碎，頂出極困難。零件中部有12個方孔，需要12個側(cè)抽芯。下部最大壁厚6.25mm，在內(nèi)孔Φ93mm與Φ80mm孔臺階處有12處小平臺上設(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由動模型芯成形[3-4]。

2模具設(shè)計結(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壓鑄機上，模具厚度320mm、寬度580mm、高度520mm。動模把模板1通過8個長螺釘2將支撐塊3與中板15連接，中板與動?？?6通過8個短螺釘37將動模鑲件14和動模型芯29連接。通過導向軸4將調(diào)整墊5、導向套6、復(fù)位桿8、頂桿9、頂桿壓板10、推管11、頂桿固定板12連接并導向。螺釘13連接頂桿壓板10和頂桿固定板12。動?？?6上分別安裝12對限位塊21、斜滑塊22、側(cè)型芯23。側(cè)型芯與定模上的斜導柱18配合。定?？?5、斜導柱18、定模鑲件27、澆口套28、直導柱33和定模把模板30由螺釘24連接固定。模具分型面在動模鑲件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)，壓鑄機錘頭壓射、鋁液充滿型腔、凝固冷卻、開模。開模瞬間由于斜導柱18和斜滑塊22孔上面有間隙，所以定模先脫模，然后斜導柱帶動斜滑塊及側(cè)型芯23脫模。在側(cè)型芯完全脫模后，動模在開模的過程中2個頂出軸7對頂桿壓板10有作用力同時傳遞給頂桿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

零件的頂出用推管11和12個Φ4mm頂桿9同時頂出零件，見圖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個頂桿分別頂?shù)溅?3mm底部的12個小平臺上，平臺的壁厚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個小臺階處用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。遠大于77.3kN。所以此頂出方案可行。

5容易出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

連接套壓鑄模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，共有12個側(cè)型芯，通過斜滑塊及斜導柱控制抽芯，并用推管和推桿的聯(lián)合作用實現(xiàn)零件的推出，模具結(jié)構(gòu)新穎，但模具制造精度要求高，壓鑄件在脫模時容易產(chǎn)生裂紋甚至破碎，最大的難點是零件頂出問題的解決。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）要對側(cè)型芯、動模鑲件、定模鑲件、動模型芯零件表面進行等離子噴涂處理，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）嚴格控制開模順序：以保證首先抽拔側(cè)型芯時，模具的其它零件在高精度狀態(tài)下對壓鑄件起到支撐和保護作用；側(cè)型芯完全脫模后，再精確頂出壓鑄件；