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        基于UG的異形絕緣體斜頂注射模設(shè)計(jì)

        2019-10-26 03:03:36王建峰
        模具制造 2019年9期

        王建峰

        沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司(遼寧沈陽 110144)

        1 引言

        絕緣體是航空電連接器的重要組成部分,使用的材料以高分子塑料為主,在電連接器的結(jié)構(gòu)中起到絕緣、分離導(dǎo)電接觸體以及支撐內(nèi)部零件的作用。常規(guī)的絕緣體通常以圓柱或者矩形為主要輪廓結(jié)構(gòu),內(nèi)部包含一個(gè)或若干孔腔。絕緣體按裝配結(jié)構(gòu)分類可分為針前絕緣體、針后絕緣體、孔前絕緣體和孔后絕緣體。異形絕緣體是安裝在某些特定位置而設(shè)計(jì),塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)散思維,具有非標(biāo)準(zhǔn)特性,常規(guī)的模具難以解決。其特點(diǎn)還包括質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好、耐腐蝕、電學(xué)性能佳同時(shí)可靠性高,在醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制、航電系統(tǒng)、檢測和測量設(shè)備及通訊等領(lǐng)域有極高的應(yīng)用價(jià)值及發(fā)展?jié)摿?。本次模具設(shè)計(jì)對應(yīng)的塑件是異形針前絕緣體,該絕緣體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,尺寸精度比較高,最主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于內(nèi)部倒扣問題。內(nèi)部倒扣是部分塑料制品所具備的一個(gè)特征,該特征利用正常的平直分型無法脫模。采用活動(dòng)塊結(jié)構(gòu),即帶著活動(dòng)塊一起出模是一種繁瑣的出模方式,生產(chǎn)效率較低。而高端高效率的出模方式是斜頂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?;赨G三維模擬的建模,直觀展現(xiàn)模具的斜頂結(jié)構(gòu)組成,確保整個(gè)模具設(shè)計(jì)的合理性。加工工藝上保證每一個(gè)零件的精度,而且增加互換性和可維修性,解決斜孔及斜頂桿的加工困難的問題。同時(shí)參與模具在注塑機(jī)上的試壓,確保模具使用方便,具備較長的使用壽命,研究注射成型參數(shù),壓制出合格的塑件。

        2 塑件分析

        圖1所示為針前絕緣體,主要結(jié)構(gòu)分前端和后端兩部分。前端有一個(gè)孔腔,后端為弧形殼體,且殼體內(nèi)部包含倒扣。通過對塑件裝配的分析,此倒扣用來勾住與之相連的針后絕緣體,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙,本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)也就在此。

        2.1 注射成型材料分析

        該絕緣體的使用材料為聚對苯二甲酸丁二醇酯,又名聚對苯二甲酸四次甲基酯,英文名Polibutylene terephthalate,簡稱PBT,屬于聚酯系列。該材料由丁二醇與對苯二甲酸或者對苯二甲酸酯聚縮合而成,并經(jīng)由混煉程序制成的乳白色半透明到不透明、結(jié)晶型熱塑性聚酯樹脂。

        材料特點(diǎn):①優(yōu)良的機(jī)械性能,機(jī)械強(qiáng)度高,耐疲勞性和尺寸穩(wěn)定性好;②耐熱老化性優(yōu)異,戶外長期老化性很好;③耐溶劑性好,無應(yīng)力開裂;④易于阻燃,在電子電器工業(yè)中廣泛應(yīng)用;⑤優(yōu)良的電器性能,體積電阻率及介電強(qiáng)度高,耐電弧性能優(yōu)良,吸濕性極小,在潮濕及高溫的環(huán)境下,也能保持電性能穩(wěn)定,是航空電器領(lǐng)域的理性材料;⑥易成型加工和二次加工,結(jié)晶速度快,流動(dòng)性好,模具溫度也比其他的工程材料要求低。

        材料用途:①電子電器:電連接器、電磁開關(guān)、變壓器、家電把手、外殼等;②汽車:車門把手、保險(xiǎn)杠、導(dǎo)線護(hù)殼、擋泥板、分電盤蓋等;③工業(yè)零件:鍵盤、燈罩、風(fēng)扇、卷線器等

        2.2 收縮率的確定

        經(jīng)過對PBT的性能及注射成型經(jīng)驗(yàn)的分析,PBT成型穩(wěn)定性較好,按照過往對PBT注射成型殼體計(jì)算的收視率,最終確定此次設(shè)計(jì)模具的收縮率為0.35%。

        3 異形針前絕緣體模具設(shè)計(jì)的總體方案

        3.1 型腔數(shù)量的確定

        為了保證注射模生產(chǎn)效率,采用一模多腔的型腔分布,多腔可以保證一次開模便可獲得若干塑件。在澆道排布過程中,多腔對稱分布,也讓注射的進(jìn)料的流動(dòng)過程趨于平衡和穩(wěn)定。于此同時(shí),每增加一個(gè)型腔就會(huì)增加加工成本。兼顧上述條件,為了保證合理的模具制造成本,同時(shí)滿足模具進(jìn)料的平衡性,在使用模具時(shí),提高注射生產(chǎn)的效率,減少澆道凝料的浪費(fèi),最終確定該模具為1模2腔。

        圖1 針前絕緣體

        3.2 分型面的確定

        分型面位置選擇的總體原則,是能保證塑件的質(zhì)量、便于塑件脫模及簡化模具的結(jié)構(gòu),分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響。注射模有一個(gè)分型面或多個(gè)分型面,分型面的位置,一般垂直于開模方向。根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu),分型面選在塑件的最大端面處即可。

        3.3 澆注系統(tǒng)的論證

        根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)分析及充填過程,以保證塑件的內(nèi)在質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定,設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)尤為重要。澆注系統(tǒng)包括主澆道分流道及澆口,如圖2所示。為保證兩腔進(jìn)料的平衡性及流暢性,分流道使用半圓截面澆道即可。半圓截面分流道壓力損失及溫度損失較小,有利于壓力的傳遞和保壓,且使用加工中心的球刀銑削加工即可,便于加工。塑件自身軸對稱,兩型腔也采用對稱分布。在設(shè)計(jì)澆口時(shí),非常注意澆口對塑件外觀的影響。通過針對塑件裝配結(jié)構(gòu)的研究,該絕緣體除了配有安裝接觸體的孔腔以外,后端連接的結(jié)構(gòu)是殼體,整個(gè)塑件在塑件組件中處于最外面的部分,外觀要求很高。故采用對塑件外觀影響最小的潛伏澆口進(jìn)料,如圖3所示,潛伏澆口可以出模后自動(dòng)脫落澆口凝料,而且留下的澆口痕跡也很小,對提高注射成型生產(chǎn)效率和較低成本極為有利。

        圖3潛伏澆口的設(shè)計(jì)參數(shù)

        圖2澆注系統(tǒng)

        3.4 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        通過對塑件結(jié)構(gòu)的分析,孔腔內(nèi)部有薄壁結(jié)構(gòu),較難脫模,故在啊異形絕緣體的孔腔內(nèi)部,放置圓頂桿。后端的殼體部分由倒扣結(jié)構(gòu),正常垂直頂出無法完成脫模,故在倒扣位置做斜頂裝置。

        4 基于UG的三維分模

        4.1 導(dǎo)入塑件并確定分模坐標(biāo)系

        為了分模過程的坐標(biāo)系統(tǒng)一,同時(shí)方便使用UG的創(chuàng)建步驟,將坐標(biāo)系的Z軸作為模具主分型面開模的方向,也是模具的頂出方向。將坐標(biāo)系的X-Y面作為模具的分型面。利用UG的【移動(dòng)對象】的功能,調(diào)整塑件的位置,使塑件的位置同坐標(biāo)軸保持關(guān)聯(lián)的位置,如圖4所示。

        4.2 收縮率及成型尺寸的確定

        絕緣體材料PBT的收縮率為0.35%。鑒于PBT的成型尺寸穩(wěn)定性及過往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),設(shè)置塑件的收縮方向?yàn)榫鶆?。利用UG的【縮放體】的功能,輸入收縮率數(shù)值并設(shè)置收縮方向,如圖5所示。

        圖4 模具坐標(biāo)軸的調(diào)整

        圖5 收縮率的設(shè)置

        結(jié)合塑件圖的尺寸公差,對塑件的尺寸進(jìn)行微調(diào),利用【偏置面】和【移動(dòng)面】的功能進(jìn)一步調(diào)整,最終獲取最準(zhǔn)確的成型尺寸。

        4.3 選擇模架并確定模具零件尺寸

        模具型腔與型芯是模具結(jié)構(gòu)中最核心的部件,通過塑件的尺寸來模擬確定鑲塊大小,確保型腔與型芯的強(qiáng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定鑲塊的長寬170×80mm,定模和動(dòng)模厚度為均為25mm,并確定使用的模具鋼為CrWMn,采用淬火工藝加工。根據(jù)工件尺寸確定采用標(biāo)準(zhǔn)大水口系統(tǒng)模架1525-AI-A25-B25。

        4.4 創(chuàng)建分型面并分模做出型腔與型芯

        (1)創(chuàng)建三維模具零件,如圖6所示,利用UG【拉伸】【求差】的功能,創(chuàng)建零件的實(shí)體和對應(yīng)的模具型腔。

        (2)創(chuàng)建分型面。利用UG【拉伸】【抽取體】【有界平面】【擴(kuò)大曲面】等功能,沿著分型線,做出分型面,如圖7所示。

        圖6 模具零件的創(chuàng)建

        圖7 分型面的創(chuàng)建

        (3)創(chuàng)建模具型腔和型芯。利用UG的【拆分體】功能,基于分型面,將型芯從工件中分離,得出型芯的三維模型;按照主分型面將定模與動(dòng)模分開,即為型腔的三維模型,如圖8所示。

        圖8 型腔與型芯的三維裝配圖

        (4)核心部件斜頂機(jī)構(gòu)的三維創(chuàng)建。本次設(shè)計(jì)斜頂帶有成型部分,斜頂既完成了倒扣的成型,有實(shí)現(xiàn)了倒扣的頂出。通過二維圖頂出行程的計(jì)算,確定斜頂?shù)膬A斜角度為4°。先利用UG的【抽取體】【拉伸】【基準(zhǔn)平面】【拆分體】等功能創(chuàng)建出倒扣沿著4°傾角的成型三維部分,按照計(jì)算正確的頂出距離用【偏置】功能將斜頂成型部分延長至推桿固定板。將斜頂桿的底座設(shè)計(jì)成“T”型槽,配合斜頂桿做出滑動(dòng)機(jī)構(gòu),形成間隙配合,如圖9所示。

        斜頂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn):

        a.斜頂機(jī)構(gòu)的工作原理是按照上述機(jī)構(gòu),在推板頂出的作用下,斜頂桿沿著斜孔向頂出方向移動(dòng),移動(dòng)的過程中斜頂桿會(huì)沿著垂直于開模方向產(chǎn)生位移,此距離使斜頂桿成型的倒扣部分與塑件分離,合模時(shí)斜頂桿沿著斜孔退回到起始位置復(fù)位。

        圖9 斜頂機(jī)構(gòu)的三維示意圖

        b.斜頂桿機(jī)構(gòu)中傾斜的角度、斜頂桿座的運(yùn)動(dòng)行程及頂出的運(yùn)動(dòng)位移必須經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算,并通過UG的【移動(dòng)對象】功能實(shí)現(xiàn)干涉模擬。

        c.斜孔的結(jié)構(gòu)滿足慢走絲的加工條件,確保穿絲孔可以垂直穿絲。

        d.斜頂機(jī)構(gòu)在頂出時(shí)應(yīng)順暢、無卡滯、無異響,涂抹潤滑油等技術(shù)要求。

        (5)三維圖成型裝配。

        三維分模裝配圖如圖10所示。

        圖10 成型部件的三維分模裝配圖

        (6)二維裝配圖。

        二維裝配圖如圖11所示。

        5 關(guān)鍵模具零件動(dòng)模鑲塊斜頂孔的加工方案

        動(dòng)模鑲塊的關(guān)鍵制造難點(diǎn)在于斜頂運(yùn)動(dòng)的空間,即斜頂孔。此斜孔的傾斜角度為4°,且斜面的截面為矩形,采用慢走絲切割斜頂孔的加工工藝。

        (1)將動(dòng)模鑲塊裝夾在慢走絲機(jī)床操作平臺上,使用杠桿指示表對鑲塊6個(gè)面進(jìn)行拉直找正,使鑲塊相互平行的六面與慢走絲的坐標(biāo)軸基準(zhǔn)保持完全一致。

        圖11 異性絕緣體的斜頂注射模裝配圖

        表1 該合格塑件的注射成型參數(shù)匯總

        (2)使用杠桿指示表,用慢走絲機(jī)床確認(rèn)主程序面(TP)和從程序面(TN)的高度值。

        (3)根據(jù)斜頂傾角4°,演算TP截面與TN截面的公共截面部分,確保存在垂直穿絲的通透空間。

        (4)按照設(shè)計(jì)圖紙,在設(shè)備軟件中分別在TP面和TN面繪制出待切割的截面輪廓圖形。

        (5)在設(shè)備的操作面板中選擇【上下異形】功能,輸入主程序高度和從程序高度。

        (6)操作設(shè)備,在【上下異形】中按照圖紙尺寸輸入輪廓數(shù)據(jù)參數(shù),生成設(shè)備識別的加工圖形。

        (7)加工執(zhí)行前,調(diào)整慢走絲的M、A、O、SV、WT參數(shù),生成數(shù)控加工程序。

        (8)執(zhí)行慢走絲加工,隨時(shí)觀察切屑運(yùn)動(dòng),注意斜孔料屑的掉落,微調(diào)設(shè)備運(yùn)動(dòng),勿讓料屑的掉落將斜孔刮傷。

        (9)利用銅絲的放電進(jìn)行第二遍和第三遍的切割,控制水流、水壓及絲的張緊力,最終保證斜孔的光度要求。

        (10)切割結(jié)束后取下動(dòng)模鑲塊,使用草酸對鑲塊進(jìn)行清理,做好表面的防銹及防護(hù)工作。

        6 注射模注射成型參數(shù)的調(diào)試

        注射模注射成型參數(shù)的調(diào)試如表1所示。

        在注射成型過程中,通過不同的注射成型參數(shù)的調(diào)整,壓制的針絕緣體經(jīng)檢驗(yàn),尺寸數(shù)值、表面光度、強(qiáng)度要求均符合圖紙。模具在使用中,潛伏澆口及分流道的凝料在頂出時(shí)可以自然掉落。在斜頂桿的作用下,頂出后塑件從斜頂桿的表面分離,塑件亦可以自然掉落。如此便達(dá)到了模具在注塑機(jī)上的自動(dòng)生產(chǎn),省去了從模具上取件的時(shí)間和去澆口時(shí)間,提高了注射成型塑件的生產(chǎn)效率。

        7 結(jié)語

        (1)通過UG三維軟件對模具進(jìn)行三維分模,直觀拆分出每個(gè)模具零件,確保分模的合理性,優(yōu)化了模具成型結(jié)構(gòu),保證圖紙的正確性,從設(shè)計(jì)源頭上就降低了錯(cuò)誤的發(fā)生率,打下了高精度模具的基礎(chǔ)。

        (2)充分利用了慢走絲高精度切割斜孔的功能,驗(yàn)證了慢走絲加工斜孔的可行性,對精密斜孔加工具有一定指導(dǎo)意義。

        (3)模具鑲塊均采用淬火工藝加工,材料硬度不低于50HRC,且成型表面均采取防腐蝕措施。

        (4)模具的斜頂機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中無卡滯現(xiàn)象,也無異常聲響,頂出可靠。

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