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塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 目錄 1 前言 ..................................................................1 1.1 課題內容 ............................................................1 1.2 課題背景 ............................................................1 1.3 模具國內外發(fā)展概況 ..................................................1 1.4 課題的來源及要求 ....................................................2 2 模具方案及制品設計 ....................................................3 2.1 總體方案設計 ........................................................3 2.2 塑件的測繪 ..........................................................3 2.3 塑件的造型 ..........................................................4 2.4 塑件的材料選擇與分析 ................................................5 2.5 塑件尺寸精度 ........................................................5 2.6 模具材料的選擇 ......................................................5 2.7 脫模斜度 ............................................................6 2.8 型腔數目的確定 ......................................................6 2.9 注射機的選擇 ........................................................7 3 具體設計說明 ..........................................................8 3.1 分型面的確定 ........................................................8 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 ......................................................9 3.3 主流道的設計 ........................................................9 3.4 分流道的設計 .......................................................10 3.5 澆口套的設計 .......................................................11 3.6 冷卻裝置設計 .......................................................11 3.7 推出機構設計 .......................................................12 3.8 推桿 ...............................................................13 3.9 復位桿 .............................................................13 3.10 導向裝置 .........................................................13 3.11 側抽芯的設計 .....................................................13 3.12 確定各模板尺寸 ....................................................14 3.13 凸凹模結構形式 ....................................................14 3.14 注射機技術參數的校核 .............................................15 3.15 零件強度計算及校核 ...............................................16 4 模具的三維造型 ......................................................19 4.1 典型零件的造型造型 .................................................19 4.2 模架的三維造型 .....................................................19 5 型腔工藝分析及加工仿真 ..............................................22 6 結論 ................................................................26 參考文獻 ..............................................................27 致謝 ..................................................................28 附錄 ..................................................................29 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 1 1 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 摘要：注塑模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模具，能夠成型復雜的高精度 的塑料制品。本課題是對塑料瓶蓋模具設計并分析加工工藝。 本模具考慮到年產量、工廠的設備及塑件的精度要求，選擇一模四腔結構。以瓶蓋 主體和防偽圈之間的面作為分型面,使制品強制脫模。流道采用帶環(huán)形冷料穴，脫 模時方便將主流道凝料和塑件帶出，確保熔融塑料幾乎能同時到達每個型腔的進料 口。為了使動、定模能夠準確地動作, 導向定位機構利用導柱與導套的配合。頂出 機構是推桿推出的一次脫出機構?？紤]到零件的位置關系,冷卻水道采用循環(huán)式分 布，以便冷卻均勻、快速。 采用 ProE 來實現(xiàn)塑料瓶蓋三維設計及模具成型零件設計，分析制件的成型質量 和完成分型面的設計，再采用 CIMATRION 來實現(xiàn)其數控仿真的加工，并在產品設計 及模具裝配過程中，輔助以必要的理論計算，將數字化設計與理論計算結合起來， 可以大大縮短產品研發(fā)周期、模具設計周期，提高產品設計及模具設計的準確性、 產品成型質量，降低產品研發(fā)、模具設計成本。在設計過程中制定了合理的工藝方 案，滿足了大批量生產要求。同時，還編制了詳細的工藝文件來保證模具的順利加 工及制品的生產。 通過合理的設計，本模具滿足生產與應用的要求。 關鍵詞：注塑模具；加工工藝分析；Pro/E。 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 2 The Design and Simulation Processing of Mold for Plastic Caps Abstract：At present ,injection molding is the plastics mould that has being used most extensively , it can mold the complex and high accurate plastic product. The Subject is about the design of the plastic caps and simulation processing. Considering the annual output, the equipment of the factory and the requirement of precision of the plastic product, four cavities in a mould. The middle horizontal surface of the goods was To cap the main circle and security between the surface as a type face, so that mandatory Stripping products. The runner is designed to be balanced and symmetrical distribution, ensure that melting plastic could reach each cavitys gate almost.. Suspension and Positioning mechanism use matched guide pillar and guide sleeve to make movable mould, fixed mould to work accurately. The knockouts uses once ejecting mechanism that lifter pushes out. By the relation of the position of each part, cooling channels are designed to straight channels to cool effectively, quickly. With Pro/Engineer,MoldFlow to implement three-dimensional design and mold volume design of the Plastic caps, and shaping quality of part was analyzed and the parting line was designed by Pro/Engineer, then utilized CIMATRION to accomplish the assemblage of the mold with the assistance of essential theory calculate mixed with figure design. It would not only shorten the cycle of product research and mold design, and improve the preciseness and the product shaping quality, but also lower the cost of the research. Having made the rational craft scheme in the design process ,so it has met the requirement of producing in enormous quantities. Moreover, it also prepared a detailed document to ensure that the process for the smooth processing of mold and apparel production. Through the rational design, It has meet the production and application of the requirements. Key words: injection mould；process analysis；Pro/E. 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 3 前言 1.1 課題內容 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工。 1.2 課題背景 由于塑料材料具有許多優(yōu)點，目前正逐漸成為金屬材料的良好代用材料，在很 多領域都出現(xiàn)了金屬材料塑料化的趨勢。作為注塑成型加工的主要工具之一的注塑 模具，在質量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產效率等方面水平的高低， 直接影響產品的質量、產量、成本及產品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競 爭中的反應能力和速度。隨著塑料新品種的不斷出現(xiàn)以及塑料制品在結構、外觀上 要求的日益提高，使產品的設計和模具設計過程變得越來越復雜。而傳統(tǒng)的模具設 計是在二維環(huán)境下采用手工繪圖的方式進行的，已經很難滿足這種發(fā)展變化的需要。 過去模具設計工作主要依靠設計人員的經驗，模具的加工制造又在很大程度上依賴 于生產者的操作技能，因此存在模具設計水平低、加工質量差、生產周期長、使用 壽命短等缺陷。 注塑模具 CADCAM 技術的應用，從根本上改變了傳統(tǒng)的塑料產品開發(fā)和模具 加工方式，大大地提高了產品的質量、縮短了開發(fā)周期、降低了生產成本、強有力 地推動了模具工業(yè)的發(fā)展。一些大型的商品化 CADCAM 軟件，如 ProEngineer、Unigraphics II、Cimatron、MoldFlow 等，都已開發(fā)出專門用于 注塑模具設計的功能模塊，為模具設計提供了十分方便的工具。有資料統(tǒng)計表明， 采用 CAD 技術可以使模具設計時間縮短 50。在歐美一些工業(yè)發(fā)達的國家， CADCAM 已經成為模具行業(yè)一種普遍應用的技術。在 CAD 應用方面，已經超越了甩 掉圖板、二維繪圖的初級階段。在模具設計中采用三維 CAD 軟件的企業(yè)已經接近 90。目前，國內也有不少企業(yè)開始應用 CAD 軟件進行模具設計。 ProE 等軟件在注塑模具設計中的應用，成功地彌補了傳統(tǒng)設計方法的不足， 制品幾何造型、分型面的創(chuàng)建、模具的結構設計，都是基于同一數據庫進行的，既 方便，又易保證制品的精度。 1.3 模具國內外發(fā)展概況 1、產品更新?lián)Q代的加快，特別是家電、汽車、IT 行業(yè)市場競爭的加劇，使模 具制造業(yè)得到迅猛的發(fā)展。 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 2、現(xiàn)代產品對模具的種類、精度、工作條件和使用壽命等提出了更高的要求。 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 3、 在同外工業(yè)發(fā)達國家，模具制造業(yè)已成為一個專門的行業(yè)，其標準化、 專業(yè) 化、商品化程度高，模具行業(yè)儼然已經成為一個高技術密集型產業(yè)。模具行業(yè)大 量采用先進的技術和設備，新材料、新的熱處理工藝不斷涌現(xiàn)，特別是 IT 業(yè)的迅 猛發(fā)用使計算機輔助設計（Computer Aided Design ，簡稱 CAD）和輔助制造 （Computer Aided Manufacturing，簡稱 CAM）在模具行業(yè)廣泛應用。 隨著世界制造中心向東南亞轉移，我國的模具生產近幾年也得到了迅猛的發(fā)展， 但與工業(yè)發(fā)達國家相比，還有很大差距，標準化、專業(yè)化、商品化程度還不夠高， 模具品種少，制造精度低，使用壽命短，設備技術力量落后，模具生產技術人員， 特別是掌握現(xiàn)代模具設計與制造的技術人員比例小。 有專家預測，不遠的將來，中國將成為世界最大的制造中心，這給我國的模具 行業(yè)提供了前所未有的發(fā)展機遇。因此，加快高技術設備如數控加工、快速制模、 特種加工在模具行業(yè)中的應用，加大新興 CAD/CAM 技術在模具設計與制造中的應 用比例，加速模具新結構、新工藝、新材料的研究和強化模具高技術人員的培養(yǎng)， 已成為我國模具行業(yè)再 上一個新臺階的關鍵。 1.4 課題的來源及要求 1、課題來源于鹽城市羽佳塑料制品廠。 2、課題研究的主要內容： （1）產品的注塑加工工藝 （2）制品測繪、工程圖繪制、三維造型及結構優(yōu)化 （3）制品模具設計（全套工程圖及三維造型） （4）上下型腔的加工工藝分析、工藝規(guī)程、數控仿真加工及下型腔的工藝卡 片。 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 1 2 模具方案及制品分析 2.1 總體方案設計 首先是對塑件進行測繪，然后后用 ProE 軟件進行三維造型。主要采用拉伸、 旋轉、螺旋掃描、等步驟造型。造型結束后進行模具設計?？紤]到生產批量和經濟 效益，還有塑件的精度等級，本模具采用一模四腔。下面選擇注塑機，主要從注射 量、鎖模力等方面進行考慮。要確保塑件及澆注系統(tǒng)所需的注射量不超過注射機最 大容量的 80。接著對各個系統(tǒng)進行設計，首先是澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)分為主流道、 分流道、澆口、冷料穴等。主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線應在同一條直線 上。另外由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要加個澆口套。澆口套要 進行淬火處理，這樣可以延長模具的使用壽命。分流道的半徑與塑料種類和所需熔 融塑料的體積有關，一般直徑為 812mm。本模具設計取 10mm。主流道與分流道 采用圓角過渡，這樣可以減小料流轉向過渡時的阻力。分流道的布置要均勻處理， 確保熔融塑料由主流道到各分流道的距離相等。分流道表面不必很光，可以使熔融 塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。分流道與澆口采用圓弧過渡，有利于熔料的流 動及填充。澆口主要有兩個作用，一是起控制作用，二是壓力撤銷后封鎖型腔，不 產生倒流。冷料穴主要是避免冷料進入型腔影響塑件的質量和堵塞澆口。拉料銷主 要是保證澆注系統(tǒng)的凝料從定模澆口套中拉出，留在動模一側，便于取出。接著是 排氣系統(tǒng)的設計。本模具采用間隙排氣。利用分型面的配合間隙自然排氣。下面是 推出機構的設計。推動的動力來源有手動推出、機動推出和液壓與氣動推出機構。 本模具設計采用注射機的開模動作驅動模具上的推出機構，實現(xiàn)塑件的強制脫模 （即完成塑件的螺紋和卡位的脫模。最后利用斜導柱實現(xiàn)側向抽芯，完成防偽圈的 脫模。 2.2 塑件的測繪 塑件為塑料瓶蓋，材料為 ABS，用游標卡尺對零件進行測繪。我們最終所需要 加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我們所取的塑件是模具生產出來的千千萬 萬個塑件中的一個，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會產生一定的變形， 因此對該零件的測量數值需要進行分析處理。如對塑件較大尺寸誤差的進行修正， 對相同形狀處所測不同尺寸的取均值進行圓整，然后繪出零件的草圖。由于條件限 制所以采用多次取斷面進行測量的辦法。 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 2 量具：游標卡尺（0300、0.02） ，曲線測量儀等 注意做到以下幾點： 1、測繪過程中必須把被測物體放在工作平面上； 2、采用多次測量求平均值； 3、正確地讀取數據。 測量的主要尺寸如下圖： 圖 2-1 塑件的主要尺寸 2.3 塑件的造型 零件測繪草圖出來以后，應該根據零件的測繪圖，對零件的進行三維造型。三 維造型可以選用 ProE 軟件，三維造型的所有參數與測繪的數據一致。首先打開 三維軟件 ProE，進入零件設計界面，點擊 拉伸， 旋轉， 掃描， 混 合，造型等命令繪制三維圖形。 由 ProE 軟件的計算功能得塑件尺寸為： 該塑件外形尺寸為 32.34mm19.51mm，根據上述的方法繪制的制品的零件圖 如下： 塑件的三維造型如圖 2-2 所示： 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 3 圖 2-2 塑件的三維造型 2.4 塑件的材料選擇與分析 1、塑件的材料選擇 （1）ABS：高流動性，便宜，適用于對強度要求不太高的部件。 （2）在材料的應用上需要注意以下一點： 避免一味減少強度風險，什么部件都用 PC 料而導致成型困難和成本增加； 在對強度沒有完全把握的情況下，模具評審時應該明確告訴模具供應商，可能會先 用 PC+ABS 生產 T1 的產品，但不排除當強度不夠時后續(xù)會改用 PC 料的可能性。這 樣模具供應商會在模具的設計上考慮好收縮率及特殊部位的拔模角。 因此，該塑件選擇 ABS 材料。 2、塑件的材料分析 ABS：acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer 丙烯腈丁二烯苯 乙烯共聚物，屬于熱塑性材料。 使用性能： 綜合性能較好，沖擊韌性、機械強度一般，尺寸穩(wěn)定，耐化學性、電性能良好， 易于成形和機械加工。 成型性能： （1）無定性材料，流動性中等，比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙 烯好，溢邊值為 0.04 毫米左右。 （2）吸濕性強，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經長時間的預熱干燥。 （3）成型時易取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為250） 。 對于精度較高的塑件，模溫宜取 5060，對光澤、耐熱塑件，模溫宜取 6080。注塑壓力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射機成型時，料溫為 180230，注射壓力為 10001400kgf/cm 3。用螺桿式注射機成型時，料溫為 160220，注射壓力為 7001000 kgf/cm 3。 2.5 塑件尺寸精度 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 4 塑件的尺寸精度一般是根據使用要求確定的，但還必須充分考慮塑料的性能及 成型工藝的特點。作為塑料瓶蓋，要求外表面光滑，既不會在使用過程中對人造成 傷害，還要必須考慮其外形的美觀。因此該塑件取精度等級為 6 級。 2.6 模具材料的選擇 塑料模具結構比較復雜，組成一套模具的零件數目較多，而且由于各零件在工 作中所處的地位、作用不同，對材料的性能要求也不同。總的說來，用于制作塑料 模具的材料，在質量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性，其次是有一定的強度和 韌性，再次是易于加工。因此，應根據模具的結構、性能要求和使用條件、模具的 制造方法，合理地選用模具材料。根據文獻6中的 P546，模具中各個零件的材料 選擇如下： （1）導向零件的材料選擇 包括導套和導柱，由于在開、合模時有相對運動， 成型過程中要承受一定的壓力，或偏載負荷，因此要求表面耐磨性好，心部具有一 定的韌性，本設計中的導向零件選用 T8A，經過滲碳淬火后表面硬度應達到 50- 55HRC； （2）澆注系統(tǒng)零件的材料選擇 包括澆口套，拉料桿等，要求具有良好的耐磨 表面、耐蝕性和熱硬性，本設計中的澆注系統(tǒng)零件選用 T8A，經過滲碳淬火后表面 硬度應達到 50-55HRC； （3）頂出機構零件的材料選擇 包括推桿和復位桿，要求表面耐磨性好，并具 有足夠的機械強度，本設計中推桿選用 45 鋼,淬火處理后表面硬度達到 40-45HRC； 復位桿選用 T8A，淬火處理后表面硬度達到 50-55HRC； （4）模體零件的材料選擇 包括各種模板、推板、固定板、墊塊等，這些零件 要求具有足夠的機械強度，在本設計中選用 45 鋼，經淬火處理后表面硬度達到 40- 45HRC，可滿足上述要求； （5）定位零件的材料選擇 包括定位銷和螺釘，要求其具有足夠的機械強度， 耐磨性好，考慮上述要求，定位銷選用 T8A，并表面淬火使硬度達到 50-55HRC；螺 釘選用 45 鋼。 2.7 脫模斜度 脫模斜度主要是為了便于脫模。塑件沿脫模方向常用的斜度值對熱塑性塑件為 0.53，熱固性酚醛壓制件取 0.51。脫模斜度的大小與塑件的形狀，脫 模方向的長度，塑件表面質量有密切關系。 熱塑性塑料在脫模時有較大的彈性，即使是較小的脫模斜度，也可以順利脫模。 但為了減小脫模阻力，一般在產品沒有特殊要求的條件下，選用盡可能大的脫模斜 度。 較深的孔，其兩端尺寸公差又較小時，可以用推板、推管等進行強制脫模。但 型芯的表面必須做成鏡面，而且要有不低于 52HRC 的硬度。 塑料的性質不同（指硬度、表面摩擦系數、彈性等） ，所必須的脫模斜度也不 同，一般規(guī)律為： 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 5 （1）硬質塑料需比軟質的脫模斜度大； （2）塑件的壁厚大時，成形收縮大，脫模斜度要大； （3）形狀復雜的部分要比形狀簡單的部分有較大的脫模斜度； （4）型腔的深溝槽部分如加強筋、突臍等，需要較大脫模斜度。一般選 取 35。 由于塑件冷卻后產生收縮，會使塑件緊緊地包住模具型芯、型腔中突出的部分， 為了使塑件易于從模具內脫出，在設計時必須保證塑件的內外壁具有足夠的脫模斜 度。由于目前還沒有比較精確的脫模斜度計算公式，在選擇脫模斜度時，主要還是 參照經驗數據，根據 ABS 材料的性質在設計中選用 2.5的拔模斜度。 2.8 型腔數目的確定 型腔數越多時，精度也相對地降低。這不僅由于型腔加工精度的參差，也由于 熔體在模具內的流動不勻所致。所以精密塑件盡量不用多腔模形式。按照 SJ/T 1062895 標準中規(guī)定的 1、2 級超精密級塑件，宜一模一腔，當尺寸數目少時可以 一模二腔。3、4 級的精密級塑件，宜一模四腔以內。從塑件尺寸精度考慮，由于該 塑件精度等級為 6 級而且塑料瓶蓋結構比較簡單，所以采用一模四腔。 2.9 注射機的選擇 由于型腔數目與所使用的注射機的參數有關，而工廠里的注射機的規(guī)格又是確 定的，根據文獻6中的 P574，表 5-29 常用注射機技術規(guī)格及特性中查出,使用的 注射機型號為 XS-ZY-60。 下表為 XS-ZY-60 型注射機的參數： 螺桿直徑 38mm 最大注射容量 60g 注射壓力 122MP a 鎖模力 500kN 最大注射面積 130cm 2 最大模具厚度 200mm 最小模具厚度 70mm 模板最大距離 380mm 模板行程 180mm 噴嘴圓弧半徑 12mm 噴嘴孔徑 mm 4 噴嘴移動距離 120mm 定位孔直徑 mm0.51 頂出形式 中心頂桿，機械頂出 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 6 3 具體設計 3.1 分型面的確定 1、分型面的確定要遵守以下原則： （1）分型面塑件應盡可能留在動模或下模，以便從動?；蛳履ｍ敵觯喕?具結構。 （2）分型面塑件留于動模時，應考慮最簡頂出形式，簡化模具結構。 （3）塑件有側抽芯時，應盡可能放在動?；蛳履２糠?，避免定?；蛳履瘸?芯。 （4）塑件有多組抽芯時，應盡量避免長端側抽芯。 （5）頭部有圓弧的塑件，采用圓弧部分分型會損傷塑件外觀。一般應選擇在 頭部下端分型。 （6）一般塑件分型面的選擇，應考慮到塑件的外觀，盡量避免塑件表面留有 分型痕跡。 （7）有同心度要求的塑件，應盡可能將型腔設在同一分型面上。 （8）一般分型面應盡可能設在塑料流動方向的末端，以利于排氣。 本模具設計分型面選擇塑件的主體與仿偽圈之間的平面，如下圖所示： 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 7 圖 3-1 分型面位置 2、分型結構的設計 由于本設計采用的三分型面結構，所以在模具分型時必須要注意幾個點，一是 第一次分型的位置，二是第二次分型的位置，三是第三次分型的位置。其結構如下 圖： 3-2 裝配示意圖 開模時定模座板、拉板、和拉料銷同時動作，實現(xiàn)一分型面分型；模具繼續(xù)分 模，待拉板與擋銷接合時，由于鎖扣組件的作用，拉板開始被強制分開，實現(xiàn)二分 型面分型，隨著分模的繼續(xù)進行，澆口會在自重的作用下落入收集箱；模具繼續(xù)分 模，待墊圈與定模板接合時，鎖扣組件開始被強制分開，實現(xiàn)三分型面分型。 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是塑料熔體自注射機的噴嘴射出后，到進入模具型腔以前所流經的一 段路程的總稱。澆注系統(tǒng)是由主流道、分流道、進料口、冷料穴等組成。根據文獻 6中的 P559，在設計澆注系統(tǒng)時應考慮以下設計原則： （1）澆口要設在不影響塑件外觀質量的地方及部位； （2）澆注系統(tǒng)應適應塑料的成型特性，以保證成型周期及塑件質量； （3）澆注系統(tǒng)根據型腔數的多少和布局確定； （4）澆注系統(tǒng)根據成型塑件的形狀及尺寸確定； 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 8 （5）澆注系統(tǒng)盡量采用短流程，以減少熱量和壓力的損耗及節(jié)約原材料； （6）澆注系統(tǒng)應有利于良好的排氣，并防止型芯的變形及嵌件的位移； （7）澆注系統(tǒng)的確定應考慮注射機的安裝尺寸，防止單邊安裝。 3.3 主流道的設計 主流道為從注射機噴嘴開始到分流為止的熔融塑料的流動通道。它與注射機噴 嘴在同一直線上。本模具設計采用澆口套的形式鑲入模板中。如下圖所示。為防止 澆口套被注射機噴嘴撞傷，應采取淬火處理使其具有一定的硬度。 主流道的基本尺寸通常取決于兩個方面：第一個方面是所使用的塑料種類，所 成型的制品質量和壁厚大小。關于主流道的基本尺寸的選定參考下表： 表 3-1 主流道直徑參考表 第二個 方面，注射 機噴嘴的幾何參數與主流道尺寸的關系，如圖所示。 a） 與噴嘴接觸的始端直徑與噴嘴直徑的關系為 D = d + (0.5 1)=4+1=5； b） 球面凹坑半徑 R2 = R1 + (1 3)=12+2=14 半錐角 = 2 4取 4； c） 盡可能縮短主流道的長度 L 圖 3-3 澆口套與注塑機噴嘴關系 為防止注射機噴嘴與澆口套兩部分相接觸處由于有間隙而產生的溢料，澆口套 的球半徑應比噴嘴的球半徑大 2mm5mm，主流道的小端尺寸應比噴嘴孔尺寸稍大， 制品質量/g D/mm R/mm 020 3 0.5 2040 4 1 40150 5 1 150300 6 2 300500 8 2 5001500 10 2 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 9 這樣可以使噴嘴與澆口套對位容易。本模具設計采用的注射機是 XSZY60，其噴 嘴球徑為 12mm，取澆口套的球半徑為 20mm。另外，為使?jié)部谔字械乃芰先菀酌撾x 主流道，應設有脫模斜度，這個斜度一般最小不小于 1，最大不超過 4。主流 道的脫模斜度不能過大，否則在注塑時會產生渦流和流速過慢等現(xiàn)象。主流道應保 持光滑的表面，避免留有影響塑料流動和脫模的尖角毛刺等。 3.4 分流道的設計 分流道是指主流道與澆口(進料口)之間的一段通道。分流道的表面不必要求很 光，因為分流道表面不很光滑，能使熔融塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。分流 道的截面宜采用梯形及圓形截面，其作用是通過流道截面及方向變化，使熔料能平 穩(wěn)地轉換流向注入型腔。設計時，分流道應平衡布置，特別是對于多型腔模具，應 盡量使其布置均衡，使熔料幾乎能同時到達每個型腔的進料口。并且，分流道截面 積應為各進料口截面積之和，各分流道的截面積和長度應與塑件相適應，即大塑件 取大截面短流道，小塑件取小截面長流道，以保證成型不同形狀和重量的塑件時所 有型腔能同時充滿。本模具設計中所有型腔體積相同，所以分流道設計采用等截面 和等距離。如果各型腔體積形狀不相等，則分流道設計必須在流速相等的條件下， 采用不等截面來達到流量不等，這樣也可以達到同時填充的目的。同時，還要用改 變流道長度的辦法來調節(jié)阻力大小，以保證各個型腔同時填充。本設計中，分流道 的排列方式是 H 形排列，以保證所有型腔同時充滿。根據文獻<中的 P561，分流道直徑計算如下： 分流道直徑 （3-6） (1/2)(/1)(5.1)dDm 式中 D主流道的大端直徑 常用分流道尺寸，根據文獻5中的 P561,可從下表中查出， 所以選擇 6dm 表 3-2 常用分流道系列尺寸 D（MM） 4 6 8 10 12 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 10 圖 3-4 分流道的排布 3.5 澆口的設計 澆口是連接分流道與型腔的一段細短通道。它的作用是增加和控制塑料進入型 腔的流速并封閉裝填在型腔內的塑料，以保證充填實，確保制品質量。澆口類型的 選擇取決于制品外觀的要求、尺寸和形狀的制約以及所使用的塑料種類等因素。 澆口的截面積一般為分流道截面積的 3% -9%，截面形狀多為矩形或圓形，澆口 的長度約為 1-1.5mm。在設計澆口時，應取較小值，以便在試模時加以逐步修正。 3.6 冷卻裝置設計 本機構的冷卻裝置采用環(huán)形冷卻水道，如圖： 圖 3-5 冷卻水道的設計 3.7 推出機構設計 推出機構的作用是塑件成型后，順利地把塑件及澆道凝料推出模外。推出機構 一般由推桿、推管、推板、推桿固定板等零件組成。在設置推出機構時，首先需要 確定當模具開啟后，制品的留模形式（留動模部分或留定模部分） ，推出機構必須 是建立在制品所滯留的模具部分中。通常，由于注塑機的推出機構設置在動模板一 側，因此大多數模具的推出機構是安裝在動模中的。根據文獻6中的 P590-P593。 1、推出機構的設計原則： (1)模具的推出機構必須有足夠的強度及剛度，使塑件出模后不致于變形； 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 11 (2)推力要均勻。推力面盡可能要大，其推力應設計在塑件承受力較大的地方 如筋部、凸緣及殼體壁部等部位； (3)推件不應設計在零件外表面，以免影響塑件外觀質量； (4)推出系統(tǒng)要動作靈敏可靠、動作平穩(wěn)并便于更換與維修。 2、推出機構的類型： (1)推桿推出機構的結構特點：塑件成型后，能一次被推出。設計要點：推桿 的直徑不要過細，應有足夠的強度承受推力；推桿的端面應距離型腔或鑲件的平面 0.08-0.1mm；推桿應作淬硬處理。 (2)推管推出機構 適用于環(huán)形、桶形塑件或塑件上中心帶孔部分的頂出，過薄 的塑件盡量不要用這種機構，因為過薄的推管加工困難，且易損壞。 (3)推板推出機構 其主要特點是在制件表面不留下頂出痕跡，同時塑件受力均 勻，頂出平穩(wěn)，適用于各種容器、桶形制品及中心帶孔塑件。 (4)氣壓推出機構 它是推出薄壁深腔殼型塑件最簡單有效的方法，特別是成型 車間設有壓縮空氣管路，采用此法更加經濟合理。 (5)推塊推出機構 中間有孔的平塊狀帶凸緣塑件，易采用這種機構，它的結構 形式及與推出板的固定方法與推桿相似。 根據以上原則及推出機構的類型，以及制品的結構特征，選用推桿推出機構。 3.8 推桿 推桿多為圓形結構，細長桿可將后部加粗成臺階形，配合間隙要求小的推桿， 其推桿端部應設計成錐形。推桿應盡量短，推出時，一般將塑件推到高于型腔（或 型芯）10mm 左右即可。推桿的端面應高出所在型腔的底面或型芯頂面 0.05- 0.1mm。推桿與其配合孔采用 H6/f6 配合，保持一定同軸度。推桿數量在保證推出 前提下，越少越好。在推桿推出機構中一定要設計復位機構。 推桿需要進行淬火處理，使其具有足夠的強度和耐磨性。本設計采用 16mm 的圓形推桿。 3.9 復位桿 推桿在將制品頂出后，其頂端位置會高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合 模（模具合緊之前）時，必須使其退回到頂出前的初始位置，以免碰壞型腔（或型 芯） ，因此在頂出機構中必須設有復位桿幫助推桿回位，如圖所示。 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 12 圖 3-6 復位桿、推桿組裝方式 3.10 導向裝置 導向裝置的作用是：當動模與定模合模時，導向裝置先進行導向，型腔與型芯 再合模，這樣可避免型芯與型腔發(fā)生碰撞而損壞。同時，保證了型芯及型腔的相對 位置，兼起定位作用及承受一定的側壓力作用。導向裝置包括兩個部件，即導柱和 導套，導柱一般安裝在動模上，導套安裝在定模上。有時，也可將導柱安裝定模上， 導套安裝在動模上，或在動模上設計導套孔，用導柱直接導向。在本設計中，導套 安裝在定模上，導柱安裝在動模上，在合模時進行導向定位。 3.11 側抽芯的設計 側向抽芯用于有側孔的塑件，根據側孔的數量和方位設置一至多個側抽芯，用 側向抽芯機構抽出側型芯。 側向分型與抽芯方式一般分為：手動、機動、液壓或氣動分型抽芯。本模具設 計中選用機械側向分型抽芯機構中的斜滑桿分型抽芯機構，借據機床的開模力，通 過斜導柱和劃塊機構與斜滑桿和滑座來改變運動的方向完成側向分型抽芯動作，合 模時利用合模力使其復位。 為順利地脫出塑件、滑桿式側型芯從成型位置外移到不妨礙制件平行推出的位 置，此移動距離稱為抽拔距。在設計模具時還應加上 25mm 的安全距離作為實際 抽拔距。實際抽拔距 S =S +（25）mm=2.5+2.5=5mm； S =S +（25）a1 b mm=2+2=4mm 本模具采用四棱柱形的斜導柱,主要用于實現(xiàn)強制脫模和瓶改主體與仿偽圈間 環(huán)形槽的側向抽芯。 抽芯機構如下圖: 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 13 圖 3-7 導柱抽芯機構 當第三個形面分型后，塑件向定模方向移動，待斜導柱與側滑板接觸時，完成 塑件的強制脫模，即螺紋和卡位的脫模，模具繼續(xù)分模，在斜導柱的作用下，側滑 板鑲件與側滑板向外側移動，實現(xiàn)了側向抽芯。 3.12 確定各模板尺寸 模板各部分結構尺寸如表 3-4 所示： 表 3-3 模板各部分主要結構尺寸 1 定模座板 長 寬厚 315mm 315mm 25mm 2 定模板 長 寬厚 315mm 250mm 25mm 3 動模座板 長 寬厚 315mm 315mm 25mm 4 動模支承板 長 寬厚 315mm 250mm 40mm 5 墊塊 長 寬厚 315mm 50mm 80mm 6 推桿固定板 長 寬厚 315mm 148mm 16mm 7 推板 長 寬厚 315mm 148mm 16mm 8 動模固定板 長 寬厚 315mm 250mm 25mm 根據上述的設計，最后設計出的模具的總裝圖見附圖 1。 3.13 凸、凹模結構形式 對于極為簡單的形狀可以采用整體式的凸?；虬寄Ｍ?，往往采用拼鑲方法組合 成凸?；虬寄?。本模具采用整體式。 3.14 注射機技術參數的校核 由于每副模具都只有安裝在與其相適應的注塑機上進行生產，因此模具設計與 所用的注射機關系十分密切。根據文獻5中的 P575-P576，注射機的基本技術參數 校核如下： （1）注射量的校核 V 0.8V （3-1）件 注 式中 V 塑件與澆注系統(tǒng)的體積總和（厘米 3） ；件 V 注射機的注射容量（厘米 3） ；注 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 14 0.8最大注射容量利用系數。 V 5/4 V 1.25233.4=83.5g注 件 （2）鎖模力的校核 （3-2） JSMJmAnPFKNKN5029710346 （3）注射壓力的校核 paZ12 ABS 成型所需注射壓力 achM)106( （3-3）zch （4）模具高度與注射機閉合高度關系的校核 （3-4） 283506325231 HCBAHmminax0inmax （5）開模行程校核 （3-5） max123a0(51)23580(1)(450)SH m （6）推出裝置校核 模具設計時需根據注射機頂出裝置的形式、頂桿的直徑、配制和頂出距離、校 核模具的推出脫模機構是否與之相適應。 （7）模具外形尺寸校核 a模具安裝尺寸必須與注射機動、定模固定板上的螺孔的直徑和位置相適應； b模具的長度與寬度應使模具可以穿過拉桿空間在注射機動模固定板和定模 固定板上安裝。 （8）注射機定位孔與模具定位圈配合校核 為了使模具安裝在注射機上，其主流道中心線應與注射機噴嘴中心線重合，其 模具的定位圈與注射機定模板上的定位孔應呈較松的間隙配合，定位圈的高度對于 小型模具為 8-10mm。 （9）噴嘴的校核 模具主流道的球面半徑應與注射機噴嘴球頭半徑相吻合或稍大，以便于脫卸主 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 15 流道中凝料，主流道小端孔徑應較噴嘴前端孔徑略小。 3.15 零件強度計算及校核 注塑模具的工作狀態(tài)是長時間的承受交變負荷,同時也伴有冷熱的交替?，F(xiàn)代 的注射模使用壽命至少幾十萬次，至多幾百萬次，因此，模具必須具有足夠的強度 和剛度。工作狀態(tài)下所發(fā)生的彈性變形，對塑件的質量有很大的影響，尤其是對于 尺寸精度高的塑件。模具的剛度是很重要的。 由于注塑壓力的作用，凹模型腔有向外脹出的變形產生。當變形量大于塑件在 壁厚方向的成形收縮量時，會造成脫模困難。嚴重時還會不能脫模。 另外，也由于成形過程中各種工藝因素的影響，型腔內的實際受力情況往往非 常復雜，不可能為一種簡單的模式。因此，在強度計算上采取比較寬容的做法，原 則是：寧可有余而不可不足。換言之，即安全系數較大。 計算型腔壁厚以最大型腔壓力為準。確定型腔壁厚的方法有計算法和以經驗數 據為基礎的查表法. 計算法分為按剛度計算和按強度計算兩種。實踐證明，對大尺寸型腔剛度不足 是主要矛盾，應按剛度計算；而小尺寸型腔在發(fā)生大的彈性變形之前，其內應力往 往就已超過許用應力，應按強度計算。 在注塑模的標準件中，凹模的外形為矩形，所以當凹模型腔為圓形時，一般也 采用矩形模板。因此，凹模強度的計算也以矩形為主。而我所選的型腔類型為整體 式，所以根據文獻5中的 P580,按矩形型腔整體式計算公式計算。 矩形型腔整體式側壁計算公式為： t c=h (3-13)P 矩形型腔整體式底部計算公式為： t d=b (3-14) 式中, t c凹模側壁厚度(mm) td凹模底板厚度(mm) P模腔壓力(MPa) 材料的許用應力(MPa) h型腔深度(mm) b凹模內壁短邊長度(mm) L墊板間距(mm) 系數 ， 見下表： 表 3-4 系數 L/h 0.25 0.5 0.75 1.0 1.5 2.0 3.0 0.02 0.081 0.173 0.321 0.727 1.226 2.105 表 3-5 系數 L/b 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 16 0.3078 0.3834 0.4356 0.4680 0.4872 0.4974 0.5000 由于上述型腔壁厚計算公式比較復雜，在生產實際中常采用一些經驗公式和經 驗數據，由查圖或表確定壁厚，但對大型模具應進行強度和剛度校核。我所設計的 模具屬于中小型模具，可以用查表法進行強度校核。圖 3-9 為矩形凹模及模套最小 壁厚經驗曲線，表 3-7 為型腔側壁厚度經驗公式，表 3-8 為動模墊板厚度經驗數據。 成型壓力30MPa 成型壓力45MPa (已考慮導柱位置，導柱應該設在截面最大處) 圖 3-17 矩形凹模及模套最小壁厚經驗曲線 表 3-6 型腔側壁厚度 已知成型壓力30MPa，型腔邊長為 315mm。實際壁厚為(315-248.5-70) /2=74mm。由圖 3-9 矩形凹模及模套最小壁厚經驗曲線可得最小壁厚為 42mm74mm，故符合要求。塑件、澆注系統(tǒng)在分型面投影面積在 100200 之間。 由文獻6表 5-46 查的動模墊板最小厚度為 3040mm，而實際厚度為 40mm 符合要 求。由于有支撐板的緣故型腔底板厚度強度滿足要求，可以不必通過計算。故本次 設計的模具可采用。 最 小 壁 厚 t/m型腔邊長 L 型腔壓力/MPa 側壁厚度 備注 49(注射成型) 0.2L+0.17 49(壓縮成型) 0.16L+0.15 29(壓縮成型) 0.14L+0.12 當型腔為整體式 L100mm 時 需乘以 0.85-0.9 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 17 4 模具的三維造型 4.1 典型零件的造型 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 18 圖 4-1 凹模的三維造型 4.2 模架的三維造型 進入建模模塊后，根據所繪制的二維圖的尺寸，利用拉伸，旋轉，倒圓角，螺 旋掃描等命令，分別完成定位圈，澆口套，螺釘，定模固定板，定模板，動模板， 動模支承板，推桿固定板，推板，墊塊，動模固定板，拉料桿，推桿，導套，導柱， 復位桿，堵塞和水嘴的三維造型，然后在裝配模塊中，利用匹配，對齊等裝配方式， 依次將各個零件裝配起來，最后的裝配圖如下： 圖 4-2 模具三維裝配圖 分解圖如下： 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 19 圖 4-3 模具分解圖 5 型腔工藝分析及加工仿真 塑料瓶蓋模具設計及其型腔仿真加工 20 1、定模的工藝性審查 （1）定模型腔的結構特點 定模型腔（零件圖見附圖） ，該零件是注塑模的型腔部分，以矩形配合面與定 模固定板配合，凹進部分與動模型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料 ABS 經冷卻 后形成所需的塑料瓶蓋。 零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、不規(guī)則平面型腔等。由于型腔在 注塑時需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強度、剛度、耐磨性和 韌性。 （2）主要技術要求 零件圖上的主要技術要求有：熱處理：50-55HRC；銳角去毛刺倒鈍。 加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度 Ra=0.8m，側面的表面粗糙度 Ra=3.2m, 內輪廓表面的粗糙度為 Ra=0.4m。 （3）零件材料 零件的材料為 45 鋼，可以通過熱處理來獲得所需的機械性能和力學性能。 2、毛坯選擇 （1）考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯； （2）確定毛坯的形狀、尺寸：選用 45 鋼鍛件 32025565（mm） 。 3、基準選擇 加工中的一次裝夾希望能夠進行在該基準下的全部加工，這樣可以降低由于基 準不重合而導致的基準不重合度誤差。根據對工件的加工的初步分析，在毛坯的初 次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準。 4、機床的選擇 根據本設計的生產綱領，本模具的加工機床選擇通用機床。本模具中加工平面選 用通用銑床，加工孔時選用通用鉆床。由于定模具型腔比較復雜，用普通機床難以 加工，所以本設計中還選用數控銑床。 5、刀具的選擇 本設計中，加工平面時選用端銑刀和砂輪；加工直孔時選用麻花鉆，擴孔刀和鉸 刀；加工與斜導柱配合的斜孔時，因此孔中有沉孔，為了保證其同軸度，所以選用 組合刀具（鉆刀與平刀的組合） ；加工分流倒槽時，由于其截面