塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工模具课程设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 目录目录1 前言.11.1 课题内容.11.2 课题背景.11.3 模具国内外发展概况.11.4 课题的来源及要求.22 模具方案及制品设计.32.1 总体方案设计.32.2 塑件的测绘.32.3 塑件的造型.42.4 塑件的材料选择与分析.52.5 塑件尺寸精度.52.6 模具材料的选择.52.7 脱模斜度.62.8 型腔数目的确定.62.9 注射机的选择.73 具体设计说明.83.1 分型面的确定.83.2 浇注系统的设计.93.3 主流道的设计.93.4 分流道的设计.103.5 浇口套的设计.113.6 冷却装置设计.113.7 推出机构设计.123.8 推杆.133.9 复位杆.133.10 导向装置 .133.11 侧抽芯的设计 .133.12 确定各模板尺寸.143.13 凸凹模结构形式.143.14 注射机技术参数的校核 .153.15 零件强度计算及校核 .164 模具的三维造型 .194.1 典型零件的造型造型.194.2 模架的三维造型.195 型腔工艺分析及加工仿真 .226 结论 .26参考文献 .27致谢 .28附录 .29盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 11 前言1.1 课题内容塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工。1.2 课题背景由于塑料材料具有许多优点，目前正逐渐成为金属材料的良好代用材料，在很多领域都出现了金属材料塑料化的趋势。作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验，模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能，因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。注塑模具 CADCAM 技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化 CADCAM 软件，如ProEngineer、Unigraphics II、Cimatron、MoldFlow 等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用 CAD 技术可以使模具设计时间缩短 50。在欧美一些工业发达的国家，CADCAM 已经成为模具行业一种普遍应用的技术。在 CAD 应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维 CAD 软件的企业已经接近90。目前，国内也有不少企业开始应用 CAD 软件进行模具设计。ProE 等软件在注塑模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。1.3 模具国内外发展概况1、产品更新换代的加快，特别是家电、汽车、IT 行业市场竞争的加剧，使模具制造业得到迅猛的发展。2、现代产品对模具的种类、精度、工作条件和使用寿命等提出了更高的要求。 3、 在同外工业发达国家，模具制造业已成为一个专门的行业，其标准化、专业化、商品化程度高，模具行业俨然已经成为一个高技术密集型产业。模具行业大量采用先进的技术和设备，新材料、新的热处理工艺不断涌现，特别是 IT 业的迅塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 2猛发用使计算机辅助设计（Computer Aided Design ，简称 CAD）和辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称 CAM）在模具行业广泛应用。 随着世界制造中心向东南亚转移，我国的模具生产近几年也得到了迅猛的发展，但与工业发达国家相比，还有很大差距，标准化、专业化、商品化程度还不够高，模具品种少，制造精度低，使用寿命短，设备技术力量落后，模具生产技术人员，特别是掌握现代模具设计与制造的技术人员比例小。 有专家预测，不远的将来，中国将成为世界最大的制造中心，这给我国的模具行业提供了前所未有的发展机遇。因此，加快高技术设备如数控加工、快速制模、特种加工在模具行业中的应用，加大新兴 CAD/CAM 技术在模具设计与制造中的应用比例，加速模具新结构、新工艺、新材料的研究和强化模具高技术人员的培养，已成为我国模具行业再 上一个新台阶的关键。1.4 课题的来源及要求1、课题来源于盐城市羽佳塑料制品厂。2、课题研究的主要内容：（1）产品的注塑加工工艺（2）制品测绘、工程图绘制、三维造型及结构优化（3）制品模具设计（全套工程图及三维造型）（4）上下型腔的加工工艺分析、工艺规程、数控仿真加工及下型腔的工艺卡片。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 32 模具方案及制品分析2.1 总体方案设计首先是对塑件进行测绘，然后后用 ProE 软件进行三维造型。主要采用拉伸、旋转、螺旋扫描、等步骤造型。造型结束后进行模具设计。考虑到生产批量和经济效益，还有塑件的精度等级，本模具采用一模四腔。下面选择注塑机，主要从注射量、锁模力等方面进行考虑。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的 80。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线应在同一条直线上。另外由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关，一般直径为 812mm。本模具设计取 10mm。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。冷料穴主要是避免冷料进入型腔影响塑件的质量和堵塞浇口。拉料销主要是保证浇注系统的凝料从定模浇口套中拉出，留在动模一侧，便于取出。接着是排气系统的设计。本模具采用间隙排气。利用分型面的配合间隙自然排气。下面是推出机构的设计。推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。本模具设计采用注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的强制脱模（即完成塑件的螺纹和卡位的脱模。最后利用斜导柱实现侧向抽芯，完成防伪圈的脱模。2.2 塑件的测绘塑件为塑料瓶盖，材料为 ABS，用游标卡尺对零件进行测绘。我们最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我们所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。量具：游标卡尺（0300、0.02） ，曲线测量仪等注意做到以下几点：1、测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；2、采用多次测量求平均值；3、正确地读取数据。塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 4测量的主要尺寸如下图： 图 2-1 塑件的主要尺寸2.3 塑件的造型零件测绘草图出来以后，应该根据零件的测绘图，对零件的进行三维造型。三维造型可以选用 ProE 软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。首先打开三维软件 ProE，进入零件设计界面，点击拉伸，旋转，扫描， 混合，造型等命令绘制三维图形。由 ProE 软件的计算功能得塑件尺寸为：该塑件外形尺寸为 32.34mm19.51mm，根据上述的方法绘制的制品的零件图如下：塑件的三维造型如图 2-2 所示：盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 5图 2-2 塑件的三维造型2.4 塑件的材料选择与分析1、塑件的材料选择（1）ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件。（2）在材料的应用上需要注意以下一点：避免一味减少强度风险，什么部件都用 PC 料而导致成型困难和成本增加；在对强度没有完全把握的情况下，模具评审时应该明确告诉模具供应商，可能会先用 PC+ABS 生产 T1 的产品，但不排除当强度不够时后续会改用 PC 料的可能性。这样模具供应商会在模具的设计上考虑好收缩率及特殊部位的拔模角。因此，该塑件选择 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，属于热塑性材料。使用性能：综合性能较好，冲击韧性、机械强度一般，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好，易于成形和机械加工。成型性能：（1）无定性材料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢边值为 0.04 毫米左右。（2）吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间的预热干燥。（3）成型时易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为250） 。对于精度较高的塑件，模温宜取 5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取6080。注塑压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230，注射压力为 10001400kgf/cm3。用螺杆式注射机成型时，料温为160220，注射压力为 7001000 kgf/cm 3。2.5 塑件尺寸精度塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺的特点。作为塑料瓶盖，要求外表面光滑，既不会在使用过程中对人造成伤害，还要必须考虑其外形的美观。因此该塑件取精度等级为 6 级。2.6 模具材料的选择塑料模具结构比较复杂，组成一套模具的零件数目较多，而且由于各零件在工作中所处的地位、作用不同，对材料的性能要求也不同。总的说来，用于制作塑料模具的材料，在质量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性，其次是有一定的强度和韧性，再次是易于加工。因此，应根据模具的结构、性能要求和使用条件、模具的制造方法，合理地选用模具材料。根据文献6中的 P546，模具中各个零件的材料塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 6选择如下：（1）导向零件的材料选择 包括导套和导柱，由于在开、合模时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载负荷，因此要求表面耐磨性好，心部具有一定的韧性，本设计中的导向零件选用 T8A，经过渗碳淬火后表面硬度应达到 50-55HRC；（2）浇注系统零件的材料选择 包括浇口套，拉料杆等，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性，本设计中的浇注系统零件选用 T8A，经过渗碳淬火后表面硬度应达到 50-55HRC；（3）顶出机构零件的材料选择 包括推杆和复位杆，要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度，本设计中推杆选用 45 钢,淬火处理后表面硬度达到 40-45HRC；复位杆选用 T8A，淬火处理后表面硬度达到 50-55HRC；（4）模体零件的材料选择 包括各种模板、推板、固定板、垫块等，这些零件要求具有足够的机械强度，在本设计中选用 45 钢，经淬火处理后表面硬度达到 40-45HRC，可满足上述要求；（5）定位零件的材料选择 包括定位销和螺钉，要求其具有足够的机械强度，耐磨性好，考虑上述要求，定位销选用 T8A，并表面淬火使硬度达到 50-55HRC；螺钉选用 45 钢。2.7 脱模斜度脱模斜度主要是为了便于脱模。塑件沿脱模方向常用的斜度值对热塑性塑件为0.53，热固性酚醛压制件取 0.51。脱模斜度的大小与塑件的形状，脱模方向的长度，塑件表面质量有密切关系。热塑性塑料在脱模时有较大的弹性，即使是较小的脱模斜度，也可以顺利脱模。但为了减小脱模阻力，一般在产品没有特殊要求的条件下，选用尽可能大的脱模斜度。较深的孔，其两端尺寸公差又较小时，可以用推板、推管等进行强制脱模。但型芯的表面必须做成镜面，而且要有不低于 52HRC 的硬度。塑料的性质不同（指硬度、表面摩擦系数、弹性等） ，所必须的脱模斜度也不同，一般规律为：（1）硬质塑料需比软质的脱模斜度大；（2）塑件的壁厚大时，成形收缩大，脱模斜度要大；（3）形状复杂的部分要比形状简单的部分有较大的脱模斜度；（4）型腔的深沟槽部分如加强筋、突脐等，需要较大脱模斜度。一般选取 35。由于塑件冷却后产生收缩，会使塑件紧紧地包住模具型芯、型腔中突出的部分，为了使塑件易于从模具内脱出，在设计时必须保证塑件的内外壁具有足够的脱模斜度。由于目前还没有比较精确的脱模斜度计算公式，在选择脱模斜度时，主要还是参照经验数据，根据 ABS 材料的性质在设计中选用 2.5的拔模斜度。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 72.8 型腔数目的确定型腔数越多时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也由于熔体在模具内的流动不匀所致。所以精密塑件尽量不用多腔模形式。按照 SJ/T 1062895 标准中规定的 1、2 级超精密级塑件，宜一模一腔，当尺寸数目少时可以一模二腔。3、4 级的精密级塑件，宜一模四腔以内。从塑件尺寸精度考虑，由于该塑件精度等级为 6 级而且塑料瓶盖结构比较简单，所以采用一模四腔。2.9 注射机的选择由于型腔数目与所使用的注射机的参数有关，而工厂里的注射机的规格又是确定的，根据文献6中的 P574，表 5-29 常用注射机技术规格及特性中查出,使用的注射机型号为 XS-ZY-60。下表为 XS-ZY-60 型注射机的参数：螺杆直径 38mm最大注射容量 60g注射压力 122MPa锁模力 500kN最大注射面积 130cm2最大模具厚度 200mm最小模具厚度 70mm模板最大距离 380mm模板行程 180mm喷嘴圆弧半径 12mm喷嘴孔径 mm 4喷嘴移动距离 120mm定位孔直径 mm0.0540100顶出形式 中心顶杆，机械顶出塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 83 具体设计3.1 分型面的确定1、分型面的确定要遵守以下原则：（1）分型面塑件应尽可能留在动模或下模，以便从动模或下模顶出，简化模具结构。（2）分型面塑件留于动模时，应考虑最简顶出形式，简化模具结构。（3）塑件有侧抽芯时，应尽可能放在动模或下模部分，避免定模或下模侧抽芯。（4）塑件有多组抽芯时，应尽量避免长端侧抽芯。（5）头部有圆弧的塑件，采用圆弧部分分型会损伤塑件外观。一般应选择在头部下端分型。（6）一般塑件分型面的选择，应考虑到塑件的外观，尽量避免塑件表面留有分型痕迹。（7）有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。（8）一般分型面应尽可能设在塑料流动方向的末端，以利于排气。本模具设计分型面选择塑件的主体与仿伪圈之间的平面，如下图所示： 图 3-1 分型面位置2、分型结构的设计由于本设计采用的三分型面结构，所以在模具分型时必须要注意几个点，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。其结构如下图： 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 9 3-2 装配示意图开模时定模座板、拉板、和拉料销同时动作，实现一分型面分型；模具继续分模，待拉板与挡销接合时，由于锁扣组件的作用，拉板开始被强制分开，实现二分型面分型，随着分模的继续进行，浇口会在自重的作用下落入收集箱；模具继续分模，待垫圈与定模板接合时，锁扣组件开始被强制分开，实现三分型面分型。3.2 浇注系统的设计浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统是由主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。根据文献6中的 P559，在设计浇注系统时应考虑以下设计原则：（1）浇口要设在不影响塑件外观质量的地方及部位；（2）浇注系统应适应塑料的成型特性，以保证成型周期及塑件质量；（3）浇注系统根据型腔数的多少和布局确定；（4）浇注系统根据成型塑件的形状及尺寸确定；（5）浇注系统尽量采用短流程，以减少热量和压力的损耗及节约原材料；（6）浇注系统应有利于良好的排气，并防止型芯的变形及嵌件的位移；（7）浇注系统的确定应考虑注射机的安装尺寸，防止单边安装。3.3 主流道的设计主流道为从注射机喷嘴开始到分流为止的熔融塑料的流动通道。它与注射机喷嘴在同一直线上。本模具设计采用浇口套的形式镶入模板中。如下图所示。为防止浇口套被注射机喷嘴撞伤，应采取淬火处理使其具有一定的硬度。主流道的基本尺寸通常取决于两个方面：第一个方面是所使用的塑料种类，所成型的制品质量和壁厚大小。关于主流道的基本尺寸的选定参考下表：表 3-1 主流道直径参考表制品质量/gD/mmR/mm020 30.5204041401505115030062300500825001500102塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 10第二个方面，注射机喷嘴的几何参数与主流道尺寸的关系，如图所示。 a） 与喷嘴接触的始端直径与喷嘴直径的关系为D = d + (0.5 1)=4+1=5； b） 球面凹坑半径 R2 = R1 + (1 3)=12+2=14半锥角 = 2 4取 4；c） 尽可能缩短主流道的长度 L图 3-3 浇口套与注塑机喷嘴关系为防止注射机喷嘴与浇口套两部分相接触处由于有间隙而产生的溢料，浇口套的球半径应比喷嘴的球半径大 2mm5mm，主流道的小端尺寸应比喷嘴孔尺寸稍大，这样可以使喷嘴与浇口套对位容易。本模具设计采用的注射机是 XSZY60，其喷嘴球径为 12mm，取浇口套的球半径为 20mm。另外，为使浇口套中的塑料容易脱离主流道，应设有脱模斜度，这个斜度一般最小不小于 1，最大不超过 4。主流道的脱模斜度不能过大，否则在注塑时会产生涡流和流速过慢等现象。主流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等。3.4 分流道的设计分流道是指主流道与浇口(进料口)之间的一段通道。分流道的表面不必要求很光，因为分流道表面不很光滑，能使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道的截面宜采用梯形及圆形截面，其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平稳地转换流向注入型腔。设计时，分流道应平衡布置，特别是对于多型腔模具，应尽量使其布置均衡，使熔料几乎能同时到达每个型腔的进料口。并且，分流道截面积应为各进料口截面积之和，各分流道的截面积和长度应与塑件相适应，即大塑件取大截面短流道，小塑件取小截面长流道，以保证成型不同形状和重量的塑件时所有型腔能同时充满。本模具设计中所有型腔体积相同，所以分流道设计采用等截面和等距离。如果各型腔体积形状不相等，则分流道设计必须在流速相等的条件下，采用不等截面来达到流量不等，这样也可以达到同时填充的目的。同时，还要用改变流道长度的办法来调节阻力大小，以保证各个型腔同时填充。本设计中，分流道盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 11的排列方式是 H 形排列，以保证所有型腔同时充满。根据文献中的 P561，分流道直径计算如下： 分流道直径 （3-6） (1/2 1)(1/2 1) 11(5.5 11)dDmm式中 D主流道的大端直径常用分流道尺寸，根据文献5中的 P561,可从下表中查出，所以选择6dmm表 3-2 常用分流道系列尺寸D（MM）4681012 图 3-4 分流道的排布3.5 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的一段细短通道。它的作用是增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料，以保证充填实，确保制品质量。浇口类型的选择取决于制品外观的要求、尺寸和形状的制约以及所使用的塑料种类等因素。浇口的截面积一般为分流道截面积的 3% -9%，截面形状多为矩形或圆形，浇口的长度约为 1-1.5mm。在设计浇口时，应取较小值，以便在试模时加以逐步修正。3.6 冷却装置设计本机构的冷却装置采用环形冷却水道，如图：塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 12 图 3-5 冷却水道的设计3.7 推出机构设计推出机构的作用是塑件成型后，顺利地把塑件及浇道凝料推出模外。推出机构一般由推杆、推管、推板、推杆固定板等零件组成。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后，制品的留模形式（留动模部分或留定模部分） ，推出机构必须是建立在制品所滞留的模具部分中。通常，由于注塑机的推出机构设置在动模板一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。根据文献6中的 P590-P593。1、推出机构的设计原则：(1)模具的推出机构必须有足够的强度及刚度，使塑件出模后不致于变形；(2)推力要均匀。推力面尽可能要大，其推力应设计在塑件承受力较大的地方如筋部、凸缘及壳体壁部等部位；(3)推件不应设计在零件外表面，以免影响塑件外观质量；(4)推出系统要动作灵敏可靠、动作平稳并便于更换与维修。2、推出机构的类型：(1)推杆推出机构的结构特点：塑件成型后，能一次被推出。设计要点：推杆的直径不要过细，应有足够的强度承受推力；推杆的端面应距离型腔或镶件的平面0.08-0.1mm；推杆应作淬硬处理。(2)推管推出机构 适用于环形、桶形塑件或塑件上中心带孔部分的顶出，过薄的塑件尽量不要用这种机构，因为过薄的推管加工困难，且易损坏。(3)推板推出机构 其主要特点是在制件表面不留下顶出痕迹，同时塑件受力均匀，顶出平稳，适用于各种容器、桶形制品及中心带孔塑件。(4)气压推出机构 它是推出薄壁深腔壳型塑件最简单有效的方法，特别是成型车间设有压缩空气管路，采用此法更加经济合理。(5)推块推出机构 中间有孔的平块状带凸缘塑件，易采用这种机构，它的结构形式及与推出板的固定方法与推杆相似。根据以上原则及推出机构的类型，以及制品的结构特征，选用推杆推出机构。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 133.8 推杆推杆多为圆形结构，细长杆可将后部加粗成台阶形，配合间隙要求小的推杆，其推杆端部应设计成锥形。推杆应尽量短，推出时，一般将塑件推到高于型腔（或型芯）10mm 左右即可。推杆的端面应高出所在型腔的底面或型芯顶面 0.05-0.1mm。推杆与其配合孔采用 H6/f6 配合，保持一定同轴度。推杆数量在保证推出前提下，越少越好。在推杆推出机构中一定要设计复位机构。推杆需要进行淬火处理，使其具有足够的强度和耐磨性。本设计采用 16mm的圆形推杆。3.9 复位杆推杆在将制品顶出后，其顶端位置会高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合模（模具合紧之前）时，必须使其退回到顶出前的初始位置，以免碰坏型腔（或型芯） ，因此在顶出机构中必须设有复位杆帮助推杆回位，如图所示。 图 3-6 复位杆、推杆组装方式3.10 导向装置导向装置的作用是：当动模与定模合模时，导向装置先进行导向，型腔与型芯再合模，这样可避免型芯与型腔发生碰撞而损坏。同时，保证了型芯及型腔的相对位置，兼起定位作用及承受一定的侧压力作用。导向装置包括两个部件，即导柱和导套，导柱一般安装在动模上，导套安装在定模上。有时，也可将导柱安装定模上，导套安装在动模上，或在动模上设计导套孔，用导柱直接导向。在本设计中，导套安装在定模上，导柱安装在动模上，在合模时进行导向定位。3.11 侧抽芯的设计侧向抽芯用于有侧孔的塑件，根据侧孔的数量和方位设置一至多个侧抽芯，用侧向抽芯机构抽出侧型芯。 塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 14侧向分型与抽芯方式一般分为：手动、机动、液压或气动分型抽芯。本模具设计中选用机械侧向分型抽芯机构中的斜滑杆分型抽芯机构，借据机床的开模力，通过斜导柱和划块机构与斜滑杆和滑座来改变运动的方向完成侧向分型抽芯动作，合模时利用合模力使其复位。为顺利地脱出塑件、滑杆式侧型芯从成型位置外移到不妨碍制件平行推出的位置，此移动距离称为抽拔距。在设计模具时还应加上 25mm 的安全距离作为实际抽拔距。实际抽拔距 S =S +（25）mm=2.5+2.5=5mm； S =S+（25）a1b2mm=2+2=4mm本模具采用四棱柱形的斜导柱,主要用于实现强制脱模和瓶改主体与仿伪圈间环形槽的侧向抽芯。抽芯机构如下图: 图 3-7 导柱抽芯机构当第三个形面分型后，塑件向定模方向移动，待斜导柱与侧滑板接触时，完成塑件的强制脱模，即螺纹和卡位的脱模，模具继续分模，在斜导柱的作用下，侧滑板镶件与侧滑板向外侧移动，实现了侧向抽芯。3.12 确定各模板尺寸模板各部分结构尺寸如表 3-4 所示：表 3-3 模板各部分主要结构尺寸1定模座板 长 宽厚 315mm 315mm 25mm2定模板 长 宽厚 315mm 250mm 25mm3动模座板 长 宽厚 315mm 315mm 25mm4动模支承板 长 宽厚 315mm 250mm 40mm5垫块 长 宽厚 315mm 50mm 80mm6推杆固定板 长 宽厚 315mm 148mm 16mm7推板 长 宽厚 315mm 148mm 16mm8动模固定板 长 宽厚 315mm 250mm 25mm根据上述的设计，最后设计出的模具的总装图见附图 1。 3.13 凸、凹模结构形式凸、凹模结构形式盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 15对于极为简单的形状可以采用整体式的凸模或凹模外，往往采用拼镶方法组合成凸模或凹模。本模具采用整体式。3.14 注射机技术参数的校核由于每副模具都只有安装在与其相适应的注塑机上进行生产，因此模具设计与所用的注射机关系十分密切。根据文献5中的 P575-P576，注射机的基本技术参数校核如下：（1）注射量的校核 V 0.8V （3-1）件注式中 V塑件与浇注系统的体积总和（厘米3） ；件V注射机的注射容量（厘米3） ；注0.8最大注射容量利用系数。V 5/4 V1.25233.4=83.5g注件（2）锁模力的校核 （3-2） JSMJSmAnAPFKNFKNAnAP5002971099103046（3）注射压力的校核MpaPZ122ABS 成型所需注射压力 achM)10060( （3-3）zch （4）模具高度与注射机闭合高度关系的校核（3-4） 283258065632525231HCHBAHHmminmax200300mmmmminmmax （5）开模行程校核 （3-5） max123max123300(5 10)253580(5 10)(145 150)(5 10)SmmHHHmmSHHH（6）推出装置校核模具设计时需根据注射机顶出装置的形式、顶杆的直径、配制和顶出距离、校核模具的推出脱模机构是否与之相适应。塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 16（7）模具外形尺寸校核a模具安装尺寸必须与注射机动、定模固定板上的螺孔的直径和位置相适应；b模具的长度与宽度应使模具可以穿过拉杆空间在注射机动模固定板和定模固定板上安装。（8）注射机定位孔与模具定位圈配合校核为了使模具安装在注射机上，其主流道中心线应与注射机喷嘴中心线重合，其模具的定位圈与注射机定模板上的定位孔应呈较松的间隙配合，定位圈的高度对于小型模具为 8-10mm。（9）喷嘴的校核 模具主流道的球面半径应与注射机喷嘴球头半径相吻合或稍大，以便于脱卸主流道中凝料，主流道小端孔径应较喷嘴前端孔径略小。3.15 零件强度计算及校核注塑模具的工作状态是长时间的承受交变负荷,同时也伴有冷热的交替。现代 的注射模使用寿命至少几十万次，至多几百万次，因此，模具必须具有足够的强度和刚度。工作状态下所发生的弹性变形，对塑件的质量有很大的影响，尤其是对于尺寸精度高的塑件。模具的刚度是很重要的。由于注塑压力的作用，凹模型腔有向外胀出的变形产生。当变形量大于塑件在壁厚方向的成形收缩量时，会造成脱模困难。严重时还会不能脱模。另外，也由于成形过程中各种工艺因素的影响，型腔内的实际受力情况往往非常复杂，不可能为一种简单的模式。因此，在强度计算上采取比较宽容的做法，原则是：宁可有余而不可不足。换言之，即安全系数较大。计算型腔壁厚以最大型腔压力为准。确定型腔壁厚的方法有计算法和以经验数据为基础的查表法.计算法分为按刚度计算和按强度计算两种。实践证明，对大尺寸型腔刚度不足是主要矛盾，应按刚度计算；而小尺寸型腔在发生大的弹性变形之前，其内应力往往就已超过许用应力，应按强度计算。在注塑模的标准件中，凹模的外形为矩形，所以当凹模型腔为圆形时，一般也采用矩形模板。因此，凹模强度的计算也以矩形为主。而我所选的型腔类型为整体式，所以根据文献5中的 P580,按矩形型腔整体式计算公式计算。矩形型腔整体式侧壁计算公式为： tc=h (3-13) P矩形型腔整体式底部计算公式为： td=b (3-14) P 式中, tc凹模侧壁厚度(mm) td凹模底板厚度(mm) P模腔压力(MPa) 材料的许用应力(MPa) h型腔深度(mm)盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 17 b凹模内壁短边长度(mm) L垫板间距(mm) 系数，见下表：表 3-4 系数L/h0.250.50.751.01.52.03.00.020.0810.1730.3210.7271.2262.105表 3-5 系数L/b1.01.21.41.61.82.00.30780.38340.43560.46800.48720.49740.5000由于上述型腔壁厚计算公式比较复杂，在生产实际中常采用一些经验公式和经验数据，由查图或表确定壁厚，但对大型模具应进行强度和刚度校核。我所设计的模具属于中小型模具，可以用查表法进行强度校核。图 3-9 为矩形凹模及模套最小壁厚经验曲线，表 3-7 为型腔侧壁厚度经验公式，表 3-8 为动模垫板厚度经验数据。成型压力30MPa 成型压力45MPa(已考虑导柱位置，导柱应该设在截面最大处)图 3-17 矩形凹模及模套最小壁厚经验曲线表 3-6 型腔侧壁厚度最小壁厚 t/mm型腔边长 L/mm型腔压力/MPa侧壁厚度备注49(注射成型)0.2L+0.1749(压缩成型)0.16L+0.1529(压缩成型)0.14L+0.12当型腔为整体式L100mm 时需乘以 0.85-0.9塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 18已知成型压力30MPa，型腔边长为 315mm。实际壁厚为(315-248.5-70)/2=74mm。由图 3-9 矩形凹模及模套最小壁厚经验曲线可得最小壁厚为42mm74mm，故符合要求。塑件、浇注系统在分型面投影面积在 100200 之间。由文献6表 5-46 查的动模垫板最小厚度为 3040mm，而实际厚度为 40mm 符合要求。由于有支撑板的缘故型腔底板厚度强度满足要求，可以不必通过计算。故本次设计的模具可采用。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 194 模具的三维造型4.1 典型零件的造型图 4-1 凹模的三维造型4.2 模架的三维造型进入建模模块后，根据所绘制的二维图的尺寸，利用拉伸，旋转，倒圆角，螺旋扫描等命令，分别完成定位圈，浇口套，螺钉，定模固定板，定模板，动模板，动模支承板，推杆固定板，推板，垫块，动模固定板，拉料杆，推杆，导套，导柱，复位杆，堵塞和水嘴的三维造型，然后在装配模块中，利用匹配，对齐等装配方式，依次将各个零件装配起来，最后的装配图如下：图 4-2 模具三维装配图塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 20分解图如下： 图 4-3 模具分解图盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 215 型腔工艺分析及加工仿真1、定模的工艺性审查（1）定模型腔的结构特点定模型腔（零件图见附图） ，该零件是注塑模的型腔部分，以矩形配合面与定模固定板配合，凹进部分与动模型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料 ABS 经冷却后形成所需的塑料瓶盖。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、不规则平面型腔等。由于型腔在注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和韧性。（2）主要技术要求零件图上的主要技术要求有：热处理：50-55HRC；锐角去毛刺倒钝。 加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度 Ra=0.8m，侧面的表面粗糙度Ra=3.2m, 内轮廓表面的粗糙度为 Ra=0.4m。（3）零件材料零件的材料为 45 钢，可以通过热处理来获得所需的机械性能和力学性能。2、毛坯选择（1）考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯；（2）确定毛坯的形状、尺寸：选用 45 钢锻件 32025565（mm） 。3、基准选择加工中的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析，在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。4、机床的选择根据本设计的生产纲领，本模具的加工机床选择通用机床。本模具中加工平面选用通用铣床，加工孔时选用通用钻床。由于定模具型腔比较复杂，用普通机床难以加工，所以本设计中还选用数控铣床。5、刀具的选择本设计中，加工平面时选用端铣刀和砂轮；加工直孔时选用麻花钻，扩孔刀和铰刀；加工与斜导柱配合的斜孔时，因此孔中有沉孔，为了保证其同轴度，所以选用组合刀具（钻刀与平刀的组合） ；加工分流倒槽时，由于其截面为圆状，所以选用球形铣刀；加工型腔时选用立式铣刀。6、夹具的选择考虑其经济性，本设计中除加工型腔抽芯处的矩形槽时选用专用夹具外，其他的都选通用夹具。7、切削用量的选择塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 22本设计中的所有切削用量都参考文献20。8、型腔数控仿真加工设计步骤：（1）定义毛坯为限制方框 图 5-1 三维毛坯（2）选定刀具为 28，20，32 的钻头。 刀具参数：直径 28mm，20mm，32mm，切削长度为 15mm，刀长 30mm，刀尖角度118mm，刀及刀柄总长 100mm。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 23 （a） (b) 图 5-2 加工导套时刀具的选择（3）加工导套孔轨迹塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 24 图 5-3 刀具的加工轨迹（4）选定 5mm 的平刀，刀具参数：直径 5mm，切削长度为 15mm，刀长 30mm，齿数 2，刀及刀柄总长100mm。 图 5-4 加工内槽时刀具的选择（5）所有加工轨迹盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 25 图 5-5 刀具加工轨迹（6）所有轨迹的加工仿真 图 5-6 完成的加工仿真塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 266 结论本设计是为塑料瓶盖注射成型而专门设计的。为了能达到质量好、效率高，本设计采用点浇口及推板推杆强制脱模的方式进行设计。并且大多数零件都采用通用零件。本次设计的塑料瓶盖注射模，在设计时充分利用 CAD、Pro/e、天河、CIMATRON 组件等二维，三维绘图仿真软件，缩短了设计生产周期，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，保证了质量，从而降低了模具的生产成本。本次设计的模具尚存在设计上的不足，还有待加以完善和修改，且对工人生产操作水平有严格的要求。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 27参 考 文 献1 申开智主编.塑料成型模具M. 北京：中国轻工业出版社，2006.9.2 任富君，简明机械制造工艺手册。中国标准出版社,1995.3 李德群主编.中国模具设计大典：第 2 卷 轻工模具设计M.江西:科学技术出版社，2003.4 初利宝等主编.ProENGINEER WIlDFIRE 模具设计M.北京：北京大学出版社，2005.5 曹岩等主编.ProENGINEER Wildfire 模具设计实例精解M.北京：机械工业出版社，2005. 6 彭建生模具设计与加工速查手册北京：机械工业出版社，200567 曹宏深主编. 塑料成型工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，1993.8 陈嘉真主编. 塑料成型工艺与模具设计M. 北京：机械工业出版社，1995.9 奚永生主编.大型注塑模具设计M. 北京：中国轻工业出版社，199610 丁闻编.实用塑料成型模具设计手册注射模、压缩模和压注模M.西安：西安交通大学出版壮出版，1993.11 奚永生编.精密注塑模具设计M.北京：中国轻工业出版社，1997.12 唯美科技, 何博.中文版 Pro/ENGINEER Wildfire 实用速成教程M.中国电力出版社,2004.5.13塑料模具技术手册编委会编. 塑料模具技术手册.北京:机械工业出版社,1990.14 何满才.模具设计Pro/ENGINEER Wildfire 中文版实例详解M.人民邮电出版社，2005.5.15 陈嘉真主编. 塑料成型工艺与模具设计M. 北京：机械工业出版社，1995.16 正钢精密模具有限公司正钢塑胶模用标准配件M台湾：2002.17 石艳，黄亚纯，黄文权.注塑模具的 CAD/CAMJ.重庆工学院学报.2005 年 11 月.第 19 卷 第 11 期 3133，43.塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 28致 谢这次的毕业设计设计，使我在解决问题时能把理论与实际相结合，使自己学得到了一次较好的锻练，提高了我独立思考问题、解决问题的能力，为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。本人在模具设计中承蒙刘道标老师的悉心指导和帮助，在毕业设计过程中提供了许多宝贵的资料、设计和方向、设计思路以及对模具的构造的专业知识，在此我谨向他表示衷心的感谢。此外，在这次的毕业设计中，我知道了设计不是一个人就能做出来的，它需要很多人的参与和帮助，使我体会到了团体合作的重要性。因此，还要谢谢同组各位同学对我的帮助。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 29附 录序号 图名 1 装配图 2 定模板 3 侧滑板 4 固定板 5 垫块 6 推杆固定板 7 镶件 8 导套 1 9 导套 2 10 导套 3 11 定模座板 12 动模座板 13 复位杆 14 推件板 15 浇口套 16 推板 17 推杆 18 斜导柱19 型芯 20 导柱 1 21 导柱 2 22 支承板 23 拉板24 模具三维图册 25 模具零件加工工序卡片集 26 零件加工工艺过程卡片集 27 塑料零件注射工艺卡片 图号 SLPG-00SLPG-01 SLPG-02 SLPG-03 SLPG-04 SLPG-05 SLPG-06 SLPG-07 SLPG-08 SLPG-09 SLPG-10 SLPG-11 SLPG-12 SLPG-13 SLPG-14 SLPG-15 SLPG-16 SLPG-17 SLPG-18 SLPG-19 SLPG-20 SLPG-21 SLPG-22图幅A0 A2 A2 A2 A3 A3 A3 A4 A4 A1 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A4 A3张数 11111111111111111111111一套一张一套一张 塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 30