基于Proe的气压瓶盖注射模具的设计毕业说明书文档格式.docx
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EMX（ExpertMoldbaseExtension）是PRO/E系统中的一个外挂模块，专门用来建立各种标准模架及模具标准件和滑块、斜销等附件，能够建立冷却水管，能够自动产生模具工程图和明细表，还可以模拟模具开模过程进行动态仿真和干涉检查，并可将仿真结果输出成视频文件，是个功能非常强大且使用非常方便的模具设计工具。
本设计结构和模架设计是利用模架设计专家系统设计的。
型腔和型芯设计可以在EMX里设计，也可以事先在PRO/E的制造模块里完成。
本设计有一部分是在EMX里完成。
在模架调入之后可以根据需要添加、删除各种模具零件。
也可以修改现成的标准件使之满足自身设计。
完全的参数化设计，使用非常方便。
Pro/ENGINEER参数化设计的特性：
（1）．3D实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，还可以随时计算出产品的体积、面积、重心、重量、惯性大小等，可极大的减少设计人员的计算时间。
（2）．Pro/ENGINEER可随时由3D实体模型产生2D工程图，且可自动标示工程图尺寸。
不论在3D还是2D图形上作尺寸修正。
其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，如此可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。
（3）．以特征作为设计的单位。
可随时对特征做合理、不违反几何顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。
1.4选题目的以及意义
毕业设计将总结专业基础和专业技术的学习成果,锻炼和开发学生的综合运用能力。
本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的模具。
该塑件为高压瓶盖，它是配在高压瓶上用的一种盖子，由于是配用，批量不是很大，为中批量生产。
其结构有点复杂，有三个侧抽芯，因而该塑件的模具有一个典型结构——侧抽芯滑块机构。
这个课题能充分体现专业知识，对模具设计能力有一定的锻炼。
通过对高压瓶盖的注射模具的设计，可以巩固专业知识为以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础，也同时具有一定的初步开发模具能力。
另外加深了对机械基础知识的应用。
提高了整体的设计能力。
2塑件成型工艺性分析
2.1气压瓶盖三维模型及二维图
如图2-1,2-2所示，制品的侧面有深孔和小孔，中间内腔有2处凸筋。
图2-1气压瓶盖三维模型
图2-2气压瓶盖二维图
2.2结构特征分析及成型工艺性分析
2.2.1结构特征分析
该塑件为气压瓶盖，其二维图尺寸如图2-2所示，塑件的壁厚为2.5mm,为中批量生产，材料为ABS，成型工艺性好，可以注射成型。
2.2.2成型工艺性分析
根据塑件的用途以及塑料的性质分析其表面质量，确定塑件的精度等级要求为：
IT4；
其中塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。
模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。
为了便于塑件从模腔中脱出或从塑件中抽出型芯，塑件设计时须考虑其内外壁面应该有足够的脱模斜度。
最小脱模斜度与塑料性能、塑件几何形状有关。
该塑件壁厚约为2.5mm，大开口处有5º
的斜角，小开口处有3º
的倾角，这样足以使型芯很容易抽出。
为了容易使大的侧抽芯容易抽出可以查参考文献
中的表2-19，脱模斜度（型芯）：
1º
。
2.2.3塑件材料的基本性能
本塑料制件采用ABS成型，密度为1.02至1.16g/cm3。
全称为苯乙烯——丁二烯——丙烯腈共聚物，它是一种三元共聚物，拥有三种组元的共同性能，使其具有“坚韧，质硬，刚性”的特点。
ABS树脂具有较高的的冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好。
而且有易成型和机加工的特点。
此外，表面还可以镀铬，成为塑料涂金属的一种常用材料。
它是一种无定形材料，吸湿性强，其吸水率（24h）:
0.2%～0.3%；
含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件要求长时间预热干燥。
其拉伸弹性模量为1800～2900MPa，弯曲强度：
99～134MPa；
与钢的摩擦因数为0.21。
在设计时候要注意浇注系统的料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，要注意选择浇口位置、形式。
顶出力不宜过大。
3塑件成形工艺与设备
3.1注塑成型工艺条件
3.1.1温度
注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。
喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；
模具温度一般通过冷却系统来控制；
为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。
ABS塑料与温度的经验数据查参考资料
如表3-1所示。
表3-1温度的经验数据
料筒温度/℃
喷嘴温度/℃
模具温度/℃
后段
中段
前段
180～200
210～230
200～210
180～190
50～70
3.1.2压力
注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。
注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。
保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。
对于像ABS流动性一般的塑料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。
背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4～27.5MPA。
3.1.3时间
完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。
包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3～5秒，保压时间一般为20～120秒，冷却时间一般为30～120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。
确定成型周期的经验数值如表3-2所示。
表3-2成型周期与壁厚关系
制件壁厚/mm
成型周期/s
制件壁厚/mm
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。
表3-3制品成型工艺参数初步确定
内容
特性
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速（r/min）
50
喷嘴形式
直通式
模具温度（℃）
喷嘴温度（℃）
175
后段温度（℃）
180～210
中段温度（℃）
前段温度（℃）
注射压力（MPa）
80
保压力（MPa）
60
注射时间（s）
4
保压时间（s）
25
冷却时间（s）
其他时间（s）
成型周期（s）
成型收缩（%）
0.5
预热干燥温度（℃）
80～95
预热干燥时间（h）
4～5
3.2型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核
3.2.1型腔数量校核
为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计前应合理的确定型腔数目。
按注射机的最大注射量校核型腔数量
（3-2）
其中
————注射机最大注射量，
；
————浇注系统凝料量，
————单个塑件的容积，
通过上面3.2.1可知算单个塑件的质量为103.62g；
浇道凝料的质量为51.81g。
而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的20%，故可得，n=1.43，所以型腔的数目取：
n=1。
3.2.2最大注射量校核
为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%～75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。
为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%～80%。
V
=141.306cm
V公=250cm
/V公×
100%=141.306/250×
100%=56.52%
可见注射量满足要求。
3.2.3锁模力的校核
当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向方向的很大推力，其大小等于制品与浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。
该推力应小于注射机的额定锁模力T合，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。
在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按参考文献
中的下式校核注塑机的额定锁模力：
F＞A
·
P
（3-3）
式中F——注塑机额定锁模力，F=1800KN；
——为型腔内熔体压力（MPa），由3.2.1可知，P
=30MP
A
=3950.05mm2·
30MPa
=118.5（KN）<
1800（KN）
可见锁模力满足要求。
3.2.4注射压力校核
注射压力的校核是检验注射机的最大注射压能否满足制品成型的需要。
为此注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需要的注射压力，即
Pmax>
式中Pmax为注射机的最大注射压力，该注射机的Pmax为130MPa;
P为塑件成型时所需要的注射压力,一般取P=40～200Mpa.制品成型时所需的注射压力一般很难确定，它与塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、制品形状的复杂程度以及浇注系统等因素有关。
在确定制品成型所需的注射压力时可利用类比法或参考各种塑料的注射成型工艺参数等，ABS的成型注射压力在78.4MPa至150MPa的范围内，考虑本塑件平均厚度为3mm，所以注射压力可P取为100Mpa,可见螺杆注射压力满足要求。
3.2.5开模行程校核
根据本模具有侧抽心结构，分开模具不只是为了取塑件,还要满足完成侧向抽芯距离所需要的开模距离的要求，因此考虑模具的实际情况，要按下式进行：
当Hc>
H1+H2时，开模行程应按下式校核,
S≥Hc+（5～10）mm（3-5）
式中S——注射机最大开模行程（mm）,取500mm,见表4-2。
H1——塑件推出行程（mm），取H1=25mm;
H2——包括浇注系统高度在内的塑件高度，塑件高度为45mm，浇道凝料的高度为25mm，所以H2=45+25=70mm；
Hc——由4.8.1.4可知完成侧向抽芯距离所需要的开模距离Hc=140.4mm,取Hc=145mm。
Hc=145mm>
H1+H2=25+70=95mm,该模具满足上面的要求的条件，
因此：
Hmax=500≥Hc+（5～10）mm（3-6）
=155（mm）
所以满足要求。
4注射模具结构设计
4.1型腔的确定
为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计前应确定合理的型腔数目。
由于本模具所要达到的生产批量为5万件，为中批量生产，结合本塑件结构也较复杂，因此综合考虑本模具采用一模一腔比较合理。
4.2制品成型位置及分型面的选择
在注塑过程中，打开模具用于取出塑件或浇注系统凝料的面，通称为分型面。
常见的取出塑件的主分型面与开模方向垂直，分型面大多是平面，也有倾斜面、曲面或台阶面。
分型面是决定模具机构形式的重要因素，分型面选择的是否合适对塑件质量、模具制造与使用性能都有很大影响，它决定了模具的机构类型，是模具设计中的一个重要环节。
模具设计时应根据制品的结构形状、尺寸精度、浇注系统形式、推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素，全面考虑，合理选择。
在选择分型面时一般应遵循以下原则：
（1）应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模。
这样便于利用注射机锁模机构中的顶出装置带动塑件脱模机构工作。
（2）分型面应尽可能的选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除和修整。
（3）分型面的选择应有利于排气。
（4）分型面的选择应便于模具零件的加工。
（5）分型面的选择应考虑注射机的技术规格。
分析该产品的结构,分型面可设计为以下几种位置，如图4-1所示。
（a）
（b）
图4-1分型面的位置方案
比较两种分型方法，第一种分型方法塑件通过推出很容易从模具体中出来，而且模具型腔设计起来简单，而第二种方法要把模具设计成有哈夫块的形式，由于该模具有侧抽芯结构，这样模具设计起来就很困难，所以本设计采用第一种分型方法。
4.3浇注系统设计
注射模的浇注系统是塑料熔体从注射机的喷嘴进入模具开始到型腔为止所流经的通道。
它的作用是将熔体平稳地引入模具型腔，并在填充和固化定型过程中，将型腔内气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密，外形清晰，表面光洁和尺寸稳定的塑件。
因此，浇注系统设计的正确与否直接关系到注射成型的效率和塑件质量。
浇注系统是由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。
在设计模具浇注系统时，首先考虑使得塑料熔体迅速填充型腔，减少压力与热量损失。
其次，应从经济上考虑，尽量减少由于流道产生的废料比例。
最后，应容易修除制品上的浇口痕迹。
对浇注系统进行总体设计时，一般应遵守如下基本原则：
（1）了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性。
（2）采用尽量短的流程，以减小热量与压力损失。
（3）浇注系统设计应有利于良好的排气。
（4）防止型芯变形和嵌件位移。
（5）便于修整浇口以保证塑件外观质量。
（6）浇注系统应结合型腔布局同时考虑。
（7）流动距离比和流动面积比的校核。
（8）尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高。
（9）大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，应予以充分考虑。
4.3.1浇口的位置、数量的确定
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间以及防止倒流等作用。
浇口的类型很多，一般常见的有侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、扇形浇口、薄膜浇口等多种，根据其特性不同使用在不同场合。
一般情况浇口采用长度很短（0.5～2mm）而截面很狭窄的小浇口，因此流动阻力很大，细微的变化都会对塑料熔体的充填产生很大的影响。
浇口设计主要包括浇口的数目、位置形状和尺寸的设计。
浇口的数目和位置主要影响充填模式，而浇口的形状与尺寸主要影响熔体流动性质。
浇口设计该保证提供一个快速、均匀、平衡、单一方向流动的充填模式，另一方面应该避免射流、滞流、凹陷等现象的发生。
浇口位置的选择将影响塑料件的填充行为、制品的最终尺寸（公差）、收缩行为、翘曲和机械性能水平、表面质量（外观）。
浇口的设计需要遵循以下基本设计原则：
（1）浇口的尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动。
（2）浇口的位置应有利于流动排气和补料。
（3）浇口位置应使流程最短，料流变向少，防止型芯变形。
（4）浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度。
（5）浇口的位置应考虑定位作用和对塑件性能的影响。
（6）浇口的位置应尽量开设在不影响塑件外观的部位。
一方面应
通过分析，本模具的浇口设计为侧浇口，与点浇口的优势为这里可以用两板模，而点浇口要用三板模，简化模具结构。
这里浇口的的断面形状设计为圆角梯形，其截面厚度h通常取浇口处壁厚的1/3～2/3,这里取h=1mm；
其截面宽度b取8h,b=8mm；
浇口长度取l=1mm。
下面我就利用Moldflow分析零件的浇口位置：
最佳浇口位置图，如下图4-2所示。
图4-2最佳浇口区域
但是，这只是给出一个浇口范围，并没有确定浇口数量和具体的浇口位置。
所以，我们继续进行下面的分析。
由于采用一模一腔，同时又采用侧浇口，侧浇口一般开设侧面并且表面要求不高的面上，所以采用方案如图4-3：
图4-3最佳浇口位置
图4-4冷却图
图4-5分析气抛
4.3.2排气系统设计
排气系统的作用是在注射过程中，将型腔中的气体有序而顺利的排出，以免塑料件产生气泡，疏松等缺陷。
如果排气不良有以下危害性：
（1）在塑件上形成气泡、银纹、云雾、接痕，使表面轮廓不清；
（2）严重时在塑件表面产生焦痕；
（3）降低冲模速度，影响成型周期；
（4）形成断续注射，降低生产效率。
因此，及时有序的将气体排出是十分必要的。
一般有以下几种排气方式：
（1）排气槽排气；
（2）分型面排气；
（3）拼镶件缝隙排气；
（4）推杆间隙排气；
（5）粉末烧结合金块排气；
（6）排气井排气；
（7）强制性排气。
本塑件是小型塑件，结合塑件特点，可以采用分型面排气方式足以排气，因而不采用排气槽排气。
4.4成型零部件设计
成型零部件的设计应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。
其中最重要的是凹模和凸模尺寸的设计。
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸及高度尺寸，及孔中心距等。
本设计中采用平均值法计算，其中：
塑件的尺寸精度取IT4级精度。
塑件尺寸的公差值可由参考文献
表3-1可得出。
模具制造精度取
=
。
具体的设计如下。
4.4.1凹模结构设计
凹模是成型塑件外表面的零部件，其结构类型有整体式和组合式。
本塑料若采用整体式虽然结构简单、牢固、不容易变形，塑件无拼缝痕迹，但将造成加工困难，浪费材料，更换不便，增加成本等一系列问题。
所以采用组合式。
这样可以改善加工工艺性，减少热变形，节省优质钢材。
将四壁加工，热处理、研磨抛光后压入模套。
为使内壁接缝紧密，其连接处外侧留有0.4mm的间隙。
配合H7/f7，具体见总装配图。
凹模按其结构可分为六种，1.整体式凹模；
2.整体嵌入式凹模；
3.局部镶嵌式凹模；
4.大面积镶嵌式凹模；
5.四壁拼合式凹模；
6.拼块式凹模。
对于有侧凹的圆形塑件（如骨架类塑件和带有嵌件的塑件），为了塑件顺利地从凹模里取出来，凹模常用相同的两块或多块拼成，所以本产品采用组合式凹模。
4.4.2型芯结构设计
型芯是用来成型塑件的内表面，本产品采用组合试型芯，上型芯连接方式为凸肩与A板连接，下型芯连接方式为螺钉连接。
4.5模架的选用
注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。
前者适用于模板尺寸为B×
L≤560mm×
900mm；
后者的模板尺寸B×
L为（630mm×
630mm）～（1250mm×
2000mm）。
由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用非标准模架。
4.6导向与定位机构
导柱导向机构是利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度。
注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。
导柱导向机构内容包括：
导柱和导套的典型结构；
导柱和导向孔的配合以及导柱的数量和布置。
导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向。
锥面定位
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