塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工Word文档下载推荐.docx
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3.15零件强度计算及校核16
4模具的三维造型19
4.1典型零件的造型造型19
4.2模架的三维造型19
5型腔工艺分析及加工仿真22
6结论26
参考文献27
致谢28
附录29
1塑料瓶盖模具设计及其型腔仿真加工
摘要：
注塑模具是现在所有塑料模具中使用最广的模具，能够成型复杂的高精度的塑料制品。
本课题是对塑料瓶盖模具设计并分析加工工艺。
本模具考虑到年产量、工厂的设备及塑件的精度要求，选择一模四腔结构。
以瓶盖主体和防伪圈之间的面作为分型面,使制品强制脱模。
流道采用带环形冷料穴，脱模时方便将主流道凝料和塑件带出，确保熔融塑料几乎能同时到达每个型腔的进料口。
为了使动、定模能够准确地动作,导向定位机构利用导柱与导套的配合。
顶出机构是推杆推出的一次脱出机构。
考虑到零件的位置关系,冷却水道采用循环式分布，以便冷却均匀、快速。
采用Pro／E来实现塑料瓶盖三维设计及模具成型零件设计，分析制件的成型质量和完成分型面的设计，再采用CIMATRION来实现其数控仿真的加工，并在产品设计及模具装配过程中，辅助以必要的理论计算，将数字化设计与理论计算结合起来，可以大大缩短产品研发周期、模具设计周期，提高产品设计及模具设计的准确性、产品成型质量，降低产品研发、模具设计成本。
在设计过程中制定了合理的工艺方案，满足了大批量生产要求。
同时，还编制了详细的工艺文件来保证模具的顺利加工及制品的生产。
通过合理的设计，本模具满足生产与应用的要求。
关键词：
注塑模具；
加工工艺分析；
Pro/E。
TheDesignandSimulation
ProcessingofMoldforPlasticCaps
Abstract：
Atpresent,injectionmoldingistheplasticsmouldthathasbeingusedmostextensively,itcanmoldthecomplexandhighaccurateplasticproduct.TheSubjectisaboutthedesignoftheplasticcapsandsimulationprocessing.
Consideringtheannualoutput,theequipmentofthefactoryandtherequirementofprecisionoftheplasticproduct,fourcavitiesinamould.ThemiddlehorizontalsurfaceofthegoodswasTocapthemaincircleandsecuritybetweenthesurfaceasatypeface,sothatmandatoryStrippingproducts.Therunnerisdesignedtobebalancedandsymmetricaldistribution,ensurethatmeltingplasticcouldreacheachcavity’sgatealmost..SuspensionandPositioningmechanismusematchedguidepillarandguidesleevetomakemovablemould,fixedmouldtoworkaccurately.Theknockoutsusesonceejectingmechanismthatlifterpushesout.Bytherelationofthepositionofeachpart,coolingchannelsaredesignedtostraightchannelstocooleffectively,quickly.
WithPro/Engineer,MoldFlowtoimplementthree-dimensionaldesignandmoldvolumedesignofthePlasticcaps,andshapingqualityofpartwasanalyzedandthepartinglinewasdesignedbyPro/Engineer,thenutilizedCIMATRIONtoaccomplishtheassemblageofthemoldwiththeassistanceofessentialtheorycalculatemixedwithfiguredesign.Itwouldnotonlyshortenthecycleofproductresearchandmolddesign,andimprovetheprecisenessandtheproductshapingquality,butalsolowerthecostoftheresearch.Havingmadetherationalcraftschemeinthedesignprocess,soithasmettherequirementofproducinginenormousquantities.Moreover,italsopreparedadetaileddocumenttoensurethattheprocessforthesmoothprocessingofmoldandapparelproduction.
Throughtherationaldesign,Ithasmeettheproductionandapplicationoftherequirements.
Keywords:
injectionmould；
processanalysis；
Pro/E.
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CAD／CAM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CAD／CAM软件，如Pro／Engineer、UnigraphicsII、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，CAD／CAM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。
Pro／E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。
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L_Q_l_p*k_L2、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。
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A_EY-dan_Vw3、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业的迅猛发用使计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称CAD）和辅助制造（ComputerAidedManufacturing，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。
2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Pro／E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8～12mm。
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（0～300、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。
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Pro／E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Pro／E，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Pro／E软件的计算功能得塑件尺寸为：
该塑件外形尺寸为Φ32.34mm×
19.51mm，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：
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-styrenecopolymer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50℃～60℃，对光泽、耐热塑件，模温宜取60℃～80℃。
注塑压力高于聚苯乙烯。
用柱塞式注射机成型时，料温为180℃～230℃，注射压力为1000～1400kgf/cm3。
用螺杆式注射机成型时，料温为160℃～220℃，注射压力为700～1000kgf/cm3。
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0.5°
～3°
，热固性酚醛压制件取0.5°
～1°
。
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3°
～5°
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。
2.8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/T10628—95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122MP
锁模力500kN
最大注射面积130cm
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
喷嘴移动距离120mm
定位孔直径
顶出形式中心顶杆，机械顶出
3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：
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/g
D/mm
R/mm
0～20
3
0.5
20～40
4
1
40～150
5
150～300
6
2
300～500
8
500～1500
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α=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2mm～5mm，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
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