瓶盖产品造型与模具设计.docx

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瓶盖产品造型与模具设计

毕业设计论文

论文题目：

瓶盖产品造型与模具设计

系部材料工程系

专业模具设计与制造

班级

学生姓名

学号

毕业设计（论文）任务书

系部：

材料工程系

专业：

模具设计与制造

学生姓名:

学号:

设计（论文）题目：

瓶盖产品造型与模具设计

起迄日期:

3日

指导教师:

发任务书日期:

毕业设计（论文）任务书

1．本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：

本毕业设计（论文）课题来源于生产实际中，要求该生在学完专业课之后达到自行设计一套模具，查阅资料的目的。

2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

毕业设计任务书一份，

图纸（1号图纸1张，3号图纸3张，4号图纸2张）

设计说明书一份。

-

插图清单

图一--------------------------------------------------------------------------------９

图二------------------------------------------------------------------------------１0

图三------------------------------------------------------------------------------１1

图五-------------------------------------------------------------------------------12

图六-------------------------------------------------------------------------------13

图七-------------------------------------------------------------------------------14

图八-------------------------------------------------------------------------------15

图九-------------------------------------------------------------------------------15

图十-------------------------------------------------------------------------------17

图十一----------------------------------------------------------------------------17

图十二---------------------------------------------------------------------------19

图十三---------------------------------------------------------------------------19

图十四---------------------------------------------------------------------------20

表格清单

表一-----------------------------------------------------------------------------18

表二-----------------------------------------------------------------------------18

表三-----------------------------------------------------------------------------19

绪论

1.本课题及相关领域的国内现状及发展

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。

在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。

如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。

2.我国模具工业和技术今后的主要发展方向

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15％左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大的变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速的发展。

浙江宁波和黄岩地区的模具之乡；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并且成功应用于冲压模的设计中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已经取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计周期等方面作出重大了贡献。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模具、汽车覆盖件模具合乎级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲压模具和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的的用户。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比还有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型，精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。

3.未来我国冲压模具的发展趋势

模具行业在今后的发展中，1）.要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。

我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。

没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。

如汽车生产中90％以上的零部件，都要依赖模具成型，在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40％左右。

而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

2）.要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。

中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。

如陕西、四川、河北等模具生产有了很大的发展，河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓；四川宜宾普什模具有限公司凭借强有力的资金投入，将在未来写下新的篇章。

3）.要积极推进模具企业特别是国有企业的体制的创新，转换经营机制，大力发展混合所有制经济，明确产权和完善法人治理结构。

充分发掘企业发展的内在动力。

要积极推进中、西部地区工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离，使其模具车间、分厂在不太长的时间里，采用多种有效实现形式，转换机制，大力发展产权明晰、独立自主经营，适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具企业，培养能代表行业水平的“龙头”企业，带动地区产业链的发展。

4.未来我国塑料模具的主要发展方向

1）.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。

这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。

2）.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。

CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/C实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及AM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

3）.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。

采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。

制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。

气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。

目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。

气体辅助注射成型比传统的普通注

射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。

另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。

4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。

以适应多品种、少批量的生产方式。

5）.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。

我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。

为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。

6）.应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

7）.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。

采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。

研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

本次设计题目“瓶盖的产品造型与模具设计”。

该模具属于侧向抽芯的注射模。

本说明书将分项阐述该塑件注射成型和模具设计的全过程。

由于本人设计水平有限，错误的不妥之处在所难免，肯请老师批评指正。

第1章.瓶盖产品造型与模具设计

1.设计前的准备工作

１.１：

明确设计任务和准备的必要技术资料

注射模设计工作必须以模具设计任务书作为依据。

由设计任务书了解塑料制品的技术图样，生产纲领，使用要求。

注塑成型工艺要求和完成时间等内容。

明确设计任务之后，通过必要的技术资料进行初步设计。

１.２：

分析研究原材料的工艺特性和成型性能

塑件采用的材料为ABS，其成型性能查<<塑料成型工艺与模具设计>>表3-1如下：

（1）非结晶型塑料，品种牌号很多，各品种的机械性能和成型条件也各有差异，应按品种确定成型方法和成型工艺条件。

（2）吸湿性强，成型前需充分干燥，要求含水量小于百分之三，对于光泽度要求较高的制件，需要更长的干燥时间。

（3）流动性能一般，溢流间隙0.04。

（4）成型难度较聚苯乙烯大，宜采用较高的模温（对于耐高温抗冲击型和中冲击型，应在允许范围内将取料温最大值。

（5）精度对之制件影响较大，有破坏ABS橡胶相的倾向，通常ABS在250℃左右变色，270℃开始分解。

（6）若制件精度要求较高模温宜采取50～60℃，若制件表面要求具有光泽模温宜取60～80℃，我们的线圈骨架采用60℃。

（7）注射压力应比聚苯乙烯较大，采用螺杆式注塑机料温可取160～220℃，注射压力可取70～90MPa。

（8）模具设计过程中注意事项，浇注系统流动阻力应尽可能小，浇口位置及形式应合理并能防止熔接痕的产生，同时要考虑模具制造的经济性和加工的合理性。

２.３：

塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析

从该制品的零件图可知；形状，结构对制件脱模要求较高，但对尺寸大小，产品精度和表面质量要求都不高。

①．成型制件的尺寸大小主要取决于塑料原料的流动性和注射时的压力，在一定的设备和工艺条件下，流动性较好的塑料品种可以成型较大的制件，塑料ABS的流动性能较好，适于成型较大的制件。

②．制品的精度等级；塑料制件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，塑料件未注公差，由于该制件的原材料为ABS，而ABS的制件公差等级较低为MT5级，该塑件的精度等级较低。

受模具活动部分的影响，取公差值和附加值之和，MT2级取0.05，MT3-5级取0.1。

【2】

③．制品的表面质量；塑料制件的精度等级较低，我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷，毛刺，内部不得有导电杂质外无特殊要求，一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。

④．制品的形状结构；制品的壁厚均匀为3mm。

符合ABS的最小壁厚原则，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷，由于制件的尺寸较小，ABS的强度较大不需增设加强筋。

３.１.４：

计算塑料制件的体积和质量

计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数量。

计算塑料制件的体积：

V=50x50x30-40x40x25+2x4x5x5＋a

（a≈0.3）

=35200＋0.3

=35.5

cm

（其中圆角处尺寸可不预考虑在选取注塑机时适当放大）

查《模具设计与制造简明手册》知聚苯乙烯一般密度为ρ=1.04～1.05g/cm

，ABS耐热型塑料密度为ρ=1.02～1.16g/cm

由下式换算聚苯乙烯体积：

Q=ρ1V/ρ2=1.05/1.09×35.5cm

由密度可得出单个制件的质量：

Q=ρ1V/ρ2×ρ1=1.05×1.05/1.09×31.7

=36.23（克）

１.５：

ABS塑料注射成型的工艺参数。

（注塑工艺卡）

注射温度包括料筒温度和喷嘴温度

料筒温度：

后段温度t1选用150～170℃

中段温度t2选用165～180℃

前段温度t3选用180～200℃

注塑压力：

选用55～65Mpa

注塑时间：

选用0～5s

保压压力：

选用122Mpa

保压时间：

选用15s

冷却时间：

选用20s

１.６：

塑料成型设备的选取【2】

根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为xs-z-60查材料知：

螺杆直径/cmФ38

注射容量/克：

125克

注射压力/10

Pa：

122Mpa

锁模力10kN：

500kN

最大注射面积/㎝:

130㎝

模具厚度/mm：

70--200mm

模板行程/mm:

180mm

喷嘴球半径：

12mm

孔半径：

4mm

定位孔直径/㎜55

推出两侧孔径/mm22mm

第2章注塑模具结构的设计

1模腔数量的确定

塑件的生产属大批量生产，宜采用多型腔注塑模具，其型腔个数与注塑机的塑化能力，最大注射量以及合模力等参数有关，此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响，但是由于瓶盖的特殊结构,需要用内抽心结构.因此此模具型腔数目采取一个.一般而言,由上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量。

２.１：

按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1

N1=（F/PC）/A－B/A

其中：

F注塑机的锁模力N

PC型腔内的平均压力MPa

A每个制件在分型面上的面积（㎜

）

B流道和浇道在分型面上的投影面积（㎜

）

B在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析B为（0.2～0.5），常取B=0.35，熔体内的平均压力取决于注射压力，一般为25～40MPa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力，为保险起见常用0.8F则

N1=0.6F/APC=500000×0.6/30×342=29.2（个）

２.２：

注射机注塑量确定型腔数目N2

N2=（G－C）/V

其中：

G注射机的公称注塑量（㎜

）

V单个制件体积（㎜

）

C流道和浇口的总体积（㎜

）

生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.75～0.45倍，取0.6倍计算，同时流道和浇道的体积为未知量，据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.2～1倍，现取C=0.6则

N2=0.6G/1.6V=0.375G/V=60×0.375

=10.7（个）

从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取N1，N2中的较小值，在这里可以选取的个数是2，4，6，8，10个，考虑的制件的取出和模具的开模等情况，以及模具的主流道长度最好小于60mm，以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。

我们所设计的瓶盖注塑模具采用一模一腔的方案，即

N=1【4】

第３章.分型面及型腔的确定

3.1分型面的选择【5】

模具闭合时动模和定模相配合的接触面积,叫分型面,也叫合模面.在模具制造不良或锁模力不足的情况下,模内熔融塑料会通过此分型面溅出,在塑件上形成较厚的飞边,经修整后还会留下明显的痕迹.

在塑料注射模制造过程中，总会遇到分型面的确定问题，它是一个很复杂的间题，受到许多因素的制约，常常是顾此失彼。

所以在选择分型面时应抓住主要矛盾，放弃次要因素。

不同的设计人员有时对主要因素的认识也不尽一致，与自身的工作经验有关。

有些塑件的分型面的选择简单明确并且唯一;有些塑件则有许多方案可供选择。

3.1.1保证塑料制品能够脱模

这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。

根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。

分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。

3.1.2件外形美观，容易清理

塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的一圈毛边，我们称之为飞边。

即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上，如图3的分型面a位置，塑件割除毛边后，在塑件光滑表面留下痕迹.

3.1.3尽量避免侧向抽芯

塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用。

3.1.4使分型面容易加工

分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。

因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。

如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。

3.1.5使侧向抽芯尽量短

抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差;另一方面有利于脱模。

如图5塑件中有两个垂直的孔，我们应使深度大的孔与开模方向一致，深度小的孔置于侧向，利用侧向抽芯的方法成型

3.1.6保证塑件制品精度

作为机械零部件的塑件，平行度、同心度、同轴度都要求很高，保证塑件精度除提高模具制造精度外，与分型面的选择有很大关系。

3.1.7有利于排气

对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。

因此，选择分型面时应有利于排气。

按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。

3.1.8塑件留在动模内

模具开模时型腔内的塑件一般不会自行脱出，需用顶出机构顶出，注射机上都有顶出装置，且设在动模一侧，因此设计模具分型面时应使开模后塑件能留在动模内，以便直接利用注射机的顶出机构顶出塑件。

如果塑件留在定模内，则要再另设计顶出装置才能脱模，模具结构复杂得多，且成本攀升，加工周期延长。

3.1.9使型腔内总压力较大的方向与分型面垂直

塑件注射时型腔内各方向的压强P相同，故某方向总压力F=PxS,S为某方向的投影面积，当S越大，则F越大，选择总压力较大的方向与分型面垂直，利用注射机的锁模力来承受较大注射压力。

因此模具结构简单，否则需另设计锁紧机构，模具结构复杂，成本增加，加工周期延长。

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。

当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。

该塑件为瓶盖，表面无特殊的要求，其分型面选择如下图所示：

图一分型面

３.２：

确定型腔的排列方式；

图二型腔的排列方式

本塑件在注塑时采用一模一腔，即综合考虑模具的开模行程较短，注塑机有足够的开模空间，浇注系统符合原则（主流道的长度小于60mm），模具结构简单和制件精读符合图纸要求以制件生产的经济性，可采用上图所示的型腔排列方式和分型面选择。

第４章.浇注系统的设计

４.１：

主流道设计；

根据XS-ZY-125型注塑机喷嘴的有关尺寸【3】

喷嘴前瓶孔径：

d0=Ф4mm

喷嘴前瓶球面半径：

R0=12mm

根据模具主流道与喷嘴的关系：

R=R0+（1～2）mm

D=d0+（0.5～1）mm

取主流道的球面半径：

R=13mm

取主流道的小瓶直径d=Ф4.5mm

为了方便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计为圆锥形式其斜度取1～3度经换算得主流道大瓶直径D=Ф8.5mm，为了使料能顺利的进入分流道，可在主流道的出料瓶设计半径r=5mm的圆弧过渡。

４.２：

主流道衬套的选取。

【3】

为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式，选取材料为T8A，热处理以后的硬度为53～57HRC，主流道衬套和定模的配合形式为H7/m6的过渡配合。

图三主流道衬套

４.3排气结构的设计

在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。

排气方式有两种：

开排气槽排气，利用和模间隙排气。

由于瓶盖注塑模是小型内抽心模具，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。

（ABS塑料的最小不溢料间隙为0.04mm，间隙较小，再加上ABS的流动性较好，也不宜开排气槽。

）

第５章：

顶杆平移式内抽芯机构

图四顶杆平移式内抽芯机构

a顶出前b顶出后

1-顶杆2-型心3-型心垫板4-顶出板

如图所示：

本抽芯机构采用顶杆平移式内抽芯，顶杆1既是顶出元件，又是塑件内侧突起的成型零件，它又起着向内抽芯的作用。

下端安装在顶出板4上，有教大的安装间隙，作为