饮料瓶中空吹塑模具设计与关键零件制造doc.docx
《饮料瓶中空吹塑模具设计与关键零件制造doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《饮料瓶中空吹塑模具设计与关键零件制造doc.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
饮料瓶中空吹塑模具设计与关键零件制造doc
大连民族学院本科毕业设计（论文）
饮料瓶中空吹塑模具设计与关键零件制造
MoulddesignandkeypartsmanufacturingofPopbottles
forblowmolding
学院（系）：
机电信息工程学院
专业：
机械设计及其自动化
学生姓名：
李满生
学号：
2007022508
指导教师：
胡红英
评阅教师：
完成日期：
大连民族学院
摘要
现代模具业，具有“不衰亡工业之称”。
模具是以特定的结构形式通过一定的方式，使材料称为制品的工业产品。
模具工业已经成为现代制造业的基础工业，现代的产品生产制造有80%以上靠模具来完成；模具的设计和制造水平直接关系到整个制造业的水平和后续发展。
本设计主要应用Pro/Engineer软件的制造模块进行中空吹塑饮料瓶模具进行结构设计，再应用UGNX软件对模具型腔零件进行数控加工自动编程和加工仿真。
主要采用的步骤为：
首先应用Pro/Engineer进行饮料瓶零件建模，接着对饮料瓶进行模具设计和模具结构设计，再将设计出的模具生成工程图文件，最后应用UGNX的UG/CAM模块对型腔零件进行数控加工工艺规划化和自动编程并进行加工仿真，生成数控机床代码。
此设计简单实用，程序清晰易懂。
关键词：
模具业；模具设计；模具制造；Pro/Engineer；UGNX
MoulddesignandkeypartsmanufacturingofPopbottles
forblowmolding
Abstract
Modernmoldindustry,whichhasanameof"nodecayindustrial.Mouldstructureformindustrialproducts.throughaspecialcertainwaysofmakingmaterialwhichiscalledproducts.Themoldindustryhasbecomethefoundationofmodernmanufactureindustry.Morethan80percentofmodernproductsaremanufacturedbymold.Thedesignandmanufacturelevelofmoldindustryhaveavitalinfluenceonthewholemanufactureindustryanditsdevelopment.
MydesignmainlyusesthemanufacturemoldofPro/EngineertocompletetheconstructiondesignofcenterspatialblowmoldingandmakesuseoftheUGNXtocompletetheautomotiveprogramofnumeralcontrolprocessingandsimulationprocessing.Thedesignprocessis:
FirstIusethePro/Engineertocompletethemoldingofbeveragebottle.ThenIdothemoldingdesignandmoldingconstructiondesignofbeveragebottleandturnthemoldintoengineeringplatdocument.Atlast,IusethemoduleofUGNXtocarryonthecraftplanningandautomotiveprogramoncavitycomponentsandcompletethesimulationprocessing.ThroughtheprocessofthewholedesignIcangetthecodeofnumeralcontrolmachinetool.Thisdesignissimple,practical,andprogramistransparent。
Keywords:
matrix；molddesign；moldmanufacture；Pro/Engineer；UGNX
1绪论
1.1设计背景与意义
1.1.1塑料类制品的应用
众所周知，塑料是当今世界各国国民经济各个部门及人们生活领域中广泛使用的一种新型结构材料。
据调查，近几年来，塑料制品在我国的应用情况大致如下所示：
有10%的建筑材料工业；包装工业占的比例为25%；电器、电子信息工业占的比例高达10%；占2%的是汽车及其他交通工业；有15%d的是农业；轻工业（含日用品、服装、鞋、玩具、游戏机、体育用品等）所占的比重高达27%；机械工业（含医疗器械）2%，其他的还有9%的比重。
估计在今后几年，塑料制品在建筑材料工业、包装工业、特别是汽车工业、电器、电子、通信工业、农业中的农膜节能、节水、排灌、滴灌、微灌设备中使用的比重将会有很大的提高。
1.1.2中空类塑料制品的应用
50年代后期，随着高密度聚乙烯的诞生和吹塑成型机的发展，吹塑技术得到了广泛应用。
中空容器的体积可达数千升，有的生产已采用了计算机控制。
适用于吹塑的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等，所得到的中空容器广泛用作工业包装容器。
越来越多的塑料瓶代替了玻璃瓶，而且形状更美观，款式也非常多，用途也相当广泛，如：
洗洁精瓶、药瓶、汽油瓶、蒸馏水瓶等
中空吹塑产品的造型越来越复杂，特别是由各种自由曲线、曲面组成的流线形外形，如果采用手绘或二维软件进行产品设计或模具设计，是没办法设计出产品和模具结构的。
1.1.3模具设计
（1）模具在工业生产中的应用
随着全球经济一体化进程的不断加快，世界各国对建筑材料、电子通信等诸多领域的塑料制品需求量正在逐年增加，这为模具工业的发展奠定了坚实的基础[1]。
据资料显示，全世界模具年产值约为650亿美元，模具工业的发展已超越了近年来快速发展的新兴产业——电子工业。
近年来我国模具也发展特别快，目前塑料模具在整个行业中约有达到30%左右的比重，目前，国内模具塑料市场，以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具，我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越的的要求。
，仅汽车行业将需要各种塑料制品约36万吨，电冰箱、洗衣间等的年产量均超过1000万台。
彩电的年产量将达到3000万台，这些都将提高模具的需求量。
（2）现代模具设计
现代模具设计一般为将客户拿出的图纸或计算机文件资料送入电脑，使用CAD/CAE进行相应设计并做模拟实验得出所需要的计算机文件，在这个设计过程中系统可进行图纸处理。
设计完成的模具零部件可使用电脑系统的实体成型功能把它显示出来以利于观察设计的正确性和可能性，在被优化处理之后还可用系统功能进行强度、模温、塑料流动状态等有关测试。
如果发现设计有误可以修改设计。
模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术能明显降低模具设计与制造周期、减少生产成本、提高产品质量，它使技术人员能借助干计算机对产品、模具结构、成形（型）工艺数控加工及成本等进行相应的设计和优化。
1.2本文的设计任务
基于本设计课题:
中空吹塑模具设计及关键零件制造,本论文主要内容包括以下几点:
对饮料瓶零件进行分析,设计出饮料瓶的三维模型,为模具设计做准备；
了解中空吹塑模具的结构特点；
应用Pro/Engineer进行模具设计和模具结构设计；
了解模具数控加工的流程和方法；
应用UGNX进行模具型腔零件的数控加工自动编程并生成数控程序和进行加工仿真。
2中空吹塑饮料瓶模具设计
2.1软件简介
2.1.1Pro/E软件简介
Pro/E（Pro/Engineer操作软件，以下简称Pro/E）是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的重要产品。
在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一[3]。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用[4]。
2.1.2Pro/E软件在模具设计中的应用
Pro/E软件采用面向对象的统一数据库和参数化造型技术，具备概念设计、基础设计和详细设计的功能，为模具的集成制造提供了优良的平台。
Pro/E模具设计模块与Pro/ENGINEER-Foundation一起，为塑料模、压铸模和冲模设计人员提供了快速创建和修改完整模具零部件的功能[5]。
模具设计选项具有易用、自动化功能强大，用于设计和校验冲模、注塑模和压铸模的性能，从而缩短其开发时间，并提高成品质量。
它能帮助模具设计人员和制造工程师，创建复杂曲面、精密公差、以及所需的模具嵌件等其它特征，以确保其冲、注塑模和压铸模能够高效地制造出精确的零件。
它能让注塑模具设计人员创建、修改和分析模具构件，并在模具设计变化时，快速更新它们。
其注塑模设计功能能让模具设计工程师轻松的完成以下的工作：
根据产品零件图，顺利创建型腔、镶件以及其他零件。
根据要求绘制各种类型草图。
利用草图和厚度检测功能，对零件进行评估。
直接将产品零件图形作为参考，创建模具型腔（动模、定模）的几何图形。
对各向同性和各向异性进行收缩补偿。
接着创建单腔和多腔注塑模具。
创建分模曲面自动创建，使模具被划分成动模部分和定模部份。
将来自D-M-E、Futaba、Hasco、DMS以及National的模具标准件进行装配。
创建模具特殊零件：
浇注口、流道、注射口以及顶杆孔等。
用干涉检查来仿真模具开模的顺序。
对填充容积、型腔曲面面积等进行计算。
可交付使用的模具产品图生成之后，其中型腔组件的实体模型与产品模型相关联并且可用于数控加工。
2.2模具设计与制造的一般流程
在模具设计与制造过程中，从产品设计、模具设计到模具制造一般按照以下的流程来进行[5]：
2.3中空吹塑模工艺
中空吹塑塑料制品有挤出吹塑和注塑吹塑两种方法。
前者是由挤出机挤管状型坯，而后趁热将型坯夹入吹塑模具中，并通过压缩空气吹胀，使之紧贴模具型腔内壁，保压冷却成形。
后者是由注射机将熔融塑料注入模具内形成管坯，开模后管坯留在芯模上，然后趁热合上吹塑模，从芯模原设置通道吹入压缩空气使型坯吹胀，使之紧贴吹塑模具型腔内壁，保压冷却成型。
挤出吹塑设备工艺简单之只用一副模具，应用广泛。
注塑吹塑模具需要两幅模具，前一副模具类同一般注射模具，只是型芯设有吹气通道，不设有吹气通道，不设顶出机构；后一副模具即吹塑模具类同挤出吹塑模具，只是模口、模底结构更简单，不必切除余料。
2.4模具材料的选择
因选材和用材不当致使模具过早失效，大约占失效模具的45％以上。
因此，选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺．如采用粉末冶金工艺制造的粉末高速钢等。
模具钢品种规格多样化、产品精细化、制品化尽量缩短供货时间亦是重要发展趋势。
吹塑生产过程中吹入的压缩空气，压强只有（1.96—6.86Mpa）所以吹塑模具承受的压力不太大，塑料管坯的温度也不高。
为了方便型腔加工，可采用强度稍差的材料如铝，锌合金，铍钢合金、铸铁和钢材制造，对于大批量生产或加工硬质塑料，模具材料可用的工具钢，型腔镀络抛光。
2.5用Pro/ENGINEER软件进行模具设计
2.5.1分模流程简介
使用Pro/E进行中空塑料吹塑模具设计的流程如下图2.2所示：
2.5.2瓶样的CAD设计
（1）饮料瓶零件分析
在对制品设计之前，充分了解制品的用途及特性和设计参数及要求，根据用途与特性和设计参数确定制品工艺条件，如表2.1所示。
表2.1饮料品制品工艺表
材料
脱模斜度
尺寸精度
壁厚/mm
圆角/mm
收缩率
pp
1
IT10
0.5
R0.5
0.005
（2）饮料瓶零件设计
应用Pro/E进行产品零件设计的流程如图2.3所示：
按照以上的流程对饮料瓶零件进行模型的建立，其具体的步骤如表2.2所示：
表2.2饮料瓶制品基本设计步骤
步骤
设计所应用的功能
说明
完成结果
1
旋转、实体
通过旋转实体功能创建
模型父特征
2
倒圆角、倒角
通过倒圆角、倒角功能
在模型上选择边进行
倒圆角、倒角特征
3
旋转、剪切
通过旋转剪切功能在父特
征上进行剪切特征
4
偏移、混合
通过偏移、混合曲面
功能创建曲面
续表2.2饮料瓶制品设计基本步骤
5
合并、实体化
通过合并功能将曲面
合并；过实体化功能
将合并曲面实体化并
切除特征
6
阵列、合并、实体化
通过阵列功能创建阵列
特征通过合并实体化功
能将阵列曲面合并；通
过实体化功能将合并曲
面实体化
7
薄壳
通过薄壳特征在特征
上创建薄壳特征
8
拉伸、加厚
通过拉伸实体功能
创建特征
9
旋转、剪切
通过旋转剪切功能在父
特征上进行剪切特征
10
螺旋扫描
通过螺旋扫描切口功能
在模型上创建螺纹特征
2.5.3饮料瓶模具设计
（1）在硬盘上新建一个文件夹，设置文件名为“muju”。
将饮料瓶零件拷贝到这个文件夹下。
更改Pro/E的工作目录到“muju”文件夹下。
打开文件“yinliaoping”，因为中空吹塑模具是由压缩空气将材料粘附在相同的两瓣内壁上，并不需要设计内孔的成型零件，为方便后面的模具设计，将饮料瓶制品模型设计成实心模型。
所以将零件模型文件中的壳特征隐含并通过拉伸在瓶口处做出一个实体来并将文件保存，退出。
最终的零件模型如图2.4所示：
（2）新建模具文件。
在Pro/E中新建一个文件，分别选择弹出对话框中的“制造”、“模具型腔”，输入文件名称为“ylpxq”不使用缺省模板而选择“mmns_mfg_mold”。
（3）装配参照模型。
将前面所创建的“yinliaoping”文件作为参照模型插入到模具型腔文件中，并将模具型腔的坐标原点放在零件的中点处。
（4）设置零件收缩率
中空吹塑模具在注吹塑料制件保压冷却成型时，因冷却及其他原因引起尺寸收缩或体积缩小，收缩率有材料类型和型号来确定。
收缩率的计算公式如下式2.1：
（式2.1）
式中
——收缩率；
——模具尺寸；
——塑料尺寸。
Pro/e提供了两种设置收缩率的方法，即为按尺寸和按比例。
此处选择按尺寸设置收缩率，根据饮料瓶材料可知其值为0.005。
（5）创建模具体积块
利用Pro/e的自动创建工件工具创建工件（
）的模具体积块。
选择模具型腔坐标系为工件坐标系，创建完成之后体积块和饮料瓶零件的相对位置如图2.5所示：
（6）创建谷肚分型面
怎样确定分型面，要注意的地方比较复杂。
因为分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种方面的约束，所以在选择分型面时应进行全面分析比较，在几种方案中优选比较适用的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
在塑件外形最大轮廓处选择分型面；
使塑件顺利脱模方便，确保使塑件开模时留在动模一边；
塑件的精度要求需要保证；
塑件的外观质量要求必须满足；
方便模具的加工和制造；
不太影响成型面积；
对排气效果的影响低；
对侧向抽芯的影响也小。
为了便于模具型腔的数控加工，瓶底部位与型腔部位分离开来，然后用螺栓连接到型芯上。
由于谷肚部分也是一个独立的模具工件，所以采用创建模具元件的方法来创建。
首先创建一个将谷肚与模具型腔分离的分型面，如图2.6所示：
（7）分离谷肚和余料。
如图2.7所示
（8）创建型腔分型面
对于除去余料部分的体积块直接应用拉伸工具创建余料部分的分型面如图2.8所示：
（9）分割型芯和型腔体积块
利用拉伸创建的分型面将余料部分并分别保存为xingqiang和xinxin.分离开的型腔如图2.9所示：
（10）创建型腔零件的模口
模口是压缩空气吹管的入口，又是制品的出口。
模口既要成型制品口，保证制品口部尺寸和形状，同时还要切断料坯余料，为此模口设计成如图所示。
吹管的外部套有芯棒，合模时模口加紧芯棒，同时起校正制品内径、外径和切断余料的作用。
利用旋转切除工具创建型腔零件的模口，
如图2.10所示：
（11）创建冷却槽
为了管坯在模具内受热均匀，将模口部位切除一个冷却槽。
创建模具的冷却槽
如图2.11所示：
（12）创建冷却系统
模具的冷却系统很重要，冷却力要求均匀，在不影响制品质量的前提下冷却速度要快，以提高产量。
冷却方式与一般注射相同，可采用模腔周围开设孔道通水循环冷却。
模具如果采用铝等低熔点合金铸造，冷却水路可在模具型腔的背面铸成水槽，再覆盖盖板和防漏垫片，然后用螺钉紧固，组成密封循环水路。
使用特征、型腔组件、水线创建模具的水线如图2.12所示：
（13）创建谷肚定位销和螺栓
在吹塑过程中，将谷肚和型腔连接在一起，使谷肚与型腔一起运动实现开模和和模。
谷肚与与型芯之间采用M6-60的内六角螺栓连接，用两个
的圆柱销实现精确定位。
在模具体积块上创建出螺栓和定位销（如图2.13所示），然后在模具体积块和型芯零件上切除螺栓孔和销孔。
谷肚与型芯的连接情况如图2.14所示：
2.5.4模具结构设计
（1）模具导向系统设计
饮料瓶模具的材料为45钢，易于加工。
直接将模具的导柱和导套设计在模具上对与模具的性能和成本影响很小，而且可以节省材料，使模具整体结构紧凑，导向精度也更容易保证所以直接将模具的导柱和导套安装在型芯和型腔上。
根据模具尺寸选取导柱和导套尺寸。
导柱：
；
导套：
。
创建出的导柱和导套如图2.15所示。
（2）选取模架和固定螺栓
选取模架，两个模座的尺寸均为：
；
固定用M10-40内六角螺栓。
在模具体积块上创建工件，并在所创建的模架和模具体积块和切除螺栓孔。
最终创建出如图2.16所示：
在完成了整个模具设计之后将模具组装，饮料瓶模具的结构如图2.17所示：
2.6模具的工程图文件
2.6.1Pro/E的工程图功能简介
Pro/E提供了一个很宽的生成工程图的能力，包括：
自动尺寸标注、参数特征生成、全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部视图[8]。
使用Pro/E的工程图功能，我们可以将有Pro/E制作的模型输出成图纸的形式。
Pro/E提供的工程图模式，可以实现双向关联。
我们可以利用Pro/E的基本drawing功能建立零件或装配的工程视图，并可以添加尺寸，注解，处理尺寸，或使用层来管理不同类型内容的显示[9]。
或者，也可以输入由其他CAD系统生成的图纸。
在图纸中，所有的模型视图都是相关的：
即，当修改了某视图的一个尺寸后，系统会自动更新其他相关的视图，更重要的是，Pro/E的图纸和他所依赖的模型相关，在图纸中修改的任何尺寸，都会在模型中自动更新。
同样，在模型中修改的尺寸会相关到图纸。
这些相关性，不仅仅是尺寸的修改，也包括添加或删除某些特征。
2.6.2利用Pro/E生成的工程图和BOM表
利用已经完成的模具文件生成工程图和BOM表文件如图2.18所示：
3型腔零件数控加工
3.1软件介绍
3.1.1UGNX软件简介
UGNX是美国UnigraphicsSolution（简称UGS）公司的PLM产品的核心组成部分。
UGS公司是美国一家全球著名的MCAD供应商.PLMSolution可以提供具有强大生命力的产品全生命周期管理（PLM）解决方案，其中有产品开发、制造规划、产品数据管理、电子商务等产品相应的方案，并能提供一整套针对品的完善服务[10]。
UG软件为汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发（VPD）的理念带来了多极化的，集成的、企业级包括软件产品与服务在内的全面的解决方案[11]。
3.1.2UGNX加工模块简介
UGNX系统提供了多种加工各种复杂零件的粗精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。
在每种加工类型中包含了多个加工模板，应用各加工模板可快速建立加工操作。
UGNX提供了强大的默认加工环境，用户也可以自定义加工环境。
选择合适的加工环境，用户在创建加工操作的过程中，可引用加工环境中已定义的参数，不必在每次创建新的操作时再一次定义，因此避免了重复劳动，提高了操作效率。
UGNX强大的加工功能是由多个加工模块所组成的。
在加工基础模块中包含了以下加工类型：
点位加工：
可产生点钻、扩、镗、铰和攻螺纹等操作的刀具路径。
平面铣：
用于平面轮廓或平面区域的粗精加工，刀具平行于工件底面进行多层铣削。
型腔铣：
用于粗加工轮廓或区域，它可根据型腔的形状，将要切除的部位在深度方向上分成多个切削层进行层切削，每个切削层可指定不同的切削深度。
切削时刀轴与切削层平面垂直。
固定轴曲面轮廓铣削：
它将空间的驱动几何投影到零件表面上，驱动刀具以固定轴形式加工曲面轮廓。
主要用于曲面的半精加工与精加工。
可变轴曲面轮廓铣：
与固定轴铣相似，只是在加工过程中可变轴铣的刀轴可以摆动，可满足一些特殊部位的加工需要。
顺序铣：
用于连续加工一系列相接表面，并对面与面之间的交线进行清根加工。
车削加工：
车削加工模块提供了加工回转类零件所需的全部功能，包括粗车、精车、切槽、车螺纹和打孔加工。
线切割加工：
线切割加工模块支持线框模块程序编制，提供了多种走刀方式，可进行2～4轴线切割加工。
后置处理模块包括图形后置处理器和UG通用后置处理器，可格式化刀具路径文件，生成指定机床可以识别的NC程序，支持2～5轴铣削加工，2～4轴车削加工和2～4轴线切割加工。
其中UG后置处理器可以直接提取内部刀具路径进行后置处理，并支持用户定义的后置处理命令。
UG将智能模型（MasterModel）的概念在UG/CAM的环境中发挥的淋漓尽致，不仅包括了3DCAD模型与NC路径的完整关联性，且更易于缩减文件大小以及刀具路径的管理。
另外，以高速切削为发展的参数设定环境，更能确保刀具路径的稳定可靠与良好的加工品质。
3.2数控加工基本知识
3.2.1刀具的选择
数控机床已经成为现
升级会员 