水桶注塑模设计.docx

1、水桶注塑模设计水桶注塑模设计1 前言12 总体设计方案33 具体设计说明43.1 塑件的测绘43.2 塑件的造型43.3 塑件材料性能分析63.4 塑件的结构分析63.5 型腔数的确定63.6 浇口位置选择73.7 浇口结构形式的选择83.8 浇口尺寸的确定8 3.9 浇注系统的平衡83.10分型面的设计 83.11 主流道的设计93.12 冷却系统设计103.13 导向装置123.14 顶出系统设计123.15侧抽芯的设计123.16 确定各模板尺寸133.17 凸凹模结构形式243.18 加工零件工艺审查253.19基准选择264 Cimatron 仿真加工274.1 设计步骤275 结论

2、34参考文献35致谢36附录371前言随着塑料行业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列优点，模具成型已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具有潜力的发展方向。模具是机械、电子等工业的基础工业，它对国民经济和社会发展起着越来越大的作用。模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。注塑模

3、具分为热塑性塑料注塑成型模具和热固性塑料注塑成型模具两大类。注塑模具的结构是由塑件结构和注塑机的形式决定的。凡注塑模具，均可分为动模和定模两大部分。要真确地、高水平地使用注塑模具计算机辅助设计的各种软件，也必须对模具设计的原则和方法有透彻的了解。注射成型是塑料制品的主要成型方法,约半数以上的塑料制品是通过注射成型的。因此，塑料注射模的数量为其它各类塑料模具之首，约占整个塑料模具总产量的50%以上。同时塑料注射模具的设计制造和加工精度，均比其它各类塑料模具难度要大一些。一般来说，若能掌握塑料注射模具的制造技术，则对掌握其它各类塑料模具的制造技术，显然会容易多了。注塑模设计的主要内容归纳起来大致有

4、以下几个方面：A、根据塑料熔体的流变行为和流道、型腔内各处的流动主力通过分析得出充模顺序，同时考虑塑料熔体在模具型腔内被分流及重新熔合的问题和模腔内原有空气导出的问题，分析熔接痕的位置、决定浇口的数量和方位。B、根据塑料熔体的热学性能数据、型腔形状和冷却水道的布置，分析得出保压和冷却过程中塑件温度场的变化情况，解决塑件收缩及补缩问题，尽量减少由于温度和压力不均、结晶和取向不一致而造成的残余内应力和翘曲变形。C、塑件脱模和横向分型抽芯的问题可通过经验和理论分析来解决这方面的问题，目前还正在大力研究建立在经验和理论计算基础上的计算机专家系统软件，以期这方面的工作能更快、更准确无误的在计算机上实现。

5、D、决定塑件的分型面，决定型腔的镶拼组合。模具的总体结构和零件形状不单要满足充模和冷却等工艺方面的要求，同时成型零件还要具有适当的精度、粗糙度、强度和刚度、易于装配和制造，制造成本低。以上这些问题，并非孤立存在，而是相互影响的，应综合加以考虑。本课题是对水桶进行测绘、模具设计、模具型腔仿真加工。课题来源于盐城市羽佳塑料制品厂。基于生产实践之上的对水桶的模具设计以及仿真加工。在设计过程中要解决水桶制品测绘、模具设计、在模具设计时对分型面的选择、浇口形式与位置的确定、型腔的安排、型腔和型芯冷却水道的设置、工艺分析及加工仿真等问题。水桶制品的几何尺寸进行测量后要进行合理的后处理。模具分型面处在同一平

6、面时不需要一定的角度，所以选择底面为分型面。本模具设计采用直接浇口。为使流道平衡,应使各型腔距主流道距离均等。由于所成型的制品形状简单且几何尺寸较大,因此可采用冷却水道围绕型腔、定模镶件、型芯主体的冷却方式。模具方案设计完成后对型腔进行仿真加工。据此方案可以达到设计的预期效果。并且大大提高了注塑模的质量和效率。2总体方案论证本课题的设计目的是对水桶三维造型及优化、塑料注射模具设计和模具加工仿真。其中：1、 制品的厚度方向小于2.0； 2、制品材料为ABS；3、制品表面粗糙度不低于实物表面；4、制品生产批量为5万件；5、制品的其他要求要符合设计规范。在进行零件的三维造型之前，首先要对塑件进行测绘

7、，绘制塑件二维工程图，然后根据工程图进行塑件的三维造型，再进行型腔的设计，主要是分型面的设计，接着就是把分型后的型腔装配组件调入Pro/E Wildfire4.0进行整个模架的设计，然后进行仿真加工。首先是对塑件进行测绘。由于该塑件大都为曲面实际测量有一定困难所以采用多次取断面进行测量的方法。测绘好后使用Pro/E Wildfire4.0进行三维造型。主要采用拉伸、除料、旋转等步骤造型。根据工厂现有设备的注射量、锁模力等方面进行考虑，还有塑件的精度等级确定采用一模一腔。同时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。接着确定模具总体模具结构形式。根据所选用的模具结构形式，确定其定

8、模、动模结构。此制品外形简单，尺寸较大，应考虑既节省材料，减轻模具重量，又使模具结实，故作如下分析：A、模具呈圆形，动、定模直接由导柱连接，用锥面配合保证同轴度。此模具在三个角上为导柱空出位置，结构合理。B、该模具采用多段水冷却，型腔四周虽在冷却水孔处应力集中，但孔径小。再者，动模受力均匀，不易应注射压力而变形，模具结构合理。C.对各个系统进行设计，首先是浇注系统。根据所选用定模及动模模块及定模板尺寸、模具的类型、型腔的类型、型腔的数目、布置、成型零件型腔尺寸、形状及塑料型号等因素，确定浇注系统形式。模具设计完成后，进行型腔的加工工艺分析，在确定加工工艺步骤后，在Cimatron中进行刀具路径

9、设定完成仿真加工，而后输出数控程序。3具体设计说明3.1 塑件的测绘 塑件为水桶，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，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。用游标卡尺（0300、0.02），曲线测量仪等测量。测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上，采用多次测量求平均值，正确地读取数据。测量的主要尺寸如下图：3.2 塑件的造型零件测绘草图出来以后，应

10、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，点击草绘拉伸命令，然后在竖直面内画水桶的中间截面的断面图，点击旋转命令绘制三维图形，由于该塑件大都是曲面都是圆滑过渡所以在三维造型中要使用倒圆角命令。该塑件大都是曲面所以三维造型有一定的困难。要正确的绘制出该塑件的造型图必须熟练掌握ProE的绘图命令。由ProE软件的计算功能得塑件尺寸为：该塑件口径为196mm，高度为290mm，壁厚为2mm. 3.3塑件材料性能分析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

11、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5中的P546，模具中各个零件的材料选择如下：A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，如导柱、导套与斜导柱等部件, 根据一软一硬的原则, 保证硬度。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；B浇注系统零件的材料选择

12、 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；塑件材料ABS，密度取1.01g/ cm3，脱模斜度取1，ABS收缩率（0.30.8）%，取0.5% 。C模体零件的材料选择 包括各种动、定模板、型腔、型芯等，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；D定位零件的材料选择 包括定位圈和螺钉，要求其具有足够的机械强度，耐磨性好，考虑上述要求，定位圈选用T8A，并表面淬火使硬度达到50-55HRC；螺钉选用45钢。3.4塑件的结构分析该塑件口径为196mm，高度为290mm，壁厚为2mm。对于这种

13、大型薄壁塑件模具，设计之前对塑件图纸进行分析，认为在生产过程中可能会产生下列问题:A由于腔深、型芯长,可能会因型腔、型芯不同心而造成塑件壁厚薄不均,从而造成成型困难,废品率高。这一点对于薄壁桶体尤为重要。B该模具仅型腔、型芯装配后尺寸约为560X413mm,属于大型模具，因此必须有良好的冷却系统，以保证塑件不变形，提高生产率。C型芯表面积2092cm2,根据公式计算，初始包紧力约为18.3吨，顶出时很可能使塑件产生裂纹或变形。D脱模时型芯外可能形成真空，增大脱模力。由于模具尺寸较大,设计时动、定模以导柱定位,以确保型芯、型腔的同轴度。 3.5型腔数的确定型腔的数量是由给定的注塑机型号XSZY5

14、00来确定的 ，并且从塑件的尺寸精度考虑，由于该制品精度等级6所以型腔数控制在一腔，并且零件是水桶，体积大，大批量生产，从注塑经济效益出发来确定。热塑性塑料注射机型号：XSZY500具体参数如下表： 表3-1 注塑机参数型号XSZY500螺杆（柱塞）直径mm65注射容量/ cm3665注射压力/( 105Pa)104锁模力/(kN)3500最大注射面积/ cm21000模具厚度最大/mm450最小/mm450模板行程/mm300喷嘴孔直径/mm6球半径/mm18定位孔直径/mm100注射时间s1.6动，定模固定板尺寸mm630 以机床的注塑能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%。

15、该塑件外形简单，尺寸较大，故采用一模一腔的形式。 3.6 浇口位置选择 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则： A避免制件上产生喷射等缺陷 浇口应开设在塑件截面最厚处，当塑件壁厚相差较大时，在避免喷射的前提下，浇口开设在塑件截面的最厚处，以利于熔体流动、排气和补料，避免产生缩孔或表面凹陷。B有利于型腔排气 在浇口位置确定以后，应在型

16、腔最后充填处或远离浇口的部位，开设排气槽；或利用分型面、推杆间隙等模内的活动部分排气。C考虑塑件使用时的载荷状况 通常浇口位置不能设置在塑件承受弯曲载荷或受冲击力的部位，原因在于塑件浇口附近残余应力大，强度差，一般能承受拉应力，不能承受弯曲应力和冲击力。D考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响 平板形塑件翘曲变形的原因在于垂直和平行于流动方向上的收缩率不同而致。 E防止将型芯或嵌件挤歪变形 对于有细长型芯的圆筒形塑件，或有嵌件的塑件，应避免偏心进料，以防止型芯或嵌件被挤压移位或变形，导致塑件壁厚薄不均，或塑件脱模损坏。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，确定浇口位置选在塑件的底部。3.7浇

17、口结构形式的选择浇口结构形式很多，常用的主要有直接浇口、点浇口、侧浇口三种。A. 直接浇口 直接浇口是主流道浇口套直接成形的浇口，它不经过分流道、支流道，因此流程短，注射压力损失少，任何材料都能容易成型，易用于一模单腔的大而深得制品。B.侧浇口 侧浇口的浇口可随意选择进料位置，浇口的宽度及深度在试模后可加深、加宽便于修正，但流程长，易产生气泡，影响塑件质量。C.点浇口 点浇口一般设在型腔底部，排气通畅，成型良好，塑件无不良痕迹。该塑件结构简单、一模单腔、口径大高度深，确定浇口采用直接浇口。3.8浇口尺寸的确定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（宽度与厚度的比为3：1）或

18、圆形。在设计浇口时，应取较小值，以便在试模时加以逐步修正。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，确定采用直接浇口。表3-2 直浇口主流道参考尺寸 制品大小 小制品 一般制品 大制品 主流道直径dDdDdDABS2.5536483.9浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从

19、主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。3.10分型面的设计分型面的选择应使塑件在开模后留在有脱模机构的部分，一般应留在动模部位，以便于脱模。设计分型面时，尽量要避开斜面及曲面以便于加工，并尽量避免侧向抽芯和侧向分型。如塑件有侧凹及侧孔必须采用侧向及侧向抽芯时，应使侧抽芯尽可能安放在动模上，而避免在定模抽芯。对于有同轴度要求的塑件在设计时尽可能将型腔设计在同一型面上。以保证制品精度。初步确定了分型面后，用ProE软件建立分型面。主要有以下几个步骤：a首先打开ProE，调入模具参考模型，在菜单栏中选取【新建】【制造】【模具型腔】【装配】，装配已画的零件图。b设置收缩率，在菜单管

20、理器中选取【收缩】【按尺寸】【设置/复位】【所有尺寸】输入ABS的平均收缩率0.005，单击完成。c设计毛坯工件，在菜单管理器中选取【模具模型】【创建】【工件】【手动】单击确定。选择【创建特征】，在菜单管理器中选取【实体】【加材料】【拉伸】【实体】【完成】进入草绘部分进行绘制。d设计分型面，利用菜单管理器中【分型面】的子选项进行分型面的创建和修改。3.11 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。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3-3主流道

21、直径参考表制品质量/gD/mmR/mm020 30.5204041401505115030062300500825001500102为防止注射机喷嘴与浇口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对位容易。本模具设计采用的注射机是XSZY500，其喷嘴球径为6mm，取浇口套的球半径为18mm。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

22、脱模的尖角毛刺等。图3-4 主流道的几何关系3.12冷却系统设计模具设计冷却装置的目的，一是防止塑件脱模变形；二是缩短成型周期；三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性、扰曲性、伸长率较好的塑件。冷却形式一般在型腔、型芯等部位合理地设置通水冷却水路，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。冷却水一般为室温冷水，必要时也有采用强迫通水或低温水来加强冷却效率。冷却系统的设计对塑料质量及成型效率直接有关，尤其在高速、自动成型时更应注意。A. 设计冷却管道考虑因素：a. 模具结构形式，如普通模具、细长型芯的模具及脱模机构障碍多的或镶块多的模具，对冷却系统设计直接有关；b. 模具的大小和冷却面积

23、；c. 塑件熔接痕位置；B. 冷却水孔的开设原则：a. 边离型腔的距离一般保持在1525mm，距离太近则冷却不宜均匀，太远则效率低。水孔直径一般在8mm以上，根据模具大小（塑件重量）决定；b. 孔通过镶块时，应该考虑镶套管等密封问题；c. 孔管路应畅通无阻；e. 管接头（冷却水嘴）的位置尽可能放置在不影响操作的一侧；f. 冷却水孔管路最好不开设在型腔塑料熔接的地方，以免影响塑件强度；本模具采用一模一腔结构，为使各个塑件都能均匀冷却。采用多段冷却及多处独立冷却系统。如图所示：图3-5模具主视图 图3-5模具左视图型腔、型芯的冷却设计：A型腔：由于型腔体积达560X304mm,设计时在桶身部分高度

24、上采用了六排独立冷却系统。在用以成型的定模镶件上，采用环型水道冷却，水流的进出口设计在定模固定板上，镶件与定模固定板之间由橡胶密封圈密封。B型芯：型芯冷却采用中间有一主水道进水，然后沿周围均布分成6个分水道出水，从而使型芯各处得到充分冷却，整个模具的温度场比较均匀。3.13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

25、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。导柱和导套的孔径设计时最好一致，这样容易在装配时，保证尺寸及同轴度尺寸精度。 3.14顶出系统设计 塑件在模具中冷却定型时，由于热收缩其体积和尺寸逐渐缩小，在塑料的uyu哦温度以前热收缩并不造成对型芯包紧力，但制品固化后继续降温则会对型芯产生包紧力，包紧力带来的正压力，垂直于型芯表面，脱模温度越低正压力越大，脱模时必须克服该包紧力所产生的摩擦力。注射模具的顶出系统是制品的脱模装置。在设置顶出系统时，首先需要确定当模具开启后，制品的留模形式，顶出系统必须是建立在制品所滞留的模具部分中。A由于本模具若采用

26、常规的机械顶出机构，将会大大增加模具高度，无法与机床的装模高度，最大行程匹配，因此设计了气动顶出装置。开模时由气道进压缩空气，推动气动阀，使塑件顶出一定的距离，然后由机械手取下塑件。同时，由于采用气动顶出，可以破坏型芯外的真空，使其易于脱模。B由于冷却系统及气动顶出的需要，型芯设计成上下两段。气动顶出阀装设计在型芯镶件上，进气道设计在动模固定板上。 C在定模镶件上也设计了两个气动顶出阀，以免塑件留在型腔内。进气道设计在定模固定板上。D为克服包紧力过大造成的顶出困难，在型芯镶件与型芯主体的结合面上，设计了环型气槽，并在端面沿周围均匀开设了宽12mm、深0.8mm的气隙,进气道设在型芯主体上,与气动顶出同时给气。如图3-6所示。3.15 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。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气动抽芯机构。侧芯在动模一边，开模后，首先由气缸抽出侧芯，然后再顶出塑件，顶出系统复位后，侧芯再复位。如图3-