基于proe的气压瓶盖注射模具的设计毕业说明书.doc

I 目目 录录 1 前言1 1.1 模具行业发展的现状1 1.2 我国模具发展的现状1 1.3 参数化技术慨述2 1.4 选题目的以及意义 .3 2 塑件成型工艺性分析 .4 2.1 气压瓶盖三维模型及二维图4 2.2 结构特征分析及成型工艺性分析5 2.2.1 结构特征分析5 2.2.2 成型工艺性分析5 2.2.3 塑件材料的基本性能 .5 3 塑件成形工艺与设备6 3.1 注塑成型工艺条件6 3.1.1 温度 .6 3.1.2 压力 .6 3.1.3 时间 .6 3.2 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核 .7 3.2.1 型腔数量校核7 3.2.2 最大注射量校核8 3.2.3 锁模力的校核 .8 3.2.4 注射压力校核 .8 3.2.5 开模行程校核 .9 4 注射模具结构设计9 4.1 型腔的确定9 4.2 制品成型位置及分型面的选择.10 4.3 浇注系统设计 11 4.3.1 浇口的位置、数量的确定 12 4.3.2 排气系统设计 14 4.4 成型零部件设计 15 4.4.1 凹模结构设计.15 4.4.2 型芯结构设计 15 4.5 模架的选用.16 4.6 导向与定位机构.16 4.7 脱模机构的设计.17 4.8 侧向分型与抽芯机构设计.17 4.9 冷却系统设计.18 4.9.1 冷却系统的设计原则.18 4.10 模具成型零部件材料的选择19 4.11 装配总图20 4.12 模具的装配过程22 4.13 模具运动分析过程 .22 4.14 试模23 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 II 5 参数化设计 24 5.1 设计的流程.24 5.2 应用 Pro/e 系统进行模具设计的流程.24 5.2.1 制品的造型.24 5.2.2 主要的分型面.24 5.2.3 浇注系统的设计.25 5.2.4 成型零件生成.26 5.2.5 调用标准模架.28 5.2.6 爆炸图.29 6 仿真加工 30 总结 33 参考文献： 34 致谢 35 1 1 前言 1.1 模具行业发展的现状 模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身 又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效 益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目 前，塑料模具在整个模具行业中约占 30%左右。二十一世纪世界制造加工业的 竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多 样性要求塑件设计的多品种、复杂化，市场的快速变化要求发展产品及模具的 快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品 质量，创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高 效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。 当前，国内塑料模具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。有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、 洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量已超过 3000 万台；到 2010 年,在建材行业,塑料门窗的普及率为 30,塑料管的普及率将达到 50。这 些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速，目前已 呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模 具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在 10 年内发展成为世界模 具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业 发展也非常快。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工 业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都 是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国 塑模市场的前景一片辉煌。 1.2 我国模具发展的现状 虽然近几年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力 等方面都有了很大发展，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例 如，在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈； 一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求，然而精密加工 设备还很少，一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进 口。许多先进的技术如技术的普及率还不高，我国塑 料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在 国外发达国家模具标准化程度为 7080，而我国只有 30左右。如能广泛 应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期 2540，并可减少由于使用 者自制模具件而造成的工时浪费。现在应用模具 CADCAM 技术设计模具已较为 普遍，随着通用机械 CAD/CAM 技术的发展，塑料注射模 CAD/CAM 已经不断的深 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 2 化。从上世纪 60 年代基于线框模型的 CAD 系统开始, 到 70 年代以曲面造型为 核心的 CAD/CAM 系统，80 年代实体造型技术的成功应用，90 年代基于特徵的参 数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM 技术提供了可 靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的 CAD/CAE/CAM 系统。而且通过推广使用模具标准件，实现了部分资源共享，这 样就大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展 CADCAM 技术、提高模 具的精密度有重要意义。因此，模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产 品。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备 产业，其技术、资金与劳动相对密集。 1.3 参数化技术慨述 参数化技术是当前 CAD 技术重要的研究领域之一，通过改动图形某一部分或 某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的 驱动。在设计过程中，系统自动地捕获用户的设计意图，并把各个设计对象以 及对象之间的关系记录下来，当用户修改图纸中的设计参数时，系统能够自动 地更新图纸，使图纸中反映用户设计意图的设计对象之间的关系依旧可以维持。 参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，极大地改善 了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在慨念设计、初始设计、产品建模及 修改系列设计、多方案比较、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、 机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，并体现出很高的应用价值， 能否实现参数化目前已成为评价 CAD 系统优劣的重要技术指标。 Pro/ENGINEER 集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC 加工、钣金件 设计、铸造件设计、自动量测、机构仿真、应力分析等功能于一体。是塑料模 具实现参数化的一个必备的软件。EMX（Expert Moldbase Extension）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 3 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。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 4 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 5 2.2 结构特征分析及成型工艺性分析 .1 结构特征分析结构特征分析 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 成型工艺性分析成型工艺性分析 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 5 的斜角，小开口处有 3 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 1 的表 2-19 ，脱模斜度（型芯）：1。 .3 塑件材料的基本性能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 1.16 g/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 18002900MPa，弯曲强度：99134MPa；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。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 6 3 塑件成形工艺与设备 3.1 注塑成型工艺条件 .1 温度温度 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。 5 表3-1 温度的经验数据 料筒温度 / 后 段中 段前 段 喷嘴温度/模具温度/ 1802002102302002101801905070 .2 压力压力 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 3.427.5MPA。 .3 时间时间 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 35 秒，保压 时间一般为 20120 秒，冷却时间一般为 30120 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 7 制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s 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()50 喷嘴温度()175后段温度()180210 中段温度()210230前段温度()200210 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)25其他时间（s） 成型周期(s)60成型收缩(%)0.5 预热干燥温度()8095预热干燥时间(h)45 3.2 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核 .1 型腔数量校核型腔数量校核 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） 0.8 gj n VV n V 其中 注射机最大注射量，； g V 3 cm 浇注系统凝料量，； j V 3 cm 单个塑件的容积，； n V 3 cm 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。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 8 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。 .2 最大注射量校核最大注射量校核 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=141.306 cm V公=250 cm 实 33 V/ V公100%=141.306/250100%=56.52% 实 可见注射量满足要求。 .3 锁模力的校核锁模力的校核 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 5 塑机的额定锁模力： F AP （3- 分型 3） 式中 F注塑机额定锁模力，F=1800KN； P为型腔内熔体压力（MPa） ，由 3.2.1 可知，P=30MP ； 型型a AP= 3950.05 mm230MPa 分型 = 118.5（KN）P 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=40200Mpa.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 9 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。 .5 开模行程校核开模行程校核 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, SHc +（510）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=500Hc +（510）mm （3-6） =155(mm) 所以满足要求。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 10 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） 11 （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。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 12 （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。 .1 浇口的位置、数量的确定浇口的位置、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（0.52mm）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1/32/3,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。 13 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 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 14 图4-4 冷却图 图4-5 分析气抛 .2 排气系统设计排气系统设计 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 15 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 5 可得出。模具制造精度取 = 。具体的设计如下。 1 3 .1 凹模结构设计凹模结构设计 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。 .2 型芯结构设计型芯结构设计 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 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 16 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/T125561990塑料注射模中小型 模架及其技术条件和 GB/T125551990塑料注射模大型模架 。前者适用 于模板尺寸为 BL560mm900mm；后者的模板尺寸 BL 为 （630mm630mm）（1250mm2000mm） 。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。锥面定位机构用于动、定模之间的精 密对中定位。这里用导柱导向机构导向开合模，用复位杆来导向脱模机构的运 动。设计导柱和导套需要注意的事项有： 1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度； 导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的 1/3 处最 为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。 2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出 68 mm，以确保其导向与引导作用。 3）导柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导 柱固定部分配合精度采用 H7/k6；导套外径的配合精度采取 H7/k6。配合长度通 常取配合直径的 1.52 倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。 4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定 模一边有利于塑件脱模。 为了保证模具的平稳性及协调性，顺利滑动，采用 4 对导柱导套对称布置。 材料为 T8A。导向机构的装配关系图 4-6。 17 1-推杆 2-导柱 3-导套 4-复位杆 5-推杆固定板 6-推板 图 4-6 导向以及脱模装配关系图 4.7 脱模机构的设计 脱模机构的设计有遵循以下原则： 1.塑件滞留于动模，以便于借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，使模 具结构简单。 2.防止塑件变形和损坏，正确分析塑件对模腔的黏附力的大小及其所在部位， 有针对性地选择适当的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。 3.力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时候，应尽量设在对塑件外观影响不 大的位置。在采用推杆脱模尤其要注意这个问题。 4.结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且 具有足够的强度和刚度。 脱模机构分类有多种方法，但主要以脱模装置结构特征分类较实用和直观， 参考同类型零件的脱模机构，本塑件产品的脱模机构采用顶杆脱模机构。脱模 机构的设计如图 4-6。 4.8 侧向分型与抽芯机构设计 当塑件上具有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹时，塑件不能直接脱模， 必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可动的，称为活动型芯，在塑件脱模前先将 活动型芯抽出然后再从模中取出塑件。带动侧向成型零件作侧向移动的整个机 构称为侧向分型与抽芯机构。根据动力来源的不同，侧向分型与抽芯机构一般 可分为机动、液压或气动以及手动等三大类。机动侧向分型与抽芯机构根据传 动零件的不同，由可分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮齿条等许多不 同类型的侧向分型与抽芯机构。根据塑件的特点，本模具采用斜滑块驱动侧向 分型抽芯机构，通常斜滑块由锥行模套锁紧，能承受较大的侧向力。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 18 斜滑块和套模都设计在动模一边，以便用顶出力同时达到推出塑件和侧向 分型抽芯的目的。为了防止塑件对定模型芯的包紧力大于塑件对动模型芯的包 紧力以及损伤，主型芯设于动模，这样有利于塑件顺利推出。滑块推出高度一 般不超过导滑槽的 2/3，否则会影响复位。滑块斜角以不超过 30 度为宜。主型 芯设于动模边有利于塑件脱出导向，并防止损失的作用。 为了确保凹模斜滑块闭合锁紧，注射成型时不至于溢料，模具闭合后斜滑 底部与模套之间应该有 0.5mm 间隙，同时斜滑块还应该高出模套 0.5mm。斜销 固定段与模板的配合为，与滑块呈松动配合，通常为，有时需要 6 /m 7 H 11 /a 11 H 保持 0.51mm 的间隙。 4.9 冷却系统设计 注射成型的过程是将温度较高的熔融塑料，通过高压注射进入温度较低的 模具中，经过冷却固化，从而达到所需要的制品。首先从提高生产效率的角度 看，成型过程中的成型周期是个非常重要的环节。由于在整个成型周期中 50%- 60%的时间用于对制品的冷却，因此，在成型过程中冷却时间的长短的重要意 义是不言而喻的。模具温度控制系统包括冷却和加热两个方面，由于各种塑料 的性能和成型工艺要求不同，对模具的温度要求也不一样。对于要求较低模温 的材料，只需要设计冷却系统即可，本塑件采用的 ABS 就属于此类材料，因此 只要开设冷却系统就可以，即在模具内通入冷却水将热量带走，并通过调节水 的流量来调节模温。对于要求较高模温的材料，且模具较大时，需要设计加热 系统。 .1 冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 冷却系统的设计应遵循以下原则： 1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡； 2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好； 3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表 明，冷却水管中心距 B 大约为 2.53.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁 的距离为 0.81.5B。最小不要小于 10。 4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳； 5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过 5 6）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设 水孔。 7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构 发生干涉。 因为对塑件进行冷却质量分析的时候，发现冷却质量不佳的位置位于塑件的 上方，在开模前，塑件上方要完全凝固，所以冷却系统设在 A 板以及动模板上， 形状就是打成通孔的形式,如图 4-7 所示 19 图 4-7 水道布置 本模具采用的水嘴类型如下图 4-8 所示：选用黄铜材料，所有冷却水道水 嘴与模具冷却水道孔都采用螺纹连接。在其螺纹部位，应缠绕生胶带以防止冷 却水泄漏。 图 4-8 水嘴 4.10 模具成型零部件材料的选择 由于标准模架的座板、垫块、推件板、导柱、导套、螺钉等标准零件可查 找设计手册确定，故此处只对成型零件的材料进行选择。由于各种模具用钢并 不可能具备所有应该具备的条件，依模具的使用情况不同而合理的选择钢材， 这是重要的。作为塑料模具的使用情况，有种种的不同条件，模具用钢大致应 满足如下的要求： 1.机械加工性能优良； 2.抛光性能优良； 3.有良好的表面腐蚀加工性； 4.既要耐磨损，而且又有韧性； 5.淬火性能好，变形小； 6.电火花加工性能 好； 7.有耐腐蚀性 ；8.焊接性好。 在选择模具钢材时，要依以下条件而逐次考虑之，最后作出结论。1.塑件 的生产批量； 2.塑件的尺寸精度； 3.制件的复杂程度；4.制件体积大小； 5. 制件外观要求。 综合考虑各方面因素，本模具的成型部位的材料选用的是 55 调质钢，硬度 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 20 为 250280HB。易于切削加工，但抛光性和耐磨性较差。导柱和导套应有足够 的强度和耐磨度，常采用 20 底碳钢渗碳淬火处理，硬度为大于 55HRC，也可采 用 T8A 或 T10 碳素工具钢，经表面淬火处理。本模具采用 T8A 钢，淬火处理。 导柱和导套配合部分的表面粗糙度要求为 Ra1.6m。由于 45、50 钢具有较高 的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后，可获得很好的韧性、塑性 和耐磨性，材料来源光，价格低廉，一般可根据需要进行热处理用于顶杆、拉 料杆、以及各种模板、推板、固定板、模座等。 4.11 装配总图 （a） 图 4-9 主视图 21 （b） 图 4-10 左视图 (c) 图 4-11 俯视图 模具装配图 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 22 4.12 模具的装配过程 本模具装配时以塑料模具中的主要工作零件如上型芯（16） 、型腔（5）为 装配基准件，模具的其他零部件都依装配基准件进行顺序装配，本模具有导柱 （37） 、导套（38）导向，以模具侧面为基准，进行修整和装配。具体的装配过 程如下： 1）按图纸要求检验各装配零件。 2）利用定模的侧面垂直基准确定定模上实际型腔中心，作为以后的加工基 准，分别加工定模上的大型心孔以及与动模配合的台肩面，压入大型芯，并用 销钉（15）定位，螺钉（20）紧固。 3）利用凹模的侧面垂直基准确定凹模上实际型腔中心，作为以后的加工基 准，加工凹模上的下型心孔，左侧型芯孔，并压入下型芯（6） ，并用骑缝销钉 （19）定位，防止型芯转动。 4）将三个侧型芯分别装入型芯固定板中，其中两个小的侧型芯与滑块之间 的固定靠过盈配合完成，因为两个小侧型芯（14） 、 （23）与滑块（11） 、 （45） 过盈配合部分的尺寸为 35mm，并且经过分析，水平方向上受力有一部分可以平 衡，因此受力较小，两个侧小型心不会晃动。另一个大的侧型芯（22）用销钉 固定在固定板上。按设计要求在动模上调整滑块的位置，用导轨压块压紧并用 螺钉固定，注意滑块的运动灵活。安装楔紧块（9） 、 （27） ，用夹板加紧凹模 （5） 、定模（10）以及滑块（11） 、 （15） ，楔紧块，在定模上钻螺孔，并镗斜导 柱孔。 5）将凹模、凹模固定板、垫板用平行夹板夹紧，镗导柱、导套孔，并钻螺 孔。 6）在凹模、凹模固定板中分别压入导套（38） 、导柱（37） ，并保证导向可 靠，滑动灵活。 7）过型芯引钻、铰支撑板上的顶杆孔，过支撑板引钻顶杆固定板上的顶杆 孔。 8）加工限位螺钉孔、复位杆孔并组装顶杆固定板。 9）组装模座（1）和垫板（35） 。 10） 在上型芯上镗定位圈孔，浇口套孔，钻螺孔，并将浇口套（18） 、定位 圈（17）分别压在上型芯（16）里，用螺钉（19）固定定位圈。 11）在动模座板上装入限位钉（2） 。 12）装配动模部分，将动模座板、垫块、动模垫板、动模板用螺钉固定，并 修整顶杆（39）和复位杆 36）的长度。 13）装配完成后进行试模，合格后打标记并交验入库。 4.13 模具运动分析过程 开模时动模板与定模板分开，制品被带往动模一侧,大型心与动模分离，同 时小斜导柱和大斜导柱分别带动滑块和完成对两侧斜向型芯的抽芯，当斜心抽 23 出后只有一个型芯的斜滑块由定位销定位，固定两个侧型芯的滑块由限位螺钉 与弹簧定位，同时 Z 型头拉料杆将主浇道中的塑料凝料拉出。动模部分继续运 动，当模具推板与注射机的顶杆相接触后，顶杆顶出塑件使塑件实现脱模，同 时拉料杆将浇道凝料顶出。然后取出塑件，清理，再次合模注射。 4.14 试模 模具装配完成以后，在交付之前应进行试模，试模的目的主要是：检查模具 在设计中制造上是否存在缺陷，若有缺陷则需要排除，另外对模具成型工艺条 件进行试验以有利于模具成型工艺的确定和提高。 试模应按以下顺序进行： （1）装模 模具尽可能整体安装，模具定位圈装入注射机的定位孔后，以很慢的速度合 模，由定模板将模具轻轻压紧，然后装上压板，通过调节螺钉或垫块，将压板 压紧。模具固紧后可慢慢开模，装好模具后，按通冷却水管进行检验。 （2）试模 做好试模准备后，选用合格的原料，根据上面 3.1 的注射工艺条件将料筒和 喷嘴加热并调试加热温度。当温度合适时可以开机试模。 试模过程中应做详细的记录并将结果填入试模记录卡，注明模具是否合格。 如需返修，则应提出相应的返修意见，在记录卡中应摘录成型工艺条件及操作 注意点，著明产品的缺陷，最好能附上加工出来的制品，以供参考。试模后， 将模具清理干净，涂上防锈油，然后入库或返修。 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 24 5 参数化设计 5.1 设计的流程 成型塑料制件转换尺寸定义分型面浇注系统设计成型零部件 生成选用模架冷却系统设计开模模拟出工程图。 5.2 应用 Pro/e 系统进行模具设计的流程 .1 制品的造型制品的造型 利用 Proe 软件里的零件-实体模块对高压瓶盖进行实体造型,如下图 6-1 所 示: 图 5-1 塑料件 .2 主要的分型面主要的分型面 利用复制、延拓、拉伸、平整、合并等基本操作建立如下图所示的分型面。 25 图 5-2 主分型面与大型心分型面 图 5-3 小型芯分型面 .3 浇注系统的设计浇注系统的设计 结合 Moldflow 及上面的计算结果适当调整分流道及各浇口的大小，使其 型腔，见图 6-4 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 26 图 5-4 浇注系统 .4 成型零件生成成型零件生成 图 5-5 大型芯 27 图 5-6 小型芯 图 5-7 大滑块 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 28 .5 调用标准模架调用标准模架 图 5-8 29 .6 爆炸图爆炸图 图 5-9 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 30 6 6 仿真加工 仿真加工大致过程及截图如下： 1）调入制造参照，绘制工件模型，然后建立铣削平面，如下图所示： 2）选择加工零点，截图如下： 3）铣平面，截图如下： 31 4）铣型腔轮廓，截图如下： 5）设置新 NC 序列，选择孔加工，选择钻孔刀具及其刀具加工参数，完成设置，轨迹演示 如下图： 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 32 总结 本模具在设计过程中，从制件形状结构的分析、材料成型工艺及成型设备 的选用开始，分析浇口位置，设计浇注系统；然后进行成型零部件计算，并进 行了校核，数据基本准确。用 Pro/E 设计成型零部件，为本模具设计实现参数 化设计。本模具设计为一模一腔，主要的机构有侧向分型与抽芯机构，导向与 定位机构，脱模机构，以及冷却系统等。其中有斜角的侧芯芯为本模具的设计 难点，因此这里设计了有倾角的滑块结构，这些也构成了本模具的特色。 然后是图纸绘制，从进行绘制装配草图开始，进而进行正式的装配图，零 件图以及三位图的绘制，图纸基本符合国家标准。这里用的知识有专业理论， 主要有模具结构分析以及模具设计流程的熟练程度。公差配合以及材料热处理 等基础知识。同时对制图软件的掌握的熟练程度有较高要求。在完成设计任务 的同时，对设计方法、实验验证、文献资料的查阅、各种设计规范和设计标准 的运用以及文档的撰写等方面的能力要求，需要得到全面的训练与提高。 33 参考文献 1 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森编 模具设计与制造简明手册M 第二版 上海：上海科 学技术出版社 1998 2 黄虹主编 塑料成型加工与模具M 北京：化学工业出版社，2003 年 3 月 3 伍先明，王群，庞右霞，张厚安编 塑料模具设计指导M 北京：国防工业出版社， 2006 年 5 月 4 李会武，范兴国编塑料模具技术手册M 北京：机械工业出版社，2002 年 5 陈志刚主编塑料模具设计M北京：机械工业出版社，2003 年 2 月 6 刘鸿文主编材料力学M第四版 北京：高等教育出版社 2004 年 7 杨峰主编. 模具设计M.北京：人民邮电出版社，2003 8 王伯平主编. 互换性与测量技术基础M. 北京：机械工业出版社，2002 9 王巍主编. 机械制图M. 北京：高等教育出版社，2003 年 7 月 10 周斌兴主编.塑料模具设计与制造实训教程M.北京:国防工业出版社,2006 11 冉新成主编.塑料成型模具M.北京:化学工业出版社,2004 年 7 月 12 陆宁.实用注塑模具设计M.中国轻工业出版社，2007. 13 伍先明主编.塑料模具设计指导M.国防工业出版社.2006. 14 冯如设计在线编.Pro/ENGINEER 野火版 4.0 自学手册-模具设计篇M.人民邮电出版 社.2006. 15 Brown, H. D. Teaching by Principles: An Interactive Approach to Language P edagogyM. Prentice Hall Regents, 1994. 基于 Pro/E 的气压瓶盖注塑模具设计及型腔仿真加工 34 致谢 经过三个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成。此刻可以说是轻松感与 成就感并存。毕业设计直接关系我们的专业知识，而且涉及了很多机械领域里 的知识。我们通过做毕业设计，巩固了我所学的专业知识以及机械专业的基础 知识，并使之系统化、条理化，可应用化。同时培养了我们正确的设计思想和