VE瓶盖模具设计及其型腔仿真加工

目目 录录 1 前言1 1.1 课题内容1 1.2 课题背景1 1.3 模具国内外发展概况1 1.4 课题的来源及要求2 2 模具方案及制品设计3 2.1 总体方案设计3 2.2 塑件的测绘3 2.3 塑件的造型4 2.4 塑件的材料选择与分析5 2.5 塑件尺寸精度5 2.6 模具材料的选择5 2.7 脱模斜度6 2.8 型腔数目的确定6 2.9 注射机的选择7 3 具体设计说明8 3.1 分型面的确定8 3.2 浇注系统的设计8 3.3 主流道的设计9 3.4 分流道的设计.10 3.5 浇口套的设计.11 3.6 冷却装置设计.11 3.7 推出机构设计.11 3.8 推杆.12 3.9 型芯棒.12 3.10 导向装置 .13 3.11 脱模机构的设计 .13 3.12 确定各模板尺寸14 3.13 凸凹模结构形式15 3.14 注射机技术参数的校核 .15 3.15 零件强度计算及校核 .16 4 模具的三维造型 18 4.1 典型零件的造型造型.18 4.2 模架的三维造型.18 5 型腔工艺分析及加工仿真 19 6 结论 24 参考文献 25 致 谢 26 附 录 27 1 1 前言 1.1 课题内容 VE 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。 传统的模具设计制造方法已很难适应对塑料制件及时更新换代和不断提高的质 量要求，为了适应变化，20 世纪 60 年代以来，国外一些大公司和研究院所，投入 大量财力和物力，开展 CAD/CAE/CAM 技术的研究，取得较大成果，已开发出许多商 品化软件，并逐渐应用于设计生产。利用计算机进行塑料模具设计（CAD） ，并初步 实现了注射、挤出、中空吹塑等塑料成型工艺过程的计算机模拟分析（CAE） ，这方 面软件技术研究的进展，已经在工程应用中取得了显著效果。利用 CAD/CAE 技术显 著提高了模具设计的效率，减少了模具设计过程中的失误，提高了模具和塑料制件 的质量，缩短了生产周期，降低了模具和塑料制件的成本。 ProE 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，模具的结构分析，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 我国模具 CAD /CAM 技术的开发始于 20 世纪 70 年代末，发展也很迅速。中 国注塑模 CAD 的研究与应用虽然相对国外来说起步较晚，但自 20 世纪 80 年代开展 注塑模 CAD 的研究与应用以来，经过 20 多年的努力，已经得到了很大的发展，取 得了一些较大成果，如华中科技大学的注塑模 CAD/CAE/CAM 集成系统 HCS、合肥工 业大学的注塑模 CAD 系统 IPMCAD 等，并用于实际生产中。由于中国模具 CAD/CAM 技术应用较晚，模具标准化程度不高，经验设计较多，与先进工业国家相比注塑模 CAD/CAM 技术还比较落后。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、 普通冲裁模、塑料注射模等 CAD /CAM 系统。但是直到现在这些系统仍处于试用阶 段，尚未在生产中推广使用。据统计，我国 20 世纪 80 年代进口模具中，均在不 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 2 同程度上应用 CAD、CAM、CAD /CAM 等技术。但在模具 CAD /CAM 技术方面，我们 与国外相比还有很大差距，主要表现在以下几个方面：CAD /CAM 没有商品化；CAM 的发展跟不上 CAD 发展；引进过多过宽；国内 CAD /CAM 技术研究开发未能很好 地有组织、有计划、有重点地进行，造成低水平的重复劳动，影响了软件开发的进 度和水平的提高。所以我们社会各界应共同努力，加强这方面的研究和应用。 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、课题来源于生产实际。 2、课题研究的主要内容： （1）注塑模具设计 1）分析制品结构，制定该制品注塑成型工艺。 2）制品工程图绘制、结构优化及三维造型。 3）制定注塑模具总体方案，设计模具 （a）二维工程图：模具装配图、零件图。 （b）三维造型：所有零件三维造型、模具装配及爆炸图。 （2）型腔仿真加工 1）制定模具的装配工艺规程。 2）制定模具中非标零件工艺规程。 3）制定成型零件加工工艺卡片并进行仿真加工。 （3）在设计中通过对制品的重量和体积的分析，进行注塑机的选择。 3 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，然后使用 ProE 软件进行三维造型。主要采用拉伸、 旋转、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对模具 设计的制约，还有塑件的精度等级要求，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，首先是浇注系统的设计，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，提高经济效率。 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 812mm。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，便于流道的运作。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。浇口的两个 作用表现在：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堵塞浇口，影响塑件的质量。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，符合经济效益。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。最后 利用非旋转脱出方式分瓣可涨缩型芯实现侧向抽芯，完成最后的脱模。 2.2 塑件的测绘 塑件为 VE 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（0300、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。 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 4 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 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，点击旋转，剪切，造型等命令绘制三维 图形。 由 ProE 软件的计算功能得塑件尺寸为： 该塑件外形尺寸为 35mm11.5mm，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 5 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，模具供应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-styrene copolymer 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 5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取 6080。注塑压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为 180230，注射压力为 10001400kgf/cm3。用螺杆式注射机成型时，料温为 160220，注射压力为 7001000 kgf/cm 3。 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 VE 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。因此该塑件的精度等级为 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 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 6 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 0.53，热固性酚醛压制件取 0.51。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。 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 35。 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 7 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/T 1062895 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 122MPa 锁模力 500kN 最大注射面积 130cm 2 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 4 喷嘴移动距离 120mm 定位孔直径 mm 0.054 0 100 顶出形式 中心顶杆，机械顶出 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 8 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. 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 9 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 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 制品质量/g D/mmR/mm 020 30.5 2040 41 40150 51 150300 62 300500 82 5001500 102 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 10 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 = 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 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套对位容易。本模具设计采用的注射机是 XSZY60，其喷 嘴球径为 12mm，取浇口套的球半径为 20mm。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脱模的尖角毛刺等。 3.4 分流道的设计 分流道是指主流道与浇口(进料口)之间的一段通道。分流道的表面不必要求很 光，因为分流道表面不很光滑，能使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流 道的截面宜采用梯形及圆形截面，其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平 稳地转换流向注入型腔。设计时，分流道应平衡布置，特别是对于多型腔模具，应 尽量使其布置均衡，使熔料几乎能同时到达每个型腔的进料口。并且，分流道截面 积应为各进料口截面积之和，各分流道的截面积和长度应与塑件相适应，即大塑件 取大截面短流道，小塑件取小截面长流道，以保证成型不同形状和重量的塑件时所 有型腔能同时充满。本模具设计中所有型腔体积相同，所以分流道设计采用等截面 和等距离。如果各型腔体积形状不相等，则分流道设计必须在流速相等的条件下， 采用不等截面来达到流量不等，这样也可以达到同时填充的目的。同时，还要用改 变流道长度的办法来调节阻力大小，以保证各个型腔同时填充。本设计中，分流道 的排列方式是 H 形排列，以保证所有型腔同时充满。根据文献中的 P561，分流道直径计算如下： 分流道直径 （3-6） (1/2 1)(1/2 1) 11(5.5 11)dDmm 式中 D主流道的大端直径 常用分流道尺寸，根据文献5中的 P561,可从下表中查出， 所以选择6dmm 表 3-2 常用分流道系列尺寸 D（MM） 4 11 6 8 10 12 图 3-4 分流道的排布 3.5 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短通道。它的作用是增加和控制塑料进入型 腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料，以保证充填实，确保制品质量。浇口类型的 选择取决于制品外观的要求、尺寸和形状的制约以及所使用的塑料种类等因素。 浇口的截面积一般为分流道截面积的 3% -9%，截面形状多为矩形或圆形，浇口 的长度约为 1-1.5mm。在设计浇口时，应取较小值，以便在试模时加以逐步修正。 3.6 冷却装置设计 本机构的冷却装置采用环形冷却水道，如图： 图 3-5 冷却水道的设计 3.7 推出机构设计 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 12 推出机构的作用是塑件成型后，顺利地把塑件及浇道凝料推出模外。推出机构 一般由推杆、推管、推板、推杆固定板等零件组成。在设置推出机构时，首先需要 确定当模具开启后，制品的留模形式（留动模部分或留定模部分） ，推出机构必须 是建立在制品所滞留的模具部分中。通常，由于注塑机的推出机构设置在动模板一 侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。根据文献6中的 P590-P593。 1、推出机构的设计原则： (1)模具的推出机构必须有足够的强度及刚度，使塑件出模后不致于变形； (2)推力要均匀。推力面尽可能要大，其推力应设计在塑件承受力较大的地方 如筋部、凸缘及壳体壁部等部位； (3)推件不应设计在零件外表面，以免影响塑件外观质量； (4)推出系统要动作灵敏可靠、动作平稳并便于更换与维修。 2、推出机构的类型： (1)推杆推出机构的结构特点：塑件成型后，能一次被推出。设计要点：推杆 的直径不要过细，应有足够的强度承受推力；推杆的端面应距离型腔或镶件的平面 0.08-0.1mm；推杆应作淬硬处理。 (2)推管推出机构 适用于环形、桶形塑件或塑件上中心带孔部分的顶出，过薄 的塑件尽量不要用这种机构，因为过薄的推管加工困难，且易损坏。 (3)推板推出机构 其主要特点是在制件表面不留下顶出痕迹，同时塑件受力均 匀，顶出平稳，适用于各种容器、桶形制品及中心带孔塑件。 (4)气压推出机构 它是推出薄壁深腔壳型塑件最简单有效的方法，特别是成型 车间设有压缩空气管路，采用此法更加经济合理。 (5)推块推出机构 中间有孔的平块状带凸缘塑件，易采用这种机构，它的结构 形式及与推出板的固定方法与推杆相似。 根据以上原则及推出机构的类型，以及制品的结构特征，选用推杆推出机构。 3.8 推杆 推杆多为圆形结构，细长杆可将后部加粗成台阶形，配合间隙要求小的推杆， 其推杆端部应设计成锥形。推杆应尽量短，推出时，一般将塑件推到高于型腔（或 型芯）10mm 左右即可。推杆的端面应高出所在型腔的底面或型芯顶面 0.05- 0.1mm。推杆与其配合孔采用 H6/f6 配合，保持一定同轴度。推杆数量在保证推出 前提下，越少越好。在推杆推出机构中一定要设计复位机构。 推杆需要进行淬火处理，使其具有足够的强度和耐磨性。本设计采用 16mm 的圆形推杆。 3.9 型芯棒 型芯棒在将制品顶出后，其顶端位置会高于型芯（型腔）表面很多，在下一次 合模（模具合紧之前）时，必须使其退回到顶出前的初始位置，以免碰坏型腔（或 型芯） ，因此在顶出机构中必须设有复位杆帮助型芯棒回位，如图所示。 13 图 3-6 型芯棒设计 3.10 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。 3.11 脱模机构的设计 在注射成型的每一循环中，都必须事塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中 这种脱出塑件和浇注系统的机构称为脱模机构。脱模机构的动作包括脱出和取出， 即首先塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具 内取出。 由于本塑件带有内螺纹所以需要设计螺纹部分的脱模机构。在本设计中采用非 旋转脱出方式分瓣可涨缩型芯。3 维图如下所示： VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 14 这种组合型芯在国外是一类批量生产的标准件，选用来成型中小型塑件，型芯 中心有一锥形杆，当中心锥形杆插入后型芯各瓣紧密排成一圈，将螺纹线加工在外 表面，成型后先抽回中心锥形杆，型芯各瓣由于弹性向内侧间隔错开回缩而与塑件 分离，缩回距离为 e，这种结构需配合推件板使用。 故在设计当中采用推杆推板联合脱出方式。从瓶盖的具体形状和结构来看，其 尺寸不大，因此，采用 4 杆推出即可。普通的圆形顶杆按 GB/T4169.1-1984 选用， 均可以满足要求。查表 7-13，选用 10mm59mm 型号的圆形顶杆 4 根。推板厚度 为 15mm。 3.12 确定各模板尺寸 模板各部分结构尺寸如表 3-4 所示： 表 3-3 模板各部分主要结构尺寸 1 定模座板 长 宽厚 315mm 315mm 25mm 2 定模板 长 宽厚 315mm 250mm 25mm 3 动模座板 长 宽厚 315mm 315mm 25mm 4 动模支承板 长 宽厚 315mm 250mm 40mm 5 垫块 长 宽厚 315mm 50mm 80mm 6 推杆固定板 长 宽厚 315mm 148mm 16mm 7 推板 长 宽厚 315mm 148mm 16mm 8 动模固定板 长 宽厚 315mm 250mm 25mm 根据上述的设计，最后设计出的模具的总装图见附图 1。 15 3.13 凸、凹模结构形式凸、凹模结构形式 对于极为简单的形状可以采用整体式的凸模或凹模外，往往采用拼镶方法组合 成凸模或凹模。本模具采用整体式。 3.14 注射机技术参数的校核 由于每副模具都只有安装在与其相适应的注塑机上进行生产，因此模具设计与 所用的注射机关系十分密切。根据文献5中的 P575-P576，注射机的基本技术参数 校核如下： （1）注射量的校核 V 0.8V （3-1） 件注 式中 V塑件与浇注系统的体积总和（厘米 3） ； 件 V注射机的注射容量（厘米 3） ； 注 0.8最大注射容量利用系数。 V 5/4 V1.25233.4=83.5g 注 件 （2）锁模力的校核 （3-2） JSM JSm AnAPF KNF KNAnAP 500 29710991030 46 （3）注射压力的校核 MpaPZ122 ABS 成型所需注射压力 ach M)10060( （3-3） zch （4）模具高度与注射机闭合高度关系的校核 （3-4） 283258065632525 231 HCHBAHHm min max 200 300 mm mm minmmax （5）开模行程校核 （3-5） max 123 max123 300 (5 10)253580(5 10)(145 150) (5 10) Smm HHHmm SHHH （6）推出装置校核 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 16 模具设计时需根据注射机顶出装置的形式、顶杆的直径、配制和顶出距离、校 核模具的推出脱模机构是否与之相适应。 （7）模具外形尺寸校核 a模具安装尺寸必须与注射机动、定模固定板上的螺孔的直径和位置相适应； b模具的长度与宽度应使模具可以穿过拉杆空间在注射机动模固定板和定模 固定板上安装。 （8）注射机定位孔与模具定位圈配合校核 为了使模具安装在注射机上，其主流道中心线应与注射机喷嘴中心线重合，其 模具的定位圈与注射机定模板上的定位孔应呈较松的间隙配合，定位圈的高度对于 小型模具为 8-10mm。 （9）喷嘴的校核 模具主流道的球面半径应与注射机喷嘴球头半径相吻合或稍大，以便于脱卸主 流道中凝料，主流道小端孔径应较喷嘴前端孔径略小。 3.15 零件强度计算及校核 注塑模具的工作状态是长时间的承受交变负荷,同时也伴有冷热的交替。现代 的注射模使用寿命至少几十万次，至多几百万次，因此，模具必须具有足够的强度 和刚度。工作状态下所发生的弹性变形，对塑件的质量有很大的影响，尤其是对于 尺寸精度高的塑件。模具的刚度是很重要的。 由于注塑压力的作用，凹模型腔有向外胀出的变形产生。当变形量大于塑件在 壁厚方向的成形收缩量时，会造成脱模困难。严重时还会不能脱模。 另外，也由于成形过程中各种工艺因素的影响，型腔内的实际受力情况往往非 常复杂，不可能为一种简单的模式。因此，在强度计算上采取比较宽容的做法，原 则是：宁可有余而不可不足。换言之，即安全系数较大。 计算型腔壁厚以最大型腔压力为准。确定型腔壁厚的方法有计算法和以经验数 据为基础的查表法. 计算法分为按刚度计算和按强度计算两种。实践证明，对大尺寸型腔刚度不足 是主要矛盾，应按刚度计算；而小尺寸型腔在发生大的弹性变形之前，其内应力往 往就已超过许用应力，应按强度计算。 在注塑模的标准件中，凹模的外形为矩形，所以当凹模型腔为圆形时，一般也 采用矩形模板。因此，凹模强度的计算也以矩形为主。而我所选的型腔类型为整体 式，所以根据文献5中的 P580,按矩形型腔整体式计算公式计算。 矩形型腔整体式侧壁计算公式为： tc=h (3-13) P 矩形型腔整体式底部计算公式为： td=b (3-14) P 式中, tc凹模侧壁厚度(mm) td凹模底板厚度(mm) P模腔压力(MPa) 17 材料的许用应力(MPa) h型腔深度(mm) b凹模内壁短边长度(mm) L垫板间距(mm) 系数，见下表： 表 3-4 系数 L/h0.250.50.751.01.52.03.0 0.020.0810.1730.3210.7271.2262.105 表 3-5 系数 L/b1.01.21.41.61.82.0 0.30780.38340.43560.46800.48720.49740.5000 由于上述型腔壁厚计算公式比较复杂，在生产实际中常采用一些经验公式和经 验数据，由查图或表确定壁厚，但对大型模具应进行强度和刚度校核。我所设计的 模具属于中小型模具，可以用查表法进行强度校核。图 3-9 为矩形凹模及模套最小 壁厚经验曲线，表 3-7 为型腔侧壁厚度经验公式，表 3-8 为动模垫板厚度经验数据。 成型压力30MPa 成型压力45MPa (已考虑导柱位置，导柱应该设在截面最大处) 图 3-17 矩形凹模及模套最小壁厚经验曲线 表 3-6 型腔侧壁厚度 最小壁厚 t/mm 型腔边长 L/mm VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 18 已知成型压力30MPa，型腔边长为 315mm。实际壁厚为(315-248.5-70) /2=74mm。由图 3-9 矩形凹模及模套最小壁厚经验曲线可得最小壁厚为 42mm74mm，故符合要求。塑件、浇注系统在分型面投影面积在 100200 之间。 由文献6表 5-46 查的动模垫板最小厚度为 3040mm，而实际厚度为 40mm 符合要 求。由于有支撑板的缘故型腔底板厚度强度满足要求，可以不必通过计算。故本次 设计的模具可采用。 4 模具的三维造型 4.1 典型零件的造型 图 4-1 凹模的三维造型 4.2 模架的三维造型 进入建模模块后，根据所绘制的二维图的尺寸，利用拉伸，旋转，倒圆角，螺 旋扫描等命令，分别完成定位圈，浇口套，螺钉，定模固定板，定模板，动模板， 动模支承板，推杆固定板，推板，垫块，动模固定板，拉料杆，推杆，导套，导柱， 复位杆，堵塞和水嘴的三维造型，然后在装配模块中，利用匹配，对齐等装配方式， 依次将各个零件装配起来，最后的装配图如下： 型腔压力/MPa侧壁厚度备注 49(注射成型)0.2L+0.17 49(压缩成型)0.16L+0.15 29(压缩成型)0.14L+0.12 当型腔为整体式 L100mm 时 需乘以 0.85-0.9 19 图 4-2 模具三维装配图 5 型腔工艺分析及加工仿真 1、定模的工艺性审查 （1）定模型腔的结构特点 定模型腔（零件图见附图） ，该零件是注塑模的型腔部分，以矩形配合面与定 模固定板配合，凹进部分与动模型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料 ABS 经冷却 后形成所需的塑料瓶盖。 零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、不规则平面型腔等。由于型腔在 注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和 韧性。 （2）主要技术要求 零件图上的主要技术要求有：热处理：50-55HRC；锐角去毛刺倒钝。 加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度 Ra=0.8m，侧面的表面粗糙度 Ra=3.2m, 内轮廓表面的粗糙度为 Ra=0.4m。 （3）零件材料 零件的材料为 45 钢，可以通过热处理来获得所需的机械性能和力学性能。 2、毛坯选择 （1）考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯； （2）确定毛坯的形状、尺寸：选用 45 钢锻件 32025565（mm） 。 3、基准选择 加工中的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基 准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析，在毛坯的初 次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。 4、机床的选择 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 20 根据本设计的生产纲领，本模具的加工机床选择通用机床。本模具中加工平面选 用通用铣床，加工孔时选用通用钻床。由于定模具型腔比较复杂，用普通机床难以 加工，所以本设计中还选用数控铣床。 5、刀具的选择 本设计中，加工平面时选用端铣刀和砂轮；加工直孔时选用麻花钻，扩孔刀和铰 刀；加工与斜导柱配合的斜孔时，因此孔中有沉孔，为了保证其同轴度，所以选用 组合刀具（钻刀与平刀的组合） ；加工分流倒槽时，由于其截面为圆状，所以选用 球形铣刀；加工型腔时选用立式铣刀。 6、夹具的选择 考虑其经济性，本设计中除加工型腔抽芯处的矩形槽时选用专用夹具外，其他的 都选通用夹具。 7、切削用量的选择 本设计中的所有切削用量都参考文献20。 8、型腔数控仿真加工 设计步骤： （1）定义毛坯为限制方框 图 5-1 三维毛坯 （2）选定刀具为 28，20，32 的钻头。 刀具参数：直径 28mm，20mm，32mm，切削长度为 15mm，刀长 30mm，刀尖角度 118mm，刀及刀柄总长 100mm。 21 （a） (b) 图 5-2 加工导套时刀具的选择 （3）加工导套孔轨迹 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 22 图 5-3 刀具的加工轨迹 （4）选定 5mm 的平刀， 刀具参数：直径 5mm，切削长度为 15mm，刀长 30mm，齿数 2，刀及刀柄总长 100mm。 图 5-4 加工内槽时刀具的选择 23 （5）所有加工轨迹 图 5-5 刀具加工轨迹 （6）所有轨迹的加工仿真 图 5-6 完成的加工仿真 VE 瓶盖模具设计及其型腔仿真加工 24 6 结论 本设计是为 VE 瓶盖注射成型而专门设计的。为了能达到质量好、效率高，本 设计采用点浇口及推板推杆，涨缩型芯脱模的方式进行设计。并且大多数零件都采 用通用零件。 本次设计的 VE 瓶盖注射模，在设计时充分利用 CAD、Pro/e、天河、CIMATRON 组 件等二维，三维绘图仿真软件