大水杯盖注塑模毕业设计

1 1 绪论 此次的设计任务即大口杯盖注射模具设计，零件模型摆在面前，如何才能以最快的速度设计出 模具来， 并降低成本， 首先应考虑技术如何才能在设计中发挥其主要优势， 因此，我使用了强大的模具设计软件PRO/ENGINEER，从最初的零件 3D 建模到最后的模具各 部分零件的装配，都完全依靠 PRO/ENGINEER 的各个模块，因此设计的关键就是 PRO/ENGINEER 设计软件在注射模设计中的应用问题，并且由于该零件的尺寸及复杂程度，使得分模与型腔及型芯 的设计工作变的尤为关键，为圆满完成这次设计任务，我对该软件的几个常用模块，特别是零件、 曲面、工程图及模具模块进行了比较深入的学习，相信能借助 PRO/ENGINEER，使设计工作达到 事半功倍的效果。 根据当前注射模具的发展要求，设计工作应广泛运用技术，提高模具 精度、延长模具寿命、降低模具制造成本，提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。为达到这 一设计目标，此次设计完成了以下工作:由产品的 3D 建模，借助 PRO/ENGINEER 设计软件创建型 腔、活块以及其他零件，并自动生成所需要的零件工程图 ；使用草图和厚度检测，评估零件；直 接参照产品三维模型,创建分模曲面及滑块，再生成模具型腔组件（动模、定模）；还利用 PRO/E 的分析功能,进行拔模检测,仿真模具开模顺序,计算填充容积、型腔曲面面积等，其中型腔组件的 实体模型与产品模型相关联；对于模架的设计,利用 PRO/E 模座专家 Expert Moldbase Extension 即 EMX 来完成,从标准模架选择到产品输出,全部采用 3D 化设计,可大大缩短模具设计周期。我在大 口杯盖模具设计过程中，从零件建模到型腔、型芯的设计、模架设计，直至最后的模具开模动作模 拟都充分发挥了 PRO/ENGINEER 设计软件的各个模块和插件的优势，基本做到了无图纸化设计， 这样不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计时间，以确保我在较短的时间内完成设计。此外， 对于杯盖的提手，我采用了回转式型腔一次性获得所需要结构，并且能顺利脱模，避免多用一套模 具或者改变产品结构设计。 在设计过程中， 本人遇到了不少的困难， 但通过查阅相关资料、 虚心请教以及和同学相互讨论， 尤其是指导老师的悉心指导，都一一把困难克服了。相信本设计能符合设计要求，顺利完成毕业设 计任务。由于本人知识水平不高，设计中肯定还会有不完善的地方，恳请老师们批评指正。 2 2 零件材料的选择及其性能 2.1 塑件材料选择 如图 2-1，该塑件是一日用品容器大水杯盖， ，塑件壁薄属薄壁塑件，生产批量很大。要求其 化学稳定性好，熔点高，故选用 PP，玻纤增强，成型工艺性很好，可以注射成型。 图 2-1 大水杯盖 2.2 PP 性能分析 2.2.1 化学和物理特性 PP 是一种半结晶性材料。它比 PE 要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的 PP 温度高于 0C 以上时非常脆，因此许多商业的 PP 材料是加入 14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量 的钳段式共聚物。 共聚物型的 PP 材料有较低的热扭曲温度（100C） 、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更 强的抗冲击强度。PP 的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP 的维卡软化温度为 150C。由于结晶度 较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。 PP 存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对 PP 进 行改性。PP 的流动率 MFR 范围在 140。低 MFR 的 PP 材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对 于相同 MFR 的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。 由于结晶，PP 的收缩率相当高，一般为 1.82.5%。并且收缩率的方向均匀性比 PE-HD 等材料 要好得多。加入 30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到 0.7%。 均聚物型和共聚物型的 PP 材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它 3 对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP 也不象 PE 那样在高温下仍具 有抗氧化性。 2.2.2 注塑工艺条件 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理； 熔化温度：220275C，注意不要超过 275C； 模具温度：4080C，建议使用 50C。结晶程度主要由模具温度决定； 注射压力：可大到 1800bar。注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小，如 果制品表面出现了缺 陷， 那么应使用较高温度下的低速注塑； 流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是 47mm。建议使用通体为圆形的注入口和流 道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是 11.5mm，但也可以使用小到 0.7mm 的浇 口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP 材料完全可以使用热流道系统。 2.3 PP 的成型条件 表 2-1 PP 成型条件 项目 数值 注射成型机类型 螺杆式 密度 1.041.05 计算收缩率 0.40.8 温度 t() 80100 预热和干燥 时间 r(h) 23 后段 150170 中段 165180 料筒温度 t() 前段 180200 成型温度 t() 230290 模具温度 t() 8090 注射压力 p(MPa) 70140 4 注射时间 2060 高压时间 03 冷却时间 2090 成型时间 r(s) 总周期 50160 3 注射机的选择 3.1 制品的几何属性 3.1.1 塑件的壁厚 制品的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度的要求，对于大型复杂 难以充满型腔制品的内部易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时还会增加生产成本。本设计的 制品壁厚为 1.5 ，属于中型塑件壁厚。 3.1.2 塑件的圆角 塑件制品设计圆角，能使其成型时的流动性能好，成型顺利进行。因为当制品带有尖角时，往 往会在尖角处产生应力集中， 在受力或受冲击振动时发生破裂。 本设计的制品均采用圆角半径为 0.2 3.1.3 脱模斜度 制品冷却后会紧紧包在凸模上，为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤，擦毛等在制品设 计时应考虑其表面具有合理的脱模度。本设计采用的脱模度为 1。 3.1.4 制品的表面质量 制品的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等，制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。 这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷来保证外，主要取决于模具型腔表面的粗糙 度。一般模具表面的 粗糙度要比制品的要求低 12 级。精度要求采用 MT5。 如图 3-1，由于该塑件的特殊形状和尺寸，这里拟采用回转式型腔一次成型脱模，所以采用一 模一腔的模具结构较为合理。 5 图 3-1 塑件三视图 分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构 形状。 型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。 分型面的选择应注意以下几点： ? 不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品； ? 有利于保证塑件的精度要求； ? 有利于模具加工，特别是型腔的加工； ? 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计; ? 便于制件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边. ? 分型面应有利于侧向抽心； ? 分型面应取塑件尺寸最大处； 拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位。 本塑件分型面位置如图 3-2 所示。 6 图 3-2 分型面 3.2 注射机的选用 3.2.1 注射机的两种类型的优缺点 采用卧式注射机的优点是注射部分和锁模部分在同一水平线上，工作位置低，操作方便，稳 定性好，顶出后塑 M注射机的额定塑化量（16.8g/s） t成型周期，取 30s 注射机压力的校核 ae MPPKP117903 . 1 0 =。 而 ae MPP126=，注射压力校核合格。 式中 K 取 1.3 0 P取 90 a MP（壁厚易流动） 锁模力的校核 ， 型 KNKAPF53079.4412 . 1= 而KNF530=锁模力校核合格。其它安装尺寸的校 核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。 7 4 浇注系统设计 浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，它的作用是将塑料熔体顺 利的充满型腔的各个部位。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。注射成型的基本要 求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，影响顺利充模的关键之一就是浇注系 统的设计。 浇注系统设计原则 1.结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置； .尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间； 3.浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和 蛇形流动，并有利于排气和补缩； 4.避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生； 5.浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修； 6.熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部 位、形态，以及对制品质量的影响； 7.尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量； 8.浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有 IT8 以上的 精度要求； 9.设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施； 8 10.尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。 由于该模具是一模一腔，中心浇口，所以浇注系统主要计算主流道。 4.1 主流道设计 4.1.1 主流道的作用 主流道（也叫进料口） ，它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模 具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。若 主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气 不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成 旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加， 热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。 主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地 反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套 式（俗称浇口套） ，以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢 T8A、T10A 等，热处理要求淬火 53HRC57HRC。 在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小 型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开 设在定模板上。 浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时 由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口 套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦 可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。 4.1.2 主流道设计要点 (1) 浇口套的内孔（主流道）呈圆锥形，锥度 2 6。若锥度过大会造成压力减弱，流速 减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使阻力增大，热量损耗大， 表面黏度上升，造成注射困难。 (2) 浇口套进口的直径 d 应比注射机喷嘴孔直径 d1大 0.5mm。若等于或小于注射机喷嘴直 径， 在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。 (3) 浇口套内孔出料口处（大端）应设计成圆角 r，一般为 0.53mm。 (4) 浇口套与注射机喷在接触处球面的圆弧度必须吻合。设球面浇口套球面半径为 SR，注射机 球面半径为 r，其关系式如下： SRr12mm 9 浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触时圆弧度吻合的好。 (5) 浇口套长度（主流道长度）应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。 (6) 浇口套锥度内壁表面粗糙度为Ra1.6Ra0.8m,保证料流顺利，易脱模。 (7) 浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。 (8) 浇口套的长度应与定模板厚度一致， 它的端部不应凸出在分型面上， 否则会造成合模困难， 不严密，产生溢料，甚至压坏模具。 (9) 浇口 3）主流道剪切速率校核 由经验公式 1312 33 10510367. 2 ) 3 . 0(14. 3 5535.673 . 33 . 3 370320（拉杆间距） ，不合格；所以改选 SZ-250/1500 卧式注射机（上海 19 第一塑料机械厂） ，其主要技术参数如下表 6-1 所示： 表 6-1 注射机主要计算参数 项目 参数 项目 参数 理论注射容量/ 3 cm 255 锁模力/KN 1500 螺杆直径/ mm 45 拉杆内间距/mm 460400 注射压力/MPa 178 移模行程/mm 430 注射速率/(g/s) 165 最大模厚/mm 360 塑化能力/(g/s) 35 最小模厚/mm 220 螺杆转速/(r/min) 10390 定位孔直径/mm 125 喷嘴球半径/mm 15 喷嘴孔直径/mm 4 锁模方式 双曲肘 模具高度 290，220h1，满足要求； 第二次分型：挡块限定距离 L2=35mm 型腔高度 H2=35mm L2= H2，满足要求； 第三次分型：限位拉杆限位长度 L3=58mm，压块压下拉钩前行程 L 3=57mm 锲柱后退距离 H=25mm，则拉杆拉动距离 L= L 3-H=32mm 塑件能取出的旋转角度= 29，则需要拉杆拉动距离 H3=31.5mm L H3,满足要求。 24 9 侧抽芯机构的设计 侧向分型与抽芯机构，用来成形制品上的外侧凸起、凹槽和孔以及壳体制品的内侧局部凸起、 凹槽和不通孔。具有侧抽机构的注射模具，其活动零件多、动作复杂，在设计中特别要注意其机构 的可靠、灵活和高效。侧抽机构类型很多，根据动力来源的不同，一般可分为机动、液压或气动以 及手动三大类型。根据制品结构进行合理选用。 9.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定 考虑到塑件的结构，该套模具采用斜导柱侧抽机构。它具有结构简单、制造方便、安全可靠等 特点。 9.2 抽芯结构尺寸计算 9.2.1 抽拔距 mmZs5 . 325 . 12=+=+=，取mms4= 9.2.2 抽拔力 NAhqp6 .277)1sin1cos2 . 0(120015. 045. 8)sincos( 1 = 式中 1 p抽拔力（N） ； A侧型芯被包紧的截面周长（cmmmA45. 85 .84=） ； h成型部分深度（h=Z=0.15cm） ； 摩擦系数，取 0.2 脱模斜度 （查表 2191取 =1 ） ； q单位面积挤压力，取 1200 3 /cmN。 9.2.3 斜导柱弯曲力计算 由于抽拔方向与开模方向垂直，故滑块受力如图 10-1 所示。 经过力平衡方程的推导，可得出斜导柱承受的弯曲力为： N Q N2 .340 )53. 8220cos( )53. 8(cos6 .277 )2cos( cos 22 + = + = P Q F2 F1 X N 25 式中 N斜导柱所受的弯曲力（N） ； Q 抽拔阻力（NpQ6 .277 =） ； 图 9-1 滑块受力分析 f 钢材之间的摩擦因数，一般取 f=0.15； 摩擦角（ =53. 815. 0arctanarctan f ） 。 9.2.4 斜导柱截面尺寸确定 采用圆形截面，其直径为 mm NL d3 . 6 2 .1371 . 0 2 .102 .340 1 . 0 3 3 4 = 式中许用弯曲立（=137.2MPa） ； 4 L斜导柱有效长度（L4mm s 2 .10 20sin 5 . 3 sin = = ） 。 故由表 61273选得标准斜导柱尺寸 d=20mm,公差 028. 0 015. 0 )6( + + m，斜导柱固定孔 D=25mm，公 差为 021. 0 0 + ，H=13mm。 9.2.5 斜导柱长度 54321 LLLLLL+= mm tgtg s dtg h Dtg 64 1054 )105( 20sin 4 2020 2 1 20cos 32 2025 2 1 )105( sin2 1 cos2 1 = + + + += += 式中 L斜导柱总长度； D斜导柱固定部分大端直径； S抽拔距； h斜导柱固定板厚度，为mm32； d斜导柱直径； 斜导柱倾斜角。 9.2.6 斜导柱与滑块斜孔的配合 为保证在开模瞬间有一很小空程，使塑件在活动型芯未抽出来之前从型腔内或型芯上获得松 26 动，并使楔紧块先脱开滑块，以免干涉抽芯动作，斜导柱与滑块孔的配合应有 0.51mm 的间隙。 9.2.7 滑块设计 滑块采用整体式 1) 滑块的导滑形式：采用如图 9-2 所示的结构。 图 9-2 滑块的导滑形式 2) 滑块的导滑长度 L 应大于滑块宽度 B 的 1.5 倍， 滑块完成抽芯动作后， 应继续留在导滑槽内， 并保证在导滑槽内的长度 l 不小于滑块全长的 2/3。 3) 滑块的定位装置：如图 9-3 所示采用整体式锲紧块定位。 9.2.8 楔紧块的设计 1) 滑块锁紧形式，采用如图 9-3 所示的结构。 2) 楔紧块的楔角 )32(20)32( +=+= 取 = 23 图 9-3 滑块的定位装置 10 排气系统的设计 10.1 排溢设计 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。 10.2 引气设计 对于一些大型深腔壳形制品，注射成形后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时制 27 品的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当制品脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模 困难，如采用强行脱模，势必使制品发生变形或损坏，因此必须加引气装置。 10.3 排气系统几种方式 利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆、推管等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空 而变形，必须设置进气装置。 10.4 该套模具的排气方式 有二分型面间的间隙、镶件与模板的配合间隙。 11 温度调节系统设计 注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成形具有良好的产品质量 和较高的生产率。 11.1 加热系统 由于该套模具的模温要求在 80C 以下，又是中小型模具，所以无需设置加热装置。 28 11.2 冷却系统 一般注射到模具内的塑料温度为 200C 左右， 而制品固化后从模具型腔中取出时其温度在 60C 以下。热塑性塑料在注射成形后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具， 以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。 对于粘度低、流动性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙 66 等） ，因为成形工 艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。 11.2.1 冷却介质 有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。用水冷却， 即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。 11.2.2 冷却系统的简略计算 如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热 阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。 1、冷却水的体积流量 min/1045. 6min/00645. 0 255 .26187. 41000 5900687. 0 )( 333 211 mm c wQ qv = = = ）（ 式中 W单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kg/min） ，按每分钟注射 1 次，即 68.7g1 次/min=68.7g/min=0.0687kg/min。 Q1单位质量的塑件制品在凝固时所放出的热量，查表 4-252 得 ABS 为 590kJ/kg； 冷却水的密度（1000kg/m3） ； C1冷却水的比热容(4.187kJ/kg)； 1冷却水出口温度（取 26.5） ； 1冷却水入口温度（取 25） 。 2. 确定冷却管道直径 d 为使冷却水处于湍流状态，查参考资料取 d=8mm。 3. 确定冷却水在管道内的流速 v，由式sm d q v v /14. 2 60)1000/8(14. 3 1045. 644 2 3 2 = = 大于最低流速 1.66m/s，达到湍流状态，所选管道直径合理。 4. 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 h，查表 4272取 f=7.22（水温为 30时） ， 因此 29 )/(6 .31517 )1000/8( )14. 210( 22. 76 . 3 )( 6 . 3 2 2 . 0 8 . 03 2 . 0 8 . 0 chmkJ d v fh= = 5. 求冷却管道的总传热面积 A 22 1 5415005415. 0 2 255 .26 406 .31517 5900687. 06060 mmm h wQ A= + = = 6. 求模具上应开设的冷却水孔数 n 68. 0 315814. 3 5415 = dl A n 孔 7.冷却装置的布置 定模部分由于有流道的通过，故应加强冷却，把两条冷却水路布置在靠近流道的位置，如装配 图中所示，具体尺寸如零件图所示。 对于动模部分的冷却水路，由于动模部分推杆、推管布置较多且较密集，为了防止与之产生干 涉，故开设四条冷却水路。具体的位置尺寸如零件图所示。 12 典型零件的制造工艺 图 12-1 型腔镶件 30 12.1 加工工艺 如表 12-1 表 12-1 加工工艺表 序号 工序名称 加工工艺过程及要求 设备 1 下料 准备250mm40mm 的圆板坯料 龙门铣床 2 铣削 在铣床上装夹校正，平端面；粗铣外表面、台阶面，精铣各部 分外表面，上下平面留 3mm 工艺余量，径向加工至210mm 数控铣床 3 热处理 淬火加低温回火，表面硬度达 55HRC 以上 热处理炉 4 磨削 精磨外圆 206mm 至图纸要求 外圆磨床 5 磨削 在平面磨床上装夹校正，磨削上下两平面，以磨平为准 平面磨床 6 线切割加工在机床上装夹校正，编程线切割出型腔达到图纸要求 慢走丝线切割 机床 7 磨削 在平面磨床上装夹校正，磨削上下两平面，达到图纸要求 平面磨床 8 钳工 模具钳工对型腔周边倒棱去毛刺 9 检验 根据图纸对尺寸和形状位置精度进行检验 12.2 工序 2 数控编程 刀具：直径5mm，长度 50mm 棒铣刀 程序如下： N5 G71 N10( / B) N15 G0 G17 G99 N20 G90 G94 N25 G0 G49 N30 T1 M06 N35 S500 M03 N40 G0 G43 Z50. H1 N45 X-107.5 Y0. N50 Z42. N55 G1 Z32. F100. N60 G2 X107.5 Y0. I107.5 J0. N65 X-107.5 Y0. I-107.5 J0. 31 N70 G1 Z27. N75 G2 X107.5 Y0. I107.5 J0. N80 X-107.5 Y0. I-107.5 J0. N85 G1 Z22. N90 G2 X107.5 Y0. I107.5 J0. N95 X-107.5 Y0. I-107.5 J0. N100 G1 Z17. N105 G2 X107.5 Y0. I107.5 J0. N110 X-107.5 Y0. I-107.5 J0. N115 G1 Z12. N120 G2 X107.5 Y0. I107.5 J0. N125 X-107.5 Y0. I-107.5 J0. N130 G1 Z10. N135 G2 X107.5 Y0. I107.5 J0. N140 X-107.5 Y0. I-107.5 J0. N145 G1 X-115.5 N150 Z5. N155 G2 X115.5 Y0. I115.5 J0. N160 X-115.5 Y0. I-115.5 J0. N165 G1 Z0. N170 G2 X115.5 Y0. I115.5 J0. N175 X-115.5 Y0. I-115.5 J0. N180 G1 Z50. N185 M30 32 13 注射模具选材 本套塑料模具的选材可参考表 13-1。 表 13-1 模具选材 零件名称 材料牌号 热处理 硬度 说明 说明 回转型腔、型腔镶件 Cr12MoV 淬火 58HRC62HRC 淬透性好、热处理变形小、耐 磨性好 型芯、 Cr12MoV 淬火 58HRC62HRC 淬透性好、热处理变形小、耐 磨性好 动、定模板 动、定模座板 固定板 45 调质 230HB270HB 垫块 45 调质 230HB270HB 定模推板 45 调质 230HB270HB 主流道衬套、拉杆 T8A 淬火 50HRC55HRC 定位圈 45 33 斜导柱、滑块 T8A 淬火 54HRC58HRC 楔紧块 T8A 淬火 54HRC58HRC 定距螺钉 45 淬火 43HRC48HRC 限位拉杆 T8A 淬火 50HRC55HRC 导柱导套 T8A 淬火 50HRC55HRC 14 模具工作过程 模具装配试模完毕之后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下： 1.对塑料 PP 进行烘干，并装入料斗； 2.清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热； 3.合模、锁紧模具； 4.对塑料进行预塑化，注射装置准备注射； 5.注射，其过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模； 6.脱模过程：参考模具装配图，整个开模过程分四个阶段：第一次分型时，由于弹簧的作用， 使得在定模推板和定模座板分开一段距离，定模推板将塑件从型芯上脱出，同时进行侧抽芯动作， 直到限位拉杆限位，第二次分型时，动模板和定模板分开一段距离，直到固定在定模板上的挡块被 拉钩钩住，塑件从型腔中被拉出；第三次分型时，固定板和垫块分开，锲柱脱离锁紧状态，弹动一 段距离后在拉杆带动下，回转型腔转动开模，塑件从型腔脱落；之后压块将拉钩压下，脱离挡块限 制，模具得以在第二次分型处彻底打开，完成塑件的脱模动作。 7.制品的后处理：去除边刺，对制品进行调湿处理。 34 参考文献 1 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森主编. 模具设计与制造简明手册（第二版）M. 上海科学技术出版社，1998. 2 叶久新，王群主编. 塑料制品成型及模具设计M. 湖南科学技术出版社，2005. 3 许发樾主编，实用模具设计与制造手册M. 机械工业出版社，1998. 4 中国模具设计大典编委会编. 中国模具设计大典 2M. 西安科学技术出版社，2003. 5 伍先明，王群，庞佑霞，张厚安编. 塑料模具设计指导M. 国防工业出版社，2006.5. 6 陈宏钧主编. 实用机械加工工艺手册M. 机械工业出版社，2000. 7 大连理工大学工程画教研室. 机械制图（第四版）M. 高等教育出版社，2000. 8 许鹤峰，陈言秋主编. 注射模具设计要点与图例M. 化学工业出版社，1998. 9 屈华昌主编. 塑料成型工艺与模具设计M. 机械工业出版社，1996. 10 廖念钊等主编. 互换性与技术测量M. 中国计量出版社，1991.10 11 唐志玉主编. 塑料模具设计师指南M. 国防工业出版社，1996.6. 12 王旭主编.塑料模结构图册M. 机械工业出版社，1994. 13 徐进，陈再枝主编. 模具材料应用手册M. 机械工业出版社，2001. 14 现代模具技术编委会编. 注塑成型原理与注塑模设计M. 国防工业出版社，1996. 15 模具设计与制造技术教育丛书编委会编. 模具结构设计M.机械工业出版社，2004. 35 16 贾润礼，程志远主编. 实用注射模设计手册M. 中国轻工业出版，2000. 17 孙印杰等主编. 野火中文版 Pro/ENGINEER 模具设计M. 北京：电子工业出版社，2004. 18 杜智敏主编.Pro/ENGINEER 野火版塑料注射模具设计实例M.北京：机械工业出版社，2005. 19 张祥杰，黄圣杰编著. Pro/ENGINEER Wildfire 模具设计M. 北京：中国铁道出版社，2004. 20 张建钢，胡大泽主编.数控技术M.华中科技出版社，2000. 21 胡占齐，董长双，常兴主编.NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGYM.武汉理工大学出版社，2004. 致 谢 时间过得真快 ，四年的大学时光眨眼已过，在湖南科技大学的那一幕幕仿佛就发生在昨天。 在这四年期间，各位老师、同学给了我无私的帮助与关心，让我感受到了人与人之间的友爱与真情。 在此本 36 附录：外文文献翻译 Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 23 (2007) 305314 Thermoforming mould design using a reverse engineering approach K.W. Tam_, K.W. Chan Department of Mechanical Engineering, University of Hong Kong, Pokfulam Road, HKSAR, China Abstract Thermoforming is commonly used to produce shaped plastic sheets for packaging consumer products. The conventional method of designing and making thermoforming moulds is laborious and time consuming. A method based on a reverse engineering approach and thermoforming feature concept is proposed. The method involves the use of a self-developed device to digitise the surface of a product. A CAD model that corresponds to the thermoforming mould of the product is then constructed by using the digitised data. The construction of the mould surface is based on the concept of a defined set of thermoforming mould features. A modified Laplacian smoothing technique is applied to process the digitised data for generating the thermoforming mould surfaces. Several examples are used to explain the working principle and demonstrate the viability of the proposed method.r 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved. Keywords: Thermoforming; Pin-array digitising; Reverse engineering; Surface modeling 1. Introduction The thermoforming process is widely used in manufacturing industry to produce shaped plastic sheets for packaging consumer products that are usually sold at retail shops. The process involves draping a heat-softened plastic sheet onto the surface of a thermoforming mould. When the plastic sheet cools down, it takes up the shape of the mould. 37 Although CAD/CAM based techniques have been ubiquitously applied to facilitate product design and development in recent years 1, many small and medium sized enterprises (SME) located in the Pearl River Delta (PRD) region of southern China are still using conventional methods for designing and making thermoforming moulds. However, the conventional methods are labourintensive, artwork-skill demanding and of inferior output quality. In this paper, a reverse engineering based approach is proposed to improve the situation. Mould geometry is reengineered from the physical part in a computer aided environment. Hsiao and Chuang 2 demonstrated that shape re-engineering from digitised part is successful for general product form design. However, thermoforming moulds also have special features which are different from general products. Thompson et al. 3 suggested a feature based reverse engineering approach to model machining features for mechanical parts. This concept is adapted to model features in thermoforming moulds, which means thermoforming features are modelled based on the digitized data instead of general surface fitting in a conventional reverse engineering process. Freeform surface can be found very often in thermoforming moulds. A classification of freeform features in thermoforming mould facilitates thermoforming feature modelling. Poldermann et al. 4 and Fontana et al. 5 classified freeform features according to their generic shapes; however existing freeform feature classifications cannot facilitate feature modelling process. This is because thermoforming features are not only modelled for aesthetic purpose but also for achieving some specific functions which is explained in Section 5. The focus of this paper is on the presentation of a proposed solution for improving the design of thermoforming moulds. The following sections are organised as follows. Section 2 introduces the current thermoforming mould development process and its shortcomings. An alternative approach using reverse engineering technique is proposed and its advantages explained in Section 3. A self developed digitiser is introduced in Section 4. The function and shape relationship of a thermoforming mould is discussed in Section 5. Section 6 presents some computer programs for re-constructing a thermoforming mould model based on the sampled point set data of the corresponding packed part. Section 7 discusses and concludes the achievements of the presented work. 2. Conventional method of making thermoforming mould The typical thermoforming mould design and manufacturing processes used by most packaging companies in the PRD region of China are done manually and rely heavily on craftsmanship. The process begins with the laying of a product to be packed on a piece of cardboard . Plaster or modelling clay is then pasted on the product for creating a thermoforming master model. Additional features, such as the formation of an offset gap between the product and the formed plastic sheet, are introduced at this stage by using more modelling material. The shape of the model is then manipulated by hand with the aid of some simple hand tools . Use of a manual-type milling machine may be needed if flat surfaces or relatively more complicated shape features are required. Moreover, taper angle has to be introduced to the side walls of the thermoforming master for easing the withdrawal of the thermoformed plastic sheet. The geometry of the model is often refined region by region since 38 it is difficult to adjust the entire shape of the model manually at one time. Since the thermoformed sheet is mainly used for packaging and display purposes, the final surface shape of the thermoforming master model does not need to conform exactly to the surface shape of the packed product. The completed clay or plaster model is then used to form a preliminary plastic sheet by using a thermoforming machine. Plaster slurry is then po