瓶盖的注塑模具设计

摘 要本文主要对日常生活中人们经常吃的瓶装益达木糖醇口香糖的瓶盖的结构进行分析并对其生产加工的注塑模具进行设计。在模具结构设计中，模具内部型芯采用强制脱模，瓶盖的侧面采用侧向抽芯。在模具的结构设计中，主要内容包括有:模具分型面的选择、主流道、分流道及冷却水管道的设计与布局，顶出机构和导向机构等模具的重要部件的设计和计算。然后用pro/E及AutoCAD软件绘制出模具的三维及二维总装图，最后对模具成型零件的加工工艺进行设计，这样能够使得我的设计能够更加好的应用到实际生产中，使一线加工人员更加易懂，尽量使其掌握加工的要点。关键词：注塑成型，模具设计，瓶盖，pro/EAbstractThe paper mainly introduce and design the mould of the bottle cap, which in daily life people often eat, of the Extra xylitol chewing gum. The overall shape uses injection molding. The molding core uses force ejection. The side of the bottle cap uses lateral core pulling. The structural design is the most important point in the all die design, which includes: the choice of the molding parting surface, the design and layout of the mainstream road, shunt and cooling water piping, the introduction of body-oriented body, hinge design and other important part, and then use the graphic software of Pro/E and autoCAD to design 3D and 2D assembly drawing of mould. At last design the machine processing of molding part .This can make the design been applied to actual production, try to grasp the main points of processing for the first-line workers. Key Words: injection molding, design of moulds, bottle cap, pro/E目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 前言11.1模具行业及产品发展现状11.2选题意义11.3设计要求21.4设计思路21.5 本章小结2第2章 塑件工艺件设计分析32.1概述32.2塑件分析32.3 塑件材料的确定52.3.1 塑件材料的选择52.4 塑件材料的各项性能62.4.1 主要特性62.4.2 密度62.4.3 制件壁厚62.4.4 精度72.4.5 尺寸公差72.4.6 塑件的成型工艺性能介绍72.5 体积计算确定型腔数量及型腔布局82.5.1 体积82.5.2数量92.5.3型腔布局102.6 塑件的脱模斜度102.6.1脱模斜度的意义和影响102.6.2脱模斜度的确定102.6.3脱模斜度的验证102.7 注塑设备的选择及其主要参数122.7.1注塑设备的型号选取122.7.2注塑设备的主要参数122.7.3动、定模固定板的尺寸132.8注塑机重要参数的校核142.8.1注塑容量的校核142.8.2注射压力的校核152.8.3锁模力的校核152.9 模架的选择182.10本章小结18第3章 分型面的设计193.1概述193.2分型面的选择193.3分型面的设计203.3.1 塑件上下分型面的设计203.3.2 塑件下分型面首次分型的设计203.3.3 塑件下部内型芯再次分型的设计213.4 本章小结22第4章 浇注系统234.1主流道设计234.1.1浇口套设计234.1.2浇口套的固定形式234.1.3本小节标题244.2分流道的设计244.2.1分流道的布局244.2.2分流道的长度254.2.3分流道的形状254.3浇口设计254.3.1 浇口的尺寸264.3.2 浇口的形状274.3.3 浇口的位置选择274.4 本章小结27第5章 模具成型零部件的设计285.1型腔的设计285.2型芯的设计295.3镶件的设计295.4加工工艺方案制定305.4.1模板加工工艺方案305.4.2型腔加工工艺方案325.4.3侧滑块加工工艺方案335.5本章小结33第6章 顶出机构和侧向分型及抽芯机构的设计346.1概述346.2顶杆顶出机构346.3推板顶出机构356.4侧向抽芯机构的设计356.4.1 滑块的设计356.4.2 锁模块的设计376.4.3 斜导柱的计算376.5本章小结38第7章 冷却系统的设计397.1 冷却管道的工艺计算397.1.1 冷却管道的直径计算397.1.2 冷却水管的孔数407.2 冷却水道的结构设计407.3 本章小结41第8章 模具的装配图和零件图428.1 模具3D图形的绘制428.1.1 绘图方法和过程428.1.2 模具通过EMX插件得到的三维爆炸图438.2 模具和零件2D图形绘制448.2.1 模具工作图448.2.2 塑件零件图448.2.3 零件图458.3 本章小结45第9章 设计存在的问题和解决方案47总结与展望49参考文献50致 谢51第1章 前言1.1模具行业及产品发展现状在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航天航空、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，因此模具工业是国民经济的基础工业，模具的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，专和精仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算，合理选用注塑机，并对各个参数进行了校核，设计出一副合理，经济，适用的塑料注塑模具。国外发达国家模具标准化程度为七成到八成，而我国只有三成左右。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期四分之一，并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。应用模具计算机辅助绘图技术设计模具已较为普遍，推广使用模具标准件，能够实现部分资源共享，这会大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展计算机辅助绘图技术、提高模具的精密度有重要意义。1.2选题意义本论文“益达木糖醇瓶盖的注射模具设计”中，瓶盖的成型方法主要是注射成型，它是当今注射模具制造行业最为复杂而又最为常用的模具之一，注射成型的难点，模具设计的工艺都引起了制造业的高度注意。本课题就围绕“益达木糖醇瓶盖的注射模具设计”进行调查，设计，研究，整理从而得出设计方案以及改进意见。1.3设计要求（1）掌握相关参数确定模具的分型面、型腔数目、进胶方式及相应的结构并通过查阅相关的手册及教材对模具的零部件进行计算设计。（2）运用AutoCAD、Pro/Engineer绘图软件来绘制相应的二维总装图，三维结构图及相应的零件图。（3）通过UG等软件 对零件图和三维结构图进行转换改进并计算出各种参数并修正。 （4）运用模具的成型零件进行加工工艺设计。1.4设计思路通过使用Pro/ENGINEER Wildfire和AutoCAD两种制图软件进行模具设计的基本思维方式和过程，并通过对模具设计基本概念、模具设计流程进行认识和理解的基础上，进行了分型面的设计，浇注系统的设计，成型零部件设计，顶出脱模机构的设计，侧向分型抽芯机构的设计，排气结构的设计，温度调节系统的设计，模具零部件材料的设计，导向机构的设计等。最终设计出能顺利脱模的模具和模具零件。1.5 本章小结 本章通过介绍模具行业以及其产品的发展，说明了模具在现代工业发展中占有非常重要地位。另外介绍了此论文的选题的意义，并提出了设计的要求。再经过思考和整理之后又列出了此论文的设计思路以及要完成的设计任务的重点所在。49第2章 塑件工艺件设计分析第2章 塑件工艺件设计分析2.1概述此章将会对塑件的工艺设计进行分析，确定此论文题目中木糖醇瓶盖的材料及其收缩率和密度等特性。然后通过体积计算确定型腔的数量及排列，并由此选择相对应的注塑机的型号和模架。2.2塑件分析图2.1 塑件模型3D图图2.2 塑件模型前视图图2.3 塑件模型俯视图图2.4 塑件尺寸的二维结构图由于塑件的尺寸线在2D图中过于繁琐，只注外形尺寸。实际加工中，型芯的2D图也不过多标注，直接由3D模型编制CNC加工程序。故此处不在2D图中标注。2.3 塑件材料的确定2.3.1 塑件材料的选择考虑到木糖醇瓶盖的工作环境，由于木糖醇瓶盖是存放口香糖的容器，所以木糖醇的瓶盖必须是无毒，无臭，无味的材料制成。且木糖醇的瓶盖应该具有一定的密封性。又由于瓶盖要经常翻折、合盖、打开，所以材料的选择上必须选择有一定柔性、延展性的材料，这样有利于某些部位的强制脱模。综合考虑，木糖醇的瓶盖选择的材料为：低密度聚乙烯（LDPE）。LDPE 材料说明1：低密度聚乙烯密度为0.910.94g/cm，是聚乙烯中最轻的品种，结晶度较低（55%65%），熔点105110，使用温度在80以下。它柔软性、延展性、冲击强度、透明性较好。但力学强度、透湿性和耐环境老化性能（耐候性）较差。适于制作塑料薄膜、软管、包装容器、密封容器及电器工业绝缘零件和包覆电缆等。2.4 塑件材料的各项性能2.4.1 主要特性LDPE:拉伸弹性模量840950MPa、压缩比 1.731.9、成品收缩率1.53.0%、与钢的摩擦因素 0.11、泊松比 0.382。这里主要针对LDPE的收缩率进行分析，影响收缩率变化的原因：（1） 塑件品种（2） 塑件结构（3） 模具结构（4） 成型工艺由于生产的塑件为薄壁类，故收缩率应取较小值为1.5%（成品收缩率）。LDPE塑料具有较好的流动性，可用于制造结构相对复杂的薄壁类塑件。2.4.2 密度LDPE的密度一般为0.910.94g/cm，为保证盖子有一定的强度故这里确定材料的密度为0.93 g/cm。2.4.3 制件壁厚瓶盖的壁厚为1mm（聚乙烯的推荐小型塑件壁厚：1.25mm和最小壁厚参考值0.80mm3）。在设计完产品之后，为了确保产品的壁厚在确定的范围之内，需要对塑件进行检测，而在产品3D设计的软件Pro/ENGINEER Wildfire中，就有用于检测产品厚度的功能，检测的结果如下：图2.5 厚度检测图2.4.4 精度瓶盖的尺寸精度：根据“塑件精度等级的选用（SJ1372-1978）”，选择建议采用的精度等级为聚乙烯一般精度7级。2.4.5 尺寸公差瓶盖的尺寸公差：根据“塑件的尺寸公差（SJ1372-1978）”，塑件基本尺寸在3040mm精度等级为7级的推荐公差数值为0.72mm。 2.4.6 塑件的成型工艺性能介绍料筒温度：料筒温度主要是与PE的密度高低和熔体流动速率大小有关，另外还与注塑机的类型和性能，一级塑件的形状有关。由于PE为结晶型聚合物，在熔融时晶粒要吸收一定热量，因此料筒温度应高于它的熔点10度。度于LDPE来说，料筒温度控制在140200，HDPE的料筒温度控制在220，料筒后部取最小值，前端取最大值。模具温度：模温对塑件的结晶状况有较大影响，模温高，熔体结晶度高，强度高，但收缩率也会增大。通常LDPE的模具温度控制在3045，而HDPE的温度相应再高1020。注塑压力：提高注塑压力有利于熔料的充模，由于PE的流动性很好，因此除薄壁细长制品外，应该精良选择较低的注射压力，一般注射压力为50100MPa。形状简单。壁后较大的塑件，注射压力可以低些，反之则高。2.5 体积计算确定型腔数量及型腔布局2.5.1 体积根据PRO/E对零件的分析可得制件的体积为：3621.68mm。图2.6 体积计算2.5.2数量图2.7质量检测根据PRO/E的分析可得：体积 = 3621.6782 mm曲面面积 = 7348.8016 mm 并由已知 密度 = 0.93000000 g/cm 可得：质量 = 3.3681607 g每个塑件的质量约为3.4g，考虑到瓶盖的侧面有凹陷的部分，后面的设计中必须采用正反两面都需要移动的侧向分型面的设计（具体设计将在下章分型面的设计中分析）。考虑到LDPE的材料性质（成型周期较短）、塑件的尺寸精度、每个塑件的成型压力、生产效率和生产成本等各因素，将模具的型腔定为：一模四腔。一次注射成型可加工4个相同塑件，塑件的总质量为：43.4g14g，总注射量为：43.615cm2.5.3型腔布局由于用到了侧向分型面，塑件只可以分布在同一直线上，下图为型腔的分布图：图2.8 型腔分布图2.6 塑件的脱模斜度2.6.1脱模斜度的意义和影响塑件在冷却后会产生收缩，会有包紧力作用在凸模或者成型的型芯上；或者粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时刮伤、擦毛等，在设计时塑件表面沿脱模方向应该具有合理的脱模斜度。2.6.2脱模斜度的确定根据“塑件常用的脱模斜度4”中推荐 聚乙烯材料的脱模斜度为：凹模（型腔） 2545凸模（型芯） 2045然而在外观设计方面，瓶盖的美观性使得瓶盖需要有更大的斜度。所以这里将模具的脱模斜度定为 3。此角度大于推荐的角度，故不会阻碍脱模，并有助于脱模。2.6.3脱模斜度的验证在设计出模具的3D图后，为了检验塑件的脱模斜度是否符合要求，需要对塑件进行拔模检测，PRO/E当中自带的拔模斜度检测工具就能较好的帮助设计者完成对零件脱模斜度的检测，其检测的结果如下：图2.9 塑件模型脱模斜度检查图从图中可以看出：塑件的绝大多数外表面都是蓝色，绝大多内表面数为红色或浅红色，由此可得总体的脱模斜度是正确的。中间凸起部分则为白色，也就是没有脱模斜度是因为白色凸起中间部分与盖子下面的瓶身颈部的内壁配合，故不考虑其脱模斜度（为了有更大的接触面积，起到密封作用，瓶身的颈部和瓶盖凸起部分的斜度又难以做到一致，故两者都是没有斜度的配合）。然而在盖子外壁上有一环状红色，内壁也有一处环状蓝色，与周围颜色形成鲜明对比，这说明这里的脱模斜度是反的，具体是为了类似于扣子一样把瓶盖扣在瓶子的颈部（详见图2.5），使之起到关闭瓶口的作用，且此处为过盈配合。经过分析，可以得出内部型芯必须通过强制脱模才能将型芯和塑件分开。图2.10 瓶盖内部凸起结构分析图经过检查，从外表面到内表面，模具的脱模斜度基本正常，能保证正常的脱模斜度要求2.7 注塑设备的选择及其主要参数2.7.1注塑设备的型号选取选取型号为XS-Z30的注塑机。2.7.2注塑设备的主要参数表2.1 SX-230注塑机主要参数表SX-230注塑机主要参数名称数值单位型号SX-Z30注射量(最大)30cm螺杆（柱塞）直径（28）mm注射压力119MPa注射行程130mm注射时间0.7s注塑方式柱塞式合模力25t最大成型面积90cm模板行程160mm模具高度最大180mm最小60mm模板尺寸250280mm拉杆距离235mm合模方式肘杆功率5.5Kw机器重量0.9t图2.11 卧式注塑机图2.7.3动、定模固定板的尺寸动、定固定模板尺寸：280250mm。具体尺寸见下图：图2.12 动模固定板图2.13 定模固定板2.8注塑机重要参数的校核初选完注塑机的型号以后要对注塑机的各项重要参数进行校核，比较实际需求是否能满足注塑机的重要参数。2.8.1注塑容量的校核标准注射机的标准规定：注塑容量是以注塑低聚乙烯时对空注塑的条件下，注塑机螺杆或柱塞做一次最大行程的过程中能达到的最大容量。注射量的大小是选择注塑机的一个重要参数。它反应了注塑机的注塑能力，意味着注塑机能注射成型多大体积的注塑制品。在以容量计算，进行校核时，必须使在一个注塑周期内所需的注塑塑料熔体的容量在标准注塑机额定的注射量的80%以内，就是： V塑0.8V注 （2.1）式中V塑即注塑机的最大注射容量，cm3；V注即产品塑件与浇注系统的体积的总和,cm3；0.8为最大注塑容量的利用系数。本设计中，注射量校核如下：由PROE的分析测量体积可得：V模3.6cm3,V浇5.3cm3 （2.2） V塑V模浇 =14.4+5.319.7cm3式中，V模为单个产品塑件的体积，乘4是由于本次设计的模具是一模四腔；V浇为浇注系统的体积和，包括主流道，分流道，浇口，冷料穴的体积总和。最后得出V浇V塑/0.8=19.7/0.824.6cm3；选定的注塑机容量为30cm3，所以注塑机的注射容量符合标准要求。2.8.2注射压力的校核注射压力大小决定了注塑机的最大注射压力是否能满足注塑制品成型的要求。只有在注塑机的额定注射压力之内才能通过调节，使注塑机调整到某一材料注射制品时所需要的注射压力，因此注塑机的最大压力必须大于该制品所要求的注射压力。注塑制品时所需要的压力与塑料的品种，注塑机的类型，喷嘴形式，制品的复杂程度（外观，结构等），浇注系统等诸多因素有关。在本次设计中，参考了制品的材料低聚乙烯(LDPE)的材料特性，以及给定的推荐压力，最终确定制品所需的注塑压力为80MPa，而注塑机的注射压力能达到119MPa，这肯定了注塑机的注塑机的压力符合标准要求。2.8.3锁模力的校核锁模力为注塑机锁模装置用来夹紧模具的力，所以选择的注塑机的锁模力必须大于高压熔体注入模具型腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。否则，在产品塑件成型时会因锁模力不紧而发生飞边跑料的现象。 FpA/1000 （2.3）式中：F为锁模力,KN；P为型腔压力，MPa；A为塑件及浇注系统在分型面上的投影面积，mm2。已知参考的低聚乙烯的型腔压力为2530MPa。确定型腔压力25MPa。浇注系统的投影面积与产品的投影面积可以通过PROE中的分析得出，S=1326.69。由于浇注系统的投影较为分散，即定为一倍的单个制品的阴影面积。图2.14 截面面积分析图即A=4S模+S浇。A=4S+S=6633.45mm2胀模力即为F=pS=256633.45=165836.25N16.6KN。而注塑机的锁模力为25T，即为250KN。250KN远大于计算所得的胀模力16.6KN。所以注塑机的锁模力符合标准要求。2.8.4开模行程的校核为了能在模具开模后取出制品塑件，要求有足够的开模距离，本次设计的开模行程分为两段：S1剥料板的开模距离，S2动模和定模的开模距离。SMax=H1+H2+a+（510）mm。 (2.4)SMax= SK-HmH1+H2+a+（510）mm。 (2.5)SKHm +H1+H2+a+（510）mm。 (2.6)S133mm，S291mm图2.15限位杆距离检测图图2.16斜导柱距离检测图S1+S2=33+91=124mm；又因为S1浇注系统的高度，S2产品塑件的厚度，产品塑件可以顺利从型腔脱出。而注塑机的最大行程为160mm，所以注塑机的开模行程符合标准要求。2.9 模架的选择根据型腔排列的方式和型腔的大小以及考虑到需要用到剥料板的综合考虑，选定模架为：futaba_s的模架，类型为SA-TYPE。其结构以及尺寸如下：图2.17 模架高度参数图图2.18 模架厚度参数图2.10本章小结此章对产品塑件的工艺设计进行了分析，确定了塑件产品的材料及其特性。然后通过计算确定了型腔的数量与排列方式，并由此选择相对应的注塑机型号和模架类型型号，最终通过计算验证初步的选择满足了实际的情况。第3章 分型面的设计第3章 分型面的设计3.1概述如果型腔是完全的封闭，不能打开的非实心整体式模块，则即使顺利完成注射成型也无法取出型腔内部的产品塑件。由此可见，模具必须制造成可以分离有可以闭合的两个或几个部分，来满足注射过程中成型、脱模的要求。模具的这种实现分离与闭合的接触面即被称为分型面。本章就是对本设计中的型腔分型面进行设计。3.2分型面的选择通常来说，分型面可以分成平面分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面、瓣合分型面和立体分型面等。分型面的确定受诸多因素的影响：模具结构、模具制造工艺、总体布局、浇注系统、塑件产品结构工艺性、嵌件的位置、推出顶出机构、排气系统、操作工艺等。必须综合考虑优化筛选才能设计出合理的方案。通常遵循以下几个基本原则：1) 保证塑件产品的外观质量要求。2) 分型方向确定后，分型面应该设计在此方向上的塑件产品的外形最大轮廓处。3) 尽量使分型面的设置有利于塑件产品的脱模。4) 在保证塑件产品具有良好精度的基础之上，提高塑件关键形位尺寸的精度要求。5) 尽量使分型面有较好的加工工艺性。6) 为了可靠锁模，尽可能减少塑件在合模分型面上的投影面积。7) 使模具具有尽可能好的排气效果。8) 尽量避免侧向分型和侧向抽芯机构，尤其应该避免在定模一侧设置侧向抽芯机构。9) 如果无法避免抽芯机构，也尽量选择能够缩短侧向抽芯距离的方案。10) 充分考虑飞边毛刺方向对塑件产品的质量的影响程度。11) 尽可能实现分型面上力的平衡。3.3分型面的设计3.3.1 塑件上下分型面的设计考虑到瓶盖前端有个帽檐部分，所以此处作为上下分型面最佳。这样可以顺利脱模，而不会因为帽檐部分卡住导致不能脱模。具体由图所示：图3.1 上下分模示意图3.3.2 塑件下分型面首次分型的设计考虑到下半部分产品塑件360都有的凹陷作为瓶盖的卡扣，所以此处不易脱模，需采用侧向移动的滑块，将产品塑件与外部的模具动模分开。另外还需考虑作为瓶盖打开和闭合处，需要一个密封的封条，封条的起点和终点端都需要有一定的空隙，如果此处不设置侧抽芯滑块，产品不能脱模。经过分析最终选择在前后分型面上做分型。具体由图所示：图3.2 下型腔分型示意图3.3.3 塑件下部内型芯再次分型的设计为了使整个瓶盖从型芯顺利脱出，需要将型芯外部与产品塑件脱离，从而使产品被型芯内部顶出。还要使得型芯不与外部侧滑块的结构发生干涉，最终确定了方案，具体由图所示： 图3.3 下部型芯分离示意图图3.4 顶杆顶出示意图3.4 本章小结。本章对本设计的模具分型面：上下分型面，前后分型面，内部的分型面进行了设计分析，最终确定了最理想的方案。并在图上给出参考的指示。Error! No text of specified style in document.第4章 浇注系统浇注系统：从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口之间的流道。多模腔的模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。本章会对此次设计的浇注系统进行分析并选出最适合的方案。4.1主流道设计4.1.1浇口套设计主流道是注塑机喷嘴与分流道之间的供塑料熔体流动的通道，其形状尺寸对熔体的流动和注射时间有很大的影响。主流道一般被设计在浇口套中。主流道的设计通常为圆锥形。锥度在23。内壁粗糙度在Ra0.63m。具体设计如下图所示：图4.1 浇口套4.1.2浇口套的固定形式本次设计的浇口套固定形式如下：为了尽量缩短注塑机的喷嘴与塑产品塑件间的距离，浇口套设置在剥料板的上表面下沉15mm。通过定位环定位压紧定位在剥料板的上表面中心位置，具体如下图：图4.2 浇口套与定位环4.1.3本小节标题确定了主流道的浇口套及其固定环的设计和固定方式。4.2分流道的设计4.2.1分流道的布局分流道横截面形状有很多种：圆形、梯形、六边形、圆角梯形、等。在各种截面中，圆形截面是使用最为广泛的，本设计就采用了圆形截面这样的分流道使用效率高，在分流道中流过塑料熔体的流量相同的情况下，其分流道内的表面积最小，减小注射过程中的散热面积，减少压力损失。对应的缺点就是加工难度较大。不能采用加工中心端面铣刀铣削，一般采用电火花加工。考虑到模具型腔的分布情况，为使注射压力在各个型腔较为相近，保持相同的注射压力，其具体的布局如下：图4.3 分流道4.2.2分流道的长度为了使受力均匀，流道平行分布在同一水平面上，交错的部分有拉料杆的冷料穴分布。具体总长度约为503+103=180mm。4.2.3分流道的形状分流道的形状已经选定为圆形，分布在定模板上即为半圆形。具体直径计算根据经验公式： （4.1）式中：D流道的直径，mm；M制品的质量，g；L分道的长度, mm。D=0.265413.481/2150/4=0.26543.673.662mm。2mm的直径在聚乙烯塑料的设计推荐用的直径范围之内1.59.5mm之内。具体入下图所示：图4.4 点浇口4.3浇口设计浇口是连接分流道和型腔之间的通道。除了直接浇口以外，它的截面是浇注系统中最小的，但是却是最关键的部分。它的位置、形状和尺寸对产品塑件的成型有较大的影响。它的设计包括了形状、尺寸的确定和位置的选择。本次设计中为了提高生产效率采用了一模四腔的结构设计，又因为材料的特性，经过各种分析比较，最终决定采用点浇口的浇口形式。点浇口：点浇口又被称为针点浇口、橄榄形浇口或菱形浇口。它的截面一般为圆形，其尺寸较小。优点如下：1） 注射时点浇口前后存在很大的压差，增加了熔体的剪切速率，产生剪切热，从而使熔体的表面粘度下降，流动性增强，有利于填充型腔。2） 浇口疤痕较小。3） 容易达到浇注系统的平衡。4） 当产品的尺寸较大时可以从几个点同时进料，缩短流程时间，降低流动阻力，减少翘曲变形。5） 浇口凝料便于脱落，有利于自动化生产。缺点如下：压力损失过大，收缩大，塑件容易变形，模具需要增加一个分型面，以便于浇口凝料脱模。4.3.1 浇口的尺寸点浇口的直径d选取范围一般为：d=0.52.5mm。常用尺寸范围为：d=0.51.5mm。也可以用以下经验公式计算： （4.2）A表示型腔表面积；T表示塑件在点浇口处的厚度。d=（0.14020）8.28131156d1mm所以这里d取1mm。确定了点浇口的直径为1mm。图4.5 浇口流道4.3.2 浇口的形状点浇口为圆形浇口，在确定浇口形式时，确定了点浇口即确定了浇口的形状。4.3.3 浇口的位置选择在本次设计中，浇口的位置选择如下：浇口设置在瓶盖的顶部。由于瓶盖的四周需要较好的成型面，不适宜放置侧浇口，顶部中央可以设置为浇口，放置在中央可以浇口中流出的熔体均匀分散到产品塑件的四周，使产品塑件在注塑时保持相对平衡的压力状态。而且在瓶盖的顶部设置浇口，塑件产品瓶盖之上通常会粘贴产品的标签，能遮住浇口的痕迹。4.4 本章小结本章对设计中的浇注系统进行了设计，对主流道，分流道，浇口等进行了计算验证。第5章 模具成型零部件的设计 第5章 模具成型零部件的设计模具中，决定产品塑件几何形状与尺寸的零部件成为成型零部件，主要包括凸模，凹模，凸凹模，型芯，镶块，成型杆，成型环等等。成型零部件在工作时直接和产品塑件接触，在一定的温度下承受着熔体的压力和摩擦，所以必须要有合理的结构、较高的强度和刚度、较好的耐腐蚀性、耐磨性、正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。5.1型腔的设计考虑到本设计中的型腔都是比较小的，有些突出和凹槽加工的时候容易破损。所以整体采用小块批量加工，多做几个备件，也可以在今后模具的使用过程中进行更换坏的零件。工作尺寸的计算根据公式计算得出，见表5.1表5.1 注塑模成型零件工作尺寸计算公式表其中：凸模的尺寸为： 凹模的尺寸为：凸模高度为： 凹模高度为：中心距尺寸为：由于瓶盖的配合精度不是很高，故此不着重计算。不考虑收缩率变化大小。本次设计中，凹模采用：组合式凹模。并采用：局部镶嵌式凹模。型腔的结构较为复杂。型腔较小，不易加工，容易磨损，经常需要更换零件。最终决定做成镶件，嵌入凹模板中，用螺钉进行固定。本次设计中，凸模采用：小型芯的结构。小型芯用于成型塑件的孔或槽。先把它单独制成，采用装配的形式，嵌入凸模板中，也用螺钉进行固定。图5.1 小型芯设置示意图5.2型芯的设计内部型芯已经由凸模型腔代替，故不另做设计。5.3镶件的设计整体无需小的镶件，但是在瓶盖的上半部和下半部之间有环形的缝隙，做为开口的封条周围需要薄的嵌件，此嵌件由于受到型腔内部较大的压力，容易损坏变形，可能需要经常更换，所以制成嵌件。具体如图所示：图5.2 嵌件示意图5.4加工工艺方案制定塑料模具的制造加工方式大体可以分为：切削机加工，钳工加工，特殊加工三大类。切屑机加工指：采用不同的机床（车床，铣床，磨床，加工中心）进行粗加工和精加工等。钳工加工指：采用锉，铲，砂纸，油石等手工措施去加工切削机床所预留的加工余量和毛刺等。并将半成品的模具加工成符合图纸尺寸，形状，表面粗糙度要求的成品，然后通过组装，调试，加工最终总装成合格的模具。特殊加工指：在零件较为复杂或者精细，大型机器难以加工细小部位的时候采用的加工方式，比如电火花加工，线切割等。本人在毕业实习期间在绍兴上虞的一家从事汽车零部件生产的模具厂实习，对某些特殊加工有一定了解，虽然这些设备比较昂贵，但是加工效率高，产品的质量比一般加工的产品好了很多。所以本人在此设计中可能会比较多的使用这些先进加工设备的加工方式。5.4.1模板加工工艺方案定模板的加工工艺方案表5.2 加工工艺方案表工序内 容设 备1铣削端铣坯料的六个端面铣床2CNC粗加工粗加工型腔面、导柱孔CNC 3CNC精加工精加工成型面点、导柱孔CNC 4CNC精加工弹簧孔CNC5磨削磨上、下端面平面磨床6电火花加工点浇口孔、拉料杆孔石墨机，火花机7钳工抛光成型面、倒角，攻丝注：为了方便加工工件，优先打两边的吊环孔，可以方便工件的搬运与加工。（个人经验）图5.3 工艺分布图同理 动模版的加工工艺方案。图5.4 槽孔加工示意图滑块限位槽、拉料杆孔：采用线切割（此处EDM在允许的情况下采用慢走丝加工，来提高模具的精度）。斜导柱孔、限位开关孔、型芯孔 ：采用CNC。5.4.2型腔加工工艺方案型腔的加工首先采用CNC加工平面、螺钉孔。下半部分的型芯，采用数控车床加工。然后沿着箭头方向打火花机。在用CNC加工型腔的同时，用石墨机参考零件模型制作用来给型腔精细部分加工的石墨电极。然后将石墨电极安装到电火花机上进行打电火花的型腔表面加工。为了保证产品的尺寸精度要求，可在必要的时候使用慢走丝线切割进行加工，以提高表面的质量。图5.5 型腔示意图5.4.3侧滑块加工工艺方案线切割，慢走丝精加工孔。制作模具侧滑块模型的石墨电极，电火花加工。5.5本章小结本章对模具的成型零部件进行了设计，并对型腔，型芯等做出了加工工艺的方案。第6章 顶出脱模机构和侧向分型及抽芯机构的设计第6章 顶出机构和侧向分型及抽芯机构的设计6.1概述本设计中，顶出系统采用顶杆顶出机构，产品塑件包覆的型芯分为两个部分：型芯内部作为顶杆，用于顶出塑件，使塑件脱出型芯外部表面；型芯外部固定于定模模板之上。6.2顶杆顶出机构本设计中的顶杆采用圆柱型顶杆，也就是型芯的内部。为了使顶杆能较好的将塑件推出，且又要有成型面的要求(在塑件内部有突出部分，顶杆上部中央需凹陷一个圆形球面)，需要有较大截面积和一定的形状，要另外对顶杆进行精加工。其结构和位置如下图所示图6.1 顶杆示意图图6.2 顶杆设置图6.3推板顶出机构在动模一侧设置推板，来放置推杆使推杆推出塑件进行脱模。推板一侧还需设置四个与动模和定模的分型面接触的导柱来限位。最终的脱模效果如下图所示：图6.3 脱模效果图6.4侧向抽芯机构的设计由于要脱出侧向分型面上的两个滑块，必须采取侧向抽芯的机构。6.4.1 滑块的设计滑块采取限位槽的方式放置在动模板上。在动模滑块下方设置表面带有斜槽的耐滑块。图6.4 滑块放置图滑块背部也设置耐滑块，另外可以通过耐滑块来调整滑块间的配合（在整体组装好 ，对模具调试的时候，能方便调整）。滑块两端顶部设置压条。图6.5 压条紧固示意图6.4.2 锁模块的设计锁模块设置于定模板上，定模的型腔镶嵌于放置锁模块中央的定模腔体内。斜导柱被压固定于底座与定模板之间。图6.6 斜导柱安置示意图6.4.3 斜导柱的计算由设计得出斜导柱配合的零件图：图6.7 斜导柱的放置尺寸图斜导柱的倾角为19，耐滑块背部配合角度为21。求斜导柱的直径d： （6.1）此处取斜导柱的直径为10mm。斜导柱的总长计算：可以通过CAD画图标注或者PROE的分析测量得出斜导柱的长度为：L=68mm。 6.5本章小结本章对顶出脱模机构进行了设计。对本设计中的顶杆，推板顶出机构，侧向抽芯机构，斜导柱作了介绍并计算。第7章 冷却系统的设计第7章 冷却系统的设计温度对产品塑件的影响：变形，尺寸精度，力学性能，表面质量。模具温度调节系统应该包括：加热系统与冷却系统两个方面，要根据塑料的品种，产品塑件的结构形状，尺寸，生产效率和成型工艺对模具的要求来确定对模具加热还是冷却。模具冷却系统的冷却方法一般是：在型腔，型芯或滑块等部位合理的设置冷却水道，并通过调节冷却水流量和流速来控制模具温度。模具冷却的主要目的是为了：提高塑件质量和缩短成型周期。通过比较最终确定本次设计的冷却系统采用循环水冷却方法。7.1 冷却管道的工艺计算根据本次设计的目的要求可得出的已知条件为：产品塑件：LDPE；产品塑件的成型周期：8s；成型周期内塑件的质量：13.5g；水的密度：1g/cm3。通过计算求：塑件在固化时每分钟释放的热量Q：塑件每分钟的产量：W=w1t=13.5/860100g/min （7.1）查课本表10.4得LDPE的单位热流量度Q1为：7102KJ/Kg所以Q=WQ170J7.1.1 冷却管道的直径计算求冷却水的体积流量qv：qv= （7.2）= =3.510-3m/min；式中C为水的热比容，T2，T1分别为冷却水管进出处的温度。根据算出的冷却水的体积流量可查表得：冷却水的体积流量在5.010-3m/min时：冷却水管道可以为最小的直径d=8mm；最低流速为v=1.66m/s；7.1.2 冷却水管的孔数求冷却水道内的流速v：V=1.161m/s （7.3）求冷却水道孔壁与冷却介质间的传热膜系数K：查表10.5得平均温度30下，f=7.22； （7.4）K=2.2104 ，求冷却水道总传热面积A：A=0.01468m2； （7.5）求模具上应用的冷却管道数n：n=1.948 （7.6）最终决定管道数目为2根。7.2 冷却水道的结构设计冷却水管道分布在动模侧的动模板上，直径为8mm。动模板的一端用短胶管联通，另一端的两个孔分别接进水孔和出水孔。由于此冷却水管设计在吊环一侧，需要在冷却水管的接头处设置保护装置，模具在制造拆装过程中需要注意保护。图7.1 冷却水管的设计图7.3 本章小结本章通过计算得出冷却水管道直径 只需8mm即可。冷却管道的数目为2根。分布在动模连接型芯的槽两侧（可以靠近型芯起到更好的散热效果）。但是在实际情况下，由于产品塑件每小时的产出质量非常小。所以向外散出的热量也相对较小（4.2Kj/h），仅仅相当于1kg水升高1的热量。完全可以通过模具本身的金属表面散热。这里的冷却水管道实际可以取消掉。因为如果往模具上打冷却水孔会增加加工工作量。而且在实际生产的时候要考虑到时间长了以后塞头和进出水口接口部分会生锈漏水等原因。建议在实际模具的生产中去掉冷却水管道的加工。第8章 模具的装备图和零件图第8章 模具的装配图和零件图本章主要对模具的装配图和零件图的画法进行介绍8.1 模具3D图形的绘制本设计是通过PROE进行3D模型，组件的绘制的。由于PROE有专门的分模工具，能为设计提供较为方便画图方式。8.1.1 绘图方法和过程1) 用PROE画出产品塑件的三维模型。2) 用PROE自带的模具型腔创建子功能创建模具型腔。图8.1 新建模具型腔图3） 对模具型腔进行设计，通过参考产品塑件的三维模型所画出的各个分型面对自动工件和体积块进行分割，通过以分割好的体积块为模型进行部件的插入。4） 将画好的型腔文件组装到新建的EMX模架文件中。5） 在EMX中画出各种零部件。8.1.2 模具通过EMX插件得到的三维爆炸图图8.2 3D爆炸图8.2 模具和零件2D图形绘制本次设计是通过3D的PROE零件直接导出到2D的CAD文件，*.wdg文件。8.2.1 模具工作图图8.3 模具工作图8.2.2 塑件零件图图8.4 塑件零件图8.2.3 零件图图8.5 零件图由于零件很多这里只列出一张，具体参见附件CAD文件，或者直接打开PROE查看3D模型更加。8.3 本章小结本章通过对产品塑件的描绘过程进行了讲解，并演示了使用PROE自带的分模功能，通过PROE绘制了模具型腔的3D零件图。通过EMX这个附加功能应用程序，完成了总的模架的布局结构设计，并完成小零件的绘制安装。最后通过PROE的3D转2D的过程，熟悉并使用了PROE自带的发布工程图纸的功能，但是由于截面设置繁琐，图纸的转换效果较差。在本设计的收尾阶段，我也通过将PROE的3D零件导入到UG中，使用UG的出图功能，效果也类似于PROE,最后的零件图总是差强人意。另外，我也学习了UG相关的模具功能，在某些方面UG的绘图建模的功能，简便程度大大胜过了PROE，但是UG相关于模具的子功能需要另外下载安装，不是专业熟悉UG功能的人，很难通过UG绘制模具的图纸。UG的安装复杂程度却比PROE高出很多，这也是很多人不愿意用UG的一大原因。但是UG的操作方面，简单易懂的绘制方法，越来越被初学者所接受。在目前国内的模具制造生产中所用模具设计的软件，PROE的使用广泛程度正在逐步减少，更多的人改用UG来替代PROE，因为UG在绘制完3D零件图以后，可以用该模型直接通过UG自带的编程功能，编制出模具零件，型腔等的CNC加工程序，UG的加工中心刀具走刀编程功能是类似程序中比较优秀，优化的相对较好。但是PROE的强大制模功能也不容否认。PROE和UG在模具设计中各有千秋，都有着彼此没有的特别优势。 第9章 设计存在的问题和解决方案第9章 设计存在的问题和解决方案本次设计中遇到不少难点，有的已经通过努力解决，有些就因为时间