084-密封罐盒盖的塑料注塑模具设计【模具三维】
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模具三维
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本科毕业设计本科毕业设计(论文论文)题目题目: 密封罐盒盖的塑料注塑模具设计密封罐盒盖的塑料注塑模具设计密封罐盒盖的塑料注塑模具设计密封罐盒盖的塑料注塑模具设计摘摘 要要本课题通过对塑料密封罐盒盖的结构分析，设计出了一套成型模具。针对产品的结构工艺性和具体模具结构，对模具的浇注系统、成型部分的结构、脱模系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核进行了详细的分析与设计，同时还对一重要部件编制了加工工艺。该模具采用双分型面、点浇口、一模两腔的结构，通过对整个设计过程的反复校核，表明此次设计的模具能够达到塑件的强度要求。此课题重点对制品脱出过程进行了分析，推导出动、定模之间的开模速度与制件旋出速度之间的关系，采用直动液压缸带动型芯旋转脱模，保证螺纹瓶盖塑件从模具上顺利脱出，以实现自动化提高产量。通过最终校核表明该模具能达到质量和加工工艺的要求。关键词：关键词：自动脱螺纹；注射模具；点浇口IDesign of Plastic Injection Mould for Canister CapAbstractBased on analyzing a plastic screw cap for structure, a set of shaping mould was designed. For the manufacturability of the cap and the specific structure of the mold, detailed analysis and design were done for the checking of the parameters of gating system, the structure of forming part, stripping system，cooling system，the selection of injection molding machine. And a processing has established for an important part at the same time. The mold uses the structure of double parting surface, point gate, a four-cavity mold. Much of the attention was put on the process of taking the plastic screw cap off the mould. The relationship between the speed of opening fixed and moving parts and the speed of taking off caps was deducted. Ensure screw cap plastic parts being removed from the mould smoothly to increase production by automation. The mould can achieve quality and processing requirements through the final check.Key Words：Auto unscrewing；Injection mould；Point gateII主要符号表主要符号表P 螺距Ph 导程S 螺纹长度IT 标准公差等级B 齿宽宽度i 传动比m 齿轮的模数Z 齿轮的齿数V 线速度E 弹性模量 同轴度 垂直度 螺纹升角 螺纹形状因子 螺纹牙尖角f 塑料与钢材之间的摩擦因数p 许用应力K 修正系数s 塑件公差Qcp 塑料平均收缩率z 型腔的制造公差s 塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差Smax 最大收缩率Smin 最小收缩率 圆柱度 对称度 平行度III目目 录录1 绪论11.1 模具发展现状及发展方向11.1.1 注塑模具的发展现状11.1.2 注塑模具的发展趋向11.2 注射成型的原理及工艺过程21.2.1 注射成型的原理21.2.2 热塑性材料注射成型工艺过程21.2.3 注射模具的基本组成21.3 本课题的内容和具体要求32 塑件工艺性分析及方案论证42.1 塑件工艺性分析42.1.1 塑件的结构分析42.1.2 塑件材料的成型特性42.1.2 ABS 注射成型工艺参数52.2 分型面的选择62.3 方案的论证和初步确定73 注射成型机的选择93.1 初选注射机93.2 注射机的校核104 浇注系统的设计124.1 主流道设计124.2 分流道设计134.2.1 浇道结构的设计134.2.2 浇道截面形状的确定134.3 浇口设计145 成型零部件的设计155.1 凸凹模的设计155.2 成型零部件工作尺寸的计算155.3 动模板的强度校核176 合模导向机构的设计186.1 导向机构的作用及设计原则186.2 导柱和导套的选择18IV6.2.1 导柱的选择186.2.2 导套的选择196.2.3 导向孔的总体布局的确定197 脱模机构的设计217.1 脱模过程分析217.2 传动装置的设计与计算227.3 脱模行程的校核237.4 脱模力的计算247.4 液压缸的选择258 温度调节系统与排气系统的设计268.1 对温度调节系统的要求268.2 模具冷却装置的设计268.2.1 冷却装置的设计要点268.2.2 冷却系统的设计与计算268.2.3 水嘴的结构形式278.2.4 冷却水道的结构288.3 排气系统的设计289 模具工作过程299.1 模板结构299.2 模具工作过程2910 模具的经济性与环保分析3111 结论32参考文献33致 谢34毕业设计（论文）知识产权声明35毕业设计（论文）独创性声明36附录 1 模具三维图3701 绪论绪论21 世纪，塑料工业以前所谓有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周短,成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。1.1 模具发展现状及发展方向模具发展现状及发展方向1.1.1 注塑模具的发展现状注塑模具的发展现状目前，国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型压缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线造型要求。显示管隔离器注塑模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模等精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使用 CAD 三维设计、计算机模拟注塑成形、抽芯脱模机构设计新颖等对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用。20 吨以上的大型塑模具的设计制造也已达到相当高的水平。34 英寸彩电塑壳和 48 英寸背投电视机壳模具，汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具，国内都已可生产。国内最大的塑料模具已达 50 吨10。1.1.2 注塑模具的发展趋向注塑模具的发展趋向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，“小而专”、“小而精” 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，以下的发展趋势也较为明显8。展望我国塑料模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一1方面要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力： (1) 开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化； (2) 加速模具标准化、专业化、商品化生产； (3) 大力发展 CADCAMCAERPM 等先进模具设计和制造技术； (4) 加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。1.2 注射成型的原理及工艺过程注射成型的原理及工艺过程1.2.1 注射成型的原理注射成型的原理将塑料颗粒定量注入，加入到注塑机的料筒内，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐渐融化成流动状态，然后在柱塞或螺杆的推挤下熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具的冷却作用，使膜腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开模取出塑件。1.2.2 热塑性材料注射成型工艺过程热塑性材料注射成型工艺过程图 1.1 注射成型工艺示意图1.2.3 注射模具的基本组成注射模具的基本组成(1) 浇注系统；(2) 成型零件，包括凹模(型腔)和型芯等；(3) 脱模系统，包括自动脱螺纹机构等；(4) 导向系统；(5) 冷却系统；2(6) 固定和安装部分等。1.3 本课题的内容和具体要求本课题的内容和具体要求本课题的内容：根据自选含内螺纹瓶盖（螺纹瓶盖零件图如图 1.2 所示），设计一套注射模具。具体要求：(1) 充分了解塑件结构，绘制 3D 图，并完成基本参数的计算及注射机的选用； (2) 确定模具类型及结构，完成模具的结构草图的绘制； (3) 运用 CAD 等工具软件辅助设计完成模具整体结构 ； (4) 对模具工作部分尺寸及公差进行设计计算； (5) 对模具典型零件需进行选材及热处理工艺路线分析； (6) 编制模具中典型零件的制造工艺规程卡片； (7) 对设计方案和设计结果进行经济分析和环保分析； (8) 绘制模具零件图及装配图； (a) 螺纹瓶盖二维图 (b) 螺纹瓶盖三维图图 1.2 螺纹瓶盖零件图32 塑件工艺性分析及方案论证塑件工艺性分析及方案论证2.1 塑件工艺性分析塑件工艺性分析2.1.1 塑件的结构分析塑件的结构分析该瓶盖结构复杂程度一般，主要特征是含有完整(连续)的内螺纹结构，因此在设计模具时要重点考虑脱螺纹方式。螺纹壁厚较小，考虑到其对塑料的流动性影响，生产加工时应选择同等条件下选择注射机的压力和保压时间应偏大。此外，对浇口的选择要考虑到该塑件对外观的要求。在考虑生产成本的条件下，应尽量满足塑件中精度、大批量生产的要求。螺纹瓶盖塑件二维零件图、三维实体如图 2.1 所示，螺纹的主要结构参数：三线，螺距 P = 5mm，导程 Ph = 15 mm，螺纹长度 S = 8 mm。 (a) 螺纹瓶盖二维图 (b) 螺纹瓶盖三维图图 2.1 螺纹瓶盖零件图2.1.2 塑件材料的塑件材料的成型特性成型特性 此零件的材料是 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），属非结晶型聚合物。其成型特性如下5：a. 无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。b. 吸湿性强，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。c. 流动性中等，溢边值 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高），料温对物性影响较大，料温过高宜4分解（分解温度 250左右，比聚苯乙烯易分解），对要求较高的塑件模温宜取 5060,要求光泽及耐热型料宜取 6080，注射压力比聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射机时料温为 180230，注射压力为 100240MPa，螺杆式注射机则取 160220，70100MPa 为宜。d. 模具设计时要考虑浇注系统的形式和进料口位置，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失），脱模斜度可取 2以上。2.1.2 ABS 注射成型工艺参数注射成型工艺参数（1） 物理性能：密度(g/ cm3)：1.021.16 比体积(cm3/g)：0.860.98吸水率（%）：0.20.4(24 小时)（2） 热性能：熔点（）：130160 熔融指数（g/10min）：2.038.69 (200,负荷 50N,2.09)维卡针入度：71122 马丁耐热（）：63热变形温度（）：90108（45N/cm2）；83103（180 N/cm2）线膨胀系数（10-5/）：7.0 计算收缩率（%）：0.40.7比热容J/(kgk)：1470 热导率w/(mk) ：0.263 燃烧性(cm/min)：慢 （3） 力学性能：屈服强度（MPa）：50 抗拉强度（MPa）：38 断裂伸长率（%）：35 拉伸弹性模量（GPa）：1.8抗弯强度（MPa）：80弯曲弹性模量（GPa）：1.4抗压强度（MPa）：53剪切强度（MPa）：24冲击韧度（kJ/m2）：261（有缺口）；11（缺口试样简支梁）布氏硬度（HB）：9.7；洛氏 R121（4） 电气性能：表面电阻率（）：1.210135体积电阻率（m）：6.91014介电常数（106Hz）：3.04介电损耗角正切（106Hz）：710-3耐电弧性（s）：5085（5） 成形条件：密度（g/cm3）：1.031.07注射机类型：螺杆式预热：温度（）：8085；时间（h）:23料桶温度（）：后段：150170中段：165180前段：180200喷嘴温度（）：170180模具温度（）：5080注射压力(MPa)：60100成型时间（s）：注射时间：2090高压时间：05冷却时间：20120总周期：50220螺杆转速（r/min）：30适用注射剂类型：螺杆柱塞均可后处理：方法：红外线灯、鼓风烘箱温度（）：70时间（h）：24说明：该成型条件为加工通用级 ABS 料时所用5。2.2 分型面的分型面的选择选择分型面是动、定模具的分界面，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2。实际的模具结构基本上有三种情况：a. 型腔完全在动模一侧；b. 型腔完全在定模一侧；c. 型腔各有一部分在动、定模中。分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且设计末句结构和制造成本。一般来说，分型面的总体选择原则有以下几条：a. 脱出塑件方便；6b. 模具结构简单；c. 型腔排气顺利；d. 确保塑件质量；e. 无损塑件外观；f. 合理利用设备。鉴于以上的要求，结合螺纹瓶盖的自身结构特点，在该模具中分型面设在螺纹瓶盖的内侧曲面和瓶盖的开口位置与平面的结合处，如图 2.2 所示。图 2.2 分型面示意图2.3 方案的论证和初步确定方案的论证和初步确定根据螺纹瓶盖的结构特点和塑件材料 ABS 的成型特性，提出以下三种模具方案：方案一、采用强制脱模，其浇口套和浇口设在定模固定板上。对材料韧性有要求。采用直接浇口，这种浇口流动阻力小，进料快。通常用于一模一穴，模具结构紧凑，制造方便，浇口用在不影响产品外观且成型深腔的大型制品，不易用于成型平薄的型件且易变性的产品2。方案二、采用活动螺纹型芯在模外手动脱螺纹。此方案的优点是结构简单，制造方便，但操作麻烦，生产率低，劳动强度大且抽拔力受到人力限制。采用侧浇口，浇口形状简单，加工方便，尺寸容易准确控制。特别适用于多型腔两板式模具。方案三、采用一模两腔三板式结构，用直动液压缸、齿条齿轮机构变直线运动为旋转运动实现内螺纹脱模。采用点浇口，点浇口尺寸小，冷凝快，成型周期快，点浇口塑件一般不需要修正工序，因而省去了修正工序，生产率高。而且点浇口在塑件上留下的痕迹小，使塑件表面质量得到了提高。方案论证：方案一采用强制脱模,虽然模具设计结构比较简单。但是会造7成脱模困难，塑件内螺纹产生变形大甚至破坏，难以达到中精度要求。同时采用直接浇口，需要专门去除浇注系统产生的凝料，且浇口痕迹明显。瓶盖体积小，壁厚较薄，故不宜采用。方案二是采用推件板脱模，模具的结构太复杂。同时采用侧浇口，侧浇口应用较多，浇口形状简单，尺寸容易准确控制，侧浇口缺点是产品表面有浇口瑕疵，需要切断浇道。采用活动螺纹型芯在模外手动脱螺纹，由于其生产效率低，难以适应生产批量大的要求。方案三采用一模四腔结构，效率较前两者大大提高。自动旋转脱螺纹机构，有效的提高了内螺纹的精度，点浇口去除浇口容易，开模是交口自动切断，有利于自动化操作，浇口附近应力小，不易引起变形，也很大程度上提高了塑件精度，满足塑件对外观的要求。瓶盖材料选用的 ABS 硬度较高，塑件采用端面止动，流道凝料可以采用拉料杆使其自动脱落，有利于自动化的实现，大大提高了生产率。但模具结构复杂，制造成本高、周期长，更适用于大批量生产。该方案结构如图 2.3 示。图 2.3 螺纹瓶盖模具结构简图893 注射成型机的选择注射成型机的选择3.1 初选注射机初选注射机（1） 通过 Pro/E 软件测量得到塑件的体积 V塑 = 19796 mm3，测量得到浇注系统的体积 V浇 = 11807 mm3，则注射总体积：V总= 2V塑 + V浇 = 19796 2 + 11807 =51399 mm3查有关资料得 ABS 材料密度 =1.0510-3g/mm3，故塑件和浇注系统的总质量：m总 = V总 = 1.05 10-3 51339 53.97 g（2） 查相关手册，ABS 的注射压力 60100MPa，由于塑件较简单，故取 P = 60 MPa。通过 Pro/E 软件测量得到塑件投影面积计算 A 73.84cm2。所需最小锁模力：Fmin = 2/3PA = 2/3 60 40 169080 N设计模具厚度：H总 = 240 mm根据模具的安装要求 Hmin H总 Hmax，锁模力 T Fmin（T 表示注射机额定锁模力），初选 XS-ZY-80/60 型卧式注射机。（3） XS-ZY-80/60 注射机主要参数注射方式：螺杆式螺杆直径：35mm最大理论注射容量：80cm3最大理论注射质量：80g注射压力：135MPa注射速率：70g/s塑化能力：24kg/h锁模力：600kN最小模具厚度：150mm最大模具厚度：300mm拉杆间距：428mm458mm移模行程：270mm合模方式：液压定位孔径：80mm顶出行程：140mm顶出力：12kN10喷嘴圆弧半径：10mm喷嘴孔径：3.0mm喷嘴移出量：20mm系统压力：14.2MPa电动机功率：15kW加热功率：4.7kW3.2 注射机的校核注射机的校核（1） 最大注塑量效核为了保证正常的注射成型，模具每次需要的试剂注射量应大于注射机公称注射量的 30%，小于或等于公称注射量的 80%。0.3m公 = 24 g 53.97 g 0.8m公 = 64 g0.3V公 = 20 cm3 51.40 cm3 KPcA (3.2)式中：T注塑机的额定 锁模力，kN；A塑件和流道系统在分形面上的投影面积，mm2；K安全系数，通常取 1.11.2。KPcA = 1.2 67.5 73.84 = 598.1 kN所以 T =600 KPcA 成立，即该注塑机的锁模力符合要求。11（4） 模具厚度校核初定模具厚度为 273mm，在该注塑机要求的厚度范围(150350mm)之内。（5） 模具安装尺寸校核模具安装固定有两种：螺钉固定、压板固定。采用螺钉直接固定时，模具动定模板上的螺孔及其间距，必须和注塑机模板台面上对应的螺孔一致，大型模具多采用此法；采用压板固定时，只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有较大的灵活性，中、小型模具多用此法15。该模具采用压板固定。（6） 开模行程的效核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于双分形面的注塑模具，其开模行程按式(3.3)效核。S = H1 + H2 + a + (510) (mm) (3.3)式中：S注塑机的最大行程，mm；H1塑件的脱模距离，mm；H2包括流道在内的塑件高度，mm；a定模板与浇口板的分离距离，mm；将数据代入式(3.3)得：S = 12 + 60 + 10 + 10 = 92 mm因为 270mm 92mm，所以该注塑机的开模行程符合要求。由以上对各参数的效核可知该注塑机（XS-ZY-80/60 型）符合要求。124 浇注系统的设计浇注系统的设计浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利的引导熔体迅速有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在质量优良的塑件1。浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴等部分组成。对浇注系统设计的具体要求是：a. 对模腔的填充迅速有序；b. 可同时充满各个型腔；c. 对热量和压力损失较小；d. 尽可能消耗较少的塑料；e. 能够使型腔顺利排气；f. 浇注道凝料容易与塑料分离或切除；g. 不会使冷料进入型腔；h. 浇口痕迹对塑料外观影响很小。4.1 主流道设计主流道设计 主流道通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，以便于塑料熔体得流动及流道凝料的拔出。热塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套1。定位环和浇口套的装配如图 4.1 所示。图 4.1 定位环和浇口套的装配浇口套的尺寸设计要求：a. 浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合。设模具浇口套球面半径为 R，注射机球面半径为 r，其关系式如下：R = r + (0.51) mmb. 浇口套进口的直径 d 应比注射机喷嘴孔 d1直径大 12mm。 134.2 分流道设计分流道设计4.2.1 浇道结构的设计浇道结构的设计分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔膜局一定要设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H 形排列、直线排列、对称排列及复合排列等。由于本设计采用一模两腔、点浇口结构，所以有两个分流道。采用直线形式布置，如图 4.2 所示。 图 4.2 型腔排列示意图4.2.2 浇道截面形状的确定浇道截面形状的确定浇流道的截面形状有很多种，最常用的有三种：圆形、梯形和 U 型。圆形截面的分流道：这种分流道的比表面积小（浇道表面积与其体积之比叫表面积比），故热量不容易散失，阻力也比较小，但它需要在动定模上同时开设浇道而且要吻合，所以加工比较困难。梯形断面的分流道：由于这种分流道易于加工，且热量损失和阻力均不大，所以是最常用的形式。U 形截面的分流道：优点和梯形一样，也经常采用。除上述三种形式外，还有半圆形、矩形等。但这两种浇道的比表面积比较大，故不常采用。根据以上的分析，决定采用梯形截面的分流道。因为它加工简单，性能相对比较好。虽然圆形浇道的性能比梯形好，但是加工不方便1。分流道的截面尺寸应根据塑件的成型体积、壁厚、形状，所用塑料的工艺性能，注塑速率以及分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小于 3.2mm，重量在 200g 以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径（此时算出的分流道直径仅限于 3.29.5mm）：14 （4.1）7 . 34WLD 式中：D分流道的直径，mm； W塑件的质量，g； L分流道的长度，mm。已知 W 20.2 g，L 80 mm，代入式（4.1）得D 5 mm其截面形状与尺寸如图 4.3 所示。 图 4.3 梯形浇道的截面形状与尺寸4.3 浇口设计浇口设计 浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），是塑料熔体进入型腔的入口。它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、位置及尺寸对塑件的成型性能及成型质量影响很大。合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节，浇口位置不同，也将直接影响模具的结构。因为点浇口被广泛采用且生产效率好，在该模具有助于自动脱模和浇道凝料的自动脱落的实现，故浇口采用点浇口，形状为圆形，浇口位置在瓶盖上端面的圆心处。综合考虑塑件的形状、模具结构，为了保证流道凝料的自动脱落的实现，该模具的分流道设在定模板上，采用梯形流道，浇口采用点浇口。155 成型零部件的设计成型零部件的设计 成型零部件主要包括凹模、凸模等，它们组成用于浇注塑件的空腔。5.1 凸凹模的设计凸凹模的设计 凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式 5 种。总体上说，整体是强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂。 由于该模具外表面有用于脱模时止转的凸起，结构相对复杂，又属于中小型模具，所以凹模板采用镶嵌式中的侧壁镶拼式。 凸模用于成型塑件的内表面，又称型芯、阳模。凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。由于凸模的加工相对凹模容易，所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体，大、中型模具采用镶拼组合式。由于该塑件是含完整内螺纹，所以采用整体式螺纹型芯。5.2 成型零部件工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸的计算 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：凹模、凸模的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸，以及中心距尺寸等。为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面：a. 成形收缩率：在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为：s = (Smax - Smin) Ls (5.1)式中：s塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差，mm；Smax塑料的最大收缩率，%；Smin塑料的最小收缩率，%；Ls塑件尺寸，mm。一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的 1/3 以内。b. 模具成形零件的制造误差：实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT5IT6 级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的 1/4。16c. 零件的磨损：模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的 1/6，而大型零件，应在 1/6 之下。d. 模具的配合间隙的误差：模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响成形零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。通常凹模、凸模组成的模腔工作尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，公式如以下：（1） 型腔的径向尺寸计算： (5.2)scpssQddDz43M式中：DM型腔名义尺寸，mm；ds塑件外径基本尺寸,即塑件的实际外形尺寸，mm；s塑件公差，成型零件精度等级取 5 级；Qcp塑料平均收缩率，此处取 0.5%；z型腔的制造公差（取正差）。由于塑件的制造要求为中精度，所以模具的制造采用一般精度的模具制造公差即可，在这里取 IT 7 级公差。将尺寸带入式(5.2)得： 70036. 01-d88.69025. 001D（2） 型腔深度的尺寸计算： (5.3)s32z0QhhHcpssM式中：HM型腔深度尺寸，mm； hs塑件高度基本尺寸，即塑件的实际高度尺寸，mm； s 、Qcp 、z含义如(5.2)式中。将数据式（5.3）得： 24018. 01-h94.23012. 001H （3） 型芯的径向尺寸计算： (5.4)scpssMQDDdz430式中：dM型芯名义尺寸，mm； Ds塑件内径基本尺寸，即塑件的实际内径尺寸，mm；17 s 、Qcp 、z含义如(5.2)式中。将数据式（5.4）得： 6636. 001d405.660025. 01-D（4） 型芯的深度尺寸计算： (5.5)s320zQHHhcpssM 式中：hM型芯高度尺寸，mm；Hs塑件内部深度基本尺寸，即塑件的实际内部深度尺寸，mm； s 、Qcp 、z含义如(5.2)式中。将数据式（5.5）得： 22018. 010H062.220012. 01-h5.3 动模板的强度校核动模板的强度校核动模垫板由于受到成型压力的作用而发生变形，若此变形过大，就会导致塑件的壁厚发生变化，还会发生溢料现象，因此必须将其最大变形量限制到0.10.2mm 以下。计算公式如下： p =（K2P1L/2Bh2） (5.6)P1 = F P (5.7) 式中：P1动模受的总压力，MPa； F塑件及浇注系统在动模上的投影面积，cm ；2 P型腔压力一般取 1520MPa； K修正系数，取 0.450.75，此处取为 0.6； B动模垫板的宽度，mm； L支撑块的跨距，mm。由此可知，厚度h = 5qb(L/3)4 /32EB1/2 （mm） (5.8)综合以上计算查表可得动模板的厚度为 17mm。前面已经得知塑件和流道在动模上的总投影面积约为 73.84cm2，则型腔所受的压力为 2034.8MPa，动模垫板所受应力为 174.28MPa，远小于材料的许用应力p = 1250MPa。186 合模导向机构的设计合模导向机构的设计6.1 导向机构的作用导向机构的作用及设计原则及设计原则导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模合模时正确定位和导向的重要零件，通常采用导柱导向，主要零件包括导柱和导套。其具体作用有：a. 定位作用b. 导向作用c. 承载作用d. 保持运动平稳作用e. 锥面定位机构作用导向机构的设计原则有：a. 导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具强度和防止模板发生变形；b. 导柱（导套）的直径应根据模具尺寸选定，并应保证有足够的抗弯强度；c. 导柱固定端的直径和导套的外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度要求；d. 导柱和导套应有足够的耐磨性；e. 为了便于塑料制品脱模，导柱最好装在动模板上（正装），但有时也要装在定模板上（反装），这就要根据具体情况而定。6.2 导柱和导套的导柱和导套的选择选择导柱导向是指导柱与导套（导向孔）采用间隙配合使导柱在导套（导向孔）内滑动，配合间隙一般采用 H7/f6 级配合。6.2.1 导柱的导柱的选择选择导柱的结构形式有两种：一种为单节式导柱，另一种为台阶式导柱。小型模具采用单节式导柱，大型模具采用台阶式导柱。对于大型模具，若导柱承受模板的重量，导柱的直径可用下式校验： (6.1)43643ELWd 式中：W一根导柱承受的模板重力，N；L模板中心距导柱根部距离，mm；19E材料弹性模量，GPa。根据国家标准推荐值选用直径为 25mm 长度为 130mm 的直导柱。导柱形状尺寸如图 6.1（a）所示。在导柱的工作部分上开设油槽，注入润滑脂可以改善润滑条件，减少摩擦，考虑模具的精度要求，所以开设油槽。故导柱采用带油槽的单节式导柱，如图6.1（b）所示。 (a) 导柱二维图 (b) 导柱三维图图 6.1 导柱6.2.2 导套的导套的选择选择由于之前导柱已选定，由注塑加工速查手册可查得与之相配的导套其内径为 25mm，外径为 30mm，安装在中间板、定模板上的导套长度分别为70mm、20mm。导套的形状尺寸如图 6.2 所示。 (a) 导套二维图 (b) 导套三维图图 6.2 导套6.2.3 导向孔的总体布局导向孔的总体布局的确定的确定导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心距模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。导柱采用正装，安装于动模板上，根据新编塑料模具设计手册推荐值选定的导柱分布情况如图 6.3 所示。20 图 6.3 导向孔总体布局 217 脱模机构的脱模机构的设计设计齿轮齿条脱模机构为该模具结构的设计主要要点。制件螺纹要求精度较高，采用旋转脱模方式,即采用螺纹型芯旋转，制品后退的方式。考虑到要尽量使模具的结构紧凑、操作简单，采用液压缸带动齿条直动作为旋转动力。脱模系统主要由两对齿轮-齿条和液压缸构成。7.1 脱模过程分析脱模过程分析 螺纹成型的关键是保证止转，使制件顺利脱出。而明确动、定模之间的开模速度与制件脱出速度之间的关系是非常重要的。 脱模时螺纹型芯只旋转，制件后退，由凹模止转，螺纹型芯与制件之间是螺纹副关系。正是依据这个原理，制件才能顺利脱模。动定模之间的开模速度与制件脱出速度要很好的配合，才可以达到既能止转又能将制件从凹模脱出的效果。设动定模之间的开模速度为 V1，制件脱出的速度为 V2，当 V1 V2 时，就意味着 B 分型面以很快的速度打开，而制品与型芯还没有完全脱开，这时止转长度减小或完全没有了，制品就会部分或全部包在型芯上不能顺利脱出。反过来如果 V1 V2 ，即制件已经从型芯上脱出，但 B 分型面还没有打开，分型面之间没有能容纳制件的空间，制品会遭到破坏。当 V1 = V2 时，动定模之间的开模距离与制件脱出的长度相适应，制件脱出时既不会受到干涉，又不会失去止转无法脱落，因此，V1 = V2是制品顺利脱模而又保证质量的条件。在模具结构设计中，如何保证V1 = V2，图7.1是脱模机构的原理图，由齿条和驱动型芯的齿轮Z1 组成。开模时齿条液压缸都在动模一侧，在动模向左运动时，动定模之间的开模速度V1 有注射机确定。齿条王府直线运动的速度V3 ： (7.1)60113ndV式中：d1齿轮Z1的分度圆直径； n1齿轮Z1的转速。制件脱出的速度V2：V2= n1 L式中：L型芯的螺纹螺距。经整理得： (7.2)LVdVVV311216022如果要求V1 = V2，则必须使： (7.3)dLVV13160 1 定模板；2 型腔；3 动模板 图 7.1 脱模机构原理图 图 7.2 型腔差动示意图分析式(7.3)不难发现，分子是各被动齿轮的齿数与齿轮Z1沿齿条转动一圈的周长d1的乘积，分母是各主动齿轮的齿数与型芯螺距L的乘积，要满足上式是很困难的，因为d1远远大于L。而齿轮的齿数比是有一定范围的，结构设计时必然受到限制，过度减小各被动齿轮的齿数或增大各主动齿轮的齿数都是不现实的。问题实质上是动、定模之间的开模速度V1 太大了，远远大于制件脱出的速度V2 ,既然V1太大，就应当想办法减小，前面是假定齿条不动的情况，凹模就是定模，这种情况下V1 V2 ，现在设两个分型面如图7.2，让凹模在A分型面打开时也处于运动状态来补偿速度差，凹模的运动有效地减小了动模与定模之间的相对开模速度V1 ，创造了有利条件，充分满足顺利脱模的条件，确保制件的成型质量16。7.2 传动装置的设计与计算传动装置的设计与计算本设计中，自动脱螺纹的原理是在开模时，齿轮齿条变液压缸的直线运动为旋转运动，直齿轮对带动螺纹型芯的旋转，型腔的凸起部位防止塑件随型芯旋转，从而使塑件脱下。齿轮齿条的参数设计要考虑模具结构允许安装的大齿轮的外形尺寸及中心距等问题。此外，由于为了防止齿条因为跨度太大工作时发生变形而不能与配对齿轮可靠地啮合传动，在齿条末端安装了齿条支撑板，由导套进行导向。根据本模具型腔数目和位置的分布，由于模具结构紧凑，为了使传动更加23平稳的同时获得较大的传动比（用以保证塑件的顺利旋下），选取齿轮的模数m = 1。为了避免齿轮加工时发生根切现象，齿轮齿数应不小于 17，所以选取小圆柱直齿轮的齿数 Z1 = 36，采用 20CrMnTi 渗碳淬火回火，齿宽 B1 = 10 mm，表面硬度 62HRC，压力角为 20。虽然斜齿齿轮的传动较直齿齿轮更加平稳，但其制造成本比齿轮轮高很多。此次螺纹瓶盖塑件要求的制造精度为中精度，为了降低模具的制造成本，所以采用直齿齿轮。根据模具的内部空间可以确定齿条的有效工作长度（即齿条能在工作时参与与配对齿轮的啮合的齿所占的总长度）L： L=d+2m1Z1式中：d两型芯的中心距。代入数据知 L=172，前面已经确定与之啮合的圆柱直齿轮 Z1模数 m = 1，所以可以由式(7.5)求得齿条的节距 Pm：Pm = m (7.5)代入数据得：Pm = 3.14 mm已知齿条的有效工作长度和节距，由式(7.6)可以求得齿条的有效工作齿数（工作时能与配对圆柱直齿轮相互啮合的齿的个数）n：n = L / Pm (7.6)代入数据，取整得：n = 55选取齿条的齿数（总齿数，开齿齿数）Z0 = 60，采用 20CrMnTi 渗碳淬火回火，表面硬度 57HRC，压力角为 20。7.3 脱模行程的校核脱模行程的校核为保证螺纹瓶盖塑件的顺利完全的旋下，需要对自动脱螺纹系统进行行程校核。瓶盖内螺纹为双线螺纹长度 S = 8 mm，螺距 P = 5 mm，导程 Ph = 15 mm，因此螺纹旋下需要转过的角度 可由式(7.7)求得： (7.7)PSh360代入数据得： = 192即只有型芯在工作时旋转不小于 192，才可以保证螺纹瓶盖顺利的旋下。型芯的工作时的实际旋转角度 s可由式（7.8）求得：24 (7.8)iZns1360式中：i自动脱螺纹机构的总传动比。已知传动比，将数据带入式(7.8)中得：1is = 550可见 s ，即该自动脱螺纹机构可以完全脱出螺纹。故上述参数设计满足脱模要求。此外，由于模具使用的轴承既要起到定心的作用，又要承受注射压力的轴向推动作用力，所以轴承选用时必须同时承受径向载荷和轴向载荷，因向心推力滚子轴承可以同时满足条件，故设计时选用了此类轴承，代号为30204。7.4 脱模力的计算脱模力的计算在螺纹塑件成型的过程中，当浇口冻结、补料停止后，由于塑料熔体的冷却收缩，使塑件紧紧包围在螺纹型芯上，行程旋出螺纹型芯阻力，此阻力以扭矩的形式出现。此次生产的螺纹瓶盖塑件属于薄壁螺纹塑件（薄壁螺纹塑件是指 t / dm 0.05 的塑件，这里的 t 是塑件的厚度，dm是螺纹中径。），对于薄壁内螺纹塑件，对螺纹型芯的包紧里由式(7.9)计算16： (7.9)cos StLEF4式中：E塑料的拉伸弹性模量，GPa；塑料成型平均收缩率，%；t螺纹塑料的平均壁厚，mm；L螺纹型芯或型环螺纹段的长度，mm；S螺距，mm；螺纹升角，；螺纹形状因子，普通螺纹 = h / cos（h 为螺纹型芯或螺纹型环的螺纹工作高度，mm； 为螺纹牙尖角）。已知 E = 1.8 GPa， = 0.5% ，t = 1mm，L = 8 mm，S = 5 mm， = 7， = 15，h = 22 mm，代入式(7.9)得：F =6473.87 N螺纹塑件包紧在型芯上，旋出时必须克服包紧力所形成的摩擦扭矩。旋出螺纹型芯时，以螺纹型芯的轴线为中心，以塑件螺纹的中半径端点为作用点，25得到旋出螺纹型芯所必须的最小扭矩： (7.10)rFfMmmin式中：rm螺纹型芯或型环的中半径，mm；f塑料与钢材之间的摩擦因数；已知 rm = 33 mm，f = 0.21，代入式(7.10)得：Mmin 20385.78 N mm由于塑件与金属表面的粘附作用、旋转机构的摩擦阻力等，应对最小扭矩放大，得到旋出螺纹型芯的所需的塑件扭矩：M=Mmin (7.11)式中：与塑件材料收缩率变化范围有关的系数，取值在 1.201.30 之间。取 = 1.30，代入式(7.11)得：M = 26501.51 N mm已知脱模系统的总传动比 i = 1，则可以计算出保证动模在旋转脱模时后退所需的力，即脱模力：， (7.12)rMFmT4MiMT 2 式中：rm4与齿条啮合圆柱直齿轮的中半径，mm。代入数据得：F 2831.3 N7.4 液压缸的选择液压缸的选择螺纹瓶盖旋出的脱模力由液压缸提供，可知脱模所需力为 2831.3N。脱模时液压缸的行程 S：hPSmZS11式中：m齿轮 Z1的模数，mm；m齿轮 Z1的齿数；Ph塑件螺纹的导程，Ph = 15 mm；S1塑件的螺纹长度，S = 8 mm。可求得 S=61mm。此外齿条的直径已经确定为 d=14mm。查液压缸选型手册，选择满足条件的液压缸型号为PY497-32/14-80-49*52。主要参数如下：缸径：32mm 杆径：14mm 行程：80mm；26安装方式：法兰安装，安装孔距 49mm X 52mm；压力等级：14MPa 推力：11kN 拉力：8kN278 温度调节系统与排气系统的设计温度调节系统与排气系统的设计采用较低的模温可以减小塑料制品的成型收缩率；即收缩率小，变形小，尺寸稳定，机械强度高，耐应力开裂性好和表面质量好。模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减小塑件的变形，其中均匀一致的模温尤为重要12。8.1 对温度调节系统的要求对温度调节系统的要求a. 根据选用的塑料品种，确定温度调节系统是采用冷却方式还是加热方式；b. 希望模温均匀，塑件各部分同时冷却，以提高生产率和塑件质量；c. 采用较底的模温，快速、大流量通水冷却一般效果比较好；d. 温度调节系统要尽量做到结构简单，加工容易，成本低廉。8.2 模具冷却装置的设计模具冷却装置的设计8.2.1 冷却装置的设计要点冷却装置的设计要点a. 冷却水孔的数量愈多，对塑件的冷却也就愈均匀；b. 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔形状相吻合；c. 塑件局部壁后处，应加强冷却；d. 对热量积聚大，温度上升高的部位应加强冷却；e. 当成型大型塑件或薄壁制品时，料流程较长，而料温愈流愈低，为在整个塑件上取得大致相同的冷却速度，可以适当改变冷却水道的排水密度，在料流末端冷却水道可以排列得稀一些；f. 冷却水道要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，降低塑件强度；g. 冷却装置的形式应根据模腔的几何形状而定；h. 便于加工和清理。8.2.2 冷却系统的设计与计算冷却系统的设计与计算冷却系统设计的有关公式2： (8.1)(QW2111VCQ式中：Qv冷却水的体积流量，m3/min；W单位时间内注入模具中的塑料重量，kg/min；Q1单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量，kJ/kg；28冷却水的密度，kg/m3；c1冷却水的比热容，kJ/(kg)；1冷却水的出口温度，；2冷却水的入口温度，。 (8.2)uCQ4321）（式中：c2塑料的比热容，kJ/(kg)；3塑料熔体的初始温度，；4塑料制品在推出时的温度，；u结晶型塑料的熔化质量焓，kJ/kg。已知 c2 = 4.187 kJ/(kg)，1 = 27 ，2 = 20 ，u = 0 代入式(8.2)得：Q1 = 201 kJ/kg已知 c1 = 1.340 kJ/(kg)，3 = 170，4 = 20 ， = 0.98 kg/m3代入式(8.2)得：QV = 0.1310-3 m3/min上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为 40，用常温 20的水作为模具的冷却介质，其出口温度为 25，产量为 0.012kg/min。由体积流量，查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布置直径 d 为 8mm 的冷却水道来调节温度，冷却水通过外部的塑料软管循环，调节冷却水的流速和温度，可在一定温度范围内调节到达冷却效果。8.2.3 水嘴的结构形式水嘴的结构形式由塑料模具工程师手册查得水管接头的结构如图 8.1 所示。 (a)水嘴二维图 (b)水嘴三维图图 8.1 水嘴结构形式根据塑料模具工程师手册的推荐值，选取与水管接头相匹配的外接高压胶管的内径为 16mm。298.2.4 冷却水道的结构冷却水道的结构由于该塑件结构简单、体积较小，且型腔主要分布在定模一侧，二定模部分采用的是型腔板加型腔固定板的结构，所以水道采用环型腔水道，水道直径为 8mm，其分布如图 8.2 所示。图 8.2 冷却水道结构分布8.3 排气系统的设计排气系统的设计由于热塑性塑料模具排除的气体量比较少，且此次塑料制件小，采用的中小型简单型腔模具，又模具的型腔为组合拼式，因此，无需开设排气体槽，利用模具配合间隙排气便可满足要求3。309 模具工作过程模具工作过程9.1 模板结构模板结构此次模具设计的其它板尺寸参数如下（mm，长宽厚）：定模底板34030025，定模板 34025020，中间板 34025070，动模板 34025063，动模底板 34030025，垫块 3405050，总厚 264mm。此次设计的模板结构图如图 9.1 所示（三维图见附录 1）。图 9.1 模具结构图9.2 模具工作过程模具工作过程模具工作过程分为合模、注射、保压、开模。这里重点介绍模具的开模过程，注射保压完成后，模具动模部分开始随注射机后退，由于塑件的冷却收缩包紧型芯和拉料杆的作用，首先 A 处开始分型。然后因为分流道斜孔（冷料穴）中充满了凝料，其产生的作用力使流道凝料产生变形同时拉断点浇口，使流道凝料与塑料制件螺纹瓶盖分离。同时由于塑料紧紧包裹在拉料杆上，流道凝料留在动模一侧。动模继续后退，中间板因定模板上限程螺钉的作用而停止后退。此时 B 处开始分型，流道凝料从拉料杆上被拉下，塑料制件因螺纹的作用保留31在型芯上，当制件即将脱离型腔时，型芯在直动液压缸、齿条齿轮机构的带动下开始旋转，瓶盖被旋下。合模，准备完成下一个工作循环。开模过程如图 9.2所示。图 9.2 模具开模示意图析3210 模具的经济性与环保分析模具的经济性与环保分析本模具的设计基本上充分考虑了经济技术型，基本上达到了最佳的性价比。它具有以下特点：a. 本模具结构合理、紧凑，能够符合客户的生产要求；b. 模具各部分采用不同价格的钢材（在使用特性的允许之下），使模具的利用率达到最佳状态，有利于节约成本；c. 模具的设计突破了传统的一分两半的生产方式，直接一次成型，而且采用一模两腔，这样不仅提高了零件的加工精度，而且提高了生产效率，同时也降低了生产成本；d. 模具各部分零件的加工，尽量采用磨削方式以缩短生产周期；e. 本模具采用了较多的标准件，不仅降低了模具制造成本，而且缩减了模具制造周期。本产品存在的缺陷是采用了齿轮轴承等精度较高的零部件，这些部件要求较高的安装配合配合精度，随之为了达到塑件的精度要求板类零件的加工精度也要求较高，增加了模具的制造成本。为了克服制造成本带来的生产成本增加，特别设计了一模两腔的模具结构和全自动的脱螺纹机构，从提高生产效率和降低生产成本中劳动力的投入已达到模具的经济性。综上所述，本模具设计是基本上充分考虑了经济技术型，基本上达到了最佳的性价比。故本方案是一种可行的经济合理、环保型的设计方案。3311 结论结论毕业设计是学生毕业前最后一个重要实践环节，是学习深化与升华的重要过程。它既是学生学习、研究与实践成果的全面总结，又是对学生素质与能力的一次全面检验，而且还是
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