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江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 綜合畢業(yè)實(shí)踐說(shuō)明書（論文） 標(biāo)題： 瓶蓋注射模設(shè)計(jì) 系 別 ： 機(jī)電工程系 專 業(yè) ： 模具設(shè)計(jì)與制造 學(xué) 號(hào) ： 0810403236 姓 名 ： 許峻國(guó) 指導(dǎo)教師 ： 陳青云 2011 年 5 月 15 日 摘 要 本文詳細(xì)介紹了食品瓶蓋注射模具的設(shè)計(jì)。采用一模兩，邊緣式澆口，利用型芯成 型塑件的內(nèi)止轉(zhuǎn)齒，齒條、齒輪脫螺紋，頂桿頂出塑件。并對(duì)澆注系統(tǒng)、成型零件、脫 模機(jī)構(gòu)、脫螺紋機(jī)構(gòu)、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)做了詳細(xì)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 關(guān)鍵詞 ： 注射模 螺紋型芯 邊緣澆口 2 目 錄 摘 要.2 目 錄.3 引言.5 1 本課題的研究?jī)?nèi)容、要求、目的及意義.5 2 瓶蓋塑件詳細(xì)分析.6 2.1 塑件工藝性分析.6 2.2 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量.7 2.3 塑件注射工藝參數(shù)的確立.8 3 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).8 3.1 分型面選擇.8 3.2 確定型腔的排列方式.9 3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì).9 3.4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).12 3.5 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).13 3.6 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).13 3.7 本模具工作原理.14 4 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算.14 4.2 凹模型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算.16 4.3 動(dòng)模上固定型芯的固定板厚度計(jì)算.17 4.4 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算.17 5 模具閉合高度和注射機(jī)參數(shù)的校核.18 5.1 模具閉合高度.18 6 注射模加工工藝設(shè)計(jì).20 6.1 模具的加工.20 6.2 坯料確定.21 6.3 模板的平面加工.21 3 6.4 孔及孔系的加工.22 6.5 典型零件加工.24 結(jié)束語(yǔ).24 致 謝.26 參考文獻(xiàn).27 4 瓶蓋注射模設(shè)計(jì) 引言 模具是利用其特定形狀成型具有一定形狀和尺寸的制造工具。成型塑料制品的模具 叫做塑料模具。 全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等方面均能滿足使用要求的優(yōu) 質(zhì)制品。從模具使用角度，要求高效率、自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便；從模具制造角度，要求結(jié) 構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。 塑料模具影響著塑料制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分 型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對(duì)制件的尺寸和形狀精度以及制件的物理性 能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、 燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在塑料加工過(guò)程中，模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難易程 度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少分模。合模和取制件過(guò)程中的手工 勞動(dòng)，為此常采用自動(dòng)開合模和自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)。在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動(dòng)從 模具上脫落。另外，模具對(duì)塑料制品的成本也有相當(dāng)?shù)挠绊?。除?jiǎn)易模具外，一般來(lái)說(shuō) 制模費(fèi)是十分昂貴的，一副優(yōu)良的注射模具可生產(chǎn)制品百萬(wàn)件以上，壓制模約能生產(chǎn)二 十五萬(wàn)件。當(dāng)批量不大的時(shí)候，模具費(fèi)用在制件成本中所占比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可 能地采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具，以降低成本。 現(xiàn)代塑料制品中合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少的三項(xiàng)重要 因素，尤其是塑料模具對(duì)實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求，塑料制件使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重 要作用 1 。高效的全自動(dòng)的設(shè)備也只有裝上能自動(dòng)化生產(chǎn) 的模具才能發(fā)揮基效能，產(chǎn)品 的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提。由于工業(yè)塑件和日用塑料制品的品種和 產(chǎn)量需求量很大，對(duì)塑料模具生產(chǎn)不斷向前發(fā)展。 1 本課題的研究?jī)?nèi)容、要求、目的及意義 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容 做螺紋瓶蓋的模具設(shè)計(jì)，使該的瓶蓋注射模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，型腔、型芯、脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 合理，根據(jù)說(shuō)明書畫模具圖。 1.2 本課題的研究要求 (1) 此塑件外表面不允許有印跡，并且要光滑。 5 (2) 要使注射模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并可脫模。 (3) 流道設(shè)計(jì)合理，可保證產(chǎn)品質(zhì)量并且又節(jié)約生產(chǎn)原材料。 (4) 了解HDPE的性能、特性和設(shè)計(jì)時(shí)的要求。 1.3 本課題的研究目的 (1) 檢驗(yàn)理論知識(shí)掌握情況，將理論與實(shí)踐結(jié)合。 (2) 步掌握進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的方法、過(guò)程、為將來(lái)走向工作崗位進(jìn)行科技開發(fā)工作和 撰寫科研論文打下基礎(chǔ)。 (3) 培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力。 1.4 研究意義 (1) 對(duì)于模具的設(shè)計(jì)可以從選材到設(shè)計(jì)到成型有一個(gè)完整的了解和初步的掌握。以 進(jìn)一步的熟練掌握AutoCAD的運(yùn)用。 (2) 鍛煉自己的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)造能力，為更好更快的適應(yīng)工作作準(zhǔn)備。 2 瓶蓋塑件詳細(xì)分析 2.1 塑件工藝性分析 2.1.1 塑件的原材料分析 圖 2.1 塑件圖 塑件的材料采用HDPE，屬熱型性塑料。從使用性能看，該塑料耐酸堿及有機(jī)溶劑， 6 成本低，成型加工方便，適于用作瓶蓋材料，從成型性能看，該材料成型收縮率比一 般塑料大，且剛性低，因而制品尺寸精度低 4 。成型時(shí)模具溫度態(tài)均可一致，以減少溫 度差引起的不均勻收縮。保壓也要充分，以便于補(bǔ)償收縮 溶體流動(dòng)性好，流動(dòng)比 L/T=240，對(duì)壓力變化敏感，故宜用較高壓力注射，該射壓力為60 MPa70MPa。 2.1.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度表面質(zhì)量分析 (1) 結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓筒形，頂端有沿徑向截面長(zhǎng)為1.5mm，高度 為0.2mm的凸臺(tái)，圓周有120條與軸平行的花紋線，內(nèi)部有螺距為3mm是普通細(xì)牙螺紋。 (2) 尺寸精度分析 該零件的尺寸精度均為8級(jí)（SJ/1372-78），由以上分析可見(jiàn)，該零件的尺寸精度 較低，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件的加工可以保證。 從塑件的壁厚來(lái)看，壁厚最大處為1.2mm，最小處為1.0mm，壁厚差為0.2mm，較均 勻，有利于零件成型。 (3) 表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒(méi)有缺陷、毛刺外，沒(méi)有特別的表面質(zhì)量要求，故易于實(shí)現(xiàn)， 綜上分析可以看出，注射對(duì)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得 到保證。 2.2 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量 計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用該射機(jī)及確定型腔數(shù)。經(jīng)計(jì)算塑件的體積： 3 222 222 2402 21416)1415( )()( mm hHrhrRV = += += 式中：V塑件體積，mm 3 R瓶蓋外壁高，mm A瓶蓋內(nèi)壁高，mm 計(jì)算塑件的質(zhì)量：查塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè)P27的HDPE的密度 =0.95gcm -3 ，故塑件的質(zhì)量為: g VW 28.2 95.01000/2402 = = = 7 據(jù)塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè)76頁(yè)由經(jīng)驗(yàn)形腔數(shù)確立方法，確立形腔數(shù)為4，采 用一模四件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注射時(shí)所需壓力等情況，初步選用注射機(jī) XS-Z-60型 5 。XS-Z-60主要參數(shù)如表2.1。 表2.1 XS-Z-60主要參數(shù) 額定注射量 60 3 cm 合模方式 液壓-機(jī)械 螺桿直徑 38mm 最大開模開程 180mm 注射壓力 122mpa 最大注射面積 130cm 2 頂出中心孔徑 50 鎖模力 500kN 注射方式 螺桿式 定位圈 55mm 模具最大厚度 200mm 噴嘴球半徑 12mm 模具最小厚度 70mm 噴嘴孔直徑 4mm 2.3 塑件注射工藝參數(shù)的確立 查找實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造27頁(yè)表2-2及注塑模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù)39頁(yè)， 聚乙烯的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：成型溫度為140200；該射壓力為60MPa 100MPa。必須說(shuō)明的是，上述工藝參數(shù)在試模時(shí)可作適當(dāng)調(diào)整。 3 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 分型面選擇 合理選擇分型面，有利于制品的質(zhì)量提高，工藝操作和模具的制造。因此，在模具 設(shè)計(jì)過(guò)程中是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，選擇分型面一般根據(jù)以下的原則 6 ： (1) 分型面的位置要不影響制品的精度和外觀； (2) 盡量簡(jiǎn)單，避免采用復(fù)雜形狀，使模具制造增加困難； (3) 要盡量有利于塑料制品的脫模和抽芯； (4) 有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)； (5) 盡可能與料流末端重合，以利于系統(tǒng)的排氣。 根據(jù)分型面選擇原則和塑件成型要求來(lái)選擇分型面。如圖所示水平分型方式既可降 低模具復(fù)雜程度，減少模具加工難度又便于成型后脫模。故選用如圖所示的分型方式較 為合理，如圖3.1分型面的選擇。 8 圖 3.1 分型面的選擇 3.2 確定型腔的排列方式 本塑件在注射時(shí)采用一模四件，既模具需要四個(gè)型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)效 益，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素?cái)M采取如圖所示型腔排列方式如圖3.2所示。 圖 3.2 型腔的排列方式 3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道，它包括主流 道，分流道，澆口及冷料穴。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞對(duì)制品性能、外觀和成型難易程度影響 頗大。 根據(jù)注塑件的要求及模具的結(jié)構(gòu)等方面來(lái)選擇澆注系統(tǒng)。 9 3.3.1 主流道設(shè)計(jì) 據(jù)注塑模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù)39頁(yè)查的XS-Z-60型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸為噴嘴 前端孔徑do=4mm；噴嘴前端球面半徑 7 ：Ro=12mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴R=Ro+（12）mm及d= do +（0.51）mm，取立流道球面半 徑R=13mm，小端直徑d=4.5mm。 為了便于將凝料從主流道中拔出，將立流道設(shè)計(jì)成圓錐形其斜度為 24，查 90頁(yè)表 8 3-22的主流道大端直徑D=6mm，內(nèi)壁粗糙度為Ra=0.63m。為使熔料順利進(jìn)入 分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑r=5mm的圓弧過(guò)渡。如圖3.3所示。 圖3.3 主流道襯套 3.3.2 分流道設(shè)計(jì) 分流道的形狀及尺寸，應(yīng)該根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的復(fù)雜程度，注射速率、 分流道長(zhǎng)度因素來(lái)確定。本塑件的形狀簡(jiǎn)單，熔料填充型腔較容易，為方便加工起見(jiàn)， 選用截面形狀為半圓形分流道 9 ，取R=2.8mm。 3.3.3 澆口設(shè)計(jì) 選擇澆口形式應(yīng)該遵循以下原則 10 ： (1) 盡可能采用平衡式設(shè)置； (2) 型腔排列進(jìn)料均衡； 10 (3) 型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象； (4) 確保耗料量?。?(5) 不影響塑件外觀。 根據(jù)以上原則，決定選用側(cè)澆口形式，這種澆口的優(yōu)點(diǎn)為：去澆口方便，殘留痕跡 ?。蝗垠w流速高；翹曲比直接澆口?。灰顺尚捅”?、復(fù)雜形狀制品。其缺點(diǎn)有：注射壓 力損失大；保壓補(bǔ)縮作用比直接澆口小。總的來(lái)說(shuō)，側(cè)澆口適用于各種形狀及一模多腔 制品，是最常用的一種形式。 根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為理想。設(shè)計(jì)時(shí)考慮選擇從 塑件下端進(jìn)料，料由下端向上流，而且模具型芯采用活動(dòng)鑲塊式，有利于排氣。故采用 截面為矩形的側(cè)澆口。澆口截面高度h=1/32/3(制品最小壁厚)，11/32/3 取 h=0.5，澆口截面寬度b=(310)h=1.55，b要小于分流道半徑R，取b=2，澆口長(zhǎng)度l 一般可取0.7 mm2.0mm，此處取l=0.8 mm，則初選尺寸為hbl0.5mm2mm0.8mm， 試模時(shí)修正。 3.3.4 排氣槽的設(shè)計(jì) 排氣槽的作用是將型腔和型芯中周圍空間內(nèi)的氣體及熔料所產(chǎn)生的氣體排到模具 之外。該注射模屬于小型模具，在推桿的間隙和分型面上都有排氣效果，又分型面積比 較大，無(wú)需另外開排氣槽 11 。 3.3.5 型腔壓力估算 據(jù)式 P=KPo 取壓力 損耗系數(shù) K=0.4，該 射機(jī)壓力 Po=122MPa，則型腔壓力 P=KPo=49Mpa。 3.3.6 鎖模力校核 已知注射機(jī)最大鎖模力F為500KN 1000 A PF 式中：F鎖模力，kN p型腔壓力，MPa A塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm 已知型腔壓力為 49MPa；澆注系統(tǒng)的投影面積為 1 倍的塑件投影面積；塑件及流道 系統(tǒng)在分型面上的投影面積為: SRnA += 2 11 式中：S流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm n模腔數(shù) 則: A=4(30/2) 2 +3554 =3526mm 2 即: p A/1000=493526/1000 =172.77kN500kN 所以鎖模力符合要求。 3.3.7 定位圈設(shè)計(jì) 定位圈設(shè)計(jì)配合注塑機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3.4。 圖3.4 定位圈 3.4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑件側(cè)壁有M283細(xì)牙螺紋，它與脫模方向不一致，阻礙成型后塑件從模具脫出。 因此成型塑件型芯必須做成活動(dòng)的，即須設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)。本模具采用瓣合型芯成型和脫 出內(nèi)螺紋。 3.4.1 確定抽芯距。 抽芯距等于成形孔深加上2mm3mm的安全系數(shù)，可取抽芯距S軸=18.2+2.8=21mm 3.4.2 確定中心型芯的夾角。 型芯的夾角是瓣合型芯成型機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)根據(jù)之一，它與抽拔力以及抽芯距有直 接關(guān)系，參照斜導(dǎo)柱傾角的選取，取型芯夾角a=20。 3.4.3 瓣合型總聯(lián)接 兩側(cè)型芯與中間型芯的配合導(dǎo)滑槽為燕尾形結(jié)構(gòu)。 3.4.4 型芯座板尺寸 12 取型芯總座板半徑為R=24mm，厚度為12mm。 3.5 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于該塑件的脫模阻力不大，而推桿又加工簡(jiǎn)單、更換方便、脫模效果好，因此采 用圓形推桿脫模機(jī)構(gòu)。推桿的設(shè)置位置采取以下原則 12 ： (1) 推桿設(shè)在脫模阻力大的地方； (2) 推桿位置均勻分布； (3) 推桿設(shè)在塑料制品強(qiáng)度剛度較大的地方； (4) 推桿直徑應(yīng)滿足相應(yīng)的強(qiáng)度、剛度條件脫模力(推出力)計(jì)算。 將制品從包緊型芯上脫出所需要克服的阻力稱為脫模力，是設(shè)計(jì)，計(jì)算頂出機(jī)構(gòu)的 依據(jù)： 根據(jù)式： )sincos( = APF t 式中：F 脫模力(KN) t 塑料對(duì)鋼的摩擦系數(shù) 取0.10.3 A塑料制品包容型芯面積(mm ) 2 P塑料件對(duì)型芯單位面積上的包緊力。一般情況下，模外冷卻的塑件的 P 約為24 Mpa39Mpa；模內(nèi)冷卻的塑件的P約為8 Mpa12 Mpa。本塑件采用模內(nèi)冷卻， 取P=10 Mpa HDPE所要求的脫模斜度，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取1 o KN Ft 1.4 2)1sin1(cos102103 = = 3.6 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.6.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 本例中模具采用一模四件的結(jié)構(gòu)形式，考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值利用等因 素，凹模擬采用整體式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式如圖3.5所示。 13 圖 3.5 凹模 3.6.2 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用瓣合型鑲塊結(jié)構(gòu)。通過(guò)內(nèi)側(cè)抽芯兩塊瓣合型鑲塊向中間合攏，從而達(dá)到脫模的 目的。 3.7 本模具工作原理 本模具的工作原理：注射成型后，動(dòng)模首先移動(dòng)，動(dòng)模板把塑料制品從定模板內(nèi)帶 出，然后注射機(jī)推出機(jī)構(gòu)推動(dòng)推板，并帶動(dòng)斜推桿推動(dòng)螺紋型芯向中間合攏，塑料制品 上的螺紋部分脫離螺紋型芯，完成一次推出，然后斜推桿把塑料制品推出，完成第二次 推出。推出系統(tǒng)的復(fù)位，靠定模板上的反推桿。 4 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算 本模具成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)均采用平均法計(jì)算。查實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造 P27表2-2得高壓聚乙烯的收縮率為S=0.0150.036，故平均收縮率為: 14 Scp=(0.015+0.036)/2=0.026 模具制造公差取Sz=/3 。 4.1 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算表中 表2 型腔和型心工作尺寸的計(jì)算 類 別 塑 件 尺 寸 計(jì) 算 公 式 型腔或型心 的工作尺寸 30 0 -0.5 L M =(L s +L s S cp -3/4) 0 + 30.4 0 +0.17 18.2 0 -0.5 18.3 0 +0.17 2.5 0 -0.2 2.43 0 +0.07 型 腔 的 計(jì) 算 0.2 0 +0.1 H M =(H s + H s S cp -2/3) 0 + 1.94 0 +0.03 28 d M =(d+dS cp +) 0 - =0.3 29.03 0 -0.1 17 0 +0.2 17.58 0 -0.07 2 0 +0.2 2.19 0 -0.07 型 心 的 計(jì) 算 27 0 +0.2 H M =(H s + H s S cp +2/3) 0 -z 27.84 0 -0.07 27.3 D 2M =(d 2 + d 2 S cp +3/4) 0 - =0.3 28.23 0 -0.1 螺 紋 的 計(jì) 算 26.8 D 1M =(d 1 + d 1 S cp +) 0 - =0.3 27.8 0 -0.1 表中： S 塑料平均收縮率 CP 塑料公差 z 成型零件制造公差 對(duì)于型小工件取 /3 X修正系數(shù)，一般取1/23/4， 對(duì)于型小工件取3/4 L 型腔徑向尺寸mm m H 型腔深度mm m L 塑件外型基本尺寸mm s H 塑件高度基本尺寸mm s 15 l 型芯徑向尺寸mm m l 塑件內(nèi)型基本尺寸mm s h 型芯高度mm m h 塑件孔深基本尺寸mm s 4.2 凹模型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算 在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于中小型模具來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度不足是主要矛盾，故以強(qiáng)度設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。 適用于本例。 4.2.1 側(cè)壁厚度計(jì)算 在注射模在注射成型過(guò)程中，由于注射成型壓力很高，型腔內(nèi)部承受熔融塑料的巨 大壓力，就要求模具有一定的強(qiáng)度和剛度，如果強(qiáng)度和剛度不足，會(huì)造成模具的變形和 斷裂.型腔側(cè)壁所受的壓力應(yīng)以型腔內(nèi)部所受的最大壓力為準(zhǔn)，對(duì)于小型模具型腔，型 腔常常在彎曲變形前，其內(nèi)應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力，應(yīng)以強(qiáng)度計(jì)算。 本凹模是屬于整體式結(jié)構(gòu)。其型腔壁厚S可按下式計(jì)算： ( ) 2/1 /13 WPaS += 式中：S型腔側(cè)壁厚度mm a型腔側(cè)壁受壓高度值mm P型腔壓力mpa W系數(shù)，由表411查 b/L值 材料許用應(yīng)力Mpa S=9.6mm 只要壁厚取值大于9.6mm就滿足強(qiáng)度要求 4.2.2 型腔底板厚度計(jì)算 僅按強(qiáng)度計(jì)算： ( ) 2/1 2 12/ += Pbh 式中：h整體式矩形底板厚度.mm p型腔壓力mpa b矩形短邊長(zhǎng)度mm 16 矩形短邊與長(zhǎng)邊比 b/L 材料許用應(yīng)力mpa h=7.4mm 底板厚度只需取大于7.4mm就滿足要求。 4.3 動(dòng)模上固定型芯的固定板厚度計(jì)算 按剛度計(jì)算側(cè)壁的厚度 S: E ph S 4 15.1 式中：E模具材料的彈性模量，MPa，碳剛為2.1 105MPa p型腔壓力，MPa，由前面所知為49MPa 剛度條件，即允許變形量，mm，查表得出HDPE的值允許范圍 為0.015mm0.036mm h型腔深度尺寸，mm 所以： mmS 95.29 026.0 5 101.2 4 1849 15.1 型芯的固定板厚度為32mm，符合要求。 4.4 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率 13 。所以模具上需要添加溫度 調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達(dá)到理想的溫度要求。熱塑性塑料在注射成型后，必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷 卻，使熔融的塑料的熱量盡快傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模。提高 塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 因?yàn)樗臒崛萘看?，傳熱系?shù)大，成本低，且低于室溫的水容易取得，所以冷卻水 普遍使用。用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，利用循環(huán)水降溫。 冷卻裝置的設(shè)計(jì)要考慮以下幾點(diǎn)： (1) 保證塑件收縮均勻，維持模具熱平衡。 (2) 冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，對(duì)塑件冷卻也就越均勻。 (3) 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即水孔的排列與型腔形狀盡量吻合。 (4) 澆口出要加強(qiáng)冷卻。一般熔融塑料填充型腔時(shí)，澆口附近溫度最高，距澆口越 遠(yuǎn)溫度越低。因此澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通冷卻水，而在溫度較低的外側(cè)只需通過(guò)經(jīng)熱 交換后的溫水即可。 17 (5) 降低入水與出水的溫度，可通過(guò)改變冷卻孔道排列的形式。 (6) 要結(jié)合塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)，合理考慮冷卻水通道的排列形式。如塑件的 收縮率，壁厚等。 (7) 冷卻水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷卻通道的密封性要好，冷卻通道 的進(jìn)口與出口接頭盡量不要高出模具外表面。 本塑件在注射成型時(shí)不需要有太高的模溫 （355513.9 cm 3 滿足要求。 5.2.2 模具厚度H與注射機(jī)閉合高度校核 根據(jù)： minmax HHH 式中： H 注射機(jī)允許最大模具厚度 H =200mm max max H 注射機(jī)允許最小模具厚度 H =70mm min min 由上述的計(jì)算模具的閉合高度H=177mm 70mm 177mm 200mm 模具厚度H滿足要求。 5.2.3 注射機(jī)開模行程校核 注射機(jī)開模行程應(yīng)大于開模時(shí) 取出塑件(包括澆注系統(tǒng)所 需開模距離)即滿足以下 式子： ( )105 21 + HHS k 式中：S k 注射機(jī)開模（經(jīng)查資料XS-Z-60注射機(jī)的最大開模行程S k =160mm） H 1 脫模距離H 1 =21mm H 2 塑件高度+澆注系統(tǒng)高度 H=18.2mm ( ) mmmmHH 1602.49105 21 =+ 所以開模行程也符合要求。 5.2.4 注射機(jī)安裝尺寸校核 19 本模具的外形尺寸為250mm 250mm 177mm 。XS-Z-60 型注射機(jī)模板最大安裝尺寸為330mm 440mm ，故能滿足模具安裝要求。經(jīng)驗(yàn)證，XS-Z-60 型注射機(jī)能夠滿足使用要求，故可采用。 6 注射模加工工藝設(shè)計(jì) 塑料模具的零件類型很多，加工條件不同，其加工方法各不同。目前模具的主要加 工手段有：通用機(jī)加工、電火花成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等 14 。 由于瓶蓋注射模要求一般，模具結(jié)構(gòu)尤其是型腔復(fù)雜程度一般，因此模具的加工立 足于經(jīng)濟(jì)、可行，故采用了普通加工與電火花成型相結(jié)合的工藝方法。根據(jù)零件成型下 面簡(jiǎn)單分析一下主要類型零件的加工工藝 15 。 6.1 模具的加工 (1) 機(jī)械加工 機(jī)械加工(即傳統(tǒng)的切削與磨削加工)是模具制造不可缺少的一種重要的加 工方法。機(jī)械加工的特點(diǎn)是加工精度高、生產(chǎn)效率高。但加工復(fù)雜的形狀時(shí)，加 工速度慢，硬材料也難加工，材料利用率不高。 數(shù)控加工是利用數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)完成模具零件的加工，根據(jù)零件圖樣及 工藝要求等原始條件編制數(shù)控加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)，然后控制數(shù)控機(jī)床中刀 具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以完成零件的加工。數(shù)控機(jī)床范圍很廣，在機(jī)械加工中有 數(shù)控車加工、數(shù)控銑加工、數(shù)控鉆加工、數(shù)控磨加工、加工中心加工;在塑性加 工中有數(shù)控沖床加工、彎管機(jī)加工等;在特種成形中則有數(shù)控電火花加土、數(shù)控 線切割加工、數(shù)控激光加工等。 (2) 特種加工 特種加工是指直接利用電能、化學(xué)能、聲能、光能等來(lái)去除工件上多余的材 料，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度的加工方法，其中包括電火花成形加工、 線切割加工、電解加工、電化學(xué)拋光、電鑄、化學(xué)刻蝕、超聲波加工、激光加工 等。特種加工與工件的硬度無(wú)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)以柔克剛，并可加工各種復(fù)雜形狀的 零件。特種加工在模具制造中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 (3) 塑性加工 塑性加工主要指冷擠壓制模法，即將淬火過(guò)的成形模強(qiáng)力壓入未進(jìn)行硬化處 理的模坯中，使成形模的形狀復(fù)印在被壓的模坯上，制成所需要的模具。這種成 形方法不需要型面精加工，制模速度快，可以制成各種復(fù)雜型面的模具。 20 (4) 鑄造加工 對(duì)于一些精度和使用壽命要求不高的模具，可以采用簡(jiǎn)單方便的鑄造法快速 成形。例如:鋅基合金模具，用低熔點(diǎn)材料鋅基合金鑄造模具，也稱快速制模法， 其制模速度快，容易制成形狀復(fù)雜的模具。但模具材質(zhì)較軟，耐熱性差，所以模 具壽命短，多用于試制和小批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。 (5) 焊接加工 焊接法制模是將加工好的模塊焊接在一起，形成所需的模具。這種方法與整 體加工相比，加工簡(jiǎn)單、尺寸大小不受限制，但精度難于保證，易殘留熱應(yīng)變及 內(nèi)部應(yīng)力，主要用于精度要求不高的大型模具的制造。 6.2 坯料確定 坯料是指模具零件采用材料的原始狀態(tài)。一般情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)棒料或板材，也可 以采用鍛造坯料。在有的專業(yè)模具企業(yè)中，對(duì)性能要求不高的材料多采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格材料， 而對(duì)性能要求較高的材料則要鍛造，然后經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后具有適當(dāng)?shù)挠捕群捅阌诩庸?光的專用模具用鋼切割成坯料，這種形式加工余料少，節(jié)省了人工和材料用量。坯料通 過(guò)鍛造可使金屬材料的金相組織密實(shí)，對(duì)其強(qiáng)度和剛度也有提高。只是應(yīng)嚴(yán)格控制加工 余量，加工余量過(guò)大，會(huì)引起材料和加工工時(shí)的浪費(fèi)。 6.3 模板的平面加工 (1) 模板平面的粗加工 平面切削加工是指用車床、刨床、銑床等對(duì)坯料的6個(gè)方面進(jìn)行粗加工，再去掉坯 料的加工余量后，再留出足夠的半精加工余量，同時(shí)對(duì)模板上較大的孔也應(yīng)進(jìn)行粗加工。 粗加工完了之后，應(yīng)進(jìn)行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應(yīng)力，使其 組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過(guò)程中的變形或淬裂。 (2) 模板平面的半精加工 在經(jīng)過(guò)退火而消除內(nèi)應(yīng)力之后，模板會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形。半精加工就是去除其 變形量，并給精加工留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?(3) 模板平面的精加工 通過(guò)以上的加工程序，模板已形成了基本輪廓。采用平面磨床磨削模板厚度的兩平 面，并達(dá)到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個(gè)分模面即是Z軸方向上的加工基準(zhǔn)面。 取任意相鄰的兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行高精度的直角加工，并與模板平面相互垂直。這兩個(gè)側(cè) 21 面即是X，Y方向上的加工基準(zhǔn)面，分別作文字標(biāo)記，如X，Y當(dāng)平面的精度要求，特別 是平面度公差要求很高時(shí)，可以采用研磨的方法，即采用鑄鐵平板作為研具，由很細(xì)的 金剛砂做磨料，施以較小的壓力均勻平衡的去除配合面的余量，達(dá)到多面積的良好接觸。 (4) 薄板的精加工 當(dāng)薄板較薄或太薄時(shí)，在淬火填質(zhì)或淬硬后容易發(fā)生彎曲或翹曲形變的現(xiàn)象。薄板 在磨削發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)使用薄而寬的擋板，將薄板四周擋住，并將被加工的薄板的凹面 向下，然后以很小的磨削量對(duì)凸面進(jìn)行磨削，當(dāng)磨削的部分長(zhǎng)度達(dá)到薄板長(zhǎng)度的2/3時(shí)， 將薄板翻面，依然采取精度磨削的狀態(tài)，這樣反復(fù)數(shù)次，直到翹曲的現(xiàn)象完全消失，才 能按常規(guī)磨削。 因此，薄板的預(yù)留量應(yīng)該加大，以防止達(dá)到尺寸要求時(shí)局部仍有凹處，而導(dǎo)致薄板 報(bào)廢現(xiàn)象。 6.4 孔及孔系的加工 在模板平面加工完成以后，在模板上需要加工的部位，包括鑲嵌成型零件的各種形 狀的孔，導(dǎo)柱孔、復(fù)位桿孔、頂桿孔、側(cè)抽芯時(shí)的導(dǎo)滑槽、固定模板的螺栓孔以及冷卻 水道孔、釣鉤孔等，即在模板上需要加工的部位不外乎是進(jìn)行各種形式的孔及孔系的加 工。 塑料模上的加工方法主要有：鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、磨孔等，這是根據(jù)孔的精度等級(jí) 和表面粗糙度的要求決定的。 塑料模具的同一零件上經(jīng)常出現(xiàn)由相互位置精度要求的多個(gè)孔稱為孔系。對(duì)孔系的 加工除了要保證孔本身的精度要求和粗糙度要求外，還要保證孔與孔之間的位置精度要 求，各平行孔之間的軸線平行度、各同軸孔之間的軸線同軸度以及孔的軸線與基準(zhǔn)面之 間的平行度和垂直度等等。 6.4.1 孔系的加工 孔系的加工在一般情況下是以X，Y，Z為基準(zhǔn)面的，找出需要加工部位的中心，并 劃出與X，Y互相垂直的交叉中心線，依照藍(lán)圖畫出加工輪廓線來(lái)。 孔系的加工大體有如下幾種方法： (1) 精密劃線加工 找出中心線后，在中心處用沖頭打窩，首先選用比被加工孔直徑小的鉆頭鉆孔。鉆 孔后，檢驗(yàn)孔與基準(zhǔn)面的相對(duì)位置以及各孔之間的相對(duì)位置是否滿足位置精度的要求， 22 如果發(fā)現(xiàn)偏差可用整形銼修整，然后再擴(kuò)孔，再檢驗(yàn)，直到各孔的位置精度達(dá)到欲求位 置，最后進(jìn)行留有絞孔位置余量的最后擴(kuò)孔，并進(jìn)行粗絞和精絞。 (2) 對(duì)合加工 當(dāng)兩塊模板具有相同位置的多個(gè)通孔時(shí)，可采用兩模板對(duì)合在一起的方法加工，如 導(dǎo)柱孔以及成型零件的鑲嵌固定孔等。 對(duì)于加工和直徑均相同的孔是以 X，Y 各側(cè)邊為基準(zhǔn)面時(shí)，按裝配時(shí)的排列順序， 將它們裝夾在一起，只需一面劃線，并對(duì)模板找平，就可以同時(shí)將對(duì)應(yīng)的兩個(gè)通孔同時(shí) 加工出來(lái)，各孔的位置不必有嚴(yán)格的要求，它們?cè)谕晃恢眉庸さ闹灰茨＞叩难b配位 置順序組裝，位置度的偏差對(duì)整體沒(méi)有影響。 對(duì)位置相同，但直徑不同的孔，在裝夾兩模板時(shí)，在其中間平行墊起一個(gè)進(jìn)刀距離的平 行墊板，并將帶大孔的模板位置在上部劃線，同時(shí)加工出底部的小孔后，再對(duì)打孔進(jìn)行 擴(kuò)孔，同時(shí)達(dá)到以上的效果。 (3) 坐標(biāo)鏜床加工 這是目前最常用的加工孔系方法，坐標(biāo)鏜床是具有二維坐標(biāo)的高精度機(jī)床，它是通 過(guò)帶有誤差補(bǔ)償裝置的精密絲杠，或帶有游標(biāo)的精密直尺以及作為標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)的光學(xué)裝置 來(lái)控制工作臺(tái)，精確移動(dòng)坐標(biāo)直尺，并通過(guò)有精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等附件，保證在二維坐標(biāo) 的位置空間，完成各相對(duì)位置的精確定位以及精密加工，因此，保證模板上的相對(duì)應(yīng)的 孔即使分別加工，也能達(dá)到組裝的精度要求。 在采用坐標(biāo)鏜床加工孔系時(shí)，重要的是模板的正確定位，其中包括： (a) 模板的分模面應(yīng)與坐標(biāo)鏜床的工作臺(tái)平行； (b) 模板上的X，Y基準(zhǔn)面應(yīng)正確納入坐標(biāo)鏜床的坐標(biāo)系統(tǒng)中，即x，y的兩個(gè)基準(zhǔn) 面，分別與坐標(biāo)鏜床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向平行； (c) 分別找出并準(zhǔn)確確定出模板X，Y方向的基準(zhǔn)面的坐標(biāo)； 模板正確定位后，便可按藍(lán)圖要求求出各孔的坐標(biāo)點(diǎn)，分別加工各孔。 由于坐標(biāo)鏜床是精密設(shè)備，當(dāng)孔的直徑大于20 mm時(shí)，應(yīng)在其它機(jī)床上先加工出預(yù) 留孔，留出鏜加工余量。當(dāng)孔的直徑較小時(shí)，可以在鏜床上直接鉆孔，為防止鉆孔的偏 擺，在鉆孔前先用剛度大，刃磨正確的中心鉆，鉆出中心底孔。 當(dāng)孔距精度公差大于正負(fù) 0.015 mm 時(shí)，鉆孔后，即可直接鉸孔。當(dāng)孔距精度要求 較高時(shí)，應(yīng)采用精鏜加工。 23 6.5 典型零件加工 塑件的外表面是在型腔中成型的。型腔的制造質(zhì)量直接影響塑件的質(zhì)量，它是注射 模中主要和關(guān)鍵的大部件，由于塑件的外形是多種多樣的，型腔的制造工藝也頗為復(fù)雜， 目前常用的型腔加工方法大體上有以下幾種： (1) 通用機(jī)床和手工結(jié)合的方法 這種方法是利用現(xiàn)場(chǎng)的通用設(shè)備，如普通車床，立式銑床，臥式銑床、工具銑床等 設(shè)備，對(duì)坯料進(jìn)行粗加工或半精加工，然后由鉗工銼削，刮削、拋光等手段加工型腔的， 這種方法主要依靠人工的熟練度技術(shù)及精心制作來(lái)完成的。在小型企業(yè)中往往在沒(méi)有專 業(yè)設(shè)備的情況下，因地制宜而采用的方法，它的質(zhì)量取決于技術(shù)工人的技能水平，使質(zhì) 量不易保證，而且生產(chǎn)效率低，做模成本也高，在形狀簡(jiǎn)單，精度要求不高的場(chǎng)合下多 有采用。 (2) 專用機(jī)床加工方法 目前得到應(yīng)用的專用機(jī)床有：仿形銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)、坐標(biāo)鏜床、電 火花機(jī)床、仿形磨床或坐標(biāo)磨床等精密加工機(jī)床，首先在通用機(jī)床上進(jìn)行粗加工或半精 加工，然后在精密機(jī)床上做精加工，成型型腔，再進(jìn)行拋光工序，完成型腔加工。 型腔加工最常用的形式是電火花加工，電火花加工是機(jī)床的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖 電流，在電極與工件的間隙距離間脈沖放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象。它逐漸將工序表面的多余 量腐蝕掉，從而形成與電極形狀相對(duì)的型腔。 (3) 新工藝加工法 隨著新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，新工藝加工也逐漸應(yīng)用于模腔加工，目前經(jīng)常采用的 有冷擠壓型腔、電鑄型腔、精密制造以及電解加工等新工藝加工方法。 對(duì)小批量塑件的模具型腔，也可以采用快速制模工藝。如超磁成型、快速電鑄、金屬噴 液以及采用環(huán)氧樹脂、低熔點(diǎn)合金作為模具材料等，這些方法制模周期短、成本低、適 用于在打樣以及試制階段的塑件成型。 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)我在大學(xué)階段所學(xué)習(xí)的模具設(shè)計(jì)方面的知識(shí)做了一個(gè)很好的 總結(jié)和鞏固，也對(duì)平時(shí)所學(xué)習(xí)的比較零散的知識(shí)做到了系統(tǒng)化的運(yùn)用。也發(fā)現(xiàn)了自己在 學(xué)科內(nèi)的某些方面知識(shí)的欠缺，做到了很好的復(fù)習(xí)和理解。 設(shè)計(jì)中用到了大量專業(yè)知識(shí)，例如機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖、聚合物材料、塑料成型機(jī) 24 械、塑料成型模具、材料力學(xué)、公差與配合等學(xué)科。通過(guò)在設(shè)計(jì)中查閱和復(fù)習(xí)其相關(guān)知 識(shí)，對(duì)部分已生疏的學(xué)科又重新做了認(rèn)識(shí)，且在以前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上更加深了理解，同時(shí) 也把書本上學(xué)到的知識(shí)用到了實(shí)際設(shè)計(jì)中，將單一的學(xué)科和其他配套學(xué)科融合在一起， 學(xué)會(huì)了綜合考慮問(wèn)題，比如在設(shè)計(jì)本套模具中自動(dòng)卸螺紋機(jī)構(gòu)的時(shí)候，既要考慮齒輪齒 條本身材料性能，又要注意其加工和安裝的可操作性以及在模具中的整體的安裝位置， 以免造成模具結(jié)構(gòu)不合理，甚至造成各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的干涉。在設(shè)計(jì)中還用到了一些計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，更是受益匪淺，例如在設(shè)計(jì)中大量用到 Auto CAD 來(lái)進(jìn)行平面制圖， 使得在設(shè)計(jì)中對(duì)于零件的平面投影以及尺寸可以很至關(guān)且很精確的表達(dá)。 25 致 謝 論文從開題、具體設(shè)計(jì)、論文的撰寫，均得到了老師、同學(xué)和朋友的大力支持。 特別感謝陳青云老師對(duì)我的指導(dǎo)。她在繁 忙的教學(xué)工作期間，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)付 出了大量的心血，多次給我提出深刻而具有指導(dǎo)性的意見(jiàn)。正是有了他們對(duì)我時(shí)時(shí)刻刻 的指導(dǎo)，才使我能正確把握論文的方向，并順利地完成。 感謝所有給我傳道授業(yè)的老師們，正是你 們的辛勤教授才使學(xué)生有了完成畢業(yè)設(shè) 計(jì)的知識(shí)與能力儲(chǔ)備，奠定了我的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。 26 參考文獻(xiàn) 1 申樹義.塑料模具設(shè)計(jì)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001. 2 杜志俊.現(xiàn)代模具技術(shù)綜述J.機(jī)械工程師，1999，(6)：35. 3 王國(guó)中，申長(zhǎng)雨.注射模具CAD/CAE/CAM技術(shù)M.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1998. 4 羽田武榮.熱塑性材料及其注塑M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993. 5 馬金峻.塑料模具設(shè)計(jì)M.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1997. 6 王旭.塑料模結(jié)構(gòu)圖M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.1995. 7 王樹勛.注塑模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù).廣州：華南理工大學(xué)出版社.1996. 8 王孝培.塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2000. 9 黨根茂.模具設(shè)計(jì)與制造M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.1995 10 唐志玉.塑料擠塑模與注塑模優(yōu)化設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000. 11 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. 12 王旭.塑料模結(jié)構(gòu)圖冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994. 13 馬金俊.塑料模具設(shè)計(jì)M.北京：中國(guó)科學(xué)科技出版社，1994. 14 李志剛等.模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999 27