藥瓶蓋注塑模工藝分析及模具設計【含CAD圖紙和說明書】

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1.1課題背景隨著時代的發(fā)展，社會上的事物都在日新月異。病毒也在時刻改變著自己，緊跟著的藥物也是在時刻改變著自己。當然，藥物的樣式也是在日新月異。尤其是鼻炎藥物，多種多樣。今天我們就看一下噴式鼻炎藥的藥瓶蓋。 1.2我國塑料模具發(fā)展現狀及發(fā)展方向 1.2.1我國塑料模具的發(fā)展現狀模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，受到國家和企業(yè)界的高度重視，發(fā)達國家就有“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”之說。當今“模具就是經濟效益”的觀念已被越來越多的人所認可。我國模具行業(yè)近年來發(fā)展很快，據不完全統(tǒng)計，目前模具生產廠點共有2萬多家，從業(yè)人員約50萬人，全年模具產值約360億元，總量供不應求，出口約2億美元。進口約l0億美元。當前，我國模具行業(yè)的發(fā)展具有如下特征：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于行業(yè)總體發(fā)展水平；塑料模和壓鑄模成比例增長；專業(yè)模具廠家數量及其生產能力增加較快；“三資”企業(yè)及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)。南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產最集中的省份是廣東和浙江，其模具產值約占全國總產值的60以上。我國模具總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等發(fā)達國家，模具商品化和標準化程度也低于國際水平。（1）成型工藝方面,多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在2934英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的5080%相比，差距較大。（2）產品結構方面，我國塑料模具工業(yè)從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大的發(fā)展。模具水平有了較大提高，但與國外相比仍有較大差距 (表1.1)。項目國外國內注塑模型腔精度型腔表面粗糙度非淬火鋼模具壽命淬火鋼模具壽命熱流道模具使用率標準化程度中型塑料模生產周期0.0050.01mmRa0.010.05m1060萬次160300萬次80%以上7080%一個月左右0.020.05mmRa0.20m1030萬次50100萬次總體不足10%小于30%24個月表1.1 國內外塑料模具技術比較表 （3）制造技術方面,CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UG、美國ParametricTechnology公司的Pro/Engineer及澳大利亞Mold flow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如填充和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來,國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20、3Cr2Mo、PMS等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距。 1.2.2我國塑料模具的發(fā)展方向（1）提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及高生產率的要求。（2）在塑料模模具設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術,近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度,為其進一步普及創(chuàng)造了良好的條件;基于網絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結構初見端倪,其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。（3）推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量,并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準,積極生產價廉高質量的元器件,是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制,而且其常用于較復雜的大型制品,模具設計和控制的難度較大,因此,開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件,顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度,繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。（4）開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經濟模具。以適應多品種、少批量的生產方式。（5）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低,與國外差距甚大,在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展,為提高模具質量和降低模具制造成本,模具標準件的應用要大力推廣。為此,首先要制訂統(tǒng)一的國家標準,并嚴格按標準生產;其次要逐步形成規(guī)模生產、提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本;再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。（6）應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。（7）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調整、廉價的檢測設備是實現逆向工程的必要前提。第2章 塑件工藝規(guī)程的編制2.1 塑件的工藝性分析 如圖2.1所示，該塑件為殼體且壁厚均勻，塑件的尺寸不大且結構也并不復雜。蓋內有少量螺紋，蓋頂上有六個肋，這使得制造模具型腔有了一定的困難。通過對塑件的結構分析，設計出合理的工藝方案是模具設計的前提。 2.1.1 分型面的選擇 經過分析，分型面選在最大圓處。 2.2 塑件的材料分析 聚乙烯塑料的產量為塑料工業(yè)之冠，其中以高 壓聚乙烯的產量最大。聚乙烯樹脂為無毒、無味，呈白色，柔軟、半透明的大理石狀粒料，密度為0.91-0.96g/cm3,為結晶型塑料。聚乙烯按聚合時所采用壓力的不同，可分為高壓、中壓和低壓聚乙烯。 高壓聚乙烯的分子結構不是單純的線型，而是帶有許多支鏈的樹枝狀分子。因此它的結晶度不高，密度較低，相對分子質量較小，常稱為低密度聚乙烯。它的耐熱性、硬度、機械強度等都較低。但是它的介電性能好，具有較好的柔軟性、耐沖擊性及通明性，成形加工性能也較好。中、低壓聚乙烯的分子結構是支鏈很少的線型分子，其相對分子質量、結晶度較高，密度大相對分子質量大，常稱為高密度聚乙烯。它的耐熱性、硬度、機械強度等都較高，但柔軟性、耐沖擊性及透明性、成形加工性能都較差。 聚乙烯的吸水性極小、且介電性能與溫度、濕度無關。因此，聚乙烯是最理想的高頻電絕緣材料，在介電性能上只有聚苯乙烯、聚異乙烯及聚四氟乙稀可與之相比。 主要用途：低聚壓乙稀可用于制造塑料管、塑料板、塑料繩以及承載不高的零件，如齒輪、軸承等;中壓聚乙烯最適宜的成形方法有高速吹塑成形，可制造瓶類、包裝用的薄膜以及各種注射成形制品和旋轉成形制品，也可用在電線電纜上面；高壓聚乙烯常用于制作塑料薄膜、軟管、塑料瓶以及電氣工業(yè)的絕緣零件和電纜外皮等。 2.3 塑件的表面分析 依據教材查塑料模具設計與制造表2-20塑件外表面要求粗糙度較低，表面光滑（0.1-0.4um）,沒表面要求低點（0.8-1.6um）。 2.4 塑件的尺寸精度塑件的總體尺寸主要取決于塑料品種的流動性。在一定的設 備和工藝條件下，流動性較好的塑料可以成型較大尺寸的塑件；反之，成型出的塑件較小。本課題的塑件及所用材料為PE聚乙烯，它有很好的機械特性，流動性；其光澤性好，外觀漂亮，由于收縮率較小，制件細小部位的清晰度好，達到設計的要求。一般來講，為了降低模具的加工難度和模具制造成本。在滿足塑件使用要求大前提下應盡量把塑件尺寸精度設計低一些。另外，塑件尺寸精度還與塑料品種有關，根據各種塑料收縮率的不同，又將塑料的公差等級分為高精度、一般精度、低精度三種。依據教材查塑料模具設計與制造表218取其一般精度為6級。 2.5塑件的壁厚分析塑件的壁厚首先取決于塑件的使用要求，即強度、結構、重量、電氣性能、尺寸穩(wěn)定性能、以及裝配等要求。本塑件壁厚均勻，出最低端邊緣壁厚為1.5mm外，其它壁厚都為1mm。 2.6 塑件注射工藝參數的確定根據塑料模設計手冊 查表1-4得PE材料的各種性能如下： 注射機類型：螺桿式 密度：0.910.94g/cm3 計算收縮率：1.53.6 預熱：12h 料筒溫度： 后段 140160 中段 前段 170200 噴嘴溫度： 模具溫度： 6070 注射壓力：70150MPa 成型時間：注射時間 1560 s 高壓時間 03 s 冷卻時間 1560 s 總周期 40130 s 2.7 計算塑件的體積和質量 2.7.1 確定型腔數目 因為塑件是大批量生產，根據模具需求，模具采用一模兩腔。 2.7.2 計算塑件的體積和質量 通過用軟件Pro/E把塑件畫出，測量其體積V件=24.844cm=9.688cm 塑件密度為=0.910.94g/cm澆注系統(tǒng)內的體積V澆注=V件18%=1.744cm所以質量m=(V件 +V澆注)=10.517g 2.7.3 注射機型號的選擇流道凝料在分型面上的投影面積A,在模具設計之前是個未知值，根據多型腔模具的統(tǒng)計分析，A是每個塑件在分型面上的投影面積A的0.20.5倍。因此可以用0.35 A來進行估算，所以：總的投影面積AA=n(A+A)單個面上的投影面積A=804.25mm2澆注系統(tǒng)在面上的投影面積A=281.5mm2所以面積A=2181.47mm2那么所需鎖模力F=AP型=2181.47110=240kNP型型腔壓力，查表取其為110MPa由以上所計算的注射量和鎖模力可知，我們可選用XSZ60注射機XSZ60注射機的主要技術參數如下：螺桿直徑：mm注射容量：60 cm3注射壓力：122MPa鎖模力：500kN最大注射面積：130 cm3模具厚度：最大200mm 最小70mm模板行程：180mm噴嘴：球半徑12mm 孔半徑4mm定位孔直徑：55mm 頂出：中心孔徑50mm 2.8 注射機參數的校核 2.8.1最大注射量的校核 必須保證塑件所需的注射量（包括澆注系統(tǒng)及飛邊在內）小于注射機允許的最大注射量，一般占注射機理論注射量的80%以內。 V總80%（V澆注+V件） V總為注射機理論注射量 V澆注為澆注系統(tǒng)內塑件的體積 V件為塑件的體積因為注射機的標稱注射量為60cm3,而總的注射量又為11.432cm3，所以 V總=80%11.432cm3=9.145cm360cm3。 故滿足。 2.8.2注射機鎖模力的校核 F型腔內塑料熔體的單位面積壓力（MPa） q塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2） P注射機額定鎖模力（KN） 總的投影面積為4.83cm2，聚乙烯的熔體壓力為200MPa， 代入數據的：F鎖=4.83200=0.97KN 該注射機的鎖模力600KN0.97KN，所以符合要求。 2.8.3模具厚度的校核 由于注射機可安裝模具的厚度有一定限制，所以設計模具的閉合厚度Hm必須在注射機允許安裝的最大模具厚度Hmax及最小模具厚度Hmin之間，即 Hm=175mm 因為Hmin=70mmHm=175mmHmax=200mm，所以符合要求。2.8.4開模行程的校核 單分型面注射模 式中 H-注射機動模板的開模行程（mm）； H1-塑件頂出距離（mm）； H2-包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度（mm）。測得，H1與H2在同一水平線上，且為40。該模具開模行程為10。代入數據得： H =260mm40+10=50 mm，所以符合要求。第3章 模具設計 3.1整體設計 3.1.1 模架的選擇通過對塑件的結構分析，該塑件結構復雜，并且有比較多的側抽和內抽所以適合做一模一腔。故采用GB/T1225.612556.2-1990塑料注射模中小型模架中A3型模架定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，設置推件板推出機構。適用于薄壁殼體類塑料制品的成形以及脫模力大、制品表面不允許留有推出痕跡的注射成形模具。采用斜導柱側抽芯的注射成形模具。根據塑件的尺寸初選200200的模架。3.2系統(tǒng)設計3.2.1澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機噴嘴通向模具型腔的流動通道。因此它應保證熔體迅速順利有序地充滿行腔各處，獲取外觀清晰、內在質量優(yōu)良的塑料件。對澆注系統(tǒng)的具體要求是：a) 模腔的填充迅速有序，并且同時充滿各個型腔；b) 熱量和壓力損失較小，盡可能消耗較少的塑料；c) 能夠使型腔順利排氣；d) 冷料不能進入模具型腔；e) 澆注流道凝料容易與塑件制品分離或切除，澆口痕跡對塑料件外觀影響很小。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。（1）注流道的設計：主流道為一圓錐孔，其小端正對注射機的噴嘴，因噴嘴端為球面，所以主流道小端的外形應為一凹球面。為了配合緊密，防止溢流，凹球面的半徑比噴嘴的球面半徑大23。（2）分流道的設計：分流道長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置。從減少輸送熔體是壓力損失和熱量損失的要求去發(fā)，應力求縮短長度。分流道截面尺寸取決于多種因素，其中包括塑件質量、壁厚、塑料黏度和分流道本身的長度。分流道截面面積應保證行腔充滿并補充因腔內塑件收縮所需的熔體后方可冷卻凝固。因此，分流道的截面直徑或厚度應大于塑件的壁厚。為了便于加工和凝料脫模，分流道大多設置在分型面上，分流道截面形狀一般為圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等。圓形流道比表面積小，熱量損失和流動阻力較小，對于流動性不太好的塑料或薄壁塑件，通常采用圓形流道，這樣可以減小熔體的流動阻力和熱量損失。但是流道應開設在動、定模兩個部分，所以對機械加工精度要求比較高。綜合考慮選擇原型流道，分流道截面如下圖 分流道的截面直徑為4mm。（3）澆口的設計：澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道。除了直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質量的影響很大。根據本方案的特點以及聚乙烯材料的性能滿足，澆口形式采用正澆口。澆口一般開始在產品正上面，塑料熔體于型腔的上面充模，其截面形狀多為長方形，調整其截面的厚度和寬度可以調節(jié)熔體充模時的剪切速率及澆口封閉時間。這類澆口加工容易，修整方便，并且可以根據塑件的形狀特征靈活地選擇進料位置 （4）冷料穴設計冷料穴位于主流道出口一端，對于立、臥式注塑機用模具，冷料穴位于主分型面的動模一側，冷料穴是注流道自然延伸5。因為立、臥式注塑機所用模具的流道在定模一側，模具打開時，為了將注流道凝料能夠拉向動模一側，并在推出行程中將它脫出模外，動模一側應設有拉料桿。應根據脫模機構的不同，正確選取冷料 3.2.2 排氣系統(tǒng)設計從第三章的分析可以看出，由于塑件本身產生的氣穴都分布在塑件的上表面，即開設的分型面上；又因為該模具型腔結構簡單,屬于小型模具。因此可以利用其分型面、同時利用配合間隙排氣。3.2.3 模溫系統(tǒng)設計在注射成形工藝過程中，模具溫度直接影響塑件的充模和塑件的定形，也直接影響注射周期和塑件質量，因此，必須對模具進行有效冷卻，使其溫度保持在一定范圍內。 因聚乙烯要求的模溫為6070，不超過80，故無須設置加熱裝置。只需要對其冷卻系統(tǒng)進行設計。 冷卻回路的設計應做到回路系統(tǒng)內流動的介質充分吸收成形塑件所傳導的熱量，使模具成形表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內，并且做到使冷卻介質的回路系統(tǒng)內流動暢通，無滯留部位。注塑成型中常用的冷卻劑用常溫（25）的水作為模具冷卻介質，取其出口溫度為28，并且冷卻水在通道內呈湍流狀態(tài)。已知模具溫度為60。模具寬度為200mm。 3.3 合模導向機構的設計導向機構是保證定模和動模合模時，正確定位和導向的零件。導向機構主要有定位、導向和承受一定側壓力三個作用。而導柱導向機構的主要零件是導柱和導套。 3.3.1 導套選用標準導套（GB4169.4-84），材料T12，處理53-57HRC，采用H7/ k6配合鑲入模板，如下圖所示： 3.3.2 導柱選用標準導柱（GB4169.4-84），材料T12，處理53-57HRC，采用H7/f7的間隙配合鑲入模板，如下圖所示： 3.4 型芯型腔的計算 型芯和型腔是塑件成型的地方，它們的精度高低，就是塑件本身要求的高低。下面就是型芯和型腔的計算 3.4.1型芯的計算 根據型芯的計算公式lm=(ls+lsScp+3/4)ls為塑件平均尺寸19mmScp為平均收縮率0.02 為制造公差0.09mm 為塑件公差0.1mm代入數據得lm=19.4550-0.09mm 3.4.2 型腔的計算 根據型腔的計算公式Lm=(Ls+LsScp-3/4)； 計算型腔下部分尺寸： Ls為塑件下部分平均尺寸30mm Scp為平均收縮率0.02 為制造公差0.09mm 為塑件公差0.1mm 將數據帶入得Lm=30.67500.09mm 計算型腔上部分尺寸： L為塑件上部分平均尺寸13mm 帶入數據得Lm1=13.335mm 第4章 總裝配圖 主視圖 左視圖 俯視圖第5章 模具成型原理 當分型面分開，將塑件以及澆注系統(tǒng)內的料脫模以后，由于塑件上有螺紋無法脫落。所以，此時電機開始轉動，使得螺紋被卸下。隨著螺紋的脫落，塑件開始傾斜，慢慢的就完全脫落下來了。第6章 結束語為期三個月的畢業(yè)設計即將結束，這不僅是對對大學三年學習的總結，而且是對大學三年所學知識的一次考察和融會。通過著半個學期的畢業(yè)設計，提高了我分析問題解決問題的能力。無論在專業(yè)知識上還是在實際應用上，我都取得長足的進步。更重要的是在著個過程中，提高了我的自學能力。這對我走向社會后繼續(xù)學習打下了重要的基礎。 在設計過程中，首先通過對塑件進行工藝分析，設定幾種工藝方案。通過比較確定合理的一種。運用分析軟件可以實現塑件的流動模擬分析。在優(yōu)化澆道口的擺放位置后，通過可能產生氣泡的位置來確定排氣孔的位置。根據分析結果為注塑模具設計提供了許多重要的數據，并且還可以預測注塑模具設計結果可能產生的各類缺陷。運用PROE軟件進行分模，添加模架設計出模具的整體結構。通過PROE進行模具的三維設計便與一些復雜零件的數控加工。經過一個多月的繪圖軟件的操作，我現在已經能熟練運用UG和CAD的普通功能，并通過對注射模具的設計，掌握了注射模的設計思路和設計方法，對于常見的注塑模具比較熟悉。 設計中體現了自己太多太多的不足，例如對各種軟件的運用并不是很好，經常有一些復雜的零件自己不能畫出來。但是通過請教老師和同學，這些問題都基本得到了解決。 通過這三個多月的畢業(yè)設計，我一邊學習一邊鞏固一邊進步，特別是在和同學的互相交流中，通過資料的查取，我學到了很多東西，注射模具的設計水平也更上了一個臺階。致謝此次設計是在老師的悉心指導下完成的?；叵脒@幾個月來，和老師的相處，特別難忘。因為我們不僅僅是師生，更多時候，我們是以朋友相待，所以相對一般師生來說，老師給了我更多的關心和照顧。我也就能更好地無拘無束地和唐老師交流，在論文撰寫方面更是給我許多建設性的意見。導師嚴謹的治學態(tài)度和工作作風、以及他給予我的支持和鼓勵將使我終生難忘，他對工作的認真負責和對我們的耐心輔導更是讓我受益匪淺，每次遇到問題的時候，他總是細心的為我們講解，我所取得的每一點成績和進步都與導師的熱情關懷和精心指導是分不開的，值此論文完成之際，特別向導師致以衷心的感謝和崇高的敬意。參考文獻1中國模具設計大典編委會.中國模具設計大典.江西科學技術出版社，20032塑料模具設計與制造主編 李學鋒 機械工業(yè)出版社 ，20103機械設計課程設計手冊主編 盧頌峰 中央廣播電視大學出版社，20084機械制圖主編 成鳳文 中國標準出版社 ，20105幾何量公差與檢測 甘永立 上?？茖W技術出版社 ，20056模具設計與制造 張榮清 高等教育出版社，2003.8.7塑料成型工藝與模具設計 屈華昌 機械工業(yè)出版社，2001.48模具設計手冊 塑料模設計手冊編寫組 機械工業(yè)出版社，2002.39塑料工藝實用手冊丁浩主 化學工業(yè)出版社，199810Mold flow模具分析技術基礎 單巖，王蓓 清華大學出版社，200420