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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 2 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 3 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 4 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 5 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?除簡(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 6 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 7 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 MPa 70MPa 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 322 2240146 15 mhHrhrRV 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 95g cm 3 故塑件的質(zhì)量為 8 gVW28 95 01 4 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 3cm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 130cm2 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140 200 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 9 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 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 10 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) 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 1 2 mm及d do 0 5 1 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 2 4 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 63 m 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) 11 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 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 確保耗料量小 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 跡小 熔體流速高 翹曲比直接澆口小 宜成型薄壁 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 3 2 3 制品最小壁厚 1 1 3 2 3 取h 0 5 澆口截面寬度b 3 10 h 1 5 5 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 mm 2 0mm 此處取l 0 8 mm 則初選尺寸為 h b l 0 5mm 2mm 0 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 10APF 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 12 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 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 35 5 4 3526mm2 即 p A 1000 49 3526 1000 172 77kN 500kN 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M28 3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2mm 3mm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 13 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 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 sinco APFt 式中 F 脫模力 KN t 塑料對(duì)鋼的摩擦系數(shù) 取 0 1 0 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 Mpa 39Mpa 模內(nèi)冷卻的塑件的 P 約為 8 Mpa 12 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 KNFt1 42 sin co023 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 14 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 0 015 0 036 故平均收縮率為 15 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 300 0 5 LM Ls LsScp 3 4 0 30 4 0 0 17 18 20 0 5 18 30 0 17 2 50 0 2 2 430 0 07 型 腔 的 計(jì) 算 0 20 0 1 HM Hs HsScp 2 3 0 1 940 0 03 28 dM d dScp 0 0 3 29 03 0 0 1 170 0 2 17 580 0 07 20 0 2 2 190 0 07 型 心 的 計(jì) 算 270 0 2 HM Hs HsScp 2 3 0 z 27 840 0 07 27 3 D2M d2 d2Scp 3 4 0 0 3 28 23 0 0 1 螺 紋 的 計(jì) 算 26 8 D1M d1 d1Scp 0 0 3 27 8 0 0 1 表中 S 塑料平均收縮率CP 塑料公差 成型零件制造公差 對(duì)于型小工件取 3z X 修正系數(shù) 一般取 1 2 3 4 對(duì)于型小工件取 3 4 L 型腔徑向尺寸 mmm H 型腔深度 mm L 塑件外型基本尺寸 mms 16 H 塑件高度基本尺寸 mms l 型芯徑向尺寸 mmm l 塑件內(nèi)型基本尺寸 mms h 型芯高度 mmm 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 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 4 11 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 12 Pbh 式中 h 整體式矩形底板厚度 mm 17 p 型腔壓力 mpa b 矩形短邊長(zhǎng)度 mm 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 Eph415 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 015mm 0 036mm h 型腔深度尺寸 mm 所以 mS95 206 51 2489 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?傳熱系數(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 18 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 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 35 55 13 9 cm3 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) minmaxH 式中 H 注射機(jī)允許最大模具厚度 H 200mmmax ax H 注射機(jī)允許最小模具厚度 H 70mmin 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 10521 HSk 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 Sk 160mm H1 脫模距離 H1 21mm 20 H2 塑件高度 澆注系統(tǒng)高度 H 18 2mm mH1602 4910521 所以開模行程也符合要求 5 2 4 注射機(jī)安裝尺寸校核 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 21 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 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?于加工拋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 22 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?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)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 23 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 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 24 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 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 25 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)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) 26 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) 27 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 3 5 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