基于ProE的瓶盖注塑模毕业设计.docx
《基于ProE的瓶盖注塑模毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ProE的瓶盖注塑模毕业设计.docx（40页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于ProE的瓶盖注塑模毕业设计
摘要
本产品是日常应用的塑料瓶盖，且实用性强。
该产品设计为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模。
塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设计。
关键词：
塑料盖、注射模具、注射成型
1、盖造型设计
1.1瓶盖的选料及其性能
选用PS作为瓶盖的材料。
（1）PS的典型应用范围:
产品包装，家庭用品（餐具、托盘等），电气（透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等）。
（2）注塑模工艺条件:
干燥处理：
除非储存不当，通常不需要干燥处理。
如果需要干燥，建议干燥条件为80℃、2~3小时。
熔化温度：
180~280℃。
对于阻燃型材料其上限为250℃。
模具温度：
40~50℃。
注射压力：
200~600bar。
注射速度：
建议使用快速的注射速度。
流道和浇口：
可以使用所有常规类型的浇口。
（3）化学和物理特性:
大多数商业用的PS都是透明的、非晶体材料。
PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。
它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。
典型的收缩率在0.4~0.7%之间。
1.2瓶盖注射成型工艺过程
瓶盖注射成形工艺过程如下：
注射装置准备装料
预烘干装入料斗预塑化注射装置准备注射
清理嵌件、预热
清理模具、涂脱模剂放入嵌件合模注射保压
脱模冷却
塑件送下工序
注射成形工艺参数见表1。
表1
注射机类型
预热和干燥
料筒温度（℃）
喷嘴温度（℃）
温度（℃）
时间（h）
后段
中段
前段
螺杆式
80～95
4～5
150～170
165～180
180～200
170～180
模具温度（℃）
注射压力（Mpa）
成形时间（s）
50～80
60～100
高压时间
保压时间
冷却时间
成形时间
0～5
15～30
15～30
40～70
螺杆转速（r/min）
后处理
方法
温度（℃）
时间（h）
30～60
红外线灯、烘箱
70
2～4
1.3瓶盖的结构分析
下面确定瓶盖的各项技术参数：
1）尺寸大小和精度瓶盖壁厚的厚度不宜过大或过小。
如果壁厚太小，则瓶盖的强度、刚度不够，同时给制造带来困难。
如果壁厚太大，不仅造成材料浪费，而且容易产生气泡、缩孔等缺陷，同时因冷却时间过长而降低生产率，所以瓶盖壁厚取1mm。
塑件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，由于我们要设计的零件的工作环境对精度要求不高，加之选用的塑料PS推荐精度等级为3、4、5级，所以只要求瓶盖能与其它零件能正常装配即可，因此瓶盖选用4级精度。
2）壁厚和圆角塑件壁厚力求各处均匀，以免产生不均匀收缩等成形缺陷。
塑件转角处一般采用圆角过渡，其半径为塑件壁厚的1/3以上，最小不宜小于0.5mm。
3）加强肋为了保证瓶盖的强度和刚度而不使瓶盖的壁厚过大，在瓶盖的适当位置设置了加强肋。
●4）孔严格意义上讲塑件上的通孔和盲孔通常用单独型芯或分段型芯来成形，对于易弯曲变形的型芯，须附设支承住。
但是本次设计中，考虑到生产成本的尽量缩小，该空孔的高度不高，以及我们需要的孔在工艺上要求不高，我们采用分型面直接成形法。
1.4瓶盖造型设计过程
在设计瓶盖之前，首先看看所需要设计的瓶盖的具体形状，以便在接下来的设计中能快速、准确的设计出瓶盖。
需要设计的瓶盖的具体形状如图1所示：
图1
有了这个大概的形状图，下面开始设计零件了。
1、打开Pro/e，新建->零件—>实体，并命名点确定，
Pro/e进入绘制零件状态，模型树和绘图界面如图2所示：
图2
2、建立左端面的拉伸特征。
绘制如图3所示的截面，完成拉伸命令，即可得到左端面的图形，如图4所示。
图3
图4
建立拉伸特征。
绘制截面，拉伸后完成后零件如图5所示：
3、
图5
4、利用拉伸切除命令，如图6所示：
图6
5、至此，瓶盖的主体已经设计完毕。
6、进行适当的圆角处理，使得瓶盖更加光顺、漂亮。
零件完成后如图7所示：
图7
2、注射机的选择
2.1注射机规格
注射机是热塑性塑料和部分热固性塑料注射成形的主要设备，我们选择注射机型号为XS-Z-60,它的技术规格如表2所示。
表2
型号
螺杆直径（mm）
注射容量（cm3）
注射压力（Mpa）
锁模力（kN）
XS-Z-60
38
500
122
500
最大注射面积（cm3）
模板行程（mm）
定位孔直径（mm）
130
180
模具厚度（mm）
喷嘴
顶出
两侧
中心孔径（mm）
最大
最小
球半径（mm）
孔半径（mm）
孔径（mm）
孔距（mm）
200
70
12
4
22
230
50
2.2注射机的校核
2.2.1注射机注射容量校核
塑件成形所需的注射总量应小于所选注射机的注射容量。
注射容量以容积（cm3）表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容量，其关系按2-1式校核
V件≤0.8V注（2-1）
式中
V件 —塑件与浇注系统的体积（cm3）;
V注—注射机注射容量（cm3）;
0.8—最大注射容量利用系数。
在这个设计中，
V件=29cm3
V注=60cm3
29<0.8*60=48
所以注射机注射容量完全满足要求。
2.2.2注射机锁模力校核
模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力，其关系按2-2式校核
p腔F≤P锁（2-2）
式中
p腔—模具型腔压力，一般取40～50Mpa；
F—塑件与浇注系统分型面上的投影面积（mm2）;
P锁—注射机额定锁模力（N）。
在这个设计中
p腔=40Mpa
F=10734.2mm2
P锁=500kN
p腔F=40×106×10734.2×10-6=429.368（kN）<500（kN）
所以注射机的锁模力也满足要求。
2.2.3注射机注射压力校核
塑件所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力，其关系按2-3式校核
p成≤P注（2-3）
式中
p成—塑件成形所需的注射压力（Mpa）；
P注—所选注射机的额定注射压力（Mpa）。
在这个设计中
p成=80Mpa
P注=122Mpa
显然，80<122Mpa，因此注射压力也满要求。
2.2.4注射机模具厚度校核
模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按2-4式校核
H最小＜H模＜H最大（2-4）
式中
H最小—注射机所允许的最小模具厚度（mm）；
H模—模具闭合厚度（mm）；
H最大—注射机所允许的最大模具厚度（mm）。
在这个设计中
H最小=70mm
H模=80mm
H最大=200mm
显然，70<80<200
所以注射机模具厚度也满足要求。
2.2.5注射机最大开模行程校核
塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程。
对在液压机械联合锁模的立式、卧式注射机上使用的一般浇口模具，关系按2-5式校核
H1+H2+5～10mm≤s（2-5）
式中
H1—脱模距离（推出距离）（mm）；
H2—塑件高度（包括浇注系统）（mm）；
S—注射机模板行程（mm）。
在这个设计中
H1=25mm
H2=11mm
S=180mm
H1+H2+10=25+11+10=46mm
46<180
因此，注射机模板行程也满足要求。
3、成型零件与浇注系统的设计
3.1凹、凸模成型零件的设计
设计中，利用Pro/enginner系统的制造组块（mfg）建立好分型面后自动创建凹、凸模来设计凹凸成型模具。
3.1.1加载参照模型
1）新建文件
执行[文件/新建]命令，在新建对话框类型栏中选择[制造]，子类型中选择[模具型腔]，取消[使用缺省模板]的勾选，单击[确定]按钮，进入[新文件选项]对话框，在[模板]栏内选择mms_mfg_mold,这是一个公制的模具设计模块，单击[确定]按钮。
2）定位参照零件
执行菜单管理器中的[模具/模具型腔/定位参照零件]命令，系统将同时弹出[布局]对话框和[打开]对话框，在[打开]对话框中选取瓶盖零件作为模具的参照零件，单击[打开]按钮。
在[创建参照模型]对话框中，输入参照模型的名称，单击[确定]按钮。
在[布局]对话框中，单击[参照模型起点与定向]栏内的
按钮，单击[确定]按钮。
注意：
在这个过程中，必须使得PULLDIRECTION双箭头方向（开模方向）与参照模型的Z轴方向一致，如果不一致，则执行菜单管理器中的[坐标系统类型/动态]命令进行调整。
3）模型布局
本设计采用一模8件的布局方式将参照模型分布好。
在[布局]对话框中将参数设置好，单击[预览]按钮，如图8所示。
图8
预览无误后，在[布局]对话框中单击[确定]按钮。
4）保存文件。
3.1.2成型零件设计
成型零件在此主要是指型心（Core）和型腔（Cavity）,型心和型腔围合而成的空腔即是塑料制件的体积。
成型零件的设计是模具设计的关键步骤，其设计的难易程度取决于塑料产品的结构形式和复杂程度，有较简单的也有非常复杂的。
本瓶盖成型零件的设计过程是：
先制作一个完全能包容塑料制件的毛胚工件（Workpiece），在根据制件的结构设计模型分模面，以分型面将毛胚工件分割成两块材料，最后将这两块材料提取出来形成型心和型腔。
1）应用收缩
塑料制件从热模具中取出并冷却至室温后，其尺寸会发生缩减，为了补偿这种变化，故在要在参照模型上增加一个收缩量，收缩量等于收缩率乘以尺寸。
单击菜单管理器中的[模具/收缩]命令，系统将提示选择对象，在图中任选一个水瓶盖参照模型。
接着，依次单击菜单管理器中[收缩/按尺寸/设置复位/所有尺寸]，在弹出的文本框内输入收缩率的值：
0.005，单击确定
2）增加毛胚工件
毛胚工件——Workpiece，它是一个能够完全包容参照模型的组件，通过分型面等特征可以将其分割成型心或型腔等成型零件。
依次单击菜单管理器中的[模具/模具型腔/创建/工件/手动]命令，绘制截面拉伸后得如图9所示工件：
图9
3）设计分型面
设计塑料成型模具时，分型面的设计是一个重要的设计内容，分型面选择合理，模具结构简单，塑件容易成型，并且塑件质量高。
如果分型面选择不合理，模具结构变得复杂，塑件成型困难，并且塑件质量差。
分型面的形状主要有平面、斜面、阶梯面、曲面等。
选择分型面的一般原则如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
1）为了便于塑件起模，分型面一般使塑件在开模时留在下模或动模上，且分型面应选在塑件外形的最大轮廓处。
2）选择分型面时，应尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型。
3）对于有同轴度要求的塑件，模具设计时应将有同轴度要求的部分设计在同一模板内。
4）分型面的选择应有利于防止溢料。
当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大面积时，就有可能产生溢料。
5）分型面的选择应有利于排气。
为此，一般分型面应与熔体流动的末端重合。
对于高度较高的塑件，其外观无严格要求时，可将分型面选择在中间。
此外，选择分型面是还应考虑到塑件的精度、塑件的外观质量要求、模具加工难易程度等因素。
分型面的形式参见《模具设计与制造简明手册》图2-40，其选择示例见《模具设计与制造简明手册》表2-47。
执行分型面创建中的复制、拉伸、平整等命令后得到分型面。
分型面创建完成后，如图10所示：
图10
分型面设计好后，在经过分割体积块、抽取模具元件两道工序后，凸模和凹模都已经设计好了。
分别如图11和12所示：
图11
图12
3.2浇注系统设计
注射模的普通浇注系统由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴四部分组成。
主浇道：
从注射机的喷嘴与模具接触的部分到分浇道为止的一段流道。
分浇道：
从主浇道的末端到浇口为止的一段流道。
浇口：
从分流道的末端到模具型腔为止的一段狭窄的浇道。
冷料穴：
一般设在主浇道的对面，有时也设在分浇道的末端。
3.2.1主浇道的设计
主浇道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
主流道小端尺寸为直径为5mm。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，俗称浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。
本设计中浇口套由于与定位圈有配合需求，而且注射机喷嘴球半径12，遵循注射机球半径小于等于浇口套球半径的国标要求，浇口套的规格有S15，S20等几种。
由于注射机的喷嘴半径为S12，所以为浇口套取S15。
主流道浇口套固定配合见图13所示。
图13
3.2.2分浇道的设计
在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。
它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。
因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
分流道的设计应尽量使比面积小，热量损失少，摩擦阻力小。
常用分流道的截面形状及尺寸参见《模具设计与制造简明手册》表2-49。
在考虑分流道设计时，由于其水平高度已经被主流道位置确定，因此，我们只要设计分流道的布置形式和截面形状即可。
考虑到圆形截面的分流道在注射过程中对塑料流动的阻力最小，流动效率最高，因此我们选用圆形截面的分流道，直径为3mm。
由于我们所设计的模具是一腔八穴的形式，因此在主浇道分流后，设计了八根分浇道。
这样设计的优点是塑料在填充过程中较均匀和平稳，避免出现冷隔现象，有利于保证成形零件的成形质量。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
3.2.3浇口及冷料穴设计
1、浇口是分流道与型腔的连接通道，它是浇注系统中截面最小的部分。
当熔融的塑料流通过浇口时，流速加快，同时，由于摩擦作用，塑料流的温度升高、粘度降低，流动性提高，有利于充满型腔。
所以，浇口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。
浇口的大小对塑件是否成型和成型后的质量有很大的关系。
浇口位置的选择有以下几个原则：
1）浇口设置在正对着型腔壁或粗大型心的地方，使高速料流直接冲击在型腔壁或型心壁上，从而改变流向，降低流速，平稳的充满型腔，可避免溶体破裂现象，消除塑件明显的溶接痕。
2）浇口的位置应开设在塑件截面最厚处，以利于熔体填充材料。
3）浇口的位置应使熔体流程最短，流向变化最小，能量损失最小。
4）浇口的位置应有利于型腔内气体的排出。
5）避免塑件产生熔接痕。
6）防止料流将型心或嵌件挤压变形。
7）浇口位置应尽量避免由于高分子定向作用产生的不利影响，利用高分子定向作用产生的有利影响。
根据以上一些原则，本设计采用侧浇口（如图14所示），侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。
侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。
这种浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。
浇口的各类形式和尺寸参见《模具设计与制造简明手册》中表2-50～2-60。
图14
2、冷料穴在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主浇道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10－25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。
位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。
为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。
冷料穴的形状见《模具设计与制造简明手册》中表2-62。
冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式，常用的是端部为Z字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。
考虑到后面采用Z形拉料秆，冷料穴选取相应形式，这种冷料穴常用于热塑性塑料注射模。
3.2.4铸模和开模
当型心、型腔和浇注系统都生成后，模具内部就形成了一个完整的流料通道，PRO/E能够沿着这个通道将浇注系统和型腔充满，形成一个独立的模具元件，这个过程我们称之为铸模。
铸模完成后生成的铸模零件如图15所示：
图15
为了能够看清模具内部结构，并检查开模时的干涉情况，Pro/E提供了开模功能。
图16为模具开模后的情况：
图16
3.3冷却系统设计
3.3.1凹、凸模冷却系统设计
设置冷却装置的目的，主要是防止塑件在脱模时发生变形，缩短成形周期及提高塑件质量。
凹模的冷却系统采用开设冷却水孔的方式，冷却水孔的开设原则如下：
●冷却水孔的数量应尽可能多，直径尽量大。
●各冷却水孔至型腔表面的距离应相等，一般保持在15～20mm范围内，距离太近则冷却不易均匀，太远则效率低。
水孔直径一般取8～12mm。
孔距最好为水孔直径的5倍。
●水孔通过镶块时，防止镶套管等漏水。
●冷却管路一般不宜设在型腔内塑料熔接的地方，以免影响塑件强度。
●水管接头（冷却水嘴）应设在不影响操作的一侧。
凹模上的冷却水孔采用直流式，其中深孔为工艺孔，空口处用螺纹密封，浅孔通过水嘴与水管相连，冷却冷却水孔的直径为8mm。
凸模的冷却系统采用直孔隔板示冷却，如图17所示，与分型面垂直的管道和底部的横向管道形成冷却回路。
图17
4、模具零件设计
4.1推出系统设计
确定推出系统形式，是确定模架选择的基础。
在此，我们只介绍推杆推出和推件板推出两种机构，其他推出机构的结构型式参见《模具设计与制造简明手册》中第二章第六节的内容。
1．推杆推出推杆推出是一种最简单常用的推出形式。
推出元件制造简便，更换容易，滑动阻力小，推出效果好，其结构型式见《模具设计与制造简明手册》表2-78。
推杆设计要点如下：
●推杆应设在塑件能承力较大的部位，尽量使推出的塑件受力均匀，但不宜与型芯或镶件距离过近，以免影响凸、凹模强度。
●推杆直径不宜过细，要有足够的强度承受推力，一般取Φ2.5～12mm。
对Φ3mm以下的推杆宜用阶梯式，即推杆下部增粗。
●推杆装配后不应有轴向窜动，其端面应高出型腔或镶件平面0.05～0.1mm。
推杆固定方式见《模具设计与制造简明手册》图2-56。
●塑件浇口处尽量不设推杆，以防该处内应力大而碎裂。
●推杆的布置应避开冷却水道和侧抽芯，以免推杆和抽芯机构发生干扰。
如果无法避开侧抽芯，则应设置先复位机构。
推杆和模体的配合间隙不大于所用塑料的溢边值，常用塑料的溢边值见《模具设计与制造简明手册》表2-79。
PS的溢边值为0.04mm。
2．推件板推出推件板推出面积大，推力均匀，模具不必设复位秆。
但型芯周边形状复杂时，推件板的型孔加工较困难。
常用于推出深腔、薄壁和不允许有推杆痕迹的塑件，其结构型式见《模具设计与制造简明手册》表2-81。
推件板设计要点如下：
●推件板须淬硬，在推出过程中不得脱开导柱。
●推件板与其他零件的配合一般采用H7/f7。
采用有配合斜度的推件板，其配合间隙须小于塑料溢边值。
基于以上原因，在这个设计中，采用推杆推出的推出机构。
推杆形状如图18所示：
图18
4.2确定模架
1．模架组合形式
注射模模架的组成零件及名称见《模具设计与制造简明手册》图2-67。
注射模中小型模架的组合型式见《模具设计与制造简明手册》表2-95。
我们选择A2型。
A2型的特点如下：
●定模和动模均由两块模板组成。
●推杆推出塑件。
根据产品的外形尺寸（平面投影面积与高度），以及产品本身结构（侧向分型滑块等机构）可以确定镶件的外形尺寸，确定好镶件的大小后，可大致确定模架的大小了。
普通塑料制品模具模架与镶件大小的选取，可参考下面的数据：
"A"--表示镶件侧边到模板侧边的距离；
"B"--表示定模镶件底部到定模板底面的距离；
"C"--表示动模镶件底部到动模板底面的距离
"D"--表示产品到镶件侧边的距离；
"E"--表示产品最高点到镶件底部的距离；
"H"--表示动模承板的厚度（当模架为A型时）；
"X"--表示产品的高度。
2．模架组合尺寸
注射模中小型模架组合尺寸见《模具设计与制造简明手册》表2-96。
根据成型零件大小，我们选择250×250的A2型模架，其具体尺寸见表3。
表3（mm）
L
lT
Lt
lM
lm
定模座板
定模板
250
194
210
128
234
25
40
动模板
支承板
垫块
动模座板
导柱直径
复位杆直径
40
40
63
25
16
8
4.3模架各装配零件设计
4.3.1导向零件设计
注射模导柱标准尺寸见《模具设计与制造简明手册》表2-111和2-112。
注射模导套尺寸见《模具设计与制造简明手册》表2-113和2-114。
1．导柱设计在这个设计中，我们选用带头导柱，其尺寸如表4所示，
表4
d（f7）
d1（k6）
基本尺寸
极限尺寸
基本尺寸
极限尺寸
16
-0.016
-0.034
16
+0.012
+0.001
20
6
112
外形见图19。
图19
2．导套设计本设计导套选用带头导套。
带头导套的尺寸见表5，外形见图20。
表5
d（H7）
d1（k6）
d2（e7）
基本尺寸
极限尺寸
基本尺寸
极限尺寸
基本尺寸
极限尺寸
16
+0.018
0
24
+0.015
+0.002
24
-0.040
-0.061
R
28
16
6
1
80
升级会员 