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目錄
1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
2 總體設(shè)計(jì)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
3 具體設(shè)計(jì)說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
3.1 塑件的測(cè)繪．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
3.2 塑件的造型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
3.3 塑件材料性能分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.4 塑件的結(jié)構(gòu)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.5 型腔數(shù)的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.6 澆口位置選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.7 澆口結(jié)構(gòu)形式的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.8 澆口尺寸的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.9 澆注系統(tǒng)的平衡．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.10分型面的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8
3.11 主流道的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3.12 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.13 導(dǎo)向裝置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.14 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.15 確定各模板尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.16 凸凹模結(jié)構(gòu)形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.17 加工零件工藝審查．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
3.18基準(zhǔn)選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4 Cimatron 仿真加工．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
4.1 設(shè)計(jì)步驟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
5 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
基于pro/e的豆?jié){機(jī)杯體注塑模具的設(shè)計(jì)及凹模的加工仿真
摘要：注塑模具是塑料模具中使用最廣的廣泛的一種，能夠成型復(fù)雜的高精度的塑料制品。本課題是對(duì)塑料豆?jié){機(jī)杯體設(shè)計(jì)及其型腔仿真加工。
本模具考慮到年產(chǎn)量、工廠的設(shè)備及塑件的精度要求，選擇一模一腔結(jié)構(gòu)。
該豆?jié){機(jī)杯體較薄，腔深、型芯長，可能會(huì)造成因型腔、型芯不同而造成塑料壁厚薄不均，從而造成成型困難，廢品率高。這一點(diǎn)對(duì)于薄壁通體尤為重要。針對(duì)這些問題采用了型芯和型腔以導(dǎo)柱、導(dǎo)套定位。在桶身高度部分采用了獨(dú)立冷卻系統(tǒng)，在用以成型杯底的定模鑲件上，采用環(huán)形水道冷卻，水流的進(jìn)出口設(shè)計(jì)在定模固定板上。型芯冷卻采用中間一主水道進(jìn)水，然后沿圓周均布分成六個(gè)分水道出水，從而使型芯各處得到充分冷卻，整個(gè)模具的溫度場比較均勻。塑件脫模時(shí)采用氣動(dòng)頂出。
在設(shè)計(jì)過程中制定了合理的工藝方案，滿足了大批量生產(chǎn)要求。同時(shí)，還編制了詳細(xì)的工藝文件來保證模具的順利加工及制品的生產(chǎn)。通過合理的設(shè)計(jì)，本模具滿足生產(chǎn)與應(yīng)用的要求。
關(guān)鍵詞：注塑模具；加工工藝分析；Pro/E；
Based on pro / e of the soya-bean milk machine cup body injection mold die design and simulation of machining
Abstract：At present ,injection molding is the plastics mould that has being used most extensively , it can mold the complex and high accurate plastic product. The Subject is about the design of the plastic bucket process analysis.
This mold considered the annual output, the factory equipment and models the accuracy requirement, chooses a mold cavity structure. The plastic bucket Tongbi thin, deep cavity, the core long, may be caused by mold, and the core of different thickness of thin plastic uneven, resulting in difficulties in forming, the high rejection rate. This is particularly important for the thin-walled plastic bucket. In light of these problems using a dynamic, scheduled to die-guided, guided sets of positioning. In the barrels are high partly based on an independent cooling system, for forming a barrel at the end of the module inserts, a circular cooling water, the flow of imports and exports in the design of the fixed-board. Core Cooling by the middle of a water main waterway, and then along the circumference are divided into six sub-cloth effluent water, so that the entire core is fully cooled, the whole mold of relatively uniform temperature field. Stripping plastic parts used in air to the top.
In the design process of formulating a reasonable programme to meet the requirements of mass production. At the same time, has also prepared a detailed document of the process to ensure the smooth processing and mould products production. Through rational design, production and application of molds to meet the requirements.
Key words: injection molding; processing technology analysis; Pro / E;
1前言
隨著塑料行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)塑料模具提出越來越高的要求，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切削少，節(jié)約能源和原材料，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，模具成型已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最具有潛力的發(fā)展方向。模具是機(jī)械、電子等工業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè)，它對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起著越來越大的作用。
模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，具有廣闊的市場前景。注塑模具分為熱塑性塑料注塑成型模具和熱固性塑料注塑成型模具兩大類。注塑模具的結(jié)構(gòu)是由塑件結(jié)構(gòu)和注塑機(jī)的形式?jīng)Q定的。凡注塑模具，均可分為動(dòng)模和定模兩大部分。要真確地、高水平地使用注塑模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的各種軟件，也必須對(duì)模具設(shè)計(jì)的原則和方法有透徹的了解。
注射成型是塑料制品的主要成型方法,約半數(shù)以上的塑料制品是通過注射成型的。因此，塑料注射模的數(shù)量為其它各類塑料模具之首，約占整個(gè)塑料模具總產(chǎn)量的50%以上。同時(shí)塑料注射模具的設(shè)計(jì)制造和加工精度，均比其它各類塑料模具難度要大一些。一般來說，若能掌握塑料注射模具的制造技術(shù)，則對(duì)掌握其它各類塑料模具的制造技術(shù)，顯然會(huì)容易多了。
注塑模設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容歸納起來大致有以下幾個(gè)方面：
A、根據(jù)塑料熔體的流變行為和流道、型腔內(nèi)各處的流動(dòng)主力通過分析得出充模順序，同時(shí)考慮塑料熔體在模具型腔內(nèi)被分流及重新熔合的問題和模腔內(nèi)原有空氣導(dǎo)出的問題，分析熔接痕的位置、決定澆口的數(shù)量和方位。
B、根據(jù)塑料熔體的熱學(xué)性能數(shù)據(jù)、型腔形狀和冷卻水道的布置，分析得出保壓和冷卻過程中塑件溫度場的變化情況，解決塑件收縮及補(bǔ)縮問題，盡量減少由于溫度和壓力不均、結(jié)晶和取向不一致而造成的殘余內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形。
C、塑件脫模和橫向分型抽芯的問題可通過經(jīng)驗(yàn)和理論分析來解決這方面的問題，目前還正在大力研究建立在經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)軟件，以期這方面的工作能更快、更準(zhǔn)確無誤的在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
D、決定塑件的分型面，決定型腔的鑲拼組合。模具的總體結(jié)構(gòu)和零件形狀不單要滿足充模和冷卻等工藝方面的要求，同時(shí)成型零件還要具有適當(dāng)?shù)木?、粗糙度、?qiáng)度和剛度、易于裝配和制造，制造成本低。
以上這些問題，并非孤立存在，而是相互影響的，應(yīng)綜合加以考慮。
本課題是對(duì)豆?jié){機(jī)杯體進(jìn)行測(cè)繪、模具設(shè)計(jì)、模具型腔仿真加工。課題來源于鹽城市羽佳塑料制品廠?；谏a(chǎn)實(shí)踐之上的對(duì)豆?jié){機(jī)杯體的模具設(shè)計(jì)以及仿真加工。在設(shè)計(jì)過程中要解決豆?jié){機(jī)杯體制品測(cè)繪、模具設(shè)計(jì)、在模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)分型面的選擇、澆口形式與位置的確定、型腔的安排、型腔和型芯冷卻水道的設(shè)置、工藝分析及加工仿真等問題。豆?jié){機(jī)杯體制品的幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量后要進(jìn)行合理的后處理。模具分型面處在同一平面時(shí)不需要一定的角度，所以選擇底面為分型面。本模具設(shè)計(jì)采用直接澆口。為使流道平衡,應(yīng)使各型腔距主流道距離均等。由于所成型的制品形狀簡單且?guī)缀纬叽巛^大,因此可采用冷卻水道圍繞型腔、定模鑲件、型芯主體的冷卻方式。模具方案設(shè)計(jì)完成后對(duì)型腔進(jìn)行仿真加工。據(jù)此方案可以達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。并且大大提高了注塑模的質(zhì)量和效率。
2總體方案論證
本課題的設(shè)計(jì)目的是對(duì)豆?jié){機(jī)杯體三維造型及優(yōu)化、塑料注射模具設(shè)計(jì)和模具加工仿真。其中：1、 制品的厚度方向小于2.0； 2、制品材料為ABS；3、制品表面粗糙度不低于實(shí)物表面；4、制品生產(chǎn)批量為5萬件；5、制品的其他要求要符合設(shè)計(jì)規(guī)范。在進(jìn)行零件的三維造型之前，首先要對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，繪制塑件二維工程圖，然后根據(jù)工程圖進(jìn)行塑件的三維造型，再進(jìn)行型腔的設(shè)計(jì)，主要是分型面的設(shè)計(jì)，接著就是把分型后的型腔裝配組件調(diào)入Pro/E Wildfire3.0進(jìn)行整個(gè)模架的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行仿真加工。
首先是對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪。由于該塑件大都為曲面實(shí)際測(cè)量有一定困難所以采用多次取斷面進(jìn)行測(cè)量的方法。測(cè)繪好后使用Pro/E Wildfire3.0進(jìn)行三維造型。主要采用拉伸、除料、旋轉(zhuǎn)等步驟造型。根據(jù)工廠現(xiàn)有設(shè)備的注射量、鎖模力等方面進(jìn)行考慮，還有塑件的精度等級(jí)確定采用一模一腔。同時(shí)確保塑件及澆注系統(tǒng)所需的注射量不超過注射機(jī)最大容量的80％。
接著確定模具總體模具結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)所選用的模具結(jié)構(gòu)形式，確定其定模、動(dòng)模結(jié)構(gòu)。此制品外形簡單，尺寸較大，應(yīng)考慮既節(jié)省材料，減輕模具重量，又使模具結(jié)實(shí)，故作如下分析：
A、模具呈方形，動(dòng)、定模直接由導(dǎo)柱連接，用錐面配合保證同軸度，結(jié)構(gòu)合理。
B、該模具采用多段水冷卻，型腔四周雖在冷卻水孔處應(yīng)力集中，但孔徑小。再者，動(dòng)模受力均勻，不易應(yīng)注射壓力而變形，模具結(jié)構(gòu)合理。
C.對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先是澆注系統(tǒng)。根據(jù)所選用定模及動(dòng)模模塊及定模板尺寸、模具的類型、型腔的類型、型腔的數(shù)目、布置、成型零件型腔尺寸、形狀及塑料型號(hào)等因素，確定澆注系統(tǒng)形式。
模具設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行型腔的加工工藝分析，在確定加工工藝步驟后，在Cimatron中進(jìn)行刀具路徑設(shè)定完成仿真加工，而后輸出數(shù)控程序。
3具體設(shè)計(jì)說明
3.1 塑件的測(cè)繪
塑件為豆?jié){機(jī)杯體，材料為ABS，用游標(biāo)卡尺對(duì)零件進(jìn)行測(cè)繪。我們最終所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的變形，因此對(duì)該零件的測(cè)量數(shù)值需要進(jìn)行分析處理。如對(duì)塑件較大尺寸誤差的進(jìn)行修正，對(duì)相同形狀處所測(cè)不同尺寸的取均值進(jìn)行圓整，然后繪出零件的草圖。由于條件限制所以采用多次取斷面進(jìn)行測(cè)量的辦法。
用游標(biāo)卡尺（0～300、0.02），曲線測(cè)量儀等測(cè)量。測(cè)繪過程中必須把被測(cè)物體放在工作平面上，采用多次測(cè)量求平均值，正確地讀取數(shù)據(jù)。
測(cè)量的主要尺寸如下圖：
圖3-1 塑件制品圖
3.2 塑件的造型
零件測(cè)繪草圖出來以后，應(yīng)該根據(jù)零件的測(cè)繪圖，對(duì)零件的進(jìn)行三維造型。三維造型可以選用Pro／E軟件，三維造型的所有參數(shù)與測(cè)繪的數(shù)據(jù)一致。首先打開三維軟件Pro／E，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面，點(diǎn)擊草繪拉伸命令，然后在豎直面內(nèi)畫豆?jié){機(jī)杯體的中間截面的斷面圖，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)命令繪制三維圖形，由于該塑件大都是曲面都是圓滑過渡所以在三維造型中要使用倒圓角命令。該塑件大都是曲面所以三維造型有一定的困難。要正確的繪制出該塑件的造型圖必須熟練掌握Pro／E的繪圖命令。
由Pro／E軟件的計(jì)算功能得塑件尺寸為：
該塑件口徑為149mm，高度為222mm，壁厚為2mm.
根據(jù)上述的方法繪制的制品的三維造型如圖3-1所示：
圖3-2 塑件三維造型
3.3塑件材料性能分析
塑料模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，組成一套模具的零件數(shù)目較多，而且由于各零件在工作中所處的地位、作用不同，對(duì)材料的性能要求也不同。總的說來，用于制作塑料模具的材料，在質(zhì)量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性，其次是有一定的強(qiáng)度和韌性，再次是易于加工。因此，應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)、性能要求和使用條件、模具的制造方法，合理地選用模具材料。根據(jù)文獻(xiàn)[5]中的P546，模具中各個(gè)零件的材料選擇如下：
A．導(dǎo)向零件的材料選擇 包括導(dǎo)套和導(dǎo)柱，由于在開、合模時(shí)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，成型過程中要承受一定的壓力，或偏載負(fù)荷，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套等部件, 根據(jù)一軟一硬的原則, 保證硬度。因此要求表面耐磨性好，心部具有一定的韌性，本設(shè)計(jì)中的導(dǎo)向零件選用T8A，經(jīng)過滲碳淬火后表面硬度應(yīng)達(dá)到50-55HRC；
B．澆注系統(tǒng)零件的材料選擇 本設(shè)計(jì)中的澆注系統(tǒng)零件選用T8A，經(jīng)過滲碳淬火后表面硬度應(yīng)達(dá)到50-55HRC；塑件材料ABS，密度取1.01g/ cm3，脫模斜度取1°，ABS收縮率（0.3～0.8）%，取0.5% 。
C．模體零件的材料選擇 包括各種動(dòng)、定模板、型腔、型芯等，這些零件要求具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在本設(shè)計(jì)中選用45鋼，經(jīng)淬火處理后表面硬度達(dá)到40-45HRC，可滿足上述要求；
D．定位零件的材料選擇 包括定位圈和螺釘，要求其具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性好，考慮上述要求，定位圈選用T8A，并表面淬火使硬度達(dá)到50-55HRC；螺釘選用45鋼。
3.4塑件的結(jié)構(gòu)分析
該塑件口徑為149mm，高度為222mm，壁厚為2mm。對(duì)于這種大型薄壁塑件模具，設(shè)計(jì)之前對(duì)塑件圖紙進(jìn)行分析，認(rèn)為在生產(chǎn)過程中可能會(huì)產(chǎn)生下列問題:
A．由于腔深、型芯長,可能會(huì)因型腔、型芯不同心而造成塑件壁厚薄不均,從而造成成型困難,廢品率高。這一點(diǎn)對(duì)于薄壁杯體尤為重要。
B．該模具僅型腔、型芯裝配后尺寸約為134X250mm,屬于大型模具，因此必須有良好的冷卻系統(tǒng)，以保證塑件不變形，提高生產(chǎn)率。
C．型芯表面積335cm2,根據(jù)公式計(jì)算，初始包緊力約為18.3噸，頂出時(shí)很可能使塑件產(chǎn)生裂紋或變形。
D．脫模時(shí)型芯外可能形成真空，增大脫模力。
由于模具尺寸較大,設(shè)計(jì)時(shí)動(dòng)、定模以導(dǎo)柱定位,以確保型芯、型腔的同軸度。
3.5型腔數(shù)的確定
型腔的數(shù)量是由給定的注塑機(jī)型號(hào)XS—ZY—500來確定的 ，并且從塑件的尺寸精度考慮，由于該制品精度等級(jí)6所以型腔數(shù)控制在一腔，并且零件是豆?jié){機(jī)杯體，體積大，大批量生產(chǎn)，從注塑經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)來確定。
熱塑性塑料注射機(jī)型號(hào)：XS—ZY—500
具體參數(shù)如下表：
表3-1 注塑機(jī)參數(shù)
型號(hào)
XS—ZY—500
螺桿（柱塞）直徑／mm
65
注射容量/ cm3
665
注射壓力/( 105Pa)
104
鎖模力/(kN)
3500
最大注射面積/ cm2
1000
模具厚度
最大/mm
450
最小/mm
450
模板行程/mm
300
噴嘴
孔直徑/mm
6
球半徑/mm
18
定位孔直徑/mm
100
注射時(shí)間s
1.6
動(dòng)，定模固定板尺寸mm
630
以機(jī)床的注塑能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%。該塑件外形簡單，尺寸較大，故采用一模一腔的形式。
3.6 澆口位置選擇
模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口的位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，初步試模后還需進(jìn)一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對(duì)塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認(rèn)真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項(xiàng)原則：
A．避免制件上產(chǎn)生噴射等缺陷 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件截面最厚處，當(dāng)塑件壁厚相差較大時(shí)，在避免噴射的前提下，澆口開設(shè)在塑件截面的最厚處，以利于熔體流動(dòng)、排氣和補(bǔ)料，避免產(chǎn)生縮孔或表面凹陷。
B．有利于型腔排氣 在澆口位置確定以后，應(yīng)在型腔最后充填處或遠(yuǎn)離澆口的部位，開設(shè)排氣槽；或利用分型面、推桿間隙等模內(nèi)的活動(dòng)部分排氣。
C．考慮塑件使用時(shí)的載荷狀況 通常澆口位置不能設(shè)置在塑件承受彎曲載荷或受沖擊力的部位，原因在于塑件澆口附近殘余應(yīng)力大，強(qiáng)度差，一般能承受拉應(yīng)力，不能承受彎曲應(yīng)力和沖擊力。
D．考慮澆口位置和數(shù)目對(duì)塑件成型尺寸的影響 平板形塑件翹曲變形的原因在于垂直和平行于流動(dòng)方向上的收縮率不同而致。
E．防止將型芯或嵌件擠歪變形 對(duì)于有細(xì)長型芯的圓筒形塑件，或有嵌件的塑件，應(yīng)避免偏心進(jìn)料，以防止型芯或嵌件被擠壓移位或變形，導(dǎo)致塑件壁厚薄不均，或塑件脫模損壞。
根據(jù)本塑件的特征，綜合考慮以上幾項(xiàng)原則，確定澆口位置選在塑件的中部。
3.7澆口結(jié)構(gòu)形式的選擇
澆口結(jié)構(gòu)形式很多，常用的主要有直接澆口、點(diǎn)澆口、側(cè)澆口三種。
A. 直接澆口 直接澆口是主流道澆口套直接成形的澆口，它不經(jīng)過分流道、支流道，因此流程短，注射壓力損失少，任何材料都能容易成型，易用于一模單腔的大而深得制品。
B.側(cè)澆口 側(cè)澆口的澆口可隨意選擇進(jìn)料位置，澆口的寬度及深度在試模后可加深、加寬便于修正，但流程長，易產(chǎn)生氣泡，影響塑件質(zhì)量。
C.點(diǎn)澆口 點(diǎn)澆口一般設(shè)在型腔底部，排氣通暢，成型良好，塑件無不良痕跡。
該塑件結(jié)構(gòu)簡單、一模單腔、口徑大高度深，確定澆口采用直接澆口。
3.8澆口尺寸的確定
澆口的截面積一般為分流道截面積的3%～9%，截面形狀多為矩形（寬度與厚度的比為3：1）或圓形。在設(shè)計(jì)澆口時(shí)，應(yīng)取較小值，以便在試模時(shí)加以逐步修正。根據(jù)本塑件的特征，綜合考慮以上幾項(xiàng)原則，確定采用直接澆口。
表3-2 直澆口主流道參考尺寸
制品大小
小制品
一般制品
大制品
主流道直徑
d
D
d
D
d
D
ABS
2.5
5
3
6
4
8
3.9澆注系統(tǒng)的平衡
對(duì)于中小型塑件的注射模具己廣泛使用一模多腔的形式，設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證所有的型腔同時(shí)得到均勻的充填和成型。一般在塑件形狀及模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)將從主流道到各個(gè)型腔的分流道設(shè)計(jì)成長度相等、形狀及截面尺寸相同（型腔布局為平衡式）的形式，否則就需要通過調(diào)節(jié)澆口尺寸使各澆口的流量及成型工藝條件達(dá)到一致，這就是澆注系統(tǒng)的平衡。顯然，我們?cè)O(shè)計(jì)的模具是平衡式的，即從主流道到各個(gè)型腔的分流道的長度相等，形狀及截面尺寸都相同。
3.10分型面的設(shè)計(jì)
分型面的選擇應(yīng)使塑件在開模后留在有脫模機(jī)構(gòu)的部分，一般應(yīng)留在動(dòng)模部位，以便于脫模。設(shè)計(jì)分型面時(shí)，盡量要避開斜面及曲面以便于加工，并盡量避免側(cè)向抽芯和側(cè)向分型。如塑件有側(cè)凹及側(cè)孔必須采用側(cè)向及側(cè)向抽芯時(shí)，應(yīng)使側(cè)抽芯盡可能安放在動(dòng)模上，而避免在定模抽芯。對(duì)于有同軸度要求的塑件在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能將型腔設(shè)計(jì)在同一型面上。以保證制品精度。
該塑件的分型面如圖所示:
圖3-3分型面位置
初步確定了分型面后，用Pro／E軟件建立分型面。主要有以下幾個(gè)步驟：
a．首先打開Pro／E，調(diào)入模具參考模型，在菜單欄中選取【新建】——【制造】——【模具型腔】——【裝配】，裝配已畫的零件圖。
b．設(shè)置收縮率，在菜單管理器中選取【收縮】——【按尺寸】——【設(shè)置/復(fù)位】——【所有尺寸】輸入ABS的平均收縮率0.005，單擊完成。
c．設(shè)計(jì)毛坯工件，在菜單管理器中選取【模具模型】——【創(chuàng)建】——【工件】——【手動(dòng)】單擊確定。選擇【創(chuàng)建特征】，在菜單管理器中選取【實(shí)體】——【加材料】——【拉伸】——【實(shí)體】——【完成】進(jìn)入草繪部分進(jìn)行繪制。
d．設(shè)計(jì)分型面，利用菜單管理器中【分型面】的子選項(xiàng)進(jìn)行分型面的創(chuàng)建和修改。
3.11 主流道的設(shè)計(jì)
主流道為從注射機(jī)噴嘴開始到分流為止的熔融塑料的流動(dòng)通道。它與注射機(jī)噴嘴在同一直線上。主流道的基本尺寸通常取決于兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是所使用的塑料種類，所成型的制品質(zhì)量和壁厚大小。關(guān)于主流道的基本尺寸的選定參考下表：
表3-3主流道直徑參考表
制品質(zhì)量/g
D/mm
R/mm
0～20
3
0.5
20～40
4
1
40～150
5
1
150～300
6
2
300～500
8
2
500～1500
10
2
為防止注射機(jī)噴嘴與澆口兩部分相接觸處由于有間隙而產(chǎn)生的溢料，澆口套的球半徑應(yīng)比噴嘴的球半徑大2mm～5mm，主流道的小端尺寸應(yīng)比噴嘴孔尺寸稍大，這樣可以使噴嘴與澆口對(duì)位容易。本模具設(shè)計(jì)采用的注射機(jī)是XS－ZY－500，其噴嘴球徑為6mm，取澆口套的球半徑為11mm。另外，為使?jié)部谔字械乃芰先菀酌撾x主流道，應(yīng)設(shè)有脫模斜度，這個(gè)斜度一般最小不小于1°，最大不超過4°。主流道的脫模斜度不能過大，否則在注塑時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流和流速過慢等現(xiàn)象。主流道應(yīng)保持光滑的表面，避免留有影響塑料流動(dòng)和脫模的尖角毛刺等。
3.12冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)冷卻裝置的目的，一是防止塑件脫模變形；二是縮短成型周期；三是使結(jié)晶性塑料冷凝形成較低的結(jié)晶度，以得到柔軟性、擾曲性、伸長率較好的塑件。冷卻形式一般在型腔、型芯等部位合理地設(shè)置通水冷卻水路，并通過調(diào)節(jié)冷卻水流量及流速來控制模溫。冷卻水一般為室溫冷水，必要時(shí)也有采用強(qiáng)迫通水或低溫水來加強(qiáng)冷卻效率。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)塑料質(zhì)量及成型效率直接有關(guān)，尤其在高速、自動(dòng)成型時(shí)更應(yīng)注意。
A. 設(shè)計(jì)冷卻管道考慮因素：
a. 模具結(jié)構(gòu)形式，如普通模具、細(xì)長型芯的模具及脫模機(jī)構(gòu)障礙多的或鑲塊多的模具，對(duì)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接有關(guān)；
b. 模具的大小和冷卻面積；
c. 塑件熔接痕位置；
B. 冷卻水孔的開設(shè)原則：
a. 邊離型腔的距離一般保持在15～25mm，距離太近則冷卻不宜均勻，太遠(yuǎn)則效率低。水孔直徑一般在8mm以上，根據(jù)模具大小（塑件重量）決定；
b. 孔通過鑲塊時(shí)，應(yīng)該考慮鑲套管等密封問題；
c. 孔管路應(yīng)暢通無阻；
e. 管接頭（冷卻水嘴）的位置盡可能放置在不影響操作的一側(cè)；
f. 冷卻水孔管路最好不開設(shè)在型腔塑料熔接的地方，以免影響塑件強(qiáng)度；
本模具采用一模一腔結(jié)構(gòu)，為使各個(gè)塑件都能均勻冷卻。采用多段冷卻及多處獨(dú)立冷卻系統(tǒng)。如圖所示：
圖3-4模具主視圖
圖3-5模具左視圖
型腔、型芯的冷卻設(shè)計(jì)：
A．型腔：由于型腔體積達(dá)134X250mm,設(shè)計(jì)時(shí)在杯身部分高度上采用了獨(dú)立冷卻系統(tǒng)。在用以成型的定模鑲件上，采用環(huán)型水道冷卻，水流的進(jìn)出口設(shè)計(jì)在定模固定板上，鑲件與定模固定板之間由橡膠密封圈密封。
B．型芯：型芯冷卻采用中間有一主水道進(jìn)水，然后沿周圍均布分成分水道出水，從而使型芯各處得到充分冷卻，整個(gè)模具的溫度場比較均勻。
3.13導(dǎo)向裝置
導(dǎo)向裝置的作用是：當(dāng)動(dòng)模與定模合模時(shí)，導(dǎo)向裝置先進(jìn)行導(dǎo)向，型腔與型芯再合模，這樣可避免型芯與型腔發(fā)生碰撞而損壞。同時(shí)，保證了型芯及型腔的相對(duì)位置，兼起定位作用及承受一定的側(cè)壓力作用。導(dǎo)向裝置包括兩個(gè)部件，即導(dǎo)柱和導(dǎo)套，導(dǎo)柱一般安裝在動(dòng)模上，導(dǎo)套安裝在定模上。有時(shí)，也可將導(dǎo)柱安裝定模上，導(dǎo)套安裝在動(dòng)模上，或在動(dòng)模上設(shè)計(jì)導(dǎo)套孔，用導(dǎo)柱直接導(dǎo)向。在本設(shè)計(jì)中，導(dǎo)套安裝在定模上，導(dǎo)柱安裝在動(dòng)模上，在合模時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向定位。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的孔徑設(shè)計(jì)時(shí)最好一致，這樣容易在裝配時(shí)，保證尺寸及同軸度尺寸精度。
3.14頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)
塑件在模具中冷卻定型時(shí)，由于熱收縮其體積和尺寸逐漸縮小，在塑料的溫度以前熱收縮并不造成對(duì)型芯包緊力，但制品固化后繼續(xù)降溫則會(huì)對(duì)型芯產(chǎn)生包緊力，包緊力帶來的正壓力，垂直于型芯表面，脫模溫度越低正壓力越大，脫模時(shí)必須克服該包緊力所產(chǎn)生的摩擦力。
注射模具的頂出系統(tǒng)是制品的脫模裝置。在設(shè)置頂出系統(tǒng)時(shí)，首先需要確定當(dāng)模具開啟后，制品的留模形式，頂出系統(tǒng)必須是建立在制品所滯留的模具部分中。
A．由于本模具若采用常規(guī)的機(jī)械頂出機(jī)構(gòu)，將會(huì)大大增加模具高度，無法與機(jī)床的裝模高度，最大行程匹配，因此設(shè)計(jì)了氣動(dòng)頂出裝置。開模時(shí)由氣道進(jìn)壓縮空氣，推動(dòng)氣動(dòng)閥，使塑件頂出一定的距離，然后由機(jī)械手取下塑件。同時(shí)，由于采用氣動(dòng)頂出，可以破壞型芯外的真空，使其易于脫模。
B．由于冷卻系統(tǒng)及氣動(dòng)頂出的需要，型芯設(shè)計(jì)成上下兩段。氣動(dòng)頂出閥裝設(shè)計(jì)在型芯鑲件上，進(jìn)氣道設(shè)計(jì)在動(dòng)模固定板上。
C．在定模鑲件上也設(shè)計(jì)了兩個(gè)氣動(dòng)頂出閥，以免塑件留在型腔內(nèi)。進(jìn)氣道設(shè)計(jì)在定模固定板上。
D．為克服包緊力過大造成的頂出困難，在型芯鑲件與型芯主體的結(jié)合面上，設(shè)計(jì)了環(huán)型氣槽，并在端面沿周圍均勻開設(shè)了寬12mm、深0.8mm的氣隙,進(jìn)氣道設(shè)在型芯主體上,與氣動(dòng)頂出同時(shí)給氣。
3.15確定各模板尺寸
模板各部分結(jié)構(gòu)尺寸如表3-4所示：
表3-4 模板各部分主要結(jié)構(gòu)尺寸
1
定模固定板
長 ×寬×厚
275mm×300 ×17.5mm
2
推板
長 ×寬×厚
275mm ×160×65mm
3
推板固定板
長 ×寬×厚
275mm×147 ×12.5mm
4
型芯主體
長 ×寬×厚
131mm ×250mm
5
型腔
長 ×寬×厚
150mm×140×100mm
6
動(dòng)模固定板
長 ×寬×厚
275mm×300×40mm
根據(jù)上述的設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出的模具的總裝圖如下：
圖3-6模具三
圖3-7模具三維爆炸圖
3.16凸、凹模結(jié)構(gòu)形式
對(duì)于極為簡單的形狀可以采用整體式的凸?；虬寄Ｍ?，往往采用拼鑲方法組合成凸?；虬寄?。
圖3-8模具凸模
圖3-9模具凹槽
圖3-10模具凹模
3.17加工零件工藝審查
A. 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
該零件是注塑模的型腔，矩形外表面和動(dòng)模板配合，型腔結(jié)構(gòu)以曲面為主加工比較復(fù)雜。由于型芯在注塑時(shí)需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性和韌性。
B. 主要技術(shù)要求：
零件圖上的主要技術(shù)要求有：a. 熱處理：HB230～270；b. 銳角去毛刺倒鈍；c. 未注圓角R=0.25mm；d. 孔與基準(zhǔn)C的垂直度公差等級(jí)為7級(jí)。
加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度Ra=1.6μm、與基準(zhǔn)A的垂直度公差為0.01mm；分模面的平面度公差為0.01mm，與基準(zhǔn)A的平行度公差為0.015mm；內(nèi)輪廓表面的粗糙度為Ra=0.8μm。
C. 零件材料：
由于大批量生產(chǎn)及型腔結(jié)構(gòu)簡單，成型零件的材料選用模具鋼45。
D．毛坯的選擇：
考慮到零件所需的性能，選用鑄件作毛坯；確定毛坯的形狀、尺寸：選用模具鋼45鑄件300*300*280（mm）；
3.18基準(zhǔn)選擇
加工中心的一次裝夾希望能夠進(jìn)行在該基準(zhǔn)下的全部加工，這樣可以降低由于基準(zhǔn)不重合而導(dǎo)致的基準(zhǔn)不重合度誤差。根據(jù)對(duì)工件的加工的初步分析在毛坯的初次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準(zhǔn)。
4． Cimatron仿真加工
Cimatron工作環(huán)境是專門針對(duì)模具行業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)的，可以說是一個(gè)高級(jí)的模具設(shè)計(jì)制造軟件。它支持實(shí)體，曲面和線框混合造型，使模具設(shè)計(jì)者輕松導(dǎo)入數(shù)據(jù)和創(chuàng)建零件的概念設(shè)計(jì)。
4.1設(shè)計(jì)步驟
1.打開CAD文件
打開cimatron E7.0后，在主菜單上選擇“文件”-“打開文檔”，在cimatron E7.0瀏覽器中選擇凹模，打開文件后，在CAD方式下檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐暾浴?
2.進(jìn)入CAM編程模塊
（1）輸出到CAM主菜單上選擇“文件”-“輸出”-“到加工”。將當(dāng)前文件作為加工模型輸出到CAM方式。
（2）確認(rèn)模型放置位置。進(jìn)入加工模塊后，模型的放置位置和旋轉(zhuǎn)角度按默認(rèn)方式，即直接放置到坐標(biāo)系的原點(diǎn)，同時(shí)不做旋轉(zhuǎn)。在特征向?qū)谥袉螕簟按_定”按鈕完成模型放置。
3.放置刀具
單擊屏幕左側(cè)的編程向?qū)l中的“刀具”按鈕，進(jìn)入新建刀具功能，屏幕上會(huì)出現(xiàn)“刀具和卡頭”對(duì)話框，在對(duì)話框中單擊“新建刀具”按鈕，如圖所示
圖4-11刀具的選擇
圖4-2刀具的選擇
4.新建刀具軌跡
單擊屏幕左側(cè)的編程向?qū)l中的“新建刀具軌跡”按鈕進(jìn)入刀具新建軌跡功能，屏幕上會(huì)彈出“創(chuàng)建刀具軌跡對(duì)話框” 窗口內(nèi)定義新建的刀路軌跡的名稱與坐標(biāo)系及安全平面高度。
圖4-3刀具軌跡的選擇
圖4-5刀具軌跡的選擇
圖4-6 刀具軌跡的選擇
5.開始創(chuàng)建程序
單擊在屏幕左側(cè)的編程向?qū)l中的“創(chuàng)建程序”按鈕，開始創(chuàng)建程序，此時(shí)屏幕上的向?qū)l改變成程序向?qū)l。
6.選擇工藝
在上圖對(duì)話框中，主選項(xiàng)選擇2.5軸加工，子選項(xiàng)中選擇素材環(huán)切
7.選擇加工對(duì)象
刀具確定后，會(huì)切換到加工對(duì)象功能下。單擊“工件輪廓”數(shù)量按鈕進(jìn)行曲面選擇，在彈出的對(duì)話中設(shè)置參數(shù)
8. 設(shè)置刀路參數(shù)
9.設(shè)置機(jī)床參數(shù)
5 結(jié)論
這次為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在這段時(shí)間里我結(jié)合設(shè)計(jì)課題和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，首先進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，在工廠中對(duì)模具結(jié)構(gòu)有了理性的認(rèn)識(shí)，對(duì)模具設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)和制造進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，了解模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并制定了設(shè)計(jì)方案和計(jì)劃。
按照畢業(yè)進(jìn)度安排，我先對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，確定尺寸精度和加工要求，并對(duì)其進(jìn)行加工工藝分析，確定了各個(gè)零件之間的關(guān)系，對(duì)模具整體按照設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，取得各個(gè)零件的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制了模具裝配圖。最后實(shí)現(xiàn)型腔的仿真加工。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對(duì)模具結(jié)構(gòu)有了清楚的認(rèn)識(shí)，了解了注塑模具的工作方式，對(duì)型腔、型芯等主要零件的設(shè)計(jì)及要求有了初步知識(shí)。能夠?qū)δ＞咴O(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題予以解決，正確選取了型腔數(shù)、模具結(jié)構(gòu)尺寸。在模具設(shè)計(jì)中，精度要求的確定是至關(guān)重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質(zhì)量，從而對(duì)產(chǎn)品的使用性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生很大的影響。
在設(shè)計(jì)中由于使用最新的模具設(shè)計(jì)軟件是工作效率大大提高，并且提高了模具結(jié)構(gòu)的合理性。但由于實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)的欠缺，在設(shè)計(jì)中對(duì)零件的加工精度和成型零件的加工工藝的確定由很多不足之處，在以后的工作學(xué)習(xí)中還有待改進(jìn)。
參 考 資 料
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致 謝
本人在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，充分利用這四年所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)和平時(shí)自學(xué)的軟件應(yīng)用，特別是在工程領(lǐng)域分析問題，解決問題的方法。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)Pro/E、Cimatron E有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)于使用Pro/E三維造型和使用Cimatron制作模架感到很是方便，對(duì)其中“塑料顧問”模塊有的新的認(rèn)識(shí)，通過這個(gè)模塊在先前就可以了解到制品注射成型后的質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)于使用Cimatron進(jìn)行仿真加工和數(shù)控編程中的實(shí)際加工問題進(jìn)行了分析，對(duì)于AUTO CAD有的使用進(jìn)一步的練習(xí)。在使用過程中對(duì)這些應(yīng)用軟件的優(yōu)缺點(diǎn)有了很深的印象，充分利用它們的優(yōu)點(diǎn)對(duì)我的設(shè)計(jì)幫助很大，不僅效率高了而且對(duì)工作質(zhì)量有很大的益處。
在本次豆?jié){機(jī)杯體模具設(shè)計(jì)中承蒙袁鐵軍老師的悉心指導(dǎo)和幫助，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中提供了很多寶貴的資料、設(shè)計(jì)和方向、設(shè)計(jì)思路，以及模具結(jié)構(gòu)原理方面的知識(shí)，在此向他表示衷心的感謝。因本人工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論水平有限，時(shí)間較短促，設(shè)計(jì)過程中難免存在錯(cuò)誤，請(qǐng)老師批評(píng)指正。
附 錄
序號(hào) 名稱 圖幅 數(shù)量
1 模具裝配圖 A0 1
2 動(dòng)模座板 A2 1
3 導(dǎo)柱 A4 1
4 墊塊 A2 1
5 凹模 A3 1
6 定位圈 A4 1
7 動(dòng)模板 A2 1
8 復(fù)位桿 A4 1
9 拉料桿 A4 1
10 澆口套 A4 1
11 凸模 A1 1
12 推板 A2 1
13 推板導(dǎo)套 A4 1
14 推板導(dǎo)柱 A4 1
15 推桿固定板 A2 1
16 支承板 A2 1
17 定模座板 A2 1
18 定模板 A1 1
19 三維圖冊(cè) 1
20 加工工藝過程卡 1 冊(cè)
21 加工工序卡 1 冊(cè)
25