機械設計畢業設計_牙膏瓶蓋注塑模具設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 研究所開發的 CAXA 系統、華牙膏瓶蓋注塑模具設計 –5– 中理工大學開發的注塑模 系統及 CAE 軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具 CAD/CAM 技術創造了良好條件 。 近年來，國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如： P20， 3Gr2Mo、 PMS、SMⅠ 、 SMⅡ 等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛得到應用，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統元件。但目前我國模具標準化程度的商品化程度一般在 30%以下，和國外先進工業國家已達到 70%～ 80%相比 ， 仍有差距。 ④ 長期以來，中國模具工業的發展在地域分布上存在不平衡性，東南沿海地區發展快于中西部 地區，南方的發展快于北方，模具生產最集中的地區在珠江三角和長江三角地區，其模具產值約占全國產值的三分之二以上。 其中 長三角和珠三角 個別企業的產品己達到相當高的水平，個別企業的部分產品已達到或接近國際水平，但總體來看， 這些企業的 模具的精度、型腔表面粗糙度、生產周期、壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距。 同樣在 生產方式和企業管理在內的總體水平與國外工業發達國家相比尚有10 年以上的差距。 ⑤ 企業是模具創新的主體。長期以來我國塑模具企業存在著研 發能力弱 ，創新意識薄弱。 一方面是 由于 技 術人員比例低、水平不夠高，另一方面是 由于 科研開發投入少，更重要的是觀念落后，對開發不夠重視。 使得我國大多數塑料模具企業長期處在中低檔模塑制品加工鏈下游，難以實現高附加值的企業利潤。 ⑥ 一切競爭都可歸結于人才的競爭。由于我國現行 體制 和教育培養體系問題。 高質量 模具研發 人才 缺口 問題的解決尚待時日。在社會主義市場經濟中，在經濟全球化的過程中，競爭性行業，特別是像模具這樣依賴于特殊用戶，需單件生產的行業，許多企業目前的體制和經營機制仍舊很難適應多變的市場。人才的數量和素質水平也跟不上行業的快速發展。雖然各地都在努力解決這兩個問題，但要得到較好解決尚待時日。 （ 2） 我國塑料模具工業和今后的主要發展 方向 。 ① 提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是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因高生產率要求而發展的一模多腔所致。 ② 在塑料模設計制造中全面推廣應用 CAD/CAM/CAE 技術。 CAD/CAM 技術已發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普 遍可以接受的程度，為其進一步普及創造良好的條件；基于網絡的CAD/CAM/CAE 一體化系統結構初見端倪，其將解決傳統混合型 CAD/CAM 系統無法滿足實際生產過程分工協作要求的問題； CAD/CAM 軟件的智能化程度將逐步提高；塑牙膏瓶蓋注塑模具設計 –6– 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中發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，并能大幅度節省塑料制件的原材料和節約能源，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中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制，而且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，繼續研究開發高壓注射成型工藝與模具也非常重要。 ④ 開發新的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的發展，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，首先要制訂統一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規模生產，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的規格品種。 ⑥ 應用優質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。 ⑧ 隨著科學技術的進步，產品不斷向微型化方向發展，因而產生了新世紀產業需求的微機電系統技術。許多新興制造技術隨之產生，包括光刻，電鑄及脫模技術 (LIGA)、紫外光蝕刻技術 (UV)、放電加工 (EDM)、微注射成型、精密磨削和精密切削等。其中，微注射 成型技術以容易實現低成本大規模生產具有精密微細結構零件的優點成為世界制造技術的研究熱點之一。 因此我國必須在現有的基礎上加強對微注塑成型領域的理論及技術研究。 牙膏瓶蓋注塑模具設計 –7– 2 注塑成型工藝與設備 注塑模的組成及各部分作用 （ 1） 塑件成型零件： 賦予成型材料形狀和尺寸的零件。 通常由型芯、型腔以及其他輔助零件等。 （ 2） 澆注系統： 將 熔融塑料從注射機噴 嘴引向 流入 閉合的模腔 ，一般由主流道、分流道、澆口、冷井以及鉤料桿等。 （ 3） 合模導向與定位零件：保證模具各結構件相互的移動精度 ，通常有導柱和導套以及定位環、錐面 定位元件等。 （ 4） 脫模機構：將塑件從模具中平穩可靠地脫出來的機構裝置，稱之為脫模機構或推出機構。脫模機構一般情況下設在動模一側，主要有推桿、推桿固定板以及推桿電板等零件組成。 （ 5） 復位機構：模具完成塑件推出動作后，需要將動、定模閉合以便完成下一次的注塑。合模時為避免 推桿損傷型腔表面，一般采用復位桿帶動推桿回到原先位置。 （ 6） 溫度調節系統： 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具應設有 溫度調節系統對模具溫度進行調節。 溫度調節 系統主要由加熱和冷卻系統組成。 一般熱塑性塑料成型時需要冷卻，熱固性塑料成型時 需要加熱。 （ 7） 排氣系統：塑料熔體注入模具型腔時，會使型腔填充不滿或因氣體在高壓力作用下快，快速升溫而使塑件局部燒傷。所以在模具中應開有排氣槽以保證氣體迅速徹底排出模腔。 （ 8） 側向分型抽芯機構： 當 塑件側向有凸凹及孔時，在塑件 被頂出之前， 需要 先抽拔 出側向的型芯（或鑲塊 ），才能使塑 件 順利 實現 脫模。 （ 9） 模架：模具中各模板和導柱、導套以及復位桿、推桿等，通過螺釘連接組合成一起的裝配體稱之為模架。模架是實現模具基本功能的基礎零件，模架的尺寸規格已實現系列化、標準化、商品化。在設計模具時可直接選用模架。 注塑成型過程 注塑成型是熱塑性塑料的主要方法。它的注塑成型過程歸納起來是塑化、注射和模塑三個過程。 其注射工藝流程如圖 所示。 （ 1） 塑化過程：塑料在機筒內經過加熱達到流動狀態，經過螺桿旋轉或者柱塞的推擠，達到組分均勻并具有良好可塑性的過程，即塑化過程是注塑過程的準備過程。 牙膏瓶蓋注塑模具設計 –8– 圖 塑料注射成型工藝流程方框圖 （ 2） 注射過程： 塑料在噴嘴的注射壓力下由料筒 克服一系列的流動阻力和運動阻力 注射進入模腔的過程。一般噴嘴的注射壓力常在 80～ 120MPa 之間。 （ 3） 模塑過程：從塑料熔體 注射進入模具開始，經過模腔注滿熔體冷卻固化定型，一直到塑件制品從模腔內脫出的這一過程。模塑過程大體可以分為三個階段。 ① 沖模階段：從柱塞或螺桿開始向前推動融料起直至塑料充滿模腔時為止。在此過程中注射壓力起決定作用。 ② 保壓階段： 熔料充滿模腔后，由于塑料熔體在模腔內受到冷卻而發生收縮但因模腔內的塑料仍然處于柱塞或螺桿的穩壓之下，料筒內的熔料必須向模腔內繼續填充，才能補足因收縮而留出的空間。 牙膏瓶蓋注塑模具設計 –9– ③ 固化階段：在冷卻系統和 模體溫度的作用下，塑件逐漸固化成型，開模后頂出。 注塑機 注塑機是塑料（主要是熱塑性塑料）注射成型時所使用的主要設備。其結構主要是由注射裝置、脫模裝置、鎖模裝置、模板機架等部分所組成。 注射成型時，將 成型模具安裝注塑機的動模固定板和定模固定板上，由鎖模裝置合模并鎖緊，塑料在料筒中被加熱而呈熔融狀態，由注射裝置將塑料熔體注入模具型腔之中，塑料件冷卻固化后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將塑件推出。 根據注塑機的工作過程，一般可以將注塑機分為以下幾個部分： （ 1） 注射裝置：注射裝置的主要作用是使固態的塑 料顆粒均勻地塑化而呈熔融狀態，并以足夠的壓力和速度將塑料熔體注入閉合的模具型腔中。注射裝置包括料斗、料筒、加熱器、計量裝置、螺桿（柱塞式注塑機為柱塞和分流梭）、噴嘴及其驅動系統。 （ 2） 鎖模裝置：鎖模裝置的功能有三點：第一是實現成型模具的開、合動作；第二是在成型過程中 提供足夠的夾緊力使模具鎖緊；第三是開模時能夠推出模具型腔中的塑料件。鎖模機構可以是機械式的，也可以是液壓式的，或者是液壓與機械聯合作用 式的。推出機構也有機械推出式式和液壓推出式兩種。 （ 3） 液壓傳動和電氣控制：液壓傳動系統和電氣控制系統是保 證注塑機注塑成型按照預定的工藝要求（壓力、速度、溫度和時間）和動作程序準確進行而設置的。液壓傳動系統是注塑機的動力系統，而電氣控制系統則是控制各個動力液壓缸完成開啟、閉合及注射、推出與前進、后退等動作的系統。 隨著塑料工業飛躍的發展，注塑機的發展也快。類型不斷增加，注塑機的分類方法較多，通常以下兩種分類方法較為普遍。 （ 1） 按塑化方式和注射方式，可分為以下兩種。 ① 柱塞式注塑機： 通過柱塞在料筒內作反復運動，將塑料熔體 注入模具型腔之中。塑料在料筒內的塑化主要依靠料筒外的加熱器 提供的熱量使其塑化成黏流狀態 。由于塑料的導熱性差，若料筒內塑料層過厚，則會導致塑料內外層塑化不均勻。因此，柱塞式注塑機的注射量不宜過大，一般為 30～ 60g,而且不宜用來成型流動性差、熱敏性強的塑料件。 ② 螺桿式注塑機：通過螺桿在料筒內旋轉，將料斗中的塑料卷入，并逐步將其塑化、排氣、壓實，不斷地將塑料熔體推向料筒前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受到熔體的反作用力而后退。當積存的熔體達到預定的注射量時，螺桿停止轉動，牙膏瓶蓋注塑模具設計 –10– 并在液壓油缸的驅動下向前移動，將熔體注入模具型腔 。在螺桿 式注塑機中 螺桿的作用是送料、塑化、傳遞壓力和壓實物料。 （ 2） 按外形特征分類可分為三類。 ① 立式注塑機：立式注塑機的注射裝置和定模固定板設置在設備的上部，而鎖模裝置、動模固定板、推出機構均設置在設備的下部。立式注塑機的優點是設備占地面積小，模具裝拆方便，安裝嵌件和活動型芯方便可靠。其缺點是不易進行自動化操作，只適用于小注射量場合 ，注射量一般為 10～ 60g。 ② 臥式注塑機：臥式注塑機的注射裝置和定模固定板在設備的右側，而鎖模裝置、動模固定板、 推出機構等均設置在左側。臥式注塑機的優點是機體較矮，易于操作，塑料件退出后能自動落下，便于實現自動化操作。其缺點是設備占地面積大，模具裝卸比較麻煩。 ③ 直角式注塑機：此注塑機的注射裝置為立式布置、鎖模、定頂出機構以及動模固定板、定模固定板均按臥式排列，兩者互為直角。直角式注塑機適用于中心部分不允許有澆口痕跡的塑料制品，其缺點是加料比較困難，嵌件或活動型芯安放不便，只適用于小注射量的場合，注射量一般為 20～ 45g。 立式注塑機和 直角式注塑機 的結構為柱塞式，而臥式注塑機的結構多為 螺桿式。隨著注塑機的成型范圍的擴大，近年來出現了許多新型注塑機，如玻璃纖維增強塑料注塑機、發泡注塑機、熱固性注塑機等。 牙膏瓶蓋注塑模具設計 –11– 3 模具分析與設計 設計任務要求 （ 1） 塑件名稱：牙膏蓋 （ 2） 塑件材料： PE （ 3） 型腔設置：一模四腔 （ 4） 模具壽命： 30 萬次 （ 5） 尺寸要求：參見產品塑件圖，單位 mm 個人工作重點：旋轉自動脫螺紋機構設計分析，澆注系統設計分析，模具冷卻系統設計分析。 圖 塑件產品圖 牙膏瓶蓋注塑模具設計 –12– 塑件介紹 及塑件材料 塑件介紹 所設計的產品為牙膏蓋。零件 尺寸較小，形狀較規則。牙膏蓋內部有 連續的內 螺紋 ，外側有起止轉作用以及增大摩擦力的的直紋。由于塑件產品直接與手接觸，要求塑件表面光滑、無明顯毛刺。 此外，牙膏蓋內部的內螺紋需要經常與牙膏管頭部的外螺紋配合使用，故對內螺紋的尺寸，形狀有較高的精度要求。 塑件材料分析介紹 PE 的 化學名稱為聚乙烯。聚乙烯是由乙烯聚合而成的屬于烯烴累聚合物，是塑料工業中產量最大的塑料。 聚乙烯無毒，無味，呈乳白色，密度為 ～ 3/cmg 。聚乙烯具有優良的絕緣性、耐化學腐蝕性及耐 低溫性能，此外還有很高的耐水性，長期與水接觸其性能可保持不變。這種 塑料很容易加工成各種形狀（管、桶、袋、盆等）的塑料制件，已廣泛應用于電器工業、化學工業、食品工業、機械制造工業、農業等各個方面。 按