脉动饮料瓶盖子模具设计

脉动饮料瓶盖子模具设计 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 学 号 12010130410 学 生 杨东鑫 指 导 教 师 王 欣 起 止 日 期 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 摘 要 本文详细介绍了常见的脉动饮料瓶盖模具的设计。采用一模四腔，边 缘式浇口，利用型芯成型塑件的内止转齿，齿条、齿轮脱螺纹，顶杆顶出 塑件。并对浇注系统、成型零件、脱模机构、脱螺纹机构、合模导向机构 和温度调节系统做了详细设计和计算。 关键词: 注射模 螺纹型芯边缘浇口 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 目 录 摘 要 ................................................................... 2 目 录 ................................................................... 3 引言 ..................................................................... 5 1 本课题的研究内容、要求、目的及意义 ..................................... 5 2 瓶盖塑件详细分析 ....................................................... 7 2.1 塑件工艺性分析 ....................................................... 7 2.2 计算塑件的体积和质量 ................................................. 8 2.3 塑件注射工艺参数的确立 ............................................... 9 3 注射模的结构设计 ...................................................... 10 3.1 分型面选择 .......................................................... 10 3.2 确定型腔的排列方式 .................................................. 10 3.3 浇注系统设计 ........................................................ 11 3.4 抽芯机构设计 ........................................................ 14 3.5 脱模机构的设计 ...................................................... 14 3.6 成型零件结构设计 .................................................... 15 3.7 本模具工作原理 ...................................................... 16 4 模具设计的有关计算 .................................................... 17 4.2 凹模型腔侧壁厚度和底板厚度计算 ...................................... 18 4.3 动模上固定型芯的固定板厚度计算 ...................................... 19 4.4 模具加热和冷却系统的计算 ............................................ 19 5 模具闭合高度和注射机参数的校核 ........................................ 21 5.1 模具闭合高度 ........................................................ 21 6 注射模加工工艺设计 .................................................... 23 6.1 模具的加工 .......................................................... 23 6.2 坯料确定 ............................................................ 24 6.3 的平面加工 ...................................................... 24 3 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 6.4 孔及孔系的加工 ...................................................... 25 6.5 典型零件加工 ........................................................ 27 结束语 .................................................................. 27 致 谢 .................................................................. 29 参考文献 ................................................................ 30 4 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 脉动饮料瓶盖模具设计 引言 在现代制造业的发展过程中，模具的地位及其重要性日益受到人们的 重视。在塑料材料和制造品设计及加工工艺确定后，塑料模具的质量与生 产具有决定性的作用，模具成本对制品的成本也有很大的影响。塑料注射 模是利用塑料具有良好的成型和加工性能[1]。 在欧美日等工业发达国家，模具工业年产值早已超过机床行业的年产 值，在成型技术也在不断的更新与完善。CAD/CAE技术在塑料注射模中是 应用最为广泛的。我国的模具工业是从20世纪80年代初开始的，其发展 速度也是非常快的，同时模具技术也在不断的提高。我国在注射模方面也 有很大的发展，以能制造48寸大屏幕彩电塑壳模具、大容量洗衣机全套 塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，并开始使用先进的热 流道和气体辅助注射成形技术。尽管我国的模具在不断的发展，但也发达 工业国家相比还有很大的差距，其道路还是很长的[2]。 塑料注射模的设计与制造过程中所涉及了大量的内容，如:塑件的结 构工艺性分析、塑件的成形工艺特性、塑料注射机的匹配、塑料注射成型 工艺及控制、塑料注射模的设计及模具材料、塑料注射模的制造装备和制造工艺等。 5 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 1 本课题的研究内容、要求、目的及意义 1.1 本课题的研究内容 做螺纹瓶盖的模具设计，使该的瓶盖注射模结构简单，型腔、型芯、脱模机构设计合理，根据说明书画模具图。 1.2 本课题的研究要求 (1) 此塑件外表面不允许有印迹，并且要光滑。 (2) 要使注射模结构简单，并可脱模。 (3) 流道设计合理，可保证产品质量并且又节约生产原材料。 (4) 了解HDPE的性能、特性和设计时的要求。 1.3 本课题的研究目的 (1) 检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。 (2) 步掌握进行模具设计的、过程、为将来走向工作岗位进行科技开发工作 和撰写科研论文打下基础。 (3) 培养自己的动手能力、创新能力、计算机运用能力。 1.4 研究意义 (1) 对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。 以进一步的熟练掌握AutoCAD的运用。 (2) 锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作准备。 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 2 瓶盖塑件详细分析 2.1 塑件工艺性分析 2.1.1 塑件的原材料分析 图2.1 塑件图 塑件的材料采用HDPE，属热型性塑料。从使用性能看，该塑料耐酸碱及有机溶剂，成本低，成型加工方便，适于用作瓶盖材料，从成型性能看，该材料成型收缩率比一般塑料大，且刚性低，因而制品尺寸精度低[4]。成型时模具温度态均可一致，以减少温度差引起的不均匀收缩。保压也要充分，以便于补偿收缩 溶体流动性好，流动比L/T=240，对压力变化敏感，故宜用较高压力注射，该射压力为60 MPa,70MPa。 2.1.2 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析 (1) 结构分析 从零件图上分析，该零件总体形状为圆筒形，顶端有沿径向截面长为1.5mm，高度为0.2mm的凸台，圆周有120条与轴平行的花纹线，内部有螺距为3mm是普通细牙螺纹。 (2) 尺寸精度分析 该零件的尺寸精度均为8级(SJ/1372-78)，由以上分析可见，该零件的尺寸精度较低，对应的模具相关零件的加工可以保证。 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 从塑件的壁厚来看，壁厚最大处为1.2mm，最小处为1.0mm，壁厚差为0.2mm，较均匀，有利于零件成型。 (3) 表面质量分析 该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺外，没有特别的表面质量要求，故易于实现，综上分析可以看出，注射对在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求 可以得到保证。 2.2 计算塑件的体积和质量 计算塑件的质量是为了选用该射机及确定型腔数。经计算塑件的体积: V?(?R2??r2)?h??r2?(H?h) ???(152?142)?16???142?2 ?2402mm3 式中:V——塑件体积，mm3 R——瓶盖外壁高，mm A——瓶盖内壁高，mm 计算塑件的质量:查塑料成型工艺及模具简明手册P27的HDPE的密度ρ =0.95g?cm-3，故塑件的质量为: W?V? ?2402/1000?0.95 ?2.28g 据塑料成型工艺及模具简明手册76页由经验形腔数确立方法，确立形腔数为4，采用一模四件的模具结构，考虑其外形尺寸，注射时所需压力等情况，初步选用注射机XS-Z-60型[5]。XS-Z-60主要参数如表2.1。 表2.1 XS-Z-60主要参数 8 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 2.3 塑件注射工艺参数的确立 查找实用塑料注射模设计与制造27页表2-2及注塑模具设计与制造实用技术39页，聚乙烯的成型工艺参数可作如下选择:成型温度为140?,200?;该射压力为60MPa,100MPa。必须说明的是，上述工艺参数在试模时可作适当调整。 9 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 3 注射模的结构设计 3.1 分型面选择 合理选择分型面，有利于制品的质量提高，工艺操作和模具的制造。因此，在模具设计过程中是一个不容忽视的问题，选择分型面一般根据以下的原则[6]: (1) 分型面的位置要不影响制品的精度和外观; (2) 尽量简单，避免采用复杂形状，使模具制造增加困难; (3) 要尽量有利于塑料制品的脱模和抽芯; (4) 有利于浇注系统的合理设计; (5) 尽可能与料流末端重合，以利于系统的排气。 根据分型面选择原则和塑件成型要求来选择分型面。如图所示水平分型方式既可降低模具复杂程度，减少模具加工难度又便于成型后脱模。故选用如图所示的分型方式较为合理，如图3.1分型面的选择。 图3.1 分型面的选择 3.2 确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模四件，既模具需要四个型腔。综合考虑浇注系统和经济效益，模具结构的复杂程度等因素拟采取如图所示型腔排列方式如图3.2所示。 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 图3.2 型腔的排列方式 3.3 浇注系统设计 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，它包括主流道，分流道，浇口及冷料穴。浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响颇大。 根据注塑件的要求及模具的结构等方面来选择浇注系统。 3.3.1 主流道设计 据注塑模具设计与制造实用技术39页查的XS-Z-60型注射机喷嘴的有关尺寸为喷嘴前端孔径do=4mm;喷嘴前端球面半径[7]:Ro=12mm 根据模具主流道与喷嘴R=Ro+(1,2)mm及d= do +(0.5,1)mm，取立流道球面半径R=13mm，小端直径d=4.5mm。 为了便于将凝料从主流道中拔出，将立流道设计成圆锥形其斜度为 2?,4?，查90页表3-22的主流道大端直径D=6mm，内壁粗糙度为 Ra=0.63μm。为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。如图3.3所示。 [8] 11 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 图3.3 主流道衬套 3.3.2 分流道设计 分流道的形状及尺寸，应该根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度，注射速率、分流道长度因素来确定。本塑件的形状简单，熔料填充型腔较容易，为方便加工起见，选用截面形状为半圆形分流道[9]，取R=2.8mm。 3.3.3 浇口设计 选择浇口形式应该遵循以下原则[10]: (1) 尽可能采用平衡式设置; (2) 型腔排列进料均衡; (3) 型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象; (4) 确保耗料量小; (5) 不影响塑件外观。 根据以上原则，决定选用侧浇口形式，这种浇口的优点为:去浇口方便，残留痕迹小;熔体流速高;翘曲比直接浇口小;宜成型薄壁、复杂形状制品。其缺点有:注射压力损失大;保压补缩作用比直接浇口小。总的来说，侧浇口适用于各种形状及一模多腔制品，是最常用的一种形式。 根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。设计 时考虑选择从塑件下端进料，料由下端向上流，而且模具型芯采用活动镶块式，有利于排气。故 12 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 采用截面为矩形的侧浇口。浇口截面高度h=1/3,2/3×(制品最小壁厚)，1>1/3,2/3 取h=0.5，浇口截面宽度b=(3,10)×h=1.5,5，b要小于分流道半径R，取b=2，浇口长度l一般可取0.7 mm,2.0mm，此处取l=0.8 mm，则初选尺寸为h×b×l,0.5mm×2mm×0.8mm，试模时修正。 3.3.4 排气槽的设计 排气槽的作用是将型腔和型芯中周围空间内的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。该注射模属于小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，又分型面积比较大，无需另外开排气槽[11]。 3.3.5 型腔压力估算 据式P=KPo取压力损耗系数K=0.4，该射机压力Po=122MPa，则型腔压力P=KPo=49Mpa。 3.3.6 锁模力校核 已知注射机最大锁模力F为500KN F?P? 式中:F——锁模力，kN p——型腔压力，MPa A——塑件及流道系统在分型面上的投影面积，mm2 已知型腔压力为49MPa;浇注系统的投影面积为1倍的塑件投影面积;塑件及流道系统在分型面上的投影面积为: A?n??R2?S 式中:S——流道系统在分型面上的投影面积，mm2 n——模腔数 则: A=4×π(30/2)2 +35×5×4 =3526mm2 即: p×A/1000=49×3526/1000 =172.77kN<500kN 所以锁模力符合要求。 3.3.7 定位圈设计 定位圈设计配合注塑机的参数进行设计，如图3.4。 13 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 图3.4 定位圈 3.4 抽芯机构设计 塑件侧壁有M28×3细牙螺纹，它与脱模方向不一致，阻碍成型后塑件从模具脱出。因此成型塑件型芯必须做成活动的，即须设置抽芯机构。本模具采用瓣合型芯成型和脱出内螺纹。 3.4.1 确定抽芯距。 抽芯距等于成形孔深加上2mm,3mm的安全系数，可取抽芯距S轴=18.2+2.8=21mm 3.4.2 确定中心型芯的夹角。 型芯的夹角是瓣合型芯成型机构的主要技术根据之一，它与抽拔力以 及抽芯距有直接关系，参照斜导柱倾角的选取，取型芯夹角a=20?。 3.4.3 瓣合型总联接 两侧型芯与中间型芯的配合导滑槽为燕尾形结构。 3.4.4 型芯座板尺寸 取型芯总座板半径为R=24mm，厚度为12mm。 3.5 脱模机构的设计 由于该塑件的脱模阻力不大，而推杆又加工简单、更换方便、脱模效果好，因此采用圆形推杆脱模机构。推杆的设置位置采取以下原则[12]: (1) 推杆设在脱模阻力大的地方; (2) 推杆位置均匀分布; (3) 推杆设在塑料制品强度刚度较大的地方; (4) 推杆直径应满足相应的强度、刚度条件脱模力(推出力)计算。 将制品从包紧型芯上脱出所需要克服的阻力称为脱模力，是设计，计算顶出机构 14 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 的依据: 根据式: Ft?AP(?cos??sin?) 式中:Ft——脱模力(KN) ?——塑料对钢的摩擦系数 取0.1~0.3 A——塑料制品包容型芯面积(mm2) P—塑料件对型芯单位面积上的包紧力。一般情况下，模外冷却的塑 件的P约为24 Mpa,39Mpa;模内冷却的塑件的P约为8 Mpa,12 Mpa。本塑件采用模内冷却，取P=10 Mpa ?——HDPE所要求的脱模斜度，由经验数据取1? Ft?2103?10?(cos1??sin1?)?2 ?4.1KN 3.6 成型零件结构设计 3.6.1 凹模的结构设计。 本例中模具采用一模四件的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素，凹模拟采用整体式结构，其结构形式如图3.5所示。 15 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 图3.5 凹模 3.6.2 凸模结构设计 采用瓣合型镶块结构。通过内侧抽芯两块瓣合型镶块向中间合拢，从而达到脱模的目的。 3.7 本模具工作原理 本模具的工作原理:注射成型后，动模首先移动，动模板把塑料制品从定模板内带出，然后注射机推出机构推动推板，并带动斜推杆推动螺纹型芯向中间合拢，塑料制品上的螺纹部分脱离螺纹型芯，完成一次推出，然后斜推杆把塑料制品推出，完成第二次推出。推出系统的复位，靠定模板上的反推杆。 16 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 4 模具设计的有关计算 本模具成型零件工作尺寸计算时均采用平均法计算。查实用塑料注射模设计与制造P27表2-2得高压聚乙烯的收缩率为S=0.015,0.036，故平均收缩率为: 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计算表中 表2 型腔和型心工作尺寸的计算 表中: SCP——塑料平均收缩率 ?——塑料公差 ?z——成型零件制造公差 对于型小工件取?/3 X——修正系数，一般取1/2~3/4， 对于型小工件取3/4 Lm——型腔径向尺寸mm 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) Hm——型腔深度mm Ls——塑件外型基本尺寸mm Hs——塑件高度基本尺寸mm lm——型芯径向尺寸mm ls——塑件内型基本尺寸mm hm——型芯高度mm hs——塑件孔深基本尺寸mm 4.2 凹模型腔侧壁厚度和底板厚度计算 在实际生产中，对于中小型模具来说，强度不足是主要矛盾，故以强 度设计为准。适用于本例。 4.2.1 侧壁厚度计算 在注射模在注射成型过程中，由于注射成型压力很高，型腔内部承受熔融塑料的巨大压力，就要求模具有一定的强度和刚度，如果强度和刚度不足，会造成模具的变形和断裂.型腔侧壁所受的压力应以型腔内部所受的最大压力为准，对于小型模具型腔，型腔常常在弯曲变形前，其内应力超过许用应力，应以强度计算。 本凹模是属于整体式结构。其型腔壁厚S可按下式计算: 1/2S?a?3P?1?W??/???? 式中:S——型腔侧壁厚度mm a——型腔侧壁受压高度值mm P——型腔压力mpa W——系数，由表4—11查<<塑料模具设计制造与应用实例>> ?——b/L值 [?]——材料许用应力Mpa S=9.6mm 只要壁厚取值大于9.6mm就满足强度要求 4.2.2 型腔底板厚度计算 18 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 仅按强度计算: h?bP/2???1??2 式中:h——整体式矩形底板厚度.mm p——型腔压力mpa b——矩形短边长度mm ?——矩形短边与长边比 b/L [?]——材料许用应力mpa h=7.4mm 底板厚度只需取大于7.4mm就满足要求。 ????1/2 4.3 动模上固定型芯的固定板厚度计算 按刚度计算侧壁的厚度S: phS?1.15?? E?????4 式中:E——模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为2.1?105MPa p——型腔压力，MPa，由前面所知为49MPa [δ]——刚度条件，即允许变形量，mm，查表得出HDPE的[δ]值允许范 围为0.015mm,0.036mm h——型腔深度尺寸，mm 449?18所以: S?1.?29.95mm 52.1?10?0.026 型芯的固定板厚度为32mm，符合要求。 4.4 模具加热和冷却系统的计算 模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率[13] 。所以模具上需要添加温度调节系统以达到理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融的塑料的热量尽快传给模具，以便使 塑件可靠冷却定型并可迅速脱模。提高塑件定型质量和生产效率。 因为水的热容量大，传热系数大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水降温。 冷却装置的设计要考虑以下几点: (1) 保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。 (2) 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。 19 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) (3) 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔形状尽量吻合。 (4) 浇口出要加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低。因此浇口附近应加强冷却，通冷却水，而在温度较低的外側只需通过经热交换后的温水即可。 (5) 降低入水与出水的温度，可通过改变冷却孔道排列的形式。 (6) 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。如塑件的收缩率，壁厚等。 (7) 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷却通道的密封性要好，冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面。 本塑件在注射成型时不需要有太高的模温 (35?,55?<80?)，因而在模具上可不设加热系统，可利用熔融塑料传给模具余热来解决。 设定模具平均工作温度为45?，用常温t1=20?的水作模具冷却介质， 其出口温 度为 t2=30?，制品成型周期为h=h1+h2+h3=2.9+4.5+15=22.4(h1为注射时间，h2为冷却时间，h3为取出时间)，每小时注射次数n=160次，每次注射塑料量G=4×10-3kg， 冷却介质的比热c=4200J/(kg×k)， 每千克塑料所放出的热量a=6×105J/kg，每小时所需冷却水的质量为: W?Q/?c?t2?t1?? ?9.1kg/h V?9.1?10?3m3/h ?1.5?10?4m3/min 查表得冷却管道直径d=8mm，水的最低流速1.66m/s。 20 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 5 模具闭合高度和注射机参数的校核 5.1 模具闭合高度 根据以上的分析计算，则可确定模架的结构形式，动、定模板，支承板的长、宽和高以及推出塑料件的行程，从而可确定模架的厚度大小等。选取模架180×250-17A1(GB/T12556.1-90)，模具闭合高度H=50+A+B+C=50+32+32+63=177mm。见表6.1模具零件尺寸表。 表6.1 模具零件尺寸表(单位: mm) 5.2 注射机有关参数的校核 5.2.1 注射量校核 由前面计算塑件体积为2.4cm3，估计注系统体积VJ=4.3cm3则每次注射所需塑料量(一模四腔): 4×2.4+4.3=13.9cm3 注射机最大注射量为: 60×0.8=48>13.9 cm3 满足要求。 5.2.2 模具厚度H与注射机闭合高度校核 根据: Hmax?H?Hmin 式中: Hmax——注射机允许最大模具厚度 Hmax=200mm Hmin——注射机允许最小模具厚度 Hmin=70mm 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 由上述的计算模具的闭合高度H=177mm 70mm <177mm <200mm 模具厚度H满足要求。 5.2.3 注射机开模行程校核 注射机开模行程应大于开模时取出塑件(包括浇注系统所需开模距离)即满足以下式子: Sk?H1?H2??5,10? 式中:Sk——注射机开模(经查资料XS-Z-60注射机的最大开模行程Sk=160mm) H1——脱模距离H1=21mm H2——塑件高度+浇注系统高度 H=18.2mm H1?H2??510 ??49.2mm?160mm 所以开模行程也符合要求。 5.2.4 注射机安装尺寸校核 本模具的外形尺寸为250mm×250mm×177mm。XS-Z-60型注射机模板最大安装尺寸为330mm×440mm，故能满足模具安装要求。经验证，XS-Z-60型注射机能够满足使用要求，故可采用。 22 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 6 注射模加工工艺设计 塑料模具的零件类型很多，加工条件不同，其加工方法各不同。目前模具的主要加工手段有:通用机加工、电火花成型与线切割加工、精密数控加工、高速切削加工等[14]。 由于瓶盖注射模要求一般，模具结构尤其是型腔复杂程度一般，因此模具的加工立足于经济、可行，故采用了普通加工与电火花成型相结合的工艺方法。根据零件成型下面简单分析一下主要类型零件的加工工艺[15]。 6.1 模具的加工 (1) 机械加工 机械加工(即传统的切削与磨削加工)是模具制造不可缺少的一种重要的加 工方法。机械加工的特点是加工精度高、生产效率高。但加工复杂的形状时，加 工速度慢，硬材料也难加工，材料利用率不高。 数控加工是利用数控机床和数控技术完成模具零件的加工，根据零件 图样及 工艺要求等原始条件编制数控加工程序，输入数控系统，然后控制数控机床中刀 具与工件的相对运动，以完成零件的加工。数控机床范围很广，在机械加工中有 数控车加工、数控铣加工、数控钻加工、数控磨加工、加工中心加工;在塑性加 工中有数控冲床加工、弯管机加工等;在特种成形中则有数控电火花加土、数控 线切割加工、数控激光加工等。 (2) 特种加工 特种加工是指直接利用电能、化学能、声能、光能等来去除工件上多余的材 料，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法，其中包括电火花成形加工、 线切割加工、电解加工、电化学抛光、电铸、化学刻蚀、超声波加工、激光加工 等。特种加工与工件的硬度无关，可以实现以柔克刚，并可加工各种复杂形状的 零件。特种加工在模具制造中得到了越来越广泛的应用。 (3) 塑性加工 塑性加工主要指冷挤压制模法，即将淬火过的成形模强力压入未进行硬化处 理的模坯中，使成形模的形状复印在被压的模坯上，制成所需要的模具。这种成 形方法不需要型面精加工，制模速度快，可以制成各种复杂型面的模具。 (4) 铸造加工 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 对于一些精度和使用寿命要求不高的模具，可以采用简单方便的铸造法快速 成形。例如:锌基合金模具，用低熔点材料锌基合金铸造模具，也称快速制模法， 其制模速度快，容易制成形状复杂的模具。但模具材质 较软，耐热性差，所以模 具寿命短，多用于试制和小批量生产的场合。 (5) 焊接加工 焊接法制模是将加工好的模块焊接在一起，形成所需的模具。这种方法与整 体加工相比，加工简单、尺寸大小不受限制，但精度难于保证，易残留热应变及 内部应力，主要用于精度要求不高的大型模具的制造。 6.2 坯料确定 坯料是指模具零件采用材料的原始状态。一般情况下，采用标准棒料或板材，也可以采用锻造坯料。在有的专业模具企业中，对性能要求不高的材料多采用标准规格材料，而对性能要求较高的材料则要锻造，然后经热处理调质后具有适当的硬度和便于加工抛光的专用模具用钢切割成坯料，这种形式加工余料少，节省了人工和材料用量。坯料通过锻造可使金属材料的金相组织密实，对其强度和刚度也有提高。只是应严格控制加工余量，加工余量过大，会引起材料和加工工时的浪费。 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车床、刨床、铣床等对坯料的6个方面进行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，再留出足够的半精加工余量，同时对模板上较大的孔也应进行粗加工。 粗加工完了之后，应进行一次退火处理或调质处理，以去除模板的内部应力，使其组织稳定，以防止在模具制造、模具成型或淬火过程中的变形或淬裂。 (2) 模板平面的半精加工 在经过退火而消除内应力之后，模板会产生不同程度的变形。半精加工就是去除其变形量，并给精加工留出适当的加工余量。 (3) 模板平面的精加工 通过以上的加工程序，模板已形成了基本轮廓。采用平面磨床磨削模板厚度的两平面，并达到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。这两个分模面即是Z轴方向上的加工基准面。 24 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 取任意相邻的两个侧面进行高精度的直角加工，并与模板平面相互垂直。这两个侧面即是X，Y方向上的加工基准面，分别作文字标记，如X，Y当平面的精度要求，特别是平面度公差要求很高时，可以采用研磨的方法，即采用铸铁平板作为研具，由很细的金刚砂做磨料，施以较小的压力均匀平衡的去除配合面的余量，达到多面积的良好接触。 (4) 薄板的精加工 当薄板较薄或太薄时，在淬火填质或淬硬后容易发生弯曲或翘曲形变的现象。薄板在磨削发生形变时，应使用薄而宽的挡板，将薄板四周挡住，并将被加工的薄板的凹面向下，然后以很小的磨削量对凸面进行磨削，当磨削的部分长度达到薄板长度的2/3时，将薄板翻面，依然采取精度磨削的状态，这样反复数次，直到翘曲的现象完全消失，才能按常规磨削。 因此，薄板的预留量应该加大，以防止达到尺寸要求时局部仍有凹处，而导致薄板报废现象。 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，包括镶嵌成型零件的各种形状的孔，导柱孔、复位杆孔、顶杆孔、侧抽芯时的导滑槽、固定模板的螺栓孔以及冷却水道孔、钓钩孔等，即在模板上需要加工的部位不外乎是进行各种形式的孔及孔系的加工。 塑料模上的加工方法主要有:钻孔、扩孔、镗孔、磨孔等，这是根据孔的精度等级和表面粗糙度的要求决定的。 塑料模具的同一零件上经常出现由相互位置精度要求的多个孔称为孔系。对孔系的加工除了要保证孔本身的精度要求和粗糙度要求外，还要保证孔与孔之间的位置精度要求，各平行孔之间的轴线平行度、各同轴孔之间的轴线同轴度以及孔的轴线与基准面之间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况下是以X，Y，Z为基准面的，找出需要加工部位的中心，并划出与X，Y互相垂直的交叉中心线，依照蓝图画出加工轮廓线来。 孔系的加工大体有如下几种方法: (1) 精密划线加工 25 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 找出中心线后，在中心处用冲头打窝，首先选用比被加工孔直径小的钻头钻孔。钻孔后，检验孔与基准面的相对位置以及各孔之间的相对位置是否满足位置精度的要求，如果发现偏差可用整形锉修整，然后再扩孔，再检验，直到各孔的位置精度达到欲求位置，最后进行留有绞孔位置余量 的最后扩孔，并进行粗绞和精绞。 (2) 对合加工 当两块模板具有相同位置的多个通孔时，可采用两模板对合在一起的方法加工，如导柱孔以及成型零件的镶嵌固定孔等。 对于加工和直径均相同的孔是以X，Y各侧边为基准面时，按装配时的排列顺序，将它们装夹在一起，只需一面划线，并对模板找平，就可以同时将对应的两个通孔同时加工出来，各孔的位置不必有严格的要求，它们在同一位置加工的只要按模具的装配位置顺序组装，位置度的偏差对整体没有影响。 对位置相同，但直径不同的孔，在装夹两模板时，在其中间平行垫起一个进刀距离的平行垫板，并将带大孔的模板位置在上部划线，同时加工出底部的小孔后，再对打孔进行扩孔，同时达到以上的效果。 (3) 坐标镗床加工 这是目前最常用的加工孔系方法，坐标镗床是具有二维坐标的高精度机床，它是通过带有误差补偿装置的精密丝杠，或带有游标的精密直尺以及作为标准读数的光学装置来控制工作台，精确移动坐标直尺，并通过有精密回转工作台等附件，保证在二维坐标的位置空间，完成各相对位置的精确定位以及精密加工，因此，保证模板上的相对应的孔即使分别加工，也能达到组装的精度要求。 在采用坐标镗床加工孔系时，重要的是模板的正确定位，其中包括: (a) 模板的分模面应与坐标镗床的工作台平行; (b) 模板上的X，Y基准面应正确纳入坐标镗床的坐标系统中，即x，y 的两个基准面，分别与坐标镗床工作台的运动方向平行; (c) 分别找出并准确确定出模板X，Y方向的基准面的坐标; 模板正确定位后，便可按蓝图要求求出各孔的坐标点，分别加工各孔。 由于坐标镗床是精密设备，当孔的直径大于20 mm时，应在其它机床上先加工出预留孔，留出镗加工余量。当孔的直径较小时，可以在镗床上直接钻孔，为防止钻孔的偏摆，在钻孔前先用刚度大，刃磨正确的中心钻，钻出中心底孔。 当孔距精度公差大于正负0.015 mm时，钻孔后，即可直接铰孔。当孔距精度要 26 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 求较高时，应采用精镗加工。 6.5 典型零件加工 塑件的外表面是在型腔中成型的。型腔的制造质量直接影响塑件的质量，它是注射模中主要和关键的大部件，由于塑件的外形是多种多样的，型腔的制造工艺也颇为复杂，目前常用的型腔加工方法大体上有以下几种: (1) 通用机床和手工结合的方法 这种方法是利用现场的通用设备，如普通车床，立式铣床，卧式铣床、工具铣床等设备，对坯料进行粗加工或半精加工，然后由钳工锉削，刮削、抛光等手段加工型腔的，这种方法主要依靠人工的熟练度技术及精心制作来完成的。在小型企业中往往在没有专业设备的情况下，因地制宜而采用的方法，它的质量取决于技术工人的技能水平，使质量不易保证，而且生产效率低，做模成本也高，在形状简单，精度要求不高的场合下多有采用。 (2) 专用机床加工方法 目前得到应用的专用机床有:仿形铣床、数控铣床、数控线切割机、坐标镗床、电火花机床、仿形磨床或坐标磨床等精密加工机床，首先在通用机床上进行粗加工或半精加工，然后在精密机床上做精加工，成型型腔，再进行抛光工序，完成型腔加工。 型腔加工最常用的形式是电火花加工，电火花加工是机床的脉冲发生器产生的脉冲电流，在电极与工件的间隙距离间脉冲放电时的电腐蚀现象。它逐渐将工序表面的多余量腐蚀掉，从而形成与电极形状相对的型腔。 (3) 新工艺加工法 随着新技术、新工艺的发展，新工艺加工也逐渐应用于模腔加工，目前经常采用的有冷挤压型腔、电铸型腔、精密制造以及电解加工等新工艺加工方法。 对小批量塑件的模具型腔，也可以采用快速制模工艺。如超磁成型、快速电铸、金属喷液以及采用环氧树脂、低熔点合金作为模具材料等，这些方法制模周期短、成本低、适用于在打样以及试制阶段的塑件成型。 结束语 通过本次毕业设计，对我在大学阶段所学习的模具设计方面的知识做了一个很好的和巩固，也对平时所学习的比较零散的知识做到了系统化的运用。也发现了自己在学科内的某些方面知识的欠缺，做到了很好的复习和理解。 设计中用到了大量专业知识，例如机械设计、工程制图、聚合物材料、塑料成型 27 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 机械、塑料成型模具、材料力学、公差与配合等学科。通过在设计中查阅和复习其相关知识，对部分已生疏的学科又重新做了认识，且在以前学习的基础上更加深了理解，同时也把书本上学到的知识用到了实际设计中，将单一的学科和其他配套学科融合在一起，学会了综合考虑问题，比如在设计本套模具中自动卸螺纹机构的时候，既要考虑齿轮齿条本身材料性能，又要注意其加工和安装的可操作性以及在模具中的整体的安装位置，以免造成模具结构不合理，甚至造成各个方向运动的干涉。在设计中还用到了一些计算机辅助设计软件，更是受益匪浅，例如在设计中大量用到Auto CAD 来进行平面制图，使得在设计中对于零件的平面投影以及尺寸可以很至关且很精确的表达。 28 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 致 谢 论文从开题、具体设计、论文的撰写，均得到了老师、同学和朋友的大力支持。 特别感谢老师对我的指导。在繁忙的教学工作期间，对我的毕业设计付出了大量的心血，多次给我提出深刻而具有指导性的意见。正是有了他们对我时时刻刻的指导，才使我能正确把握论文的方向，并顺利地完成。 感谢所有给我传道授业的老师们，正是你们的辛勤教授才使学生有了完成毕业设计的知识与能力储备，奠定了我的理论与实践基础。 天津轻工职业技术学院2012级毕业设计(论文) 参考文献 [1] 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