带二次顶出机构的注塑模具设计

优秀设计1 引言模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。

在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。

例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。

对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。

以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。

模具影响着制品的质量。

首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。

其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。

在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。

另外模具对制品的成本也有影响。

当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。

现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。

高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。

由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。

因此促进模具的不断向前发展。

1.1 注塑模具发展趋势随着2007年的结束，世界注塑模具的年增长率最终定格在了4%。

据预计，2008年注塑模具的产量将保持在4%到5%的增长势头[1]。

如此快速的增长主要是由食品包装和饮料包装的需求不断增加带动的。

预计在2008年里，影响全球注塑模具行业发展的因素主要还是石油价格和食品行业的包装利润。

作为注塑产品加工中的最主要投入，石油价格的变化为注塑模具的生产成本带来了巨大的变动。

而大量采用塑料包装的食品及饮料行业近年来快速发展，注塑包装产品需求量不断增加，这又为注塑模具的发展提供了一个非常好的市场，并且可能促进注塑模具保持长期增长。

1.1.1 我国注塑模具的发展近几年，我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。

低档模具过剩，高档模具供不应求，甚至有的依赖进口，因此，模具企业必须找准自己的弱点，尽快缩短与国外的差距。

1.1.2 原材料问题受售价限制，国产模具多采用2Cr13和3Cr13作精密热处理，而国外则采用专用模具材料DINI、2316，其综合机械性能，耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。

这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。

1.1.3制造工艺水平国内模具生产厂家，工艺条件参差不齐，差距很大。

不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成，严重影响了精度和质量。

1.1.4 模具设计体系国内一些生产厂家虽然也采用了计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造技术（CAM），但依旧停留在引进、消化和吸收阶段，难以形成具有成熟的理论指导和设计体系。

因此，规范模具设计软件系统的开发是当务之急。

1.1.5 调试水平模具就其本质而言属于工装，生产出合格制品才是最终目的。

因此，模具的质量、性能依赖试模结果检验。

国内模具厂因交货期短，试模设备局限，往往把质量检验工作放在用户处试模，易给用户造成大量的损失和浪费。

而且由于修模受时间，场地限制，往往难以调试出最佳状态。

而国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的工作条件试模，所以能在最短的时限达到很好的效果。

1.1.6 配套体系我国模具生产企业习惯埋头搞生产科研，而忽视了与其他设备供应商、原料供应商合作。

无形中使用户走了许多弯路。

我们的模具厂必须和其他厂家及各大科研院所共同合作，为用户创造最佳的制品，创造更大的利润，才有希望为自己营造广阔的发展空间。

1.2 技术发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。

在这种情况下，用户对模具制造的要求是“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”。

模具技术的发展应该与这些要求相适应。

1.2.1CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术，是模具技术发展的一个重要里程碑。

实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。

由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度。

特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。

随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化[2]。

有条件的企业应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP→PDM→CIMS→VR，逐步深化和提高。

用于模具设计制造的计算机软件，将向智能化、集成化方向发展[3]。

1.2.2快速原型制造（RPM）的发展快速原型制造（RPM）技术是美国首先推出的。

它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/堆积（即材料累加）成形思想，根据零件CAD模型，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造。

RPM技术是集精密机械制造、计算机、NC技术、激光成形技术和材料科学最新发展的高科技技术[4]。

RPM技术可直接或间接用于模具制造，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。

因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速制模技术进一步发展的方向[5]。

1.2.3 高速铣削加工得到更广泛的应用国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达40000 r/min～100 000r/min，快速进给速度可达到30 m/min～40m/min，加速度可达1g，换刀时间可提高到1 s～2s。

这样就大幅度提高了加工效率，并可获得Ra≤1μm的加工表面粗糙度[6]。

另外，还可加工硬度达60HRC的模块，构成了对电火花成形加工的挑战。

高速切削加工与传统切削加工相比，还具有温升低、热变形小等优点。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

使用高速铣削，可缩短模具制造周期，降低成本[7]。

1.2.4电火花铣削加工技术的发展电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电板，这显然是电火花成形加工领域的重大发展[8]。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用，预计这一技术将得到发展。

1．3 塑料注射模具的设计步骤本论文根据工程实际的需要完成带二次顶出机构的注射模具设计。

在设计中采用聚乙烯塑料注射而成型，成型方式为一模两腔，该论文具体分析了产品的工艺性，确定了所采用塑料的工艺参数和所采用的成型设备，确定了模具制作的总体方案，分析并解决了模具的总体结构和各工作部分的具体结构，并进行了一些必要的尺寸计算和强度的校核。

该论文还对分型面、浇注系统和脱模机构进行了分析设计，完成了模具工程图设计，最后进行了主要零件加工工艺设计，圆满完成了模具设计所要求的各项工作。

通过设计，综合应用了大学期间的多数基础和专业知识，加深所学知识体系，熟悉了工程应用设计。

1．3．1 塑料件的工艺性分析（1）本课题是对带二次顶出机构的注射模设计。

首先对所给零件进行观察并进行测绘，如图1.1，尺寸大都是估算值，无特殊要求，尺寸公差按IT7级精度查取[9]。

（2）塑件结构工艺性分析：（a）塑件厚度为2mm，壁厚均匀，塑件成型性能良好；（b）塑件本身本身为圆形，可用带二次顶出机构的顶管顶出；（c）从塑件结构看，设置一个分型面。

（3）塑件表面要求光滑无裂痕，未明确粗糙度值的按Ra6.3要求。

图1.1 零件图1．3．2 塑料件材料的选择塑料材料的相对密度在0.83～2.2范围内，在众多的材料中只有比木材的相当密度稍高[10]。

且在各种的材料中，塑料材料具有最高的比强度，甚至比特种合金铝还要高。

塑料还具有很好的绝缘性、防震、隔热、隔音性能。

耐腐蚀性仅次于玻璃及陶瓷材料。

且塑料材料具有优异的加工性能。

塑料瓶塞选择的材料为聚乙烯（PE）。

聚乙烯在常温下成白色蜡状半透明颗粒，柔而韧，易变形，无毒。

他密度小，耐热氧化性能好。

聚乙烯成型工艺性好，生产效率高，且价格便宜。

1．3．3 绘制模具装配草图模具装配图的设计应先从绘制装配图入手，根据塑件的具体情况，经过认真考虑、比较、初步确定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。

以下就是装配草图中应考虑到的几个重要部分[11]：（1）成型零件的结构及安装方法：塑件成型的好坏直接影响塑件质量、加工的难易程度。

选择合理的成型位置能使成型结构在现有的设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工、易于修改维修和更换。

（2）确定浇口位置及结构形式：模具设计中的一个重要环节就是浇口套的位置确定。

浇口位置是保证浇注塑件快速和均匀的关键，所以我们要在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。

且易于清除浇注塑料。

（3）确定分型面的位置和结构形式：分型面是塑件取出时和浇注系统分离的接触面。

一般情况下我们在设计时应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑设计。

（4）选择成型设备：根据塑件的具体情况，选择相适应的注射机并进行模具设计。

成型设备有两个重要参数。

一是理论注射容量，另一个是最大投影面积。

根据这两个参数及可选用合适的成型设备。

（5）侧抽机构的确定：根据塑件侧壁凹凸槽或孔及螺纹结构选择合适的侧抽机构。

（6）顶出机构的确定：定模动模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。

塑件落在动模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，碍，折实顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。

（7）确定温度调节方式：温度的控制直接影响了塑件成型的尺寸、质量、外观和效率，所以每个模具都必须尽可能好的设计温度控制部分，为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。

（8）确定主要结构件的尺寸：通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等。