牙膏盖注塑磨具设计.docx
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牙膏盖注塑磨具设计
摘要
本文设计的内容是牙膏瓶盖注塑模具。
塑件的材料为PP。
根据牙膏盖的结构形状特点以及现有的注塑成型工艺，采用强制脱螺纹机构，型芯为复合型芯，外型芯设有成型塑件加强肋的肋槽，内型芯为螺纹型芯。
开模时，在开模弹簧的驱动力下定模板和定模座板先分开，主流道的冷料被拉出并随塑件和定、动模板一起运动。
当运动一定距离时，在定距拉杆的作用下从分型面开模，塑件在包裹里下会和型芯一起继续运动，定模板停止运动，同时浇口被拉断，自动脱落。
塑件从分型面开模一定距离后，有推杆推动推板强制脱螺纹。
本文对注塑模具进行了简要介绍，对于自动脱螺纹的过程以简单阐述。
对注塑模具中的主要零件进行了设计计算，并在设计过程中着重考虑了生产实际中的经济性和合理性。
关键词：
注塑模具内螺纹点浇口注塑成型
Abstract
Thecontentofthispaperistodesigntheinjectionmoldforatoothpastecap.Thematerialispolyethyleneplastic（PP）.Accordingtotheshapecharacteristicsoftoothpastecapstructureandtheexistinginjectionmoldingprocess,theuseofgearandrackasthescrew-separatingmechanism,thispaperdesignsanefficientspininjectionmoldwithauto-offthread.Unscrewinginstitutionsincludespurgears,therack,straightbevelgearsandthescrewcore.Toachieverapidformingofplasticpartsandmoldopening,apointgateandsecondarymoldopeningstructureofthree-platemoldsareused.Thispaperbrieflydescribestheinjectionmold,theauto-offthreadprocessandprinciplesofmolddesign.Unscrewingofthegearandrackdrivingsystemforthemolddesignandthemainpartsoftheplasticinjectionmoldarecalculated,andtheactualproductionofeconomicrationalityisalsoconsideredinthedesignprocess.
KeyWords：
Injectionmold；Internalthread；Pointgate；Gearrackmechanism.
第1章概述
本次毕业设计的题目是牙膏盖注塑模具的设计，设计中的注塑产品（牙膏盖）与实际生活息息相关。
设计中关于内螺纹脱模的设计内容是注塑模具设计中的常见问题。
对于带螺纹的塑件，脱螺纹的方式以及脱螺纹机构的设计是其整个模具设计过程中的重点。
设计之初，在完成塑件产品图的绘制之后，查阅相关书籍及设计手册后发现对于脱螺纹的方式较多，有手动脱螺纹、拼块脱螺纹、强制脱螺纹以及旋转自动脱螺纹等方式。
其中手动脱模机构结构简单但是需人工操作，劳动强度大，生产率低。
拼块式脱螺纹机构主要应用于较大直径、分段螺纹的塑件而且对拼块以及型芯加工要求较高。
强制脱螺纹结构简单但是强制脱模容易损伤塑件型腔。
旋转自动脱螺纹机构较多应用于带螺纹的盖类塑件，具有注射周期短，生产效率高的特点。
但是根据本次塑件设计的特点还要求在盖顶有加强肋以增强塑件的强度，综合比较只有强制脱螺纹方案能够满足要求。
强制脱螺纹有两种：
利用塑件的弹性脱螺纹和利用硅橡胶型芯脱螺纹。
而本次设计的材质PP不像聚乙烯和聚丙烯具有高弹性，故本次设计采用利用硅橡胶型芯脱螺纹。
为了保证螺纹有一定的精度，在硅橡胶螺纹型芯中心设复合芯，开模时，先抽掉中心复合芯，使螺纹型芯中间形成空心，从而使脱螺纹时螺纹型芯有一定的形变空间，减小脱模时的摩擦力，保证螺纹的精度。
完成脱螺纹机构的大体结构设计后开始型腔的布置方案、分型面的选择以及浇注系统的设计。
结合上述型腔的布置方案、分型面的选择以及浇注系统的设计确定了模具的类型以及模架的初步选择。
第2章塑料模具概论
2.1塑料模具简介
塑料模具是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。
由于塑料品种以及成型方法的不同，塑料模具主要分为以下几大类：
（1）塑料注塑模具：
主要用来成型热固性塑料。
注塑模具由于其成型效率高，易于成型形状复杂的制品，并且容易在工业中实现自动化生产。
因此在塑料工业中注塑模具发展较为迅速，目前在我国日益发展壮大，技术水平也得到了极大地提高和发展。
（2）塑料压塑模具：
主要用来成型热固性塑料。
包括压缩成型模具和压注成型模具。
（3）塑料挤出模具：
主要用来成型生产连续形状的塑料产品。
（4）塑料吹塑模具：
主要用来成型塑料容器类中空制品。
（5）塑料吸塑模具：
主要用来生产一些日用品、食品类包装制品。
（6）高发泡聚苯乙烯成型模具：
主要用来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料。
2.2塑料模具行业的现状及发展方向
模具工业生产的基础工艺装备。
模具是现代，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。
所以模具行业在整个工业领域重要性不言。
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
（1）我国塑料模具行业的现状
80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。
在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%～80%相比，差距较大。
在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：
P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。
塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%～80%相比，仍有差距。
长期以来，中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方，模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。
其中长三角和珠三角个别企业的产品己达到相当高的水平，个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，这些企业的模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。
同样在生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
企业是模具创新的主体。
长期以来我国塑模具企业存在着研发能力弱，创新意识薄弱。
一方面是由于技术人员比例低、水平不够高，另一方面是由于科研开发投入少，更重要的是观念落后，对开发不够重视。
使得我国大多数塑料模具企业长期处在中低档模塑制品加工链下游，难以实现高附加值的企业利润。
一切竞争都可归结于人才的竞争。
由于我国现行体制和教育培养体系问题。
高质量模具研发人才缺口问题的解决尚待时日。
在社会主义市场经济中，在经济全球化的过程中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户，需单件生产的行业，许多企业目前的体制和经营机制仍旧很难适应多变的市场。
人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展。
虽然各地都在努力解决这两个问题，但要得到较好解决尚待时日。
（2）我国塑料模具工业和今后的主要发展方向。
提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
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，为其进一步普及创造良好的条件；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。
另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。
开发新的成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。
应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
随着科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，因而产生了新世纪产业需求的微机电系统技术。
许多新兴制造技术随之产生，包括光刻，电铸及脱模技术（LIGA）、紫外光蚀刻技术（UV）、放电加工（EDM）、微注射成型、精密磨削和精密切削等。
其中，微注射成型技术以容易实现低成本大规模生产具有精密微细结构零件的优点成为世界制造技术的研究热点之一。
因此我国必须在现有的基础上加强对微注塑成型领域的理论及技术研究。
第3章注塑成型工艺与设备
3.1注塑模的组成及各部分作用
（1）塑件成型零件：
赋予成型材料形状和尺寸的零件。
通常由型芯、型腔以及其他辅助零件等。
（2）浇注系统：
将熔融塑料从注射机喷嘴引向流入闭合的模腔，一般由主流道、分流道、浇口、冷井以及钩料杆等。
（3）合模导向与定位零件：
保证模具各结构件相互的移动精度，通常有导柱和导套以及定位环、锥面定位元件等。
（4）脱模机构：
将塑件从模具中平稳可靠地脱出来的机构装置，称之为脱模机构或推出机构。
脱模机构一般情况下设在动模一侧，主要有推杆、推杆固定板以及推杆电板等零件组成。
（5）复位机构：
模具完成塑件推出动作后，需要将动、定模闭合以便完成下一次的注塑。
合模时为避免推杆损伤型腔表面，一般采用复位杆带动推杆回到原先位置。
（6）温度调节系统：
为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具应设有温度调节系统对模具温度进行调节。
温度调节系统主要由加热和冷却系统组成。
一般热塑性塑料成型时需要冷却，热固性塑料成型时需要加热。
（7）排气系统：
塑料熔体注入模具型腔时，会使型腔填充不满或因气体在高压力作用下快，快速升温而使塑件局部烧伤。
所以在模具中应开有排气槽以保证气体迅速彻底排出模腔。
（8）侧向分型抽芯机构：
当塑件侧向有凸凹及孔时，在塑件被顶出之前，需要先抽拔出侧向的型芯（或镶块），才能使塑件顺利实现脱模。
（9）模架：
模具中各模板和导柱、导套以及复位杆、推杆等，通过螺钉连接组合成一起的装配体称之为模架。
模架是实现模具基本功能的基础零件，模架的尺寸规格已实现系列化、标准化、商品化。
在设计模具时可直接选用模架。
3.2注塑成型过程
注塑成型是热塑性塑料的主要方法。
它的注塑成型过程归纳起来是塑化、注射和模塑三个过程。
其注射工艺流程如图1所示
图1注射工艺流程
（1）塑化过程：
塑料在机筒内经过加热达到流动状态，经过螺杆旋转或者柱塞的推挤，达到组分均匀并具有良好可塑性的过程，即塑化过程是注塑过程的
（2）注射过程：
塑料在喷嘴的注射压力下由料筒克服一系列的流动阻力和运动阻力注射进入模腔的过程。
一般喷嘴的注射压力常在80～120MPa之间。
（3）模塑过程：
从塑料熔体注射进入模具开始，经过模腔注满熔体冷却固化定型，一直到塑件制品从模腔内脱出的这一过程。
模塑过程大体可以分为三个阶段。
冲模阶段：
从柱塞或螺杆开始向前推动融料起直至塑料充满模腔时为止。
在此过程中注射压力起决定作用。
保压阶段：
熔料充满模腔后，由于塑料熔体在模腔内受到冷却而发生收缩但因模腔内的塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压之下，料筒内的熔料必须向模腔内继续填充，才能补足因收缩而留出的空间。
固化阶段：
在冷却系统和模体温度的作用下，塑件逐渐固化成型，开模后顶出。
第4章模具分析与设计
4.1设计任务书
毕业设计（论文）任务书
姓名：
龙海金
专业：
材料成型及控制工程
设计（论文）题目：
牙膏盖注塑模具设计
设计方案及参数：
完成牙膏盖的注塑工艺及模具设计
外圆周表面有防滑竖纹，瓶盖内孔带有螺纹，两薄壁之间有加强肋以增加瓶盖强度。
壁厚2mm,材料：
PP，大批量生产
4.2塑件介绍及初步设计
4.2.1塑件介绍
所设计的产品为牙膏盖。
零件尺寸较小，形状较规则。
牙膏盖内部有连续的内螺纹，外侧有起止转作用以及增大摩擦力的的直纹。
由于塑件产品直接与手接触，要求塑件表面光滑、无明显毛刺。
此外，牙膏盖内部的内螺纹需要经常与牙膏管头部的外螺纹配合使用，故对内螺纹的尺寸，形状有一定的的精度要求。
4.2.2塑件的初步设计：
1、尺寸设计
参考市场已有的成品牙膏盖，设计本次塑件外形尺寸如图2：
图2塑件外形尺寸
2、精度设计
生产中为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑料的使用要求的前提条件下将尽可能地把塑件尺寸精度设计的低一些。
结合实际和参考市场现有同类样品，本次塑件设计精度设计为一般精度MT3级。
塑件的尺寸公差依据GB/T14486-1993确定。
3壁厚设计
保持塑件壁厚尽可能均匀，壁厚设为2mm，满足设计要求和成型要求。
4、脱模斜度
为方便脱模，防止塑件表面在脱模时划伤在塑件设计时应考虑其表面具有合理的脱模斜度，本次设计脱模斜度设计为3°。
5加强肋
热塑件制品的加强肋的设计和塑件的壁厚有关，加强肋的设计如图3所示：
图3加强肋
6圆角
为了使成型时熔体流动性好，成型顺利进行，减小应力集中，在塑件上设置圆角，结合圆角半径、厚度与应力的关系当R/T>0.8时，应力不明显，塑件尖角处均设有圆角。
7螺纹的设计
本次设计塑件的螺纹孔的直径d0为10mm,螺纹端部的无螺纹区为1mm，根据螺纹孔和始末部分尺寸与螺纹的关系设计螺纹螺距为2mm，为减小螺距的积累误差尽量缩短配合长度，取螺纹长度为5mm,满足设计要求。
第5章塑料成型工艺分析
5.1塑件材料PP分析介绍
PP的性能分析
1使用性能无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用。
具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。
常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。
2成型性能
（1）结晶料，湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。
（2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔。
凹痕，变形。
（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形。
故温度应该控制在80度。
（4）塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
3PP的主要性能指标其性能见表1
表1PP的主要性能指标
密度/g.cm
0.91
屈服强度/Mp
50
比体积/cm3.g-1
0.86-0.98
拉伸强度/Mp
38
吸水率/%
0.02-0.14
拉伸弹性模量/Mp
14000
熔点/℃
164~170
抗弯强度/Mp
80
计算收缩率/%
1.8~2.5
抗压强度/Mp
53
比热容/J/（kg.℃）-1
1470
弯曲弹性模量/Mp
14000
5.2PP的注射成型工艺过程及工艺参数
1注射成型过程
（1）成型前的准备，对PP的色泽，粒度和均匀度进行检查。
（2）注射过程。
塑件在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模，压实，保压，倒流和冷却五个阶段。
2注塑模工艺条件
对注塑机的选用没有特殊要求。
由于PP具有高结晶性。
需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。
锁模力一般按3800t/m2来确定，注射量20%-85%即可。
（1）干燥处理：
如果储存适当则不需要干燥处理。
（2）熔化温度：
PP的熔点为160-175℃，分解温度为350℃，但在注射加工时温度设定不能超过275℃。
熔融段温度最好在240℃。
（3）模具温度：
模具温度50-90℃，对于尺寸要求较高的用高模温。
型芯温度比型腔温度低5℃以上。
（4）注射压力：
采用较高注射压力（1500-1800bar）和保压压力（约为注射压力的80%）。
大概在全行程的95%时转保压，用较长的保压时间。
（5）注射速度：
为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的PP和模具不适用（出现气泡、气纹）。
如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。
（6）熔胶背压：
可用5bar熔胶背压，色粉料的背压可适当调高。
（7）制品的后处理：
为防止后结晶产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。
3注射工艺参数
（1）注射机：
螺杆式，螺杆转数为30r/min
（2）料筒温度（℃）：
后段150-170
中段165-180
前段180-200
（3）喷嘴温度（℃）：
170-180
（6）成型时间（s）：
30（注射时间1.6，冷却时间20.4，辅助时间8）
5.3塑件的分析
（1）对外形尺寸的分析设计本次设计的塑件为牙膏盖，此次设计产品的基本外形尺寸如图2所示，塑件壁厚为2mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型。
（2）精度等级该产品为牙膏盖，而且外圆周表面有防滑竖纹，瓶盖内孔带有螺纹，两薄壁之间有加强肋以增加瓶盖强度。
所以对塑件的表面精度要求较高，内部精度要求较低。
公差按设计进行计算。
（3）脱模斜度PP为无定形塑料，成型收缩率较大，脱模斜度选为3°。
5.4分型面选择
分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺有关，直接影响着成型塑件的质量以及注塑成型的效率。
因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个重要环节。
注塑模具分型面的选择，一般应考虑以下各项基本原则：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出，这是最基本的选择原则。
（2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模。
由于注塑机的顶出装置在动模一侧，所以分型面的选择应尽可能使塑件留在动模一侧，这样有助于在动模部分设置推出机构。
（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量。
对于同轴度要求较高的塑件，选择分型面时尽量把有同轴度要求的部分放置在模具的同一侧。
（4）分型面的选择应有利于模具的加工。
通常在模具设计中，选择平直分型面居多。
但是要依据实际情况而定。
（5）分型面的选择应有利于排气。
分型面的选择与浇注系统的设计时应同时考虑，为了使型腔有良好的排气条件，分型面尽量设置在塑料熔体流动方向的末端。
结合本次设计的零件，由于零件尺寸较小，结构对称，形状较为规则。
根据最大轮廓原则，选择牙膏盖塑件最大轮廓处作为分型面，如图4所示。
图4分型面主视图
5.5型腔布置方案
型腔数量和排列方式的确定
1型腔数量的确定该塑件采用的精度为MT3，而且大批量生产，可以采取一模多腔的结构形式，同时考虑到塑件的尺寸、结构形式（塑件外表面有竖防滑纹，内部有螺纹，顶部有加强肋），模具结构尺寸和塑件尺寸的关系以及模具制造费用和各种成本费用，初步定为一模四腔结构。
2型腔排列形式的确定多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，而且要力求紧凑，并与浇口开设部位对称，由于该设计采用的是一模四腔结构，故型腔布局应为圆周形，在主流道周围呈行星式均布，如图5所示。
图5型腔布局
5.6注塑机的选择
在模具设计时，必须根据塑件的具体情况，选择合适的注塑机。
注塑机选择主要包括以下两方面的内容：
（1）确定注射机的型号，使塑料，塑件，注射模及注射工艺等所要求的注射规格参数在所选注射机的规格参数可调的范围内；
（2）调整注射机的技术参数至所需要的参数。
根据塑料的类型，塑件的结构和注射模的大小，成型方法，生产批量以及现有设备及注射工艺进行注射机的选择。
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