吉林化工学院毕业设计瓶盖塑料模具设计完整版.docx
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吉林化工学院毕业设计瓶盖塑料模具设计完整版
邵阳学院
塑料模具课程设计说明书
设计题目：
开水瓶盖模具设计
机械能源工程系：
模具专业
班级：
04模具本科
学号：
81
设计人：
陈志勇
指导老师：
何晓明、罗玉梅
完成日期2007年10月8日
开水瓶盖塑料模具设计说明书
一、拟定模具的结构形式
1、塑件的成型工艺性分析
该塑件属于薄壁塑件，生产批量不大，材料选用聚已烯（PE），成型工艺性好，可以采用注射成型。
2、分型面的选择
根椐塑件的结构形式（如下图所示），分型面选在塑件的底平面。
3、确定型腔的数量和排列方式
1）型腔数量的确定
该塑件的精度要求不高，属于中小批量生产，而且该塑件的体积比较大，再考虑到模具的制造成本，可以初定为一模两腔的模具形式。
2）型腔排列形式的确定
由于是一模两腔的形式，因此本设计采用并排的形式。
4、模具结构形式的确定
根据以上的分析可知，本设计采用一模两腔的形式，并列排列的形式，由于该塑件的壁比较的薄，因此采用推件板推出的形式，流道采用平衡式，浇口采用点浇口的形式，动模部分需要一块垫块和一块型芯固定板，因此可以初步的确定模具的结构形式为Ａ４型带推件板的双分型面模具。
5、注射机型号的选定
1）注射量的计算
由该塑件图可知，该塑件的体积Ｖ＝Ｖ1－Ｖ2＝45310.2。
因此该塑件的质量为m1＝41.2（g）。
由于流道凝料的质量m2未知，根据经验，可以按照该塑件的质量60%来进行计算，因此注射量为m=m1+m2=1.6nm=132g。
2）塑件和流道在分型面上的投影面积及所需的脱模力
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积Ａ2，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析可得，Ａ2是每个塑件在分型面上的投影面积Ａ1的0.2-0.5倍，因此可以用0.35倍的Ａ1来进行估算，所以Ａ＝nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=21195m㎡.
脱模力Ｆ＝Ａ×Ｐ型=635.850KN
其中，Ｐ型＝30Pa
3）注射机的选择
根据每一生产周期的注射量和所需要的锁模力的计算值，可选用SZ-300/160卧式注射机，该注射机的有关参数见下表
结构类型
卧
拉杆内向距
450×450
理论注射容量
300
开模行程
380
螺杆的直径
45
最大模具厚度
450
注射压力
150
最小模具厚度
380
注射速率
145
模具定位孔直径
160
塑化能力
82
喷嘴球半径
20
螺杆的转速
0-80
喷嘴口直径
4
锁模力
1600
4）注射机有关参数的校核
1）由注射机的料筒的塑化能力来核模具的型腔的数量n。
n≤（kMt/3600-m2）/m1=（0.8×82×3600×30×3600-0.6×2×41.2）/41.2=46.4＞＞2,型腔数量校核合格。
式中 k——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;
M——注射机额定塑化量（82）；
T——成型周期，取30S。
2）注射压力的校核
塑料注射成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机的类型、喷嘴的形式、塑件的形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的。
对于粘度大的塑料以及形状细薄、流程长的塑料，注射压力应取大一些。
柱塞式注射机的压力损失比螺杆式的损失要大一些，所以注射压力也应取大些。
注射压力的校核是校核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力，由于本设计是是采用聚已烯为材料，螺杆式注射机，并且塑件的结构比较的简单，压力损失较小，因此成型时所需的注射压力取为1.3×100Pa=130Pa，而该注射机的额定注射压力为150Pa，注射压力较核合格。
3）锁模力的较核
该设计所需要的锁模力为F=KAP型=1.2×635.8<1600,所以锁模力较核合格。
其它安装尺寸的较核要待模架选定之后才能进行。
二、浇注系统的设计
1、主流道的设计
1）主流道尺寸的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必顺使熔体的温度降和压力损失最小。
在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直分型面，主流道通常设计在模具的浇口套中，但在本设计中，为了便于加工和安装，就把主流道和浇口套设计成整体式，如下图所示，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，锥度为2°-6°，在本设计中取3°，小端的直径比注射机喷嘴的直径大0.5-1mm,因此小端的直径取为5mm,小端的前面是球面，其深度为3-5mm,在本设计中深度取为4mm,注射机喷嘴的球面在此与浇口套接触并且贴合，因此要求浇口套上主流道前端面为球面，并且半径比喷嘴的半径要大1-2mm。
取为22mm,材料采用T10A，淬火后的表面硬度达到53HRC以上。
2）主流道凝料的体积
=
=
1326.65=1.33
4）主流道剪切速率的校核
由经验公式可得
3.32×
在5×
-5×
之间，剪切速率合格。
式中
=
=1.33+1.13+2×45.3=93.06
2、分流道的设计
1）分流道的作用是改变熔体的流向，使其以平稳的流态均衡地分配到每个型腔，设计时应尽量减少流动过程中的热量和压力损失，并且分流道应满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。
因此采用平衡式分流道，为了便于模具的加工和安装，分流道的形状采用U型截面分流道，由于聚已烯的流动性比较好，因些U型截面分流道的宽度取为6，半径R=0.5×b=0.5×6=3,浓度h=1.25R=1.25×3=3.75,斜角取6°。
2）分流道的长度：
为了减少热量和压力损失，分流道的长度尽可能短且少弯折，因此在本设计中一级分流道的长度取L1=1.5D=1.5×100=150。
二级分流道L2=10。
如下图所示：
3）分流道剪切速率的校核
也可采用经验公式
0.0892,也在区间[0.05,0.005]之间，剪切速率校核合格。
4）分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度并不要求很高，一般而言取0.8-1.6即可，在本设计中，取1.6
。
3、浇口的设计
根据塑件的外部结构，要求表面质量比较高，应看不到明显的浇口痕迹，为了便模具的结构简化，又要满足塑件外部表面质量的要求，因此本设计选用点浇口的形式。
1）点浇口尺寸的确定
点浇口的直径可由经验公式算得：
=1.2mm,
式中
为塑件在浇口位置的厚度，
A为型腔的表面积；
2）浇口剪切速率的校核
由经验公式
0.0682在区间[0.005,0.05]之间，剪切速率校核合格，
式中
为单个塑件的体积；
R为浇口的直径；
三、成型零件的设计
模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。
在本设计中成型零件指的是成型瓶盖外表面的凹模，成型内表面的凸模。
1、成型零件的结构设计
1）型腔
由于塑件的结构比较简单，因此凹模型腔的结构也比较的简单，为了便于安装，因此此凹模采用整体式模具。
2）型芯
该型芯是一个带有台阶的轴类零件，并且在顶部倒有圆角，如下图如示：
2、成型零件钢材的选用
由于瓶盖是中小批量的生产，成型零件所选的钢的材耐磨性和抗疲劳强度性能应该要求比较良好，机械加工性能应该比较良好，因此构成型腔的凹模选用模具钢SM1。
定模板构成瓶盖顶部的花纹、文字部分，成型时有料流的冲刷，但没有脱模时的塑件的磨擦，因此采用45钢调质处理。
凸模要求有比较高的耐磨性，因此要求凸模要有比较高的硬度，所以凸模采用T10A钢材，并且淬火后的硬度要求达到58HRC-62HRC。
3、成型零件的工作尺寸的计算
塑件的公差按国标IT6级查取如下图所示：
1）型腔的径向尺寸
式中s——塑件的平均收缩率取0.025;
——塑件的外径尺寸；
X——修正系数（取0.5）；
——塑件的公差值（1.48）
——模具的制造公差（取
）；
2）型芯的径向尺寸
式中
——塑件内径的基本尺寸；
3）型腔的深度
式中
——塑件的高度；
——塑件的高度尺寸公差（1.28）；
4）型芯的高度
——塑件内表面的深度；
4、成型零件的强度及支承板厚度的计算
1）型腔侧壁的厚度
式中p——型腔的压力；
h——塑件的高度
E——材料的弹性模量；
——根据注射塑料品种，模具刚度计算许用变形量；
=25i=25×0.82=20.5
=0.02mm
;
——型腔的半径；
2）支承板的厚度
支承板的厚度和所选模架两块垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，以及塑件的高度，还有型芯的高度，模架应该选在355×355范围内，两垫块之间的跨度大约为200mm
根据型腔的布置及型芯对支承板的压力，就可计算出支承板的厚度，即
式中
——两垫块之间的距离；
——支承板的长度（取355）；
——2个型芯投影到支承板的面积；
取标准厚度为T=50。
四、模架的确定
根据型腔的布置、型腔的侧壁的厚度，再考虑到导柱、导套及连接螺钉布置就站的位置和采用推件板推出等问题，可以初步的确定模架序号为10号（355×355），模架结构为A4形式，即动模定模均为两板式模具。
1、各模板尺寸的确定
1）A板的尺寸
A板是定模型腔板，塑件的高度为73，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板的厚度取为80。
2）B板的尺寸
B板是凸模（型芯）固定板，B板取标准厚度为80。
3）C垫块的尺寸
由公式：
垫块=推出行程+推板的厚度+推杆固定板的厚度+（5-10）=120，取标准厚度125；
上述尺寸确定之后，就可以确定模架序号为10号模架，板面为355×355，模架结构形式为A4形的标准模架。
从选定的模架可知，模架外形尺寸：
355×355×355;
2、注射机安装尺寸的校核
模具的平面尺寸355×355＜450×450（拉杆间距），合格；
模具的高度：
250＜355＜450，合格；
模具开模所需的开模行程：
L=型芯高度+塑件的高度+（5——10）=155.4＜380（注塑的开模行程）;校核合格；
所以此模具所选的模架完全符合使用要求。
五、排气槽的设计
瓶盖的成型体积比较小，而且浇口开设在瓶盖的顶部，塑料熔体先充满型腔的顶部，然后充满型腔周边的下部，这样的话，型腔的顶部不会造成憋气的现象，气体会沿着分型面和型芯与推件板之间的轴向的间隙向外排出，
六、脱模推出机构的设计
推件推出的机构中，为了减少推件板与型芯之间的磨擦，常采用如图所示的结构，推件板与型芯之间的间隙常为0.2——0.25之间，在本设计中，采用0.2的间隙，并且采用锥面配合，锥角为10°，用以防止推件板因偏心而导致板溢料。
七、温度调节系统的设计
冷却系统的计算比较的麻烦，在此只进行简单的计算，在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应当等于冷却水所带走的热量，查表得到模具要求的温度为40℃
1、冷却水的体积流量
式中
——单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量，按每分钟两注射两次，即
=132×2=264
=0.264
;
——单位质量的塑件在凝固时所放出的热量，PE为
——冷却水的比热容（
——冷却水的出口的温度（26.5℃）
——冷却水的进口的温度（25℃）
2、冷却管道直径的计算
为了让冷却水处于湍流状态，查表得冷却管道的直径为d=8mm。
3、冷却水在管道内的流速
由经验公式可得：
2.33＞1.66（最低的流速），达到湍流状态，的选和管道的合理，
4、冷却管道孔壁与冷却水之间的传热模系数
查相关的资料得到f=7.22（水温为30℃），因此
5、冷却管道的总传热面积
㎡=15700
6、模具上应开设冷却水道的数量
从计算的结果来看，冷却水道的数量应该取2，为了冷却均匀，所以就采用循环布置，如下图所示：
八、设计小结
塑料工业是当今世界上发展最快的工业门类之一，对于我国面言，它在整个国民经济的各个部门发挥了越来越大的作用，我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次塑料模具课程设计，让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识，更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法，对塑料有了一个更高的认识，这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助，也间接地为今后的工作经验有了一定的积累。
塑料制品成型及其模具的设计还是个很专业性，实践性很强的技术，而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的，因此，我们要学好这项技术光靠书本上的知识是远远不够的，我们更多的还应该将理论和实践结合起来，这还需要我们到工厂里去实践。
由于本人的设计水平有限，在设计过程中难免没有错误之处，敬请各位老师指正。
九、参考文献：
1、《塑料模具设计指导书》
2、《模具设计手册》
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