塑料瓶盖模具设计.docx
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塑料瓶盖模具设计
1.模具结构型式及注射机的初步确定
2．浇注系统的设计
3．排气槽设计
4.成形零件设计
5.模架的确定
6.脱模机构设计
7.侧向分型抽芯机构设计
8.合模导向和连接、定位机构设计
9.温度调节系统的设计
10.参考文献
11.总结与体会
1.模具结构型式及注射机的初步确定
1.1塑件的工艺性分析
塑件的材料采用聚丙烯，属热塑性材料。
从使用性能上看，该塑料钢性好，耐水，耐热性强，光泽好。
从成型性能上看，该塑料吸水性能小，熔料的流动性能好，成型容易，但收缩率大。
另外该塑料成型时容易产生缩孔、凸痕、变形等缺陷，成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。
因此，在成型时应注意控制成型温度浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。
1.2分型面位置的确定
根据塑件结构的形式，分型面应选在盖的地平面。
采用双分型面。
1.3确定型腔数量和排列方式
（1）型腔数量的确定
该塑件的精度要求不高，又是大批量生产，可以采用一模多腔的形式。
考虑到模具的制造费用、设备运转费用低一些，初定为一模八腔的模具形式。
（2）模具排列形式的确定
该塑件上有3个内凸体和一圈内齿。
要使型芯从塑件脱落，必须采用自动脱落的抽芯机构。
因为所用材料是聚乙烯，材料弹性模量小，材质硬度不高，可采用强制脱模的方式，这也是注塑厂成型这种类型瓶盖的常用方式。
因此本设计采用推件板推出的强制脱模方式，型腔的排列方式如图1-1。
图1-1
1.4模具结构形式的确定
从上面分析中可知，本模具采用一模八腔，双列直排，推件板推出，流道采用平衡式，浇口采用潜伏式浇口或侧交口，定模不需设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支撑板。
因此基本可确定模具结构形式为A型推件板的双分型面注射模。
1.5注射机型号的选定
（1）注射量的计算
通过计算建模分析，塑件质量m1=10g，塑体积v1=m1/ρ=10/0.91=11cm3，流道凝料的质量为m2还是未知数，可按塑件的0.6倍来估算。
从上述分析中却定为一模八腔，所以注射量为：
m=1.6nm1=1.6x8x10=128g
（2）塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2=πd2/4=0.785，在模具设计前是个未知数，根据多型模腔的统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1=0.785x
382=1133.54cm3的0.2倍-0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以
A=nA1+A2
=nA1+0.35nA
=12242.232mm2
式中A1=πd2/4
Fm=AP型
=30xA
=367.26696KN
式中型腔压力P型取30MPa
（3）选择注射机
根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值。
可选用XS-ZY-125卧式注射机。
理论注射容量/cm3
125
锁模力/KN
900
螺杆直径/mm
42
拉杆内间距/mm
260x290
注射压力/Mpa
120
移模行程/mm
300
注射速率/（g/s）
60
最大模厚/mm
300
塑化能力/（g/s）
5.6
最小模厚/mm
200
螺杆转速/（r/min）
14~200
定位孔直径/mm
55
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
锁模方式
液压—机械
（4）注射机有关参数的校核
a、由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。
n≤（kMt/3600-m2）/m1=（0.8x5.6x3600x30/3600-0.6x8x10）/10=8.64﹥8，型腔数校核合格。
式中k——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；
M——注射机的额定塑化量（5.6g/s）；
t——成型周期，取30s。
b、注射压力的校核。
Pe≥k’P0=1.3x130=169MPa,而Pe=170MPa，注射压力校核合格。
式中k’——取1.3
P0——取130Mpa
c、锁模力校核。
F≥KAp型=1.2x367.26696=441KN,而F=900KN,锁模力校核合格.
其他安装尺寸的校核要待模架选定,结构尺寸确定以后才可进行.
2.浇注系统的设计
2.1浇注系统设计原则：
浇注系统设计是注塑模设计的一个重要环节，他对塑料成形周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接的影响，设计时须遵循如下原则：
1）结合型腔布局考虑，应注意以下三点：
a、尽量采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道。
b、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。
c、型腔排列要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸。
2）热量及压力损失要小
为此浇注系统流程应尽量段，端面尺寸尽可能大，尽量减小弯折，表面粗糙度要低。
3）确保均衡进料
尽可能使塑料熔体载同一时间内进入各型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置。
4）塑料耗量要少
在满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量。
5）消除冷料
浇注系统应能捕集温度较低的“冷料”，防止进入型腔，影响塑件质量。
6）排气良好
浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出。
7）防止塑件出现缺陷
避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型条件。
8）塑件外观质量
根据塑件大小、形状及技术要求，做到去处修边浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用。
9）生产效率
尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高。
10）塑料熔体流动特性
大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，应予以充分利用。
2.2流道设计
流道设计包括主流道、分流道、浇口和冷料血的设计。
1.主流道设计
1）主流道尺寸
根据所选注射机，则主流道小端尺寸为：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm
＝4+（0.5～1）mm；取d=4.5mm
主流道球面半径为：
SR=喷嘴球半径+（2～3）mm
＝12＋（2～3）mm；取R=14mm
锥角α＝2～4°取α＝3°
2）主流道衬套形式
本设计虽然是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，村套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取L＝60mm，约等于定模板的厚度（见右图）。
衬套如图所示，材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC~57HRC。
3）主流道凝料体积
q主=πh（D2+Dd+d2）/12
=60π（62+6x4.5+4.52）/12
=1307.02mm3=1.31cm3
4）主流道剪切速率校核
由经验公式r=3.3qv/πRn3=4820s—1＜5x103s—1
式中qv=q主+q分+q塑件
=1.31+2.352+8x11
=91.662cm3
Rn=（4.5+6）/2/2
=0.2625cm3
2.分流道的设计
1）分流道分流道的布置
分流道应满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快的经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，如图所示：
2）分流道的长度
第一级分流道L1=30mm
第二级分流道L2=10mm
第三级分流道L3=15.5mm
3）分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积
a.分流道的截面形状选择：
常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。
各种分流道的效率不一样，根据不同截面形状分流道的性能，其中圆形截面分流道比表面积最小，热量损失小，阻力亦小，浇口可开在流道中心线上，因而延长了浇口的冻结时间。
但制造较困难，费用高。
由于本产品型腔较复杂，精度较高，所以选择梯形截面形状的分流道。
b.分流道截面尺寸
分流道截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。
对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件，可用以下经验公式确定分流道的截面尺寸。
B＝0.2654
（mm）
＝0.2654×
×
mm
＝1.78mm
查表：
取B=8mm
式中W——塑件的质量（g）；
L——分流道的长度（mm）。
H=2/3B=2/3X8=5.4mm,取H=6mm
分流道L1截面形状如下图：
从理论上L2、L3分流道可比L1的截面小10%，但为了刀具的统一和加工的方便，在分型面上的分流道采用一样的截面。
c.凝料体积
分流道长度L=（30+10x2+15.5x4）x2=224mm
分流道截面积A=（8+6）/2x6=42mm2
凝料体积qv=224x10.5=2352mm3=2.352mm3
4）分流道剪切速率校核
采用经验公式γ=3.3qv/πRn3=9.88x102s-1在5x102～5x103之间，剪切速率的校核合格。
式中q=v/t
=4xv1/1
=4x11=44cm3
Rn=
=0.36cm
式中t——注射时间，取1s
A——梯形面积（0.42cm2）
c——梯形周长（2.4cm）
5）分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8μm～1.6μm即可，在此取1.6μm.
6）分流道的设计要点
a.分流道对熔体的阻力要小，应在首先保证足够的注射力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道的截面积与长度尽量取小值，尤其对小型塑件更为重要。
分流道转折处应以圆弧过渡。
b.各型腔均匀进料，为此当塑件形状、大小相同时，各分流道的截面积和长度都要对应相等，各支分流道长度也应一致，并尽量取短。
平衡式布置的分流道能满足这点。
c.表面粗糙度要求达到Ra0.8μm为佳。
d.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。
e.本设计的分流道设置在动模上，以有利于开模时将流道凝料脱出。
f.分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用弧度过渡，有利于塑料熔体的流动及填充。
2.3浇口的设计
根据外部特征，外观表面质量要求比较高，应看不到明显的浇口痕迹，因此采用潜伏式浇口，在开模时浇口自行剪断，几乎看不到浇口痕迹。
1）潜伏式浇口尺寸的确定：
由经验公式得：
d=nk
=0.6x0.272x
=1.2mm
式中A=πdh+πr2=πx32x16.5+πx192=2792.88mm2（塑件的表面积）；
n——塑料材料系数取0.6
k——塑件壁厚的函数值取0.2722
浇口截面形状如图所示，浇口先取Φ0.8，在试模时根据填充情况在进行调整。
2）浇口剪切速率的校核
由浇口的经验公式得
γ=
=
=220000s—1=2.2x105s—1
γ为104s—1～105s—1为剪切速率校核合格。
2.4冷料穴的设计
1）主流道冷料穴
如图所示，采用半球形，并采用球形头拉料杆，该拉料杆固定在动模固定板上，开模时利用凝料头对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。
2）分流道冷料穴
在分流道端部加长5mm（约1.5dn）作分流道冷料穴。
3.排气槽设计
从某种意义讲，注塑模也是一种置换装置，即塑料熔体进入型腔，同时置换出模腔内的空气。
此外，塑料熔体回产生微量分解的气味。
这些气体必须及时排出。
3.1排气不良的危害性
1、在塑件上形成气泡、银纹、云雾、接缝，使表面轮廓不清，甚至充模不满；
2、严重时在塑件表面产生焦痕；
3、降低充模速度，影响成形周期；
4、形成断续注射，降低生产效率。
3.2排气方式
1、分型面排气：
对于小型模具，可利用分型面间隙排气，但分型面须位于熔体流动末端。
2、拼镶件缝隙排气：
对于组合式的凹模或型芯，可利用其拼合的缝隙排气。
3、推杆间隙排气：
利用推杆与模板或型芯的配合间隙排气，或有意增加推杆与模板的间隙。
4.成形零件设计
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就是成型瓶盖外表面的凹模，成型内表面的型芯（凸模）。
4.1成形零件应具备的性能
由于成形零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须具有如下一些性能：
a.具备足够的强度和刚度，以承受塑料熔体的高压.
b.具有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损，通常应进行热处理，使其硬度达到HRC40以上。
c.对于成形产生的腐蚀性气体的塑料，还应选择耐腐蚀的合金钢。
d.材料的抛光性能好，表面应该光滑美观，表面粗糙度要求应在Ra0.4以下。
e.切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好。
f.熔焊性能要好，以便于修理。
g.成形部位有足够的尺寸精度。
通常孔类零件精度为H8～H10，轴类零件精度为h7～h10。
综合考虑选择CrWMn
4.2成形零件结构设计
a.型腔的结构设计
选用整体镶拼式镶块：
在多型腔模具中，镶块常加工成带台阶的镶块，从固定板下部嵌入，用支承板、螺钉等将其固定。
b.型芯的结构设计
型芯用来成形塑件的内表面。
选用组合式型芯，对于大中型的模具，常将型芯和模板做成组合式结构
小型芯，通常单独制造，再嵌入型芯固定板中。
4.3成型零件工作尺寸计算
所谓的工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有凹模和型芯的径向尺寸、凹模的深度和型芯的高度尺寸等。
工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约。
为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。
1）成型零件工作尺寸计算
成型零件尺寸计算包括凹模和型芯的径向尺寸、凹模的深度和型芯的高度尺寸。
计算公式列于下表：
尺寸部位`
简图
计算公式
型腔径向尺寸
极限尺寸法
L
=[（1+k）Ls-3/4Δ]
型芯径向尺寸
极限尺寸法
L
=[（1+k）Ls+3/4Δ]
型腔深度尺寸
极限尺寸法
h
=[（1+k）hs-2/3Δ]
型芯高度尺寸
极限尺寸法
H
=[（1+k）Hs+2/3Δ]
计算各成型零件的各部分尺寸。
PP材料的收缩率k=（1.8～2.2）％,可取k=（1.8+2.2）%/2=2%
由于型腔表面要求精度较高，可取精度等级为5级，收缩率为：
2%
a.型腔的尺寸计算
（1）对于型腔径向38的尺寸来说LS1=38，△=0.62，则δz=0.2
LM1=[（1+k）LS1-3/4Δ]
=[（1+2%）x38-3/4×0.62]+00.2
=38.30+00.2
（2）对于型腔径向33的尺寸来说LS2=33，△=0.62，则δz=0.2
LM2=[（1+k）LS2-3/4Δ]
=[（1+2%）x33-3/4×0.62]+00.2
=38.56+00.2
（3）对于型腔深度16.5的尺寸来说HS1=16.5，△=0.58，则δz=0.2
HM1=[（1+k）HS1-3/4Δ]
=[（1+2%）x16.5-3/4×0.58]+00.2
=16.44+00.2
b.型芯的尺寸计算
（1）对于型芯径向29的尺寸来说LS1=29，△=0.50，则δz=0.17
LM1=[（1+k）LS1-3/4Δ]
=[（1+2%）x29-3/4×0.62]-00.17
=30.00-00.17
（2）对于型芯高度15的尺寸来说HS1=15，△=0.58，则δz=0.2
HM1=[（1+k）HS1-3/4Δ]
=[（1+2%）x15-3/4×0.58]-00.2
=15.69-00.2
5.模架的确定
模具结构采用一模八件的两板式模具结构，潜伏式浇口的浇注系统，顶出机构选用顶杆顶出，又由于尽量采用标准模架可节约模具的制造成本，由此可使用标准模架。
根据《塑料模具设计手册》上所提供的标准模架图例选择标准模架为：
250x250mm
6.脱模机构设计
6.1设计原则
脱模机构设计一般应遵循下述原则：
1.塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。
2.防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。
3.力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。
4.机构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，而且有足够的强度和刚度。
选用简单的推杆脱模机构。
6.2脱模阻力计算
脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。
他是设计脱模机构的重要依据之一，但脱模力的计算和测量十分复杂。
对于工程实践中任意的壳类塑件的脱模力，只能将其简化成圆筒形或矩形进行近似计算：
FC=10fCαE（TF-TJ）th
=10x0.5x9.8x10-5x1.3x103x（110-60）x0.2x16
=1019.2N
式中FC——脱模力（N）；
fC——脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因素，它受塑料熔体经高压在钢表面固化粘附的影响。
E——在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量（Mpa）；
TF——塑料的软化温度。
TJ——脱模时塑件温度。
t——塑件的壁厚（mm）；
h——型芯脱模方向的高度（mm）。
6.3脱模推出机构的设计
1.在设计脱模推出机构时应遵循下列原则：
（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。
（2）保证塑件不因推出而变形损坏。
（3）机构简单、动作可靠。
（4）良好的塑件外观。
（5）合模时的正确复位。
2.推杆的形状、长度直径及固定形式的确定：
根据对塑件的分析，选择A型圆形截面推杆。
推杆在推塑件时，应有足够的刚性，以承受推出力，为此只要条件允许，应尽可能使用大直径推杆。
故推杆直径为14mm，台肩的直径为20mm。
推杆长度为17mm。
推杆直径与模版上的推杆孔采用H8/f7的间隙配合。
7.侧向分型与抽芯机构设计
7.1抽芯机构的选择
由于机动侧向分型抽芯机构经济性好，效率高，动作可靠，实用性强。
选用斜销分型抽芯机构。
斜导柱抽芯取角度为：
15°~20°一般不大于25°，本设计中取18°，斜滑块锁紧楔的角度一般比斜导柱大1°~3°。
本设计中取19°。
斜销驱动的结构组成
1）斜销：
斜销轴线与开模方向的交角取α＝18
材料用T8钢。
2）滑块：
抽芯机构的运动元件。
3）导滑槽：
抽芯机构的导滑元件。
4）滑块定位装置：
采取弹簧和限位台的定位装置。
5）楔紧块：
合模后压紧运动元件，防止注塑时受反压力而产生位移。
8.合模导向和连接、定位机构设计
8.1合模导向机构的设计
本副模具结构的设计中，所使用的导向机构主要有导套、导柱和推板导柱、推板导套。
导柱导套的尺寸按照标准模架的要求进行选择，导柱、导套进行导向，一般情况下选用四组，可以保证模具运动的稳定性。
（1）导柱的选择：
导柱选用带头导柱，结构简单，加工方便。
长度：
导柱的导向部分L=25mm；
材料：
T8钢经淬火处理；硬度50~55HRC
表面粗糙度：
导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8μm导向部分表面粗糙度Ra为0.6μm。
数量及布置：
4个。
合理均布在模具分型面的四周。
配合精度：
导柱固定端与模版之间采用H7/m6的过渡配合；导柱与导套的导向部分采用H7/f7的间隙配合。
（2）导套的选择：
导套选用I型导套。
导套结构及技术要求如下：
材料：
与导套材料相同。
表面粗糙度：
导套固定部分和导滑部分表面粗糙度Ra为0.8μm。
固定形式及配合精度：
采用H7/r6配合镶入模版。
8.2连接、定位机构的设计
按照各零件的情况，合理的布置螺钉、圆柱销的位置从GB70-76和GB119-76中选用适当的规格和尺寸。
并选取限位钉进行限位.
螺钉选用GB2867.6-81M12X130的内六角螺钉对动模底板和垫块、动模固定板进行固定。
螺钉选用GB2867.6-81M12X45的内六角螺钉对定模底板和垫块进行固定。
螺钉选用GB2867.6-81M8X30的内六角螺钉对限位台和定模固定板进行固定。
螺钉选用GB2867.6-81M8X20的内六角螺钉对浇口套和定模固定板进行固定。
螺钉选用GB2867.6-81M12X45的内六角螺钉对定模底板定模固定板进行固定。
镶块的定位可以采用过盈配合来定位。
其余的定位采取销钉来定位。
9.温度调节系统的设计
9.1冷却系统的设计原则
（1）动、定模要分别冷却，保持冷却平衡。
（2）孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔径越大。
（3）冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，塑件冷却越均匀。
（4）冷却通道可以穿过模板与镶件的交界面，但是不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水。
（5）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。
当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔，距离要小。
（6）浇口处加强冷却。
（7）应降低进水与出水的温差。
（8）标记出冷却通道的水流方向。
（9）合理确定冷却水管接头的位置。
（10）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。
9.2冷却系统的简单计算
（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W
1）塑料制品的体积
v1=m1/ρ
=10/0.91
=11cm3
2）塑料制品的质量
m=10g=0.01kg
3）由于塑件壁厚为2mm，可查表，取综合冷却时间t冷=15s，取注塑时间t注=1.6s，
脱模时间t脱=8s，则注塑周期：
t=t冷+t注+t脱
=15+1.6+8
=24.6s。
由此得每小时注射次数：
N=（3600/24.6）次=146次
4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：
W=146x0.01
=1.46kg/h
=0.024kg/min
（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q
查表直接可知PP的单位热流量Q的值的范围在（590-690）KJ/kg之间。
故可
取600KJ/kg。
（3）计算冷却水的体积流量qv
qv=
=
=0.00229m3/min
=2.3x10-3m3/min
式中ρ——冷却水的密度（1000kg/cm3）;
C1——冷却水的比热容（4.187kJ/（kg.℃））；
θ1——冷却水的出口温度（26.5℃）；
θ2——冷却水的入口温度（25℃）。
（4）确定冷却水路的直径d
当qv=2.3x10-3m3/min时，根据表可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却
水管的直径d=8mm。
（5）冷却水在管内的流速
由式v=
=
=1.72m/s
（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h
通过查表f=7.22（水温为30℃时），因此
h=
=
=26463.3KJ/（m2.h.℃）
（7）计算冷却水通道的导热总面积A
A=
=
=0.002291m2=2291mm2
（8）模具上应开设的冷却水孔数n
n=
=
≈1
由以上计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此应根据具体情况加以修改为
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