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塑料瓶盖毕业设计说明书

第一章塑件材料选择性能

一、零件

图1-1零件图

二、材料选择

材料一ABS

ABS材料是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。

这三种组分各自的特性，使ABS具有良好综合力学性能。

丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。

ABS属于热塑性塑料，外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。

ABS无毒，无味。

密度1.02～1.05g/cm3成型温度范围（180℃--240℃）,成型时有较好的流动性。

ABS材料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降（抗寒性）；有良好的机械强度和一定的耐磨性，耐油性，化学稳定性和电气性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。

ABS几乎不受酸、碱、盐、及水和无机盐的影响，溶于酮、醛、酯、氯代烃中，不溶于大部份醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。

ABS塑料表面不可接触受冰醋酸，植物油等化学药品，否则会引起应力开裂。

此外，ABS的缺点是耐热性不高，低电解强度，低拉伸率，热变形温度为93℃，脆化温度为-27℃,使用的温度范围为-40℃～100℃，而且ABS的耐气候性也差，紫外线作用下容易氧化降解，从而会导致制件变硬发脆。

材料二聚苯乙烯（PS）

聚苯乙烯非晶体聚合物，成型后收缩率小于0.6，低密度特性使产量大于一般料之20%到30%。

优点：

1、成本低，2、透明可染色，3、尺寸安定特性，4、高刚性。

缺点：

1、脆裂性高，2、抗溶剂性差，大多数商业用的PS都是透明的、非晶体材料。

PS具有好的几何稳定性、光学透明特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。

它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。

典型的收缩率在0.4%－0.7%之间。

经过对比分析：

ABS材料的性能更优于PS的材料性能，尤其是在ABS的热学性能上，ABS的热变形温度为93~118℃，而PS的热变形温度为40~80℃,ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用，更加满足瓶盖的使用要求。

故选择ABS材料作为瓶盖的使用材料。

三、ABS工艺性能分析

塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面，对注塑材料ABS工艺特性进行分析：

1、收缩性塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。

收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。

一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算：

SS=a-b/b×100%（SS:

实际收缩率；a:

模具或塑件在成型温度时的尺寸；b：

塑件在室温时的尺寸；c：

模具在室温时的尺寸）对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用SJ=c-b/b×%（SJ：

为计算收缩率）由于本次毕业设条件的原因，没有办法自己去测量出：

c、b值。

于是我们通过查找资料《塑料成型工艺与模具设计》附录B常用塑料的收缩率，可得：

ABS塑料成型收缩率为：

0.003-0.008，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率的变化。

我们取一个相对平均值：

0.75%。

2、流动性塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。

塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。

但流动性太好，又会在成型时产生严重的飞边。

ABS材料属于热塑性塑料，分子成线型，具有良好的流动性。

其次：

料温，压力，模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。

3、吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。

按吸湿或粘附水分能力的大小分类，ABS塑料属于吸湿性塑料，吸水率为:

0.05%-0.5%。

在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。

因此，在成型前必须进行干燥处理。

一般干燥温度取80-90℃，干燥时间为两小时。

4、热敏感性塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。

热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表面质量等，另处，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体一般具有腐蚀性，或有毒，不管是对人，还是模具都会造成一定的影响。

ABS塑料成型温度为210℃-250℃，经查中国人力资源专家网提供的材料经验值得，到达260℃变色，于料温达到280℃时，塑料出现分解。

于是注塑成型时，一般取210℃-250℃。

综上所述：

ABS收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值：

型腔40′～2°，型芯30′～１°，ABS溶融时具有良好的流动性；较低的热敏性；属于吸湿性塑料。

于是在成型时需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等。

附表1—1ABS材料性能、工艺参数表

密度

1.05

拉伸强度

33～49

收缩率

0.003～0.008

拉伸弹性模量

1.8

熔点

130～160

弯曲强度

80

热变形

温度（45N/cm2）

65～98℃

弯曲弹性模量

1.4

压缩强度

18～39

模具温度

25～70℃

缺口冲击强度

11～20

喷嘴温度

180～190℃

硬度

R62～86

中段温度

210～230℃

外观

微黄色或白色不透明

后段温度

200～220℃

吸水率

0.05～0.5

干燥温度

80～90℃

特点

耐热、表面硬度高，尺寸稳定、耐化学、易成型加工，可渡鉻

注射压力

70～100MPa

塑化形式

螺杆式柱塞式

干燥时间

2H

保压压力

30-80MPa

背压压力

3-20MPa

比重

1.05

注塑时间

3-5s

保压时间

10-30s

第二章塑料件的结构工艺

一、塑料件的表面质量分析

该塑件要求外形美观，内、外表面光滑，没有斑点及熔接痕现象，内、外表面粗糙度均可取Ra1.2μm。

塑件制品内、外表面成型后不可见边缘有缺陷，边缘面要求平整。

二、塑料件的使用性能分析

塑件外表面光亮，平整，需要有良好的耐磨性能，塑件整体无变形即可。

三、塑料件的尺寸精度分析

按塑件的尺寸MT精度要求,未标注公差为MT6级精度，其主要尺寸公差如下（单位均为mm）

成型零件的外形尺寸：

50

40

20

16

6

R8

R2

成型零件的内形尺寸：

36

四、塑料件的结构分析

1、塑件形状比较简单，内、外表面都用圆弧过度。

2、塑件整体结构比较大，平均壁厚为2mm，超过ABS塑料的最小成型壁厚。

可注塑成型。

从精度上来讲，ABS注塑成型可满足尺寸要求。

从结构上来讲，可考虑塑件边缘为最大分型面。

从塑件的表面质量要求来讲，浇口选择在塑件的底部，以提高它们的力学性能。

第三章成型设备的选择和成型工艺的制定

一、成型参数的确定

查《中国模具设计大典》、《塑料成型工艺与模具设计》得ABS塑料的有关注塑成型参数：

密度：

1.01～1.05g/mm³

收缩率：

0.005～0.008

预热温度：

80℃～90℃，预热时间2～3h

料筒温度：

前段200℃～210℃,中段210℃～230℃，后段200℃～220℃

喷嘴温度：

180℃～190℃

模具温度：

50℃～70℃

注射压力：

60～100MPa

注射时间：

注射时间3～5s，保压时间10～30s，冷却时间15～30s

成型周期：

40～70s

二、塑件的体积和重量的计算

1、利用PRO/E进行体积的计算

根据产品图纸，将塑料瓶盖按1:

1的尺寸比例在PROE里完成三维构图。

利用PROE分析指令对塑料瓶盖进行体积的计算如图3-1所示。

体积=1.5797767×

mm3

=15797.767mm3

图3-1质量分析

2、塑料瓶盖的重量计算

根据分析ABS材料ρ=1.05g/cm3

m=ρV

=1.05×15797.767×10-3

=16.587g

三、锁模力的计算

FM=（NA1+A2）P型

式中，FM——模具所需要的锁模力（N）

N——初步选定的型腔数量

A1——单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）

A2——流道凝料在分型面上的投影面积（mm2）

P型——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）

其中，A2按分型面上投影面积A1的0.2～0.5倍。

取中间值0.3，利用Pro/E进行注塑件投影面积分析，A1 投影面积为：

8609.82mm2如图3-2所示。

图3-2投影面积分析

根据资料《塑料模具设计指导》P7常用塑料注射成型时型腔平均压力表2-2中，ABS属于中等黏度塑件及有精度要求的塑件，P型取35

FM=（NA1+A2）P型

=（1×8609.82+0.3×8609.82）×35　　　

=（8609.82+2607.246）×35

=392597.31Mpa

四、模具所需塑料熔体注射量

根据生产批量为大批量生产，由于注塑件的尺寸比较大，初步选择采用一模一腔，按《塑料模具设计指导》2.1.2.4有如下模具所需塑料熔休注射量的计算公式：

M=NM1+M2

式中，M——副模具所需塑料的质量或体积（g或cm3）

N——初步选定的型腔数量

M1——单个塑件的质量或体积（g或cm3）

M2——浇注系统的质量或体积（g或cm3）

M2：

注系统的质量或体积，它与注塑件的质量和塑料的流动性能有一定的关系，是一个不定值，但据注塑厂的资料，M2取15%-20%。

在这里我们选用M2=0.6NM1则有：

M=1.6NM1

=1.6×1×15797.767×10-3

=25.2764272cm3

五、设备选择

根据塑件塑化温度，额定注射量，注射压力，锁模力要求，参考《塑料成型工艺设计与模具设计》P105表4.2常用国产注塑机的规格和性能。

初步选择采用注射机型号：

G54-S200/400。

G54-S200/400，其有关的参数为：

额定注射量200～400cm³

注射压力109MPa

锁模力2540KN

最大注射面积645cm2

最大开合模行程260mm

最大模具厚度406mm

最小模具厚度165mm

喷嘴圆弧半径18mm

喷嘴孔直径4mm

动定模板尺寸532×634mm

拉杆间距290mm×368

六、塑料成型工艺卡

根据ABS材料的注射成型工艺分析、调料盒的结构分析及相关资料——《塑料注塑模结构与设计》编写如下表3-3——成型工艺卡片。

表3-3——塑料成型工艺卡

塑料成型工艺卡片

资料

编号

车间

共1页

第1页

零件名称

塑料瓶盖

材料牌号

ABS

设备

型号

G54-S200/400

装配图号

材料定额

15万件

每模

件数

1

零件图号

单件重量

10．5075g

工装号

材料

干燥

设备

温度/℃

80~90

时间/h

2

料筒温度（℃）

后段/℃

180~200

中段/℃

210~230

前段/℃

200~210

喷嘴/℃

180~190

模具温度/℃

50~80

时间

注射/s

2~9

保压/s

15~30

冷却/s

15~30

压力

注射压力/MPa

70~100

背压力/MPa

60~100

后处理

温度

100

时间

定额

辅助/min

时间

8~10

单件/min

检验

编制

校对

审核

组长

车间主任

检验组长

主管工程师

第四章注射模设计

一、可行性分析

1、可注塑性分析

根据产品的图形可知，其壁厚为2mm。

由于该塑件的平均尺寸大于ABS材料的实际最小注塑尺寸,可注塑成型。

2、可制造性分析

（1）、模具精度校核

由于塑件外表面要求比较光滑，根据经验可知型腔可由精铣——研磨达到精度要求。

（2）、结构分析

塑件整体结构均匀，型芯机构设计成整体式，如图4-1（B）所示，需要用到线切割和数控铣加工，但模具加工费较贵，且小的角槽容易磨损，一但磨损过量，则整个型腔需要更换，浪费大量的费用，从模具的加工性、经济角度出发考虑，所以型芯机构设计成拼块组合式，如图4-1（A）所示，有利于加工，便于更换，即可节省模具的成本费。

型芯设计成组合镶嵌式可以用铣加工单独完成。

综上所述：

塑料瓶盖塑件，为满足最小注射壁厚，且可利用合理的合模间隙排气。

模具可加工简单，结构合理。

故型芯机构设计成拼块组合式

3、型腔数目的确定

由于该瓶盖外型尺寸较大，且壁厚很薄。

随着模具型腔数目的增加，塑件的精度降低，模具结构复杂，制造成本提高，注塑质量差。

综合考虑：

瓶盖的模具设计采用一模一腔结构。

二、确定模具的类型

1、塑料采用注射成型法生产。

由于该塑件对表面质量要求不是很高，可以使用直接浇口成形。

可降低模具复杂度，从而降低模具成本，因此模具应为单分型面注射模。

2、模具采用一模一腔，模具规模较大，为了降低加工难度，模具采用组合镶嵌式。

三、确定模具的主要结构

1.分型面的设计

分型面的选择原则：

应选在外形最大轮廓处、有利于塑件的顺利脱模、模具结构简单既便于加工制造、应有利于排气、确保塑件的外观质量要求、保证塑件的精度要求，还应考虑到型腔在分型面上投影面积的大小，以避免接近或超过所选用注塑机的最大注塑面积而可能产生溢流现象。

根据塑件结构分析，结合缩痕和气泡分析。

分型面取塑件底面为主分型面，结构简单，利于气体的排出。

方案：

在塑件的最大轮廓处分型：

在塑件的最大轮廓处分型、能够更好的确保塑件的外观质量，且也更有利于排气。

2、浇口的选择

模具型腔体积较大，塑件壁厚均匀，经塑料专家分析，注塑件浇口最佳位置主要为塑件相对称的一小部分，以便更好的冲填行腔。

因此将浇口选在该塑件顶面中心处。

3、浇注系统的设计

（1）主流道设计

主流道是注射机喷嘴与分流道的塑料熔体的流动通道，其形状尺寸对熔体的流动和充模时间有较大的影响。

主流道一般设计在浇口套中，为更容易的拔出，主流道的锥角为20。

2）浇口的设计

考虑浇口的灵活性，加工方便，压力损失小,及零件的表面质量要求不高，所以选用直接浇口进料，减少了浇注系统塑料的损耗量。

其中，主流道衬套和定位环由主流道尺寸，衬套尺寸选择标准件。

如下图4-2A、B所示：

A主流道衬套

B定位环

四、排气系统

排气系统的作用及气体来源：

为了防止塑件出现气泡，疏松等缺陷，在注射过程中应该将型腔中的气体排出。

模具型腔中的气体来源主要有以下几个方面：

（1）浇注系统和型腔中原有的气体；

（2）塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸汽；

（3）塑料熔体受热分解产生的挥发气体；

（4）熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成的气体；

排气系统的设计要点

（1）保证迅速，有序，通畅，排气速度应该与注射速度相适应；

（2）排气槽设在塑料流末端；

（3）应设在主分型面凹模一侧，便于加工和修整，飞边容易脱模和去除；

（4）尽量设在塑件较厚的部位；

（5）设在便于清理的位置，以免积存冷料；

（6）排气方向应避开操作区，以防高温熔体溅出伤人；

（7）其深度与塑料流动性、注射压力以及温度有关；

在本模具中，我们利用模具零部件的配合间隙和分型面自然排气，因此在分型面的设计中，经将分型面设计于易产生气泡的位置，其主要将合模具间隙控制在0.03mm，则能将气体通畅排出。

五．导向机构的设计

1、导向机构的功用

任何一副模具在定动模之间都设置有导向机构。

其作用有：

①定位作用：

合模时维持动定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。

②导向作用：

合模时引导动默按序闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力。

③承载作用：

采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。

④保持运动平稳作用，对于大中型模具的脱模结构，有保持机构运动灵活平稳的作用。

2、导向机构的设计

1导柱国家标准规定了两种结构形式，带头导柱和有肩导柱。

有的导柱开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦，小型模具和生产批量小的模具主要采用带头导柱，大型模具和生产批量大的模具多采用有肩导柱。

中小型模具导柱直径约为模板两直角边之和的1/20—1/35。

大型模具导柱直径约为模板两直角边之和的1/30—1/40。

具体直径可查塑料模架标准。

国家规定导柱头部为接锥形，截锥形长度为导柱直径的1/3，半锥角为10º—15º，也有头部采用半球形的导柱，导柱具体尺寸可查有关国家标准。

2导套直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板须采用带头导套，导套壁厚通常在3-10mm，视内孔大小而定，大者取大值，带头导套轴向固定容易，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，导套具体尺寸可查有关国家标准。

如图所示：

图a直导套；图d带头导套。

参考《塑料模具设计手册》P87-91。

3、设计导套和导柱需注意的事项

合理布置导柱位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模模具四角的危险断面上，通常设在长边离中心线的1/3处最安全。

导柱布置方式常采用等直径不对称布置，或不等直径对称布置。

②导柱工作部分长度应比型芯端面高出6-8mm，以确保其导向与引导用。

③导柱工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度时采用H8/f8，甚至H9/f9）

导柱固定部分配合精度采取H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/6。

配合长通

常取配合直径1.5-2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，并降低加工难度。

④导柱与导套应有足够的耐磨性，多采用低碳钢经渗碳淬火处理，其硬度为

HRC48-55，也可采用T8或T10碳素工具钢，经淬火处理。

导柱工作部分的粗糙

度为RaR0.4，固定部分为Ra0.8；导套内外圆柱面表面粗糙度取Ra0.8为妥。

⑤导柱可以设置在动模一边或定模一边，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边便于塑件脱模，一般情况下导柱多设在有型芯的一边，有时动定模两边均设有导柱，分别起着不同的作用。

⑥导柱头部应制成截锥形或球头型，导套的前端也应导角，一般导角半径为1-2mm。

六、确定模具的主要结构

模具结构为双分型面注射模，如图4-3所示。

模具分型面A—A的打开距离，应大于75mm，方便制件的脱落。

图4-3本模具单分型面注射模结构图

1—定位环2—浇口衬套3—定模座板4—导套5—导柱6—定模板7—推件板8—动模板9—动模垫板10—复位杆11—复位弹簧12—垫块13—动模座板14、16、19、21—内六角螺钉15—垃圾钉17—推板18—推杆固定板20—推杆

七、模架的选择

1、根据模具的主要结构，选择派生型的三板模架P4型如上图4-14所示。

2、模具安装尺寸校核

模具整体尺寸长宽高：

长350mm、宽300mm、高376mm，注射机的模具尺寸要求为：

长634mm、宽532mm、高496mm，模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求。

故，最终注塑机确定为：

G54-S200/400。

长〈550mm、宽〈450mm高〈496mm模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求，模具的闭合高度小于注塑机的最大模具厚度要求450mm。

模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求，可方便的安装到注射机上。

G54-S200/400，其有关的参数为：

额定注射量200～400cm³

注射压力109MPa

锁模力2540KN

最大注射面积645cm2

最大开合模行程260mm

最大模具厚度406mm

最小模具厚度165mm

喷嘴圆弧半径18mm

喷嘴孔直径4mm

动定模板尺寸532×634mm

拉杆间距290mm×368mm

八、开模行程的校核与推出距离

合理的开模行程，能保证制件的顺利脱落，同时可以缩短成形周期，提高生产效率。

《塑料成型工艺与模具设计》P103开行程校核公式如下：

S≥H1+H2+（5～10）mm

式中S——注射机最大开模行程，mm

H1——推出距离（脱模距离），mm

H2——包括浇注系统在内的塑件高度，mm

根据注射机型号有S=260mm、H1推出距离，一般取塑件高度加上一个安全距离（3～10）mm则H1=75+10=85mmH2=85+75+10=170mm于是有：

S≥H1+H2+10

综合考虑，螺杆式注射机G54-S200/400，满足模具最大行程要求，且塑件的推出行程为85mm。

九、推出方式的确定

由分型面的设计来看，塑件能在顶出零件的作用下，通过一次顶出动作，就能将塑件全部脱出。

其推出机构如下图4-4所示：

图4-4一次推出机构

十.冷却系统的设计

冷却系统主要包括冷却水嘴、水管通道、铜塞等。

主要是为了调节模具的温度，以保证塑料件的质量。

一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑料固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。

热塑性塑料在注射成型后，有些需要对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽量快地传给模具，以便使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模，以提高塑件定型质量和生产效率。

冷却系统的设计原则

（1）冷却系统的布置应先于脱模机构；

（2）合理地确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离；

（3）降低进出水的温度差，普通模具的进出水温差不应超过5℃；

（4）浇口处应加强冷却；

（5）应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处；

（6）冷却水路应便于加工和清理。

十一、模具的总体结构

模具的结构示意图如下图4-5所示：

图4-5模具结构示意图

1—定位环2—浇口衬套3—定模座板4—导套5—导柱6—型腔7—定模板8—型芯9—推件板10—动模板11—动模垫板12—复位弹簧13—复位杆14—垫块15—动模座板16、18、21、23、24、25、26—内六角螺钉17—垃圾钉19—推板20—推杆固定板22—推杆

十二、模具结构功能

（1）型腔结构

模具型腔采用整体镶件的方式，型腔6与定模板7采用螺钉固定，利用型腔镶块6配合，通过螺钉压紧固定，利用镶件底部成型。

整体镶嵌方式的采用，能节约贵重的材料，加工方便。

对于容易模损部位能灵活的更换，提高模具寿命。

（2）型芯及型芯镶件结构

模具型芯同样采用整体镶件的方式8，型芯镶块与动模板11采用小间隙配合定位，通过凸台压紧固定。

型芯镶件采用整体拼块的方式，同样通过凸台压紧固定，内部结构通过型芯8成型。

整体型芯镶嵌方式、型芯镶件组合拼块的采用，能节约贵重的材料，加工方便。

对于不容易损坏的部位能灵活的更换，提高模具受命。

（3）模具导向复位结构

如图4—5所示，为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导套4和导柱5导向定位。

模具闭合时，通过复位杆与复位弹簧的作用，将推板复位。

十三、计算成型零件工作尺寸

取ABS的平均成形收缩为0.75%，塑件未注公差按照《塑料模成型工艺与模具设计》P69表3.9塑件公差数值表（GB/T14486—1993）MT6精度要求选取。

（1）型腔尺寸

A、径向尺寸

模具最大磨损取塑件公差的1/6；模具制造公差〥z=△/3；取