雪碧瓶盖模具设计实务doc 48页正式版.docx
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雪碧瓶盖模具设计实务doc48页正式版
第一章绪论...........................................................4
1.1模具在加工工业中的地位....................................4
1.2塑料成型加工技术的进展和开发动向.............................................4
1.3本课题研究的目的和基本要求...................................................6
第2章塑件模具的工艺分析…………………………………………....7
2.1材料的选择...................................................................7
2.2塑件形态.....................................................................7
2.3塑件壁厚分析.................................................................8
2.4结构分析.....................................................................8
2.5模具成型特性.................................................................8
2.6模具综合性能.................................................................9
第3章模具尺寸的计算...............................................11
第4章型腔布置与设计................................................12
第5章分型面的设计..................................................14
第6章浇注系统的设计...............................................15
6.1设计原则..................................................................15
第7章注射机的选择及型号和规格.......................19
第8章成型零部件的结构设计及工作尺寸计算............21
8.1成型零部件的结构设计......................................................21
8.2成型零件工作尺寸计算......................................................21
第9章导向机构的设计..............................................29
9.1导柱导向机构的作用.......................................................29
9.2导柱导套的设计原则.......................................................29
9.3导柱导套的设计...........................................................30
9.4导柱的设计...............................................................30
9.5导套的设计...............................................................32
第10章脱模机构的设计............................................35
10.1脱模机构的分类..........................................................35
第11章冷却系统设计.............................................39
11.1冷却系统工艺..........................................................39
11.2冷却系统的计算........................................................40
11.3模具的闭模高度........................................................43
总结.............................................................45
致谢.............................................................46
参考资料.........................................................47
第1章绪论
1.1模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状成型具有其特定形状尺寸的工具。
成型制品塑料的模具叫做塑料模具。
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。
塑料模具影响着塑料制品的质量。
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。
现在塑料制品生产中，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，尤其是塑料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。
高效的全自动的设备也只有安装上全自动化生产的模具才能发挥其效能，产品的生产更新都有是以模具的制造和更新为前提的。
由于工业塑件和日暮途穷用塑料制品的品种和产量需求量很大，推动了塑料模具向前不断发展。
1.2塑料成型加工技术的进展和开发动向
1.当前塑料成型加工工艺仍主要以注射成型、挤出成型、中空成型为主，但有了许多新进展。
1）注射成型的主要技术进展是开发了多种新型注射成型技术，如超高速注射成型、精密注射成型、薄壁注射成型、气体辅助注射成型、水辅助注射成型、三维MID注射成型、层状结构注射成型、结构发泡注射成型、低压注射成型、注射压缩成型、嵌件注射成型、反应注射成型、结构反应注射成型（SRIM）等；特殊注射成型技术，如浇口止封成型、推-拉注射成型、夹芯注射成型、复合注射成型、回路基盘注射成型、光学部件注射成型等；以及特殊材料如高性能工程塑料、复合塑料、高粘度塑料、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、低粘度液状树脂（LIM）、热塑弹性体、金属粉末（MIM）、橡胶、陶瓷等的注射成型技术。
此外为改进制品质量还开发了长纤维破断抑制成型、定向控制成型、表面光泽成型、表皮一体成型、表面装饰成型、溶融中子成型等。
2）挤出成型技术的发展从柱塞式间歇挤出到螺杆式连续挤出；从单螺杆到双螺杆、多螺杆；螺杆结构由普通型发展到分离型、屏障型、销钉型、波状、DIS、多角型等；长径比根据要求由原来十几增加到30、48甚至60；挤出理论由固体输送理论，发展到熔融理论、熔体输送理论、粘性剪切理论、混炼理论等；新型挤出技术如高精度挤出、异型挤出、多层共挤出、反应挤出、机电磁一体化和动态塑化挤出等也蓬勃发展。
据报导，利用低剪切熔融理论和新的高效喂料技术以及将双螺杆技术的某些理论应用于单螺杆上，是挤出技术未来发展方向。
3）中空成型及其它成型技术的主要进展：
双壁中空吹塑技术、三维中空成型、多层中空成型、保留型芯吹塑成型、多层滚塑、固相多层成型、微孔发泡成型、空气发泡成型、多层双向拉伸、口模牵伸技术等。
2.近年来，成型加工技术开发的总趋向是对与已有的原材料—成型加工—评价方法等有关的技术奥秘进行最大限度挖掘，根据外部技术导入，对满足特性要求的适应加工方法及其进展等有关技术进行综合性重新评价，可概括为以下几方面：
1）根据对原有加工技术的基本评价，通过简化工序、省力化、原料配方的最佳选择、复合化及与其它材料一体化加工等措施达到高性能化和降低成本。
2）开发适合材料物性的成形加工法，采用利用高次构造（高晶化、分子定向等）的成形加工方法，如利用溶融压缩性的加工法、利用PVT特性的加工法；SCORIM/SCOREX/SCORBEND法的应用，浇口凝封注射成型等。
3）相接技术的研究，是将不同成形加工技术进行组合的加工方法，如注射压缩法、挤出—压延法、挤出压缩法、注拉吹成型法、挤拉吹成型法等。
1.3本课题研究的目的和基本要求
该塑件材料为LDPE（低密度聚乙烯），它的整体结构以及表面形态较为简单，由于该零件为实用零件对其尺寸公差没有太严格的要求，塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。
可以注射成型。
第2章塑件模具的工艺分析
2.1材料的选择：
材料简介：
LDPE中文名：
低密度聚乙烯
英文名：
Lowdensitypolyethylene
由于塑件在尺寸上要求比较高,且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，所以本次设计采用的材料为LDPE（低密度聚乙烯），它是日常生产中常用的塑料材料之一，低密度聚乙烯分子链上有长短支链。
结晶度较低，分子量一般5～50万，它是一种乳白色呈半透明的蜡状固体树脂，无毒。
软化点较低，超过软化点即熔融，其热熔接性、成型加工性能很好，柔软性良好，抗冲击韧性、耐低温性很好，可在-60℃～-80℃下工作，电绝缘性优秀（尤其是高频绝缘性），LDPE的机械强度较差，耐热性不高，抗环境应力开裂性、粘附性、粘合性、印刷性差，需经表面处理，如化学侵蚀、电晕等处理后方可改进其粘合性、印刷性。
吸水性很低，几乎不吸水，化学稳定性优秀，如对酸、碱、盐、有机溶剂都较稳定。
对CO2、有机性臭气渗透性大，但对水蒸汽、空气的渗透性差。
易燃烧，燃烧时有似石蜡昧；在日光和热作用下容易老化降解而变色，由白转黄转褐色，最终呈黑色，且性能下降或龟裂，若加入一定量的抗氧剂、紫外线吸收剂等可改善性能、在化学交联剂或高能辐照下交联，可提高软化点、耐温性、刚度、耐溶剂性等。
在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应，综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用在工程技术中应用广泛的塑料LDPE（低密度聚乙烯）。
2.2塑件形态
我所设计的塑料制品为瓶盖，它的整体结构以及表面形态较为简单，整个塑件呈圆筒状，塑件高为15mm，外径28mm，壁厚1mm，中间的衔接部分用圆弧过渡。
由于该零件为实用零件对其尺寸公差没有太严格的要求，故在本次设计中可以忽略此方面的考虑，以降低成本。
由于该塑件结构简单，壁厚较小、均匀，适合于大批量生产。
塑件图如1-1所示：
图1-1
2.3塑件壁厚分析
该塑件的壁厚对其生产成品的质量有很大的影响。
壁厚过小，成型时熔融塑料流动阻力大，充模困难，特别是大型且形状复杂的塑件更为突出。
壁厚过大，不仅造成原料的浪费，而且增加冷却时间，容易使塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。
查相关手册可知，该塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。
因此，该塑件符合注塑模具成型的厚度条件。
2.4结构分析
再生产塑件时为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，并改善熔体的流动情况更有利于脱模，在塑件各个内外表面的连接处，采用过渡圆弧。
在无特殊要求时，塑件连接处均应有不小于0.5～1mm的圆角。
按照圆角的设计原则：
一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍、内圆弧半径应是厚度的0.5倍。
根据设计要求并考虑现有的设备和生产力，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。
2.5模具成型特性
该塑件采用LDPE型塑料它收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。
宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。
不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。
并且吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。
冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。
应注意选择浇口位置。
质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。
2.6模具综合性能：
压缩比：
1.84~2.30
热变形温度：
1.88MPa----48oC
0.46MPa----60~82oC抗拉屈服强度:
22~39MPa
拉伸弹性模量：
0.84~0.95GPa
弯曲强度：
25~40MPa
弯曲弹性模量：
1.1~1.4GPa
压缩强度：
225MPa
疲劳强度：
11Mpa（107周）
脆化温度：
-70
LDPE的注射工艺参数：
注射机类型：
柱塞式
喷嘴形式：
直通式
喷嘴温度：
150~170oC
料筒温度：
前170~200oC
后140~160oC
模温：
30~45oC
注射压力：
60~100Mpa
保压力：
40~50Mpa
注射时间：
0~5s
保压时间：
15~60s
冷却时间：
15~60s
成型周期：
40~140s
第3章模具尺寸的计算
塑件图如3-1所示：
图3-1
由于塑件的工作条件对精度要求相对较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P67表3-9）。
外径:
28mm壁厚:
1mm
内径:
16mm壁厚:
1mm
根据体积计算公式可得塑件的近似体积为:
V塑=
S*H
=2.825cm3
查得LDPE（低密度聚乙烯）密度约为:
由公式
代入数据可得塑件的质量为：
W塑=V塑×r塑=2.6（g）。
第4章型腔布置与设计
型腔的排布设计原则：
4.11根据经济性确定型腔数目。
根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。
4.12根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。
当成型大型平板制件时，常用这种方法。
设注射机的额定锁模力大小为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm,单个制品在分型面上的投影面积为A1，浇注系统在分型面上的投影面积为A2，则：
（nA1+A2）Pm
F即：
n
4.13根据制品精度确定型腔数目。
根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%,高模具中的型腔数目为n,制品的基本尺寸为L，塑件尺寸公差为
，型腔模具注塑模具生产时可能性产生的尺寸误差为
（
不同的材料，有不同的值，如：
聚甲醛为
0.2%，龙66为
0.3%，碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为
0.05%），有塑件尺寸精度的表达式为：
L
%+（n-1）L
%
4%
简化后可得型腔数目为：
n
对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。
4.14根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目。
设注射机的最大注射量G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统质量为W2（g），则型腔数目n为：
n
多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等，在设计时应遵循以下原则：
1、尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。
2、型腔布置与浇口开高部位应力求对称，以便停止模具承受偏载而产生溢料现象。
3、尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。
已知的体积V塑或质量W塑，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度较高，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模四腔对称性排布,分流道直径可选1.6~9.5mm（参见《塑料制品成型及模具设计》P59表4-3部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围）。
由塑件的外形尺寸（塑件壁厚0.8<1.0<2.4）和机械加工的因素，确定采用点浇口，根椐塑件的材料及尺寸，浇口直径可选0.8~1.3mm（参见《塑料制品成型及模具设计》P67表4-7侧浇口和点浇口的推荐值）。
采用对称平衡的排布,如4-1图示：
型腔数目及排布图
4-1
第5章分型面的设计
分型面按其位置与注射机开模运动方向的关系来分类有：
分型面垂直于注射机开模运动方向、平行于开模运动方向、倾斜于开模运动方向。
按分型面的形状来分类有：
平面分型面、曲面分型面、阶梯分型面和斜面分型面。
选择分型面的设计基本原则：
分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。
还应考虑以下因素：
1分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构因此，应尽可能使塑件在动定模分离后留在动模一侧。
2分型面的选择应考虑塑件的技术要求
3分型面的选择应尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和休整
4分型面的选择应有利于排气
5分型面的选择应便于模具零件加工
6分型面的选择应考虑注射机的技术参数
本塑件属于薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模和精度要求角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，而且不影响塑件的质量和外观形状，以及尺寸精度。
综合以上因素，分型面应选择在瓶盖的下部较为合理，如图所示:
分型面图
第6章浇注系统的设计
6.1设计原则
浇注系统是指指由注射机喷嘴中喷出的塑料进入型腔的流动通道。
其作用是使塑料熔体平稳而有序地充真到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。
6.1.1主流道设计：
在卧式或立式注射机使用的模具中，主流道垂直于分型面，主流道是连接注射机喷嘴与公流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。
本塑件所用的材料为LDPE（低密度聚乙烯），根据其流动性特点，主流道设计的主要参数如下：
1、主流道圆锥角ａ=
，内壁粗糙度为Ra0.63µm。
2、主流道大端呈圆角，取半径r=3mm减小料流转过渡时的阻力。
3、主流道应尽可能的短，过长则会影响熔体的顺利充型，此处根据实际情况选35mm。
4、衬套与主流道设计成整体,材料使用T8，热处理强度为53-57HRC。
6.1.2冷料穴的设计：
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或者在分流道的末端.其作用是收集熔体前锋的冷料,防止进入型腔而影响塑件的质量.冷料穴分两种:
一种是专门用于收集储存冷料的;另一种是既有储存冷料又有拉出主流道冷凝料功能的.本塑件采用无拉料杆的冷料穴。
分流道设计：
分流道是主流道与浇口之间的通道，它是主流道与浇口之间的进料通道.一般开设在分型面上，起分流和转向作用。
多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
1、分流道截面形状和尺寸的选择：
分流道截面形状一般有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等，为了减少流道内压力损失和传热损失，常将分流道的表面加工的比较粗糙，一般取Ra1.25～2.5μm，以加大对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料凝固层固定。
因此可用流道截面积与其周长的比值来表示流道的效率。
由于正方形流道凝料脱模困难，六角形流道效率低而圆形截面流道在加工时两半很难对准，在此，选择半圆形，取半圆直径4.5mm.参见《塑料制品成型及模具设计》59页表4-3
2、分流道的布置
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。
分流道的布置分平衡式与非平衡式两种，根据上面所选型腔的布局，分流道采用平衡式的布置如6-1：
图6-1
6.1.3浇口设计：
浇口又叫进料口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、位置和尺寸对塑件质量的影响很大。
本塑件属于小型塑件，用一模多腔，其表面要求较高，而点浇口截面积小，对于纤维增强的塑料，浇口断开时不会损伤塑件表面，故而确定采用点浇口。
浇口位置的选择：
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口时，应遵循以下原则：
浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置
浇口应开设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩，
浇口的位置应选择在有利于型腔中气体的排除
浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位，对于圆筒类制品，采用中心浇口比侧浇口好。
对于带细长的型芯模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯因冲击变形。
浇口应设在不影响制品外观的部位
根据以上原则，瓶盖属于圆筒类制品，故而采用中心浇口。
基本参数如6-2所示:
图6-2
根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：
由塑件质量W塑=2.6g可得d取4D取6
d=4mmD=6mmR=15mmh=5mmd1=1mm
H1=4.5mml=60~70mmL=25mma=4。
a1=10。
L1=17mm
6.1.4溢流排气系统工艺：
排气系统是为了让塑料充满型腔，防止产生接缝和表面轮廓不完整等缺陷有着很重要的作用。
一般大型模具，要在分型面开设专门的排气槽，以利型腔内气体的排除。
排气方式：
排气槽一般通常开设在分型面上凹模一边，位置位于塑料熔体流动的末端。
一般情况下，排气槽尺寸以气体能够顺利排出而不产生溢料为原则。
排气槽宽度可取1.5～6mm，深度可取0.025～0.1mm，长度可取0.8～1.5mm。
第7章注射机的选择及型号和规格
根据所选择的参数，初步估算浇注系统的:
体积:
V浇=8~9cm3。
其质量约为：
W浇=V浇×r塑=7.5~8.5g。
S=（n×W塑+W浇）/0.8=23~24g。
可以初步选项注射机型号为：
XS-Z-30
XS-Z-30注射机的技术规格如下:
型号：
XS-Z-30
额定注射量（cm3）：
30
螺杆直径（mm）：
28
注射压力（MPa）：
119
注射行程（mm）：
130
注射时间（s）：
0.7
注射方式：
柱塞式
合模力kN）：
250
最大注射面积（cm2）：
90
最大开（合）模行程（mm）：
160
模具最大厚度（mm）：
180
模具最小厚度（mm）：
60
模板最大距离（mm）：
340
动、定模固定板尺寸（mm）：
250×280
喷嘴圆弧（mm）：
12
喷嘴孔径（
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