塑料模具课程设计.docx
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塑料模具课程设计
塑料模具课程设计
题名500ML饮料瓶瓶盖模具设计
学院化学与环境工程学院
专业班级高材10701班
学生姓名**
学号**
指导教师*
日期2011年5月29日
目录
1塑件的分析4
1.1壁厚分析4
1.2圆角分析4
2塑件材料的选择及材料特性5
2.1材料的选择5
2.2基本特性5
2.3综合性能5
2.4HDPE的注射工艺参数6
3塑件的形状尺寸的计算7
4分型面的选择7
5型腔设计7
5.1型腔数目的确定及排布7
5.2型腔的排布设计原则：
7
6注射机的选择及型号和规格8
7浇注系统的设计9
7.1主流道设计9
7.2冷料穴的设计9
7.3分流道的设计9
7.3.1分流道尺寸9
7.3.2分流道布置9
7.4浇口设计10
8溢流排气系统的设计10
9成型零部件的结构设计及工作尺寸计算11
9.1成型零部件的结构设计11
9.2成型零件工作尺寸计算11
9.2.1型腔的计算14
9.2.2型芯计算15
9.2.3型腔壁厚和底板厚度计算15
10导向机构的设计16
10.1导柱导向机构的作用16
10.2导柱导套的设计原则17
10.3导柱导套的设计17
10.4导柱的设计17
10.4.1导柱的结构：
17
10.4.2对导柱的要求：
18
10.5导套的设计18
10.5.1导套的结构：
18
10.5.2对导套的要求：
19
11脱模机构的设计20
12复位机构20
13温控系统设计20
13.1注射模冷却系统设计原则20
13.2冷却系统的结构设计21
13.3冷却系统的主要零件21
13.4冷却系统的计算21
14注射机校核23
14.1工艺参数校核23
14.2安装参数校核23
15设计总结24
16参考资料24
500ML饮料瓶瓶盖模具设计
1塑件的分析
该塑料制品为500ml饮料瓶瓶盖，其塑件的结构以及表面形状较为简单，整个塑件呈筒状，整个塑件高达15mm，外径为28mm，壁厚1mm，中间衔接部分以圆弧过渡。
作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，以降低模具的加工制造成本。
塑件图如下所示：
1.1壁厚分析
塑件的壁厚对塑件质量的影响很大。
壁厚过小，充模困难；壁厚过大，不但浪费原料，而且增加冷却时间，更重要的是塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。
本材料为HDPE,查相关手册，壁厚1mm在其最小壁厚范围之类，所以合理。
一些塑料件的壁厚推荐值
塑料材料
最小塑料件
小塑料件
中等塑料件
大塑料件
聚酰胺
0.45
0.76
1.5
2.4~3.2
聚乙烯
0.6
1.25
1.6
2.4~3.2
聚丙烯
0.85
1.45
1.75
2.4~3.2
硬聚氯乙烯
1.20
1.60
1.8
3.2~5.8
1.2圆角分析
为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用过渡圆弧。
塑件件的圆角半径一般不小于0.5mm。
其设计原则：
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。
2塑件材料的选择及材料特性
2.1材料的选择
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，综合各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用收缩率较小、综合性能优良、在工程技术中应用广泛的HDPE。
2.2基本特性
HDPE（高密度聚乙烯）是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。
它安全无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960，它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。
介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。
2.3综合性能
性能项目
试验条件[状态]
测试数据
数据单位
基本性能
密度
0.961
g/cm3
流动速率
＠190℃/21.60kg
57
g/10min
熔体流动速率
＠190℃/2.16kg
0.80
g/10min
机械性能
2%割线弯曲模量
1296
MPa
断裂拉伸强度
24
MPa
硬度
66
ShoreD
屈服拉伸强度
32
MPa
断裂伸长率
1000
%
拉伸冲击强度
84
KJ/m2
屈服伸长率
7
%
热性能
脆化温度
<-105（<-76）
oF（℃）
热变形温度
＠66psi（0.45MPa）
76
℃
熔点
133
℃
维卡软化点
131
℃
结晶点
120
℃
其它性能
耐环境应力开裂性
122oF（50℃）,F50,100%lgepal
20
hrs
2.4HDPE的注射工艺参数
1）温度
熔料温度 220～280℃
料筒恒温 220℃
喷嘴 220～300℃（240℃）
模具温度 20～60℃ ，设定其温度
℃
2）注射压力 具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力，一般为80～140MPa；一些薄壁包装容器除外可达到180MPa 。
3）保压压力 收缩程度较高，需要长时间对制品进行保压，尺寸精度是关键因素，约为注射压力的30％～60％ 。
4）背压 5～20MPa。
5）注射速度 对薄壁包装容器需要高注射速度，中等注射速度往往比较适用于其它类的塑料制品。
6）螺杆转速 高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前就完成塑化过程就可以；螺杆的扭矩要求为低 。
7）计量行程 0.5～4D（最小值～最大值）。
8）回收率 可达到100％回收。
9）收缩率 1.2～2.5％；容易扭曲；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩）。
10）浇口系统 点式浇口；加热式热流道，保温式热流道，内浇套；横截面面积相对小。
11）料筒设备 标准螺杆，标准使用的三段式螺杆；对包装容器类制品，混合段和切变段几何外形特殊（L：
D＝25：
1），直通喷嘴，止逆阀。
3塑件的形状尺寸的计算
外径:
28mm壁厚:
1mm
内径:
18mm壁厚:
1mm
由体积计算公式（或者pro/e程序）可计算得塑件的近似体积得:
V塑=∑S*H=2.825cm3
HDPE平均密度约为:
由公式
代入数据可得塑件的质量为：
W塑=V塑×
塑=2.7g
4分型面的选择
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以及根据分型面的选择原则，应将塑件滞留在动模一侧。
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:
5型腔设计
5.1型腔数目的确定及排布
根据型腔数的影响因素选择较合理经济的型腔数为4。
5.2型腔的排布设计原则：
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。
采用对称平衡的排布,如下图示：
6注射机的选择及型号和规格
估算浇注系统的体积：
注射量约为
选择注射机型号为：
XS-ZY-40
XS-ZY-30注射机的技术规格如下:
型号：
XS-Z-40
额定注射量（cm3）：
40
螺杆直径（mm）：
28
注射压力（MPa）：
120
注射行程（mm）：
130
注射时间（s）：
0.7
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R（mm）：
12
喷嘴孔径d（mm）：
2
7浇注系统的设计
7.1主流道设计
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HDPE，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Ra=0.63µm.
②小端直径d0=d+1=2+1=3mm，选择大端直径D=5mm，凹坑球面半径R2=R1+3=12+3=15mm，倒圆角半径r=
=
=0.625mm。
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L=35mm，凹坑长H1=
。
④衬套与主流道设计成整体,材料使用T8，经淬火HRC50~55..
7.2冷料穴的设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，其作用就是存放料流前峰的“冷料”,防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
冷料井应设在熔料流动方向的转折位置，并迎着上游的熔流，其长度为交到直径的1.5-2倍。
7.3分流道的设计
7.3.1分流道尺寸
考虑到减少散热应选择比表面小的圆形分流道，直径一般取5～10mm。
当小于5mm时则料温降低而易于产生压力降，但对于小件也可使用3～4mm。
这里取d1=4mm。
长度L1=45mm。
7.3.2分流道布置
分流道采用平衡式的布置如下图：
7.4浇口设计
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。
浇口尺寸形状图：
浇注系统图
8溢流排气系统的设计
但对于此模具，无需设计专门的排气槽来排气，可通过分型面及活动型芯与模板之间配合间隙来排气，足够能使气体顺利排出。
9成型零部件的结构设计及工作尺寸计算
9.1成型零部件的结构设计
凹模的的结构设计：
凹模又称阴模，是成型塑件外轮廓的零件。
凹模有整体结构式和组合式。
亦可以分为：
整体式凹模、整体嵌入式凹模、局部镶嵌式凹模、大面积镶嵌式凹模、四壁拼合式凹模。
本塑件的外形简单，采用整体式凹模。
其适用于形状简单且凸模高度较小的塑件，整体式凹模为非穿通式模体，强度好，不易变形。
凸模的结构设计：
凸模，即型芯，是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式。
由瓶盖的特殊结构，有两层，内有螺丝，采用镶件组合式凸模。
9.2成型零件工作尺寸计算
本产品为HDPE制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取1.5%和2.5％。
平均收缩率
为2.0%。
采用高精度，查表选择5级精度。
综合参考，相关计算具体如下：
各类塑料精度等级的选用
类别
塑料名称（举例）
高精度
一般精度
低精度
Ⅰ
聚苯乙烯
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物
聚甲基丙烯酸甲酯
聚碳酸酯
聚砜
酚醛塑料粉、氨基塑料粉
玻璃纤维增强塑料
3
4
5
Ⅱ
聚酰胺6，66，610，9，1010
氯化聚醚
聚氯乙烯（硬）
4
5
6
Ⅲ
聚甲醛
聚丙烯
高密度聚乙烯
5
6
7
Ⅳ
聚氯乙烯（软）
低密度聚乙烯
6
7
8
按平均收缩率计算模具尺寸中算系数x数值表
塑料件尺寸公差△/mm
大于至
型腔和型芯径向工作尺寸计算的x值
型腔深度和高度工作尺寸计算的x值
—0.1
0.80
0.65
0.10.2
0.75
0.63
0.20.3
0.7
0.6
0.30.4
0.65
0.58
0.40.5
0.60
0.56
SJ1372—1978塑料制品尺寸公差数值
公称尺寸/mm
精度等级
1
2
3
4
5
6
7
8
公差数值/mm
～3
3～6
6～10
10～14
14～18
18～24
24～30
30～40
40～50
50～65
65～80
80～100
100～120
120～140
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.16
0.18
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.16
0.18
0.22
0.25
0.28
0.08
0.08
0.10
0.12
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0.30
0.34
0.38
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
0.28
0.32
0.38
0.44
0.50
0.56
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0..28
0.32
0.36
0.40
0.46
0.52
0.60
0.68
0.76
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40
0.44
0.48
0.52
0.56
0.64
0.76
0.88
1.00
1.12
0.32
0.36
0.40
0.44
0.48
0.56
0.64
0.72
0.80
0.92
1.04
1.20
1.36
1.52
0.42
0.56
0.64
0.72
0.80
0.82
0.94
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
注塑模成型零件的制造精度（如下）
塑料件精度
SJ1372-1978
1
2
3
4
5
6
7
8
模具精度
GB/T1800-1998
IT6
IT7
IT8
IT9
IT9
IT10
IT10
IT11
模具成型零件的标准公差数值（如下）
基本尺寸/mm
公差等级/
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
～3
3～6
6～10
10～18
18～30
30～50
50～80
80～120
120～180
6
8
9
11
13
16
19
22
25
10
12
15
18
21
25
30
35
40
14
18
22
27
33
39
46
54
63
25
30
36
43
52
62
74
87
100
40
48
58
70
84
100
120
140
160
60
75
90
110
130
160
190
220
250
通过查表，得到
成型零件
基本尺寸/mm
塑件尺寸公差△/mm
修正系数x
模具尺寸公差△m/mm
型腔径向
28
0.32
0.65
0.052
型腔深度
15
0.24
0.70
0.042
型芯径向
26
0.32
0.65
0.052
型芯深度
14
0.22
0.70
0.042
9.2.1型腔的计算
径向尺寸
深度尺寸
9.2.2型芯计算
径向尺寸
深度尺寸
螺纹型芯与大型芯的配合采用H8/f8。
9.2.3型腔壁厚和底板厚度计算
注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。
如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。
因此，在模具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和校核是必不可少的。
一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。
因在设计时采用的是镶嵌式圆形型腔。
因此，计算参考公式如下：
3）模板厚度和宽度的计算：
本设计采用强度校核方式来计算模板的厚度：
①镶嵌式圆筒形型腔侧壁厚度
②镶嵌式圆筒形型腔底板厚度
式中r——型腔内半径，
S——型腔壁厚，
T——垫板厚度，
p——模腔内最大的熔体压力，p＝70MPa
[σ]——模具强度计算的许用应力，一般中碳钢[σ]＝160MPa，预硬化塑料模具钢[σ]＝300MPa
圆筒形型腔侧壁厚度：
考虑在模板上要开设若干孔，模板强度可能会降低，所以，型腔侧壁厚度为30mm。
型腔底板厚度：
所以，本设计取型腔底板厚度取整为10mm。
由于采用小型模架中的A4型，模板由动模板和动模垫板组成，所以对应型芯一侧，模板厚度应适当放大，取动模板厚度为30mm，动模垫板厚度取为32mm。
10导向机构的设计
导向机构包括导柱导向和锥面定们两种，根据本塑件的实际情况，采用导柱导向机构。
10.1导柱导向机构的作用
1）定位件用：
模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。
2）导向作用：
合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。
3）承受一定的侧向压力。
10.2导柱导套的设计原则
1、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。
2、导柱的长度应比型芯端面的高度高出6-8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。
3、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。
4、为了使导柱能顺利的进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角.
5、导柱设在动模一侧可以保护型芯不爱损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。
6、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H6/k6;
7、除了动模、定模之间设导柱、导套外、，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。
8、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考标准框架数据选取。
10.3导柱导套的设计
一般在注射模中，动、定模之间的导柱既可设置在动模一侧，也可设置在定模一侧，视具体情况而定，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。
而双分型的注射模，为了中间板在工作过程中的支承和导向，所以在定模一侧一定要设置导柱。
10.4导柱的设计
10.4.1导柱的结构：
（1）铆合式导柱：
结构简单，加工方便，但导柱损坏后更换麻烦。
（2）直通式导柱：
拆装方便，便于维修，但制造比较费时，且需增加垫板，适用于大型固定式模具。
（3）压入式合模销：
在垂直分型面的模具中，为了保证锥模套中的对拼凹模相对位置准确，常采用两个合模销。
本次设计结合零件结构及其它各方面的要求，选用直通式导柱。
10.4.2对导柱的要求：
（1）导柱的长度必须比凸模端面的高度高出6～8㎜，以免在导柱未导正方向之前型芯进入型腔时与凹模相碰而损坏。
此外，导柱长于凸模端面，脱模后可按任何利于操作的位置放在工作台上，而不致于擦伤凸模成型表面。
（2）为使导柱能顺利地进入导套，导柱的端部应该做成圆锥形或半球形的先导部分。
球形先导部分因制造费时，一般很少采用。
（3）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证导柱具有足够的抗弯强度。
（4）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的型芯。
（5）导柱尾部通常应埋入模板内。
（6）导柱配合部分的表面光洁度应高一些。
（7）导柱滑动部分按H8/h8间隙配合，固定部分按H7/m6过渡配合
导柱的尺寸如下图：
10.5导套的设计
10.5.1导套的结构：
（1）套筒式导套：
用于模套高度不大的简单模具。
（2）台阶式导套：
检修方便，能保证导向精度，主要用于精度要求较高的大型模具。
（3）凸台式导套：
主要用于固定式模具中的推出机构。
（4）带油槽的导套：
可以改善导向条件，减少磨擦，但增加了制造成本，仅用于模具温度不高的固定式注射模。
结合零件结构及模具整体要求，选用台阶式导套。
10.5.2对导套的要求：
（1）为使导柱比较顺利地进入导套，在导套的前端应倒有圆角R。
（2）对于大型注射模，当开模力过大时，为了防止导套拔出，应在导套上部加装盖板。
（3）导套材料可用淬火钢或铜等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。
（4）导套配合部分的表面光洁度不能过低。
（5）导套孔的滑动部分按H8/h8间隙配合，导套外径按H7/m6过渡配合。
导套设计及尺寸如下图所示:
定端与模板间用H7/m6或H7/k6的过渡配合,导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。
根据模具结构的要求，与导柱同动作的弹簧应布置4个，并尽可能对称布置于A分型面的四周，以保持分型时弹力均匀，中间板不被卡死。
布局形式如图所示：
复位机构
11脱模机构的设计
考虑到饮料瓶盖是薄壁圆筒且含有内螺纹制品，选用推件板推出和回转式脱螺纹来脱模。
推板脱模的特点是推出面积大、推力均匀，塑件不易变形，表面无推出痕迹，结构简单，模具无需设置复位杆。
对于内螺纹采用绞牙方式脱模。
用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与型芯间留0.20-0.25mm的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。
12复位机构
对于推件板推出机构而言，由于推杆端面与推件板接触，可以起到复位杆的作用。
因此，可以不必再另外设置复位杆
13温控系统设计
13.1注射模冷却系统设计原则
1.冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大，型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。
2．冷却水道至型腔表面距离应尽量相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。
一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用12-15mm.
3．浇口处加强冷却，塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。
4．冷却水道出、入口温差应尽量小，如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。
5．冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置
6．合理确定冷却水管接头位置。
为不影响操作，进出口水管接头通常设在注射机背面的模具同一侧。
7．冷却系统的水道尽量避免与模具上其它机构（如推杆孔，小型芯等）发生干涉现象，设计时要通盘考虑。
8．冷却水道水管接头应埋入模板内，以免模具在运动过程中造成损坏。
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