酒瓶内盖塑料成型模具设计毕业设计论文.docx
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酒瓶内盖塑料成型模具设计毕业设计论文
本科生毕业（设计）论文
酒瓶内盖塑料成型模具设计
摘要
本课题为一个酒瓶内盖的注塑模具。
主要设计内容如下：
1、对实际工件进行工艺性能和生产的经济性分析
2、进行模具的结构的分析和优化，设计模具结构
3、对成形零件的材料、结构和参数进行分析皮优化。
设计整副模具的非标准零件
4、对成形零件的制造工艺进行分析，编制成形零件的工艺卡
5、对模具的装配工艺进行分析，编制模具的装配工艺文件。
6、按制图标准设计一套模具的装配图和有关的关键零件的零件图
关键词：
酒瓶；模具；注塑模具；
Abstract
Withinthisissueforabottlecapinjectionmold.Maindesignelementsareasfollows:
1,theactualprocessperformanceandproductionpartsforEconomicAnalysis
2,themoldstructureanalysisandoptimization,designofmoldstructure
3,formingpartofthematerial,analysisofskinstructureandparametersoptimization.Designoftheentirenon-standardpartsdeputydies
4,formingpartofthemanufacturingprocessoftheanalysis,preparationofcardsformingpartoftheprocess
5,themoldassemblyprocessanalysis,preparationofthemoldassemblyprocessdocumentation.
6,accordingtoastandarddesigndrawingmoldassemblydrawingsandrelatedcriticalcomponentsoftheParts
Keywords:
bottle;mold;injectionmold;
第1章塑件的工艺性分析
1.1塑件的技术要求
（1）材质要求：
材质为指定的新PE料，严禁使用回收废PE料。
（2）外观及要求：
无歪斜，形状完整，无颜色不均现象。
外表干净，无灰层、杂物。
外表面光滑平整，无毛刺、裂痕、凸起、波皱、气泡等。
（3）卫生要求：
无异味，无异嗅，经卫生防疫站检测判断合格。
图1-1此为酒瓶内盖工件简图
1.2塑件工艺分析
1.2.1PE材质简介
Polyethylene简称PE，中文俗称聚乙烯。
其是乙烯聚合而成的热塑性树脂，无臭、无毒,用手触摸类似与蜡，其具有良好的耐低温性能（-70～-100℃是其最低使用温度），而且具有良好的稳定的化学性，耐酸、碱（除了含有氧化性的强酸），常温下不溶于普通溶剂，但是其抗热老化性很差。
PE为结晶性原料，吸湿性很差，不超过0.01%，也因此加工前不进行干燥处理。
其加热时间不能过长，过长容易会出现材料分解的现象。
虽然PE的熔点一般，但是其比热容比较大，因此塑化时仍要消耗较多的热量。
在生产塑件过程中，为了生产效率进一步提升，其塑化装置必须要有较大的加热功率。
PE熔体的冷却速度很慢，所以必须加快及充分冷却，其生产塑件的模具要有较好的冷却系统。
因PE工艺的不同，所以其通常分为LDPE（低密度聚乙烯）、MDPE（中密度聚乙烯）、HDPE（高密度聚乙烯）、LLDPE（线型低密度聚乙烯）、MPE（茂金属聚乙烯）、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）。
LDPE其密度在0.926～0.94g/cm3之间，是一种呈无色、半透明粒状，无毒无味的聚乙烯，因LDPE有良好的柔韧性、电绝缘性，且容易燃烧，燃烧时散发出石蜡味，很容易老化，所以通常用于制成薄膜、电缆绝缘层、护套、人造革等。
MDPE其密度在0.94～0.965g/cm3之间,是一种性能方面类似与LDPE的聚乙烯，因密度的进一步提高，使其结晶度高达70%～80%。
由于密度、结晶度进一步的提高，MDPE熔融温度、塑件的硬度、强度得到加强。
据有关资料显示PE也可以用压延的方法成型制成成片材和薄膜，但是由于MDPE其熔融流动性比较好，压延加工都用在PE的填充改性材料。
例如：
片材用在真空吸塑包装制品中。
HDPE其密度在0.94～0.965g/cm3之间，HDPE为一种结晶度高、非极性的热胶树脂。
高强度，较差的透明性。
其机械强度、刚性、耐溶剂性等都比LDPEH优秀，也因此其通常用在注塑制品、吹塑制品、挤塑制品等，例如塑料网、容器、打包带，而且用在电缆的覆层及管材、片材等。
LLDPE除了具有LDPE的性能，还具有良好的热封性，其熔融时粘度较大。
一般被用在制作非载荷型螺杆。
MPE是一种不同于以上PE材料的聚乙烯。
在其加工制成时，添加了一种由二茂基锆和甲基铝氧化物制成的催化剂。
尤其它不但具有LLDPE同样的性能，而且其也可以用提高温度，或者提高剪切力的方法提高其流动性。
被广泛应用在塑料包装上。
与以上不同的是UHMWPE为分子量超过100万的聚乙烯，由于分子量含量特别高，其熔融流动性几乎为零，且不适用于一般的加工设备来进行加工。
而只适合于用热压法或者冷压烧结法进行加工。
在生产制品中，现在一般都是把其加入其它PE材料的掺混法用挤出法挤出制品。
因为其难用于普遍加工，所以就目前而言仅用于包装容器，很少有其他的用途。
1.2.2PE材料的收缩率
单位量的塑料在固态下体积比在其熔融态体积要少，这也同时说明了塑料在冷却成型之后其体积产生收缩现象，塑料的这种现象被称为塑料的收缩性。
收缩率是用来形容塑料收缩性的大小，也就是单位长度塑料收缩量的百分比。
收缩率分用Sj计算收缩率和Sa实际收缩率。
根据《塑料成型工艺与模具设计》（刘彦国编著人民邮电出版社2009.4）表1-2常见塑料的收缩率中“PE（聚乙烯）的收缩率，PE（低密度）的收缩率为1.5%～3.5%，PE（高密度）收缩率为1.5%～3.0%”。
第2章注塑模的设计
2.1注射模具与注射机之间的关系
注射模具是装在注塑机上的。
为了选择与塑件相匹配的注塑模、注塑机，设计时必须根据塑件的结构及要求确定模具机构及注塑机。
注塑模与注塑机之间的匹配必须考虑注塑量、锁模力、模具定位圈的尺寸。
不然会不利于或无法使注塑过程正常运行。
2.1.1选择注塑机
根据上图，对塑件的体积及质量进行计算：
V塑顶=πr²h1=3.14×13²×2=1061.32㎜³
V圆柱1=πr1²h2=3.14×9²×30=7630.2mm³
V圆柱2=πr²h3=3.14×8.2²×30=6334.008≈6334mm³
V盖=V塑顶+V圆柱=V塑顶+（V圆柱1-V圆柱2）
=1061.32+（7630.2-6334）=2357.5mm³
m=ρv=（0.91～0.96）×2.358=2.15g～2.26g
由前面塑件的质量\形状大小及结构,加上注塑模的最小、厚度的值可以确定该塑件采用XS-Z-22型注射机，XS-Z-22型注射机的参数如表：
机型
XS-Z-22
螺杆直径（㎜）
22
最大注射量（㎝³或g）
20
注射压力（MP）
75
锁模力（KN）
250
模具最大厚度（㎜）
180
模具最小厚度（㎜）
60
最大开模行程（㎜）
160
喷嘴球半径（㎜）
12
拉杆内间距（㎜）
235
2.1.2计算型腔数
（1）型腔数目的计算
由于该注模具浇注系统用点浇注
d=0.5～1.5mm，L=0.5～2mm，α1=6°～15°，α2=60°～90°，
V小圆柱=4.71mm³
V圆台=43.75mm³
V浇=2×V圆台+V小圆柱=2×43.75+4.71=92.1mm³
由于塑料有不同的密度和压缩比，注塑机的注塑能力有所降低，为使塑件质量达到要求，所需注射量应不大于80%的注射机额定注射量。
由公式：
nm+mj≤Km注射机
得出n≤（Km注射机-mj）/m
≤（0.8×22-0.092）/2.35
≤7
公式中n为型腔数，m每个塑件的质量或体积,K为最大注射量利用系数，通常为0.8，mj为浇注系统中包括飞边的塑料质量或体积。
实践证明,型腔越多会使塑件精度降低.同时根据型腔的排布,该模具采用4腔,即n等于4
2.1.3校对最大注塑量
m=nm+mj≤Km注射机（3.2）
m=4×2.358+0.092=9.5＜17.5
由此可知,该模具所需塑料熔体质量体积在注射机的额定注塑量范围内。
2.1.4锁模力的校核
锁模力亦称合模力,即指的是注射熔体使,锁模装置的最大加紧力.由于熔体经过高压注射,所以高压的熔体会把模具从分型面中涨大.为防止产生涨模或者熔体溢出等现象,Fk即锁模力,应大于P与塑件在浇注系统和分型面上不重合的投影面积之和的乘积。
即公式：
F=（nA+AJ）≤Fk
公式中F即为注射力在型腔内的作用力，Fk即为注射机的锁模力，其中A为每个塑件在分型面的投影面积，单位为㎜2。
AJ为浇注系统在分型面的投影面积。
P即为熔体在型腔内的平均压力，单位为MPa。
F=（10～15）×（4×A+7.07）=21297～31945.5N
A=πr²=3.14×13×13=530.66㎜2
AJ=πr1²=3.14×1.5×1.5=7.07㎜2
F≤Fk=250KN
经过计算分析，Fk锁模力符合要求。
2.1.5校对注塑压力
校对注塑压力是验证注射机的注塑压力是否达到塑件成型的要求。
为使塑件达到要求，塑件所需的注塑压力应小于等于注塑机的注塑力。
根据相关资料，PE熔体所需压力一般在80到100MPa，由上述注射机型可得注塑压力为75MP，对于该压力，相对来说比较足够的。
经查得该注塑机的喷嘴球半径为12㎜，该小端直径R2=12+（0.5~1），这样对于主流道凝料比较有利。
2.1.6开模行程的校核
开模行程又称为合模行程，指的是行程过程中，动模固定板的移动距离。
为了制品在成型后顺利的取出，模具开模之后必须要有一定的开模距离。
而开模行程是有限制的，设计模具应对开模行程进行校核。
该模具开模行程可按如下公式校核：
S≥H1+H2+（5~10）+a1+a2
=28+30+10+15+35=118㎜
经上计算，XS-Z-22型注射机的开模行程为160㎜，因此满足要求。
为满足塑件的精度要求，以上的校对都是必须进行的。
2.2分型面的设计
分型面指的是用来拿出塑件以及凝量的可分离的接触表面，其设计直接影响到模具的结构形式、熔体流动以及塑件的脱模等。
2.2.1型腔的布局
型腔的排布合理与否，会直接影响到浇注系统的结构布置。
因此在设计中，应该充分考虑注射机的注射压力能否确保塑料熔体均匀的充满型腔。
在此，该模具选用矩形对称布置。
图3-1型腔排布图
2.2.2分型面的选择原则
由于该模具为全开分型面，在设计分型面的时候一般按如下原则：
（1）必须设置在塑件外形的最大轮廓处，不然无法去除塑件。
（2）分型面要处于动模一侧，有利于塑件脱模。
（3）分型面的设计要满足塑件的精度，同时避免熔体溢出。
（4）尽可能满足塑件的外观技术要求。
（5）具有良好的排气效果。
（6）尽量达到塑件的使用要求。
此模具分型面见装配图，基本满足以上原则。
2.3浇注系统与排溢系统的设计。
2.3.1浇注系统的设计
由上述计算可得，对于该塑件，模具应采用普通流道系统。
分流道、主流道、冷料穴、浇口是构成普通浇注系统的主要部分。
结构图如下：
图3-2浇注系统示意图
从型腔到喷嘴的进料通道被称为浇注系统，浇注系统的设计直接决定了制品的精度、质量、成型效率。
浇注系统是将熔体均衡的充满型腔，而且能使注射压力平衡地传送到型腔的每个部分。
以此使得塑件能够达到质量要求，使塑件外形完整、精度高。
其设计原则如下：
（1）在塑件工艺性及熔体流动性方面多加考虑。
（2）尽可能的降低注射压力及熔体热量的损失。
（3）保持熔体流动平稳，并且要有良好的排气效果。
（4）降低塑料耗量。
2.3.2浇注系统主流道的设计
主流道普遍在模具中心线，它与喷嘴轴线相重叠。
其设计要精确，不宜过大，太大会致使塑件耗料过多，增加成本。
不宜过小，否则对充模不利。
主流道设计要点如下：
（1）主流道设计成圆锥形，其锥角α取2°到6°，此模具锥角为4°。
且其表面粗糙度Ra小于或者等于0.8μm。
沿轴向抛光，使该系统方便凝料取出。
（2）设计喷嘴和主流道相接的地方，应为半球形凹坑，凹深H=（1/3～1/2）R球形半径R=r+（1+2），小端直径D=（0.5～1）+d，查《塑料成型工艺与模具设计》表6-1中，D一般选用3到6㎜。
主流道长度一般不大于60㎜。
主、分流道相接的过渡圆半径为1～3㎜。
（3）设计定位圈与注射固定模板定位孔之间的配合取h11/h11，或者0.1㎜的间隙。
（4）主流道衬套采用碳素工具钢T8A，52～56HRC的热处理,选用H7/m6为衬套和定模板之间的配合。
2.3.3设计分流道
分流道指的是把浇口与主流道相接通的通道，顾名思义其作用为分流。
分流道设计时要求物料的热量和压力损失尽量小，流动平稳。
由计算可得该模具选择圆形截面，壁厚0.8㎜，塑件质量小于20克分，分流道的表面粗糙度为1.6μm。
为了降低注射压力、热量损失，降低原材料、能耗等。
其分流道长度做到尽量短，弯道少等，且锁模力必须达到平衡。
该模具分流道采用平衡式分布，平衡式布置即分流道的形状尺寸一致。
其特点是能使物料均衡的充满各个型腔。
为使塑件达到精度要求，不仅要使物料进料平衡，而且要达到一个热平衡。
2.3.4浇口的设计
浇口又称进料口，指的是型腔和分流道最后的连接部分。
其设计及其位置选址直接决定了塑件的质量及精度。
按浇口截面积大小可分为限制与非限制两类浇口。
按其形状可分有扇形、薄片式、潜伏式、护耳式、点浇口等。
根据材料分析，此塑件应用点浇口。
其优点是取浇口容易，且浇口所留痕迹小，外观较好，对充模有利，降低了塑件的内应力，能使浇口进料达到平衡。
2.3.5浇口位置的选择
在此模具设计当中，浇口设计很重要，其位置的选择与确立也非常重要。
为避免出现变形、熔接痕等现象，初次试模之后，必要时还应该做修改。
所以浇口的位置的确定，关系到塑件的成型质量、精度、性能等。
其位置的选择应根据塑件的结构、精度等进行综合分析。
位置确定原则如下：
（1）使塑件熔体流动流程尽可能短，减少物料流动方向。
（2）避免塑料熔体破裂。
（3）排气、补料效果好。
（4）避免物料流动导致嵌件、型芯变形等现象，同时防止塑件出现凹陷及熔接痕等缺陷。
（5）对分子取向方位影响塑件成型精度方面充分考虑。
（6）设计之后，应对流动比进行校对。
经过有关材料可知此塑件壁厚均衡。
为了达到塑件所要求的外观要求，塑件选用点浇口。
2.3.6浇注系统的几何参数平衡法
所谓的浇注系统的几何参数平衡法，指的是在利用改变浇口的截面积与浇口长度或模具中分流道的截面积来达到一个平衡系统。
查有关方面资料，得到BGV是用来粗略估计系统是否平衡（BalancedGateValue）。
BGV值的计算公式：
BGV=Ag/（Lr½Lg）（3.5）
在公式中Ag为浇口截面积，Lr为分流道的长度，其中Lg为浇口的长度
该模具浇注系统采用平衡式，因此上述Ag、Lr、Lg的数据都一致。
所以该浇口是平衡的。
而分流的平衡问题可以粗略用下面进行一个粗略的估算：
l1/l2=d1/d2=Q1/Q2
=130/130=10/10
=1
式子中d1、d2是流道1、2的直径，Q1、Q2为塑料熔体在1、2中的流量。
由此该浇口不仅平衡，在分流方面也平衡。
设计后，必须对浇口平衡试模。
按如下进行：
（1）按尺寸加工出各个浇口长度、厚度。
（2）初次试模后，查验各个塑件的质量，包括尺寸精度。
（3）调整型腔浇口宽度，尽量保持浇口厚度。
（4）按上述步骤进行重复，直到达到要求为止。
2.3.7排气系统的设计
排气系统指的是将在浇注系统、型腔内以及塑料熔体等产生的气体及时的排出模具外。
在塑件成形过程中，该模具的空气（包括型腔、浇注系统的空气），还包括物料熔化的气体，这些气体应及时的排出，否则会导致塑件上出现气泡、银痕等缺陷，设计排气系统时，可采取以下方式：
（1）设计间隙配合排气。
（2）设计排气槽。
（3）利用顶杆排气。
（4）强制性排气。
而在这里，该副模具是采用系统中间隙配合进行排气的。
2.4成型零件的设计
成型零件的设计直接影响到塑件的尺寸、质量。
因为它与高温物料直接接触，受到高温的影响，同时又要受到高温物料的冲压，所以成型零件应结构合理，具备良好的刚度、机械强度等。
根据要求可知，该塑件的精度为IT5，外表要求光滑。
因此该模具的成型零件应光滑，粗糙度为0.8μm，型腔的材料为Cr12MoV，淬火并中温回火，硬度达到55HRC以上。
2.4.1型腔的结构设计
因塑件结构复杂，在尺寸精度方面要求比较高，表面要求光滑平整。
所以该型腔选用开式比较好。
根据有关资料，最适合塑件外壁圆半角为塑件的壁厚的1.5倍。
即是R=1.2mm。
其型腔加工过程中，下料后，经粗加工、磨削、热处理后使型腔表面光滑，硬度为55HRC以上，再一次磨削后，进行电火花加工出型腔，最后进行抛光。
2.4.2成型零件尺寸计算
成型零件工作尺寸即决定塑件形状的尺寸。
包括凹模、凸模的直径及中心距离等。
其尺寸的确定一般使用平均收缩法。
型腔尺寸计算公式（LM）+δz=[（1+Scp）Ls-X△]+δz（3.6）
LM1=LM2=LM3=LM4
式子中LM为型腔的径向工作尺寸，△是塑件的尺寸公差，δz为模具的制造公差，通常取（1/3-1/5）△，X为修正系数，通常取1/2到3/4，这里取3/4。
而Scp计算公式如下：
Scp=（Smax+Smin）/2
由章节1.2.2中可知Smax=3.5％，Smin=1.5％，所以Scp=2.5％。
LM1=[（1+Scp）Ls-X△]+δz
=[1.025×26-0.75×0.32]+0.011
=26.41+0.01
型腔深度工作尺寸计算公式：
HM=[（1+Scp）Hs-x△]+δz（3.7）
=[1.025×30-0.32×2/3]+0.011
=30.54+0.011
HM1=HM2=HM3=HM4
式子中HM为型腔的深度尺寸，Hs为塑件高度最大尺寸，这里△取2/3。
放一块镶块在型腔上形成了塑件的表面凹槽。
2.4.3型芯的结构设计
型芯为一块突状零件，主要用于塑件内表面的成型。
根据分析可得，该塑件
图3-3型芯示意图
采用小型芯，镶嵌式固定方式。
由于该塑件表面精度对精度要求不是很高，所以加型芯可以略微简单些。
如上图所示：
上图型芯工件角度是计算及校核为使型芯硬度大于55HRC，型芯材料应采用Cr12MoV，车床加工经淬火处理后，对其进行电火花处理，达到形状及上述尺寸要求后，对其进行抛光达到预定要求。
型芯径向尺寸计算公：
LM1=[（1+scp）Ls+3/4△]-δz
dm1=[（1+scp）Ls+3/4△）]-δz
=[（1+0.025）×16.4+0.75×0.24]-0.009
=16.99-0.009
dm2=[（1+scp）Ls+3/4△）]-δz
=[（1+0.025）×16.4+0.75×0.24]-0.009
=16.99-0.009
dm1=dm2=dm3=dm4
式子中的字母与型腔计算公式中的大致相同。
型芯的高度工作尺寸计算公式：
hx=[（1+scp）hs+2/3△]-δz（3.9）
h1=[（1+scp）hs+2/3△）]-δz
=[（1+0.025）×28+（2/3）×0.32]-0.011
=28.91-0.011
h2=[（1+scp）hs+3/4△）]-δz
=[（1+0.025）×28+（2/3）×0.32]-0.011
=28.91-0.011
h1=h2=h3=h4
式子中hs为塑件的高度最大尺寸。
塑件尺寸精度受很多因素影响，在不考虑人操作因素外，主要的因素如下：
（1）成型零件的制造公差。
（2）成型时塑件收缩率的波动。
（3）模具精度及磨损因素。
（4）注射机系统及工艺因素。
上述4方面主要计算在如下：
（1）零件制造误差计算公式：
△Z=a×i=a（0.45D1/3+0.001D）
公式中D为零件的加工尺寸，△Z为成型零件的制造公差，a为零件精度系数，是模具制造常用的精度等级，而公式中的i为公差单位。
（2）成型收缩率：
ε=[（LM-LS）/LM]×100％（3.11）
公式中ε为制品的成型收缩率，LM为模具的成型尺寸，LS为塑件的对应尺寸。
（3）型腔磨损对塑件尺寸的影响：
简化计算，不计脱模垂直磨损，只计脱模平行磨损。
为使塑件精度不随产量增多带来的磨损而受到很大的影响。
也因此必须考虑模具型腔耐磨性及其塑料对型腔材料的磨损情况。
从模具使用寿命方面就必须考虑磨损情况。
根据有关资料，模具磨损量最大可为制品总误差的1/6。
对于该模具来说，由于材料为PE，而塑件尺寸较小，所以，零件磨损对塑件尺寸具有一定的影响。
塑件理想的内角圆半径应大于壁厚的1/3，所以取内角圆半径为0.5mm。
为了使塑件精度达到要求，必须降低型腔磨损量。
因此在型腔及成型零件应具备一定的强度和刚度。
尤其是型腔，其刚度、强度有较高的要求。
方便塑件脱模顺利，对型腔的侧壁及底板的厚度也应进行计算和校对。
根据制品尺寸，该塑件型腔的侧壁长度L＜370㎜，模具型腔的壁厚的计算，应以最大的压力为准。
此塑件是属于小尺寸塑件，侧壁长L〈370㎜。
查根据有关资料型腔侧壁尺寸可得S=48mm
底板厚度的计算：
按强度计算，最大应力发生在板中，底板厚度为：
H≥（3PL×l/4B[σ]）½
=6㎜
公式中P为熔体压力，单位为MPa，B为强度。
σ为模具材料的许用应力，单位为MPa。
H型腔板的高度，计算结果为6㎜，符合要求。
2.5合模导向机构的设计
在注塑模具设计过程中，为使动模和定模之间按正确的定位和方位进行闭合所设计的装置叫做合模导向机构。
可分为导柱导向与锥面导向。
其作用为导向、定位及承受一定的侧向压力的作用。
而该副模具是采用导柱导向形式。
导柱导向一般采用导柱与导套之间的间隙配合而成的。
导柱先导部分应做成球形或带有锥度，导套前端应倒角，导向机构的材料在刚度及耐磨性上要求比较高。
2.5.1导柱的设计
导柱的设计要点有长度、公差配合、粗糙度、材料、直径和位置布置及固定。
为了便于塑件脱模及推杆运动，通常把导柱留在动模一侧，导柱表面应耐磨，而该副模具，导柱材料选择20号低碳钢，采用渗碳淬火处理，使其硬度达到55HRC以上。
而导柱与模板及导套之间分别采用H7/m6和H7/f7进行配合。
图3-4导柱示意图
2.5.2导套的设计
由于该塑件采用成批量生产，导柱容易损坏，因此配以导套，以便更换。
其结构和形状如下图所示：
图3-5
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