矿泉水瓶热流道注射模具设计.docx

1、矿泉水瓶热流道注射模具设计矿泉水瓶坯热流道注射模具的设计姓名： XXX专业： XXX指导老师： XXX摘要这篇论文是对大批量生产的饮料瓶坯进行了热流道注射模具的设计，瓶坯材料为 PETP，其熔点较高（ 260左右）。注射成型温度范围较窄，如果一模多腔采用普通的浇注系统， PET熔料的流动性大大下降， 甚至凝固。 所以只有通过热流道注射成型才可以实现。 采用一模两腔加工。对流道直径的设计主要参考了苏娟华的一篇相关论文， 对直径进行了优化设计， 并利用最小二乘法， 对 PET塑料的表观粘度和剪切速率关系进行公式化拟合。 优化设计的结果与实际应用的热流道之间的最佳经验值接近。根据塑件的特点，模具的侧

2、向分型采用了两跟斜导柱。关键词： 热流道 优化设计 PET瓶坯 侧向分型AbstractThis paper deals with the injection mould with hot runner to inject PET bottles, which leads to higher productivity.The material of bottles is PETP which with a higher melting point, about260 around, so it has a narrow range of mounding temperature .If we

3、adopt ordinary mounding System to produce bottles which have more moulds in a cavity.The fluidity of the melting material of PET will greatly decline; indeedfreeze, so we adopt injection mould with hot runner to complete the production. The design to the diameter of hot runner and hot gate was consu

4、lt a paper from Su Juanhua. It deals with the optimal diameter design in injection mould. The computational results of the optimal programming are found to be in good agreement with the experiential data. The work performed in this paper will make a contribution to the application of the hot runner

5、in injection mould. The mould adopts two oblique pillars to detach the mould based the characteristic of the bottles.Key words: hot runners, Optimization, PET bottles, lateral detach themould摘要 I3浇 注 系 统 的 设 计103.1热流道板的设计 103.2浇口套的设计 153.3定位圈的设计 163.4排溢系统的设计 174成 型 零 部 件 的 设 计 和 校 核184.1凸模的设计和校核 184

6、.2型腔的设计和校核对 185导 向 机 构 的 设 计205.1导柱导套的配合 205.2导柱的设计和校核 205.3导套的设计与校核 216侧 向 机 构 的 设 计226.1滑块的设计 226.2斜销的设计与校核 227冷 却 系 统 的 设 计257.1冷却系统的设计原则 257.2 计算 258结 构 件 的 设 计278.1模板，固定板，垫块的设计 278.2紧固件和定位件的设计 278.3吊环螺钉的设计 278.4模具加工和注意事项 279结 论2810致 谢29参 考 文 献301 前言热流道作为热塑性塑料注射模的一门技术， 以其特有的优势， 正逐步被应用和推广， 发展和普及热

7、流道技术对提高我国的塑料模技术起着关键的作用。热流道系统与普通流道系统比较有如下特点： （1）无回头料。热流道系统避免了普通浇注系统中产生的大量浇口系统回头料 （有时生产小制品时，回头料的重量甚至超过了塑料制品的重量） ，因而在制品成型后无须修剪浇口，减少了二次加工，也省去了浇口料的挑选、粉碎和重 新染色回收等工序，节省了人力； （2）节省了原材料，降低生产成本。（3）提高产品质量。在大量采用热流道模具进行生产的企业，注射用 原料中不再大量渗杂经过反复加工已经降解了的浇口料， 使产品的质量得到全面提高。（4）降低了废品率。热流道系统有利于压力传递，降低 注射压力， 减少塑件内应力， 并在一定程

8、度上克服了制件因不料不足而产生的凹陷，缩孔等缺陷，以达到降低废品率的目的。 （5）缩短制件成型周期，从而提高生产效率、生产利润和企业竞争能力。 （ 6）可成型较长制品。由于制品脱模时不再带有主流道和分流道， 可以缩短模具的开模距离和合模行程，因而在同一设备上可以成型更长的制品。 （ 7）可用小型设备生产， 有效提高设备利用率。 由于注射压力的降低以及开模距离，合模行程减小等生产条件的改善， 使得采用小型设备进行生产成为 可能。（ 8）有利于实现自动化生产。 由于采用热流道， 省去了去除料把。二次加工等后续工序，因而可以实现自动化生产。鉴于热流道模具的优势， 大部分塑料模具都向这个方向发展， 本

9、篇论文就是针对 PET 瓶坯的一模多腔进行热流道注射模具的设计。2塑件的工艺分析、 模具结构方案的确定、 设备的校核2.11 塑料工艺分析、填写工艺卡2.1.11 塑件工艺分析该塑件为日常生活中常用 的饮料瓶吹塑之前的瓶坯， 管状透明，塑件的结构形状如下图所示，详细尺寸可参见样品和塑件图。成型难点，侧向分型该塑件为一规则的圆形壳 体，最大高度达 129.8mm，壁厚1.6mm，塑件精度选 8 级。矿泉水瓶坯示意图2.1.22 塑件材质以及成型工艺性该塑件材质选用聚对苯二甲酸乙二醇酯，缩写为 PETP。 PETP 材料成型特性如下：1.具有优良力学性能及化学性能， 注射成型可以耐磨。 薄膜可用于

10、吹塑成型，透明度高2.PETP 塑料极易吸水，含水 PETP 塑料在高温下极易水解。当温度超过 300时， PETP 发生热分解。3.PET注射成型温度范围较窄。 采用热流道浇注系统解决这个问题。PETP 塑料成型条件塑料名称聚 对 苯 二 甲 酸 乙二酯醇料筒温度 后段 240 26中段 260-280前段 260-270缩写PETP注射压力（MPa）80-120注射成型类型螺杆式保压时间（S）20-50密度 （ g/ cm3）1.30-1.38冷却时间（s）20-30比容 （ ml/ g）1注射时间（s）0-5成型周期（s）50-90收缩率 （%）1.2保压力（ MPa）30-50喷嘴温度

11、250 260螺杆转速（ r/min）20-40适用注射机类型螺杆式模具温度80 90后处理2.1.3 填写工艺卡表 1.2 塑件工艺卡片产品名称零件名称饮料瓶坯设备型号产品图号零件图号PP-00XS-ZY-125材 材料名称聚对苯二甲酸乙二酯醇收 缩 量 材 料 预 处 理材料牌号 PETP 1.5 2.0% 预热 80 100料零件净重 27.9g 零件毛重 27.9g 每模总重 55.8g备 注工 250260浇注温度艺注射量 : 125g填充时间 30-40s加料量 : 135g模 具 预 热80100 成型时间 50 160s参 温度压 力 4050MPa数成型温度 8090 取件时

12、间 1020s 压速原料准备核对原料生产厂家原料要预热先烘干工艺规模具准备成型过程生产操作模具预先加热程 成形后处理 切掉余料工艺说明模具名称饮料瓶坯 每 模 备 注2热流道注件 数射模具模具图号 PP-00-00 件 数 大批量工艺组长更改标记更改号数签 字日期审批核准2.22 确定模具方案2.2.11 初步拟订方案初步决定选用如下图所示方案，采用热流道浇注系统，一模两腔，模具 动作过程： 注射机内的 PET熔料通过热流道板注入模具型腔内， 待塑料冷却定型后，注射机动模做开模动作。在斜导拄作用下将镶块打开。当 模具打开一定距离后， 开模停止， 用手取出 2 个注塑件。随后进行合模，斜导拄将镶

13、块合并， 镶块的斜面与定模上的斜楔使镶块合并到位。 同时， 动模上的四根导柱进入定模上的导套中。合模完成后，再进行注射。图见下页。2.2.1 图凹模采用镶拼结构， 便于加工和拆卸， 螺纹镶块和斜滑块做成一个整体，使结构简化。由于侧向抽芯距离比较短， 滑块体积较小， 所以宜采用斜导柱进行侧向分型和取件。图中 12 和 16 为型腔板， 20 为热流道板， 1 为冷却水道。2.2.22 分型面的确定分开模具能取出塑件的面， 称为分型面， 其他的面分离称为分模面， 注射模只有一个分型面， 如上图所标（PP 为分型面， VV 为分模面。）分型面方向与注射机开模是垂直方向，形状为平面，分型面需满足以下要

14、求：a：分型面不取在装饰外表面或带圆弧的转角处b：使塑件留在动模一边利于脱模 c：轴心机构要考虑轴心距离2.2.33 型腔数目的确定模具型腔数量的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状、制品精度、批量以及经济效益来确定的。拟选用一模两腔2.33 注射机的选择和校核塑件质量为 27.9g, 其体积为3 3V 件=m/ =27.9g/1.34g/ cm =20.82 cm3浇注系统的体积估算： V总=2V件 X20.82=41.64cm根据塑件的最大长度为 129.8mm ，再加上其两侧有抽芯结构， 拟选3用 125 cm 的注射机，其型号为 XSZY125。制品总质量为 27.9X2=55.8g

15、 ，注射机的额定注射量为 125g，符合。表 1.3 国产注射 XS ZY 125 的技术规格额定注射量G125螺杆直径Mm42注射行程Mm115注射压力MPa120螺杆转速r/min29、42、56、69、83、101注射方式螺杆式合模力KN900最大成型面积2cm320最大开（合）模行程Mm300模具最大厚度Mm300模具最小厚度Mm200合模方式机械定位圈尺寸Mm100喷嘴球头半径MmSR12顶杆中心距Mm230机器外形尺寸Mm3310X750X1550喷嘴空直径Mm42.3.11 注射机校核1、大注射压力的校核选用的 XS ZY125 型注射机的最大注射压力（见表 1 .3 ）为P机

16、= 120Mpa PETP的成型注射压力（见表 1.1 ）为P 型 = 80 120 Mpa因为 P机 P型 所以最大注射压力合格2、模力的校核塑件投影面与锁模力的估算 ：2投影面积 A=2X789=1578 mm取型腔压力 Pc=30Mpa ，取安全系数 K=1.1计算锁模力：T 计=KPc A=1.1X30Ma X1578 mm 2= 52.074KNT 机=900 KN（见表 1.3 ）因为 T 计T机 ，所以锁模力合格3、开模行程的校核模具最大开模行程 S=H1+H2+a+510式中 H 1 ：浇注凝料 （ mm） H2 ：顶出距离 （ mm） a ：件厚 （mm）式中： H 1 =0

17、mm， H2 =2X129.8=259.6mm，a=1.6mmS=259.6 +1.6+5=266.2 （ mm），注射机的最大开模行程（见表 1.3 ）为 300mm因为 266.2300 ，所以开模行程合格4、成型面积校核A2件= A=2X789=1578 mm注射机最大成型面积A =32000 mm2，因为 A 件A ， 所以成型面积合格5、模具厚度的校核选用的 XS-ZY-125 注射机的许用的最大、最小 模 具 高 度 为 Hmax=300mm； Hmin=200mm； Hm=278mm。因为 Hmin Hm Hmax ， 所以模具厚度合格结论： XS-ZY-125 注射机选用合理，

18、能满足生产此塑件要求3浇注系统浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道， 它具有传质传压和传热的功能，对制品质量影响很大。3.11 热流道板的设计：PET塑料是一种具有明显熔点的结晶型聚合物。其成型温度在 265295之间，所以 PET塑料注射成型温度范围较窄。如果一模多腔采 用普通的浇注系统， PET熔料的流动性大大下降，甚至凝固。所以 PET 瓶坯多型腔注射模需采用热流道模成型。对 PET瓶坯热流道注射模的主、 分流道直径和浇口直径进行了优化设计，利用最小二乘法， 对 PET塑料的表观拈度 和剪切速率 关系进行公式化拟合。优化设计方法为正确选择热流道直径提供了可靠的手段。3.

19、1.1优化设计的数学模型：A：基本假设1)注射流量即体积流动率为常数； (2) 注射机压力恒定； (3) 流道转角处压力损失不计B：数学模型的建立浇注系统的基本作用是在压力损失最小的条件下， 将熔料以较快的速率充满型腔。 浇注系统的主、 分流道和浇口尺寸必须能保证型腔充满和使塑件质量合格。若流道直径太小，则注射压力增大，且充模时间延 长。若流道直径太大，则进料时易形成涡流，注射压力损失增大，同时 熔体前进中容易混带空气， 影响制品的质量。 所以最优化的流道直径应使其压力损失值较小， 即以最优的压力损失值保证生产出质量合格的产品。优化设计的目的就在于使设计出的流道压力损失值尽可能接近最优压力损失

20、值， 故优化设计的设计变量为流道直径， 目标函数为实际压力损失与最优压力损失之差， 目的就是求一个最优的设计变量， 使此时目标函数最小。在前述假设下，压力损失的公式表达式如下：33式中 P为流道及浇口总的压力损失， MPa； 分别为主流道、分流道和浇口的压力损失， MPa； 分别为主流道长度、分流道长度、浇口长度， mm；我的 分别为主流道半径、分流道半径、浇口半 径， mm。N为浇口数量； T 为注射时间， s；V 为熔料体积， cm；Q为流体流量，cm/s ； 为表观粘度，Pa*s；Px 为合理的型腔压力， 选定 30MPa； Pt 为注射压力，选定 46MPa。若求主流道的最优压力损失

21、P0，则 若求分流道的最优压力损失 Pf ，则 若求浇口的最优压力损失 Pj ，则。3.1.2PET 塑料表观粘度 和剪切速率 的曲线拟合在流道压力损失公式 中，表观粘度 的数值都是实验得来的。在一般工具书上都有塑料的流变曲线 和 的关系。若用微机优化设计，首先应对 PET的流变曲线通过公式 = / 得出 和 的数表关系，然后采用最小二乘法将数表进行曲线拟合。 PET表现粘度 和剪切速率 的数表关系如表所示。PET 的 和 关系数表利用最小二乘法，由表 1 进行拟合得到下列关系式：，目标函数，如果则增大主流道半径，如果，则减少R1。如果则此时 R1 为程序框图如下：D：优化设计结果：在最初的模

22、具设计中， PET瓶坯热流道注射模流道直径的确定，是根据经验设计的。主流道直径为 4mm，分流道直径 8mm，浇口直径 25mm，长度 10mm经, 优化设计，主流道直径为 4 9mm，分流道直径为 74mm，浇口直径为 2 4mm。优化设计的结果与实际中应用的主、分流道直径和浇口直径的经验数值基本一致。热流道板的示意图如下：3.1.3热流道板的加热方式本模具采用的是加热棒式。 电热棒安装比较方便， 加热时加热棒与热流道板孔之间有合理的间隙，一般为 0 2 0 3mm。间隙过大，会造成加热效率低； 间隙过小则会使加热棒取出困难。 本模具采用 2 根加热棒对热流道板进行加热。 2 个浇口部分没有

23、进行加热，所以注射出来的制件根部还有一小段的料柄。3.1.4热流道板的温度控制、隔热与热膨胀热流道系统的温度如果控制不好， 即使注射机料筒的温度控制得很好，也几乎没有意义。为了精确的控制温度，就要尽可能正确地测定出塑料实际温度。本模具采用热电偶和具有断偶保护功能的温度控制仪控制热流道板的温度。热流道板安装在定模板和型腔镶块之间。 注射成型时热流道板的温度应保持在必要的注射温度 (270 290 ) 范围内，使流道内的熔体畅通。从传热学可知，低温下热量的散失主要是接触面的热传导，所以要 尽量减少热流道板与其它件的接触面积。 PET瓶坯热流道注射模的热流道板与定模板之间采用 8 个垫圈，以减少接触

24、面，降低热量损失。在模具的使用过程中，热流道板的温度在 200300之间。因此， 它的热膨胀是不可忽略的。 两个浇口间距的热膨胀值 可有下式计算：式中： s 一两个浇口之 间的 距离 (mm)； a 一钢材 的线 膨胀系数T一成型时热流道板的温度 ( ) ；T。一型腔模板的温度( ) 。若热流道板浇口与胸腔上的浇口发生位移，塑料充满就发生困难。 只有想办法消除其不良影响。 通常的方法是预先将热流道板浇口向相反的方向移动，移动量按上式计算。 PET瓶坯两个浇口间距为 60mm，热膨胀值为 0 166mm，所以热流道板的浇口间距应为：。3.22 浇口套的设计由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反

25、复接触， 所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套， 便于用优质钢材加工和热处理， A 型衬套大端高出定模端面 H=510m，m 起定位环作用，与注射机定位孔呈间隙配合， 根据塑件浇口处的特殊形状。 浇口套的示意图与参数见下页。号d小端直径4mmSR球面半径14mmh球面配合高度35mmL长度30mm浇口套3.3定位圈的设计定位圈根据所选注射机确定出大端外径 D=100m，m 且安装后大端要高出定模端面 H=510m，m这儿 H=6m，m 起定位作用，示意图见下页，具体尺寸详见零件图。定位圈3.44 排溢系统的设计利用模具零件间的配合间隙及分型面之间的间隙进行排气，本次饮料瓶坯的设计

26、中， 因为除了分型面还有侧向分型的间隙都可以很好的排气，而且塑件的厚度还比较均匀，所以不必另开排气槽来排气。4.1凸模的设计及校核l m ( 1s min) l s-0.56= （1+1.5%）X21.8+3/4X0.88=22.78 0验算：(lm z c )l ssmax=l m-1/3 -1/6 - Smax*Ls=22.78-1/3X0.88-1/6X0.88-2.0%X21.8=21.9 Ls故合格hm 1Smax hs0 = （1+2.0%）X129.8+1/3X2.21.5=133.12 0验算： hmhssmin=133.12-129.8X1.5%-2.2=128.97 hs故

27、合格。4.2型腔的设计及校核本模具采用的是镶拼式结构z( LM )0(1smax) l sz = （1+2.0%）X25-0.96=24.54 0.64验算：( LM z c )Lssmin =Lm+1/3+1/6 -Smin*Ls=24.54+1/3X0.96+1/6X0.96-1.5%X25=24.645 Ls故合格凹模深度： ( H m ) 0( 1sm in ) H szz 0=(1+Smin)Hs-1/3 0 zH = （ 1+1.5%） X99.1-1/3X2 1.2 =99.9 1.2m1 0H m2 = （ 1+1.5%）X8.1-1/3X0.61000.40 =8.020.4

28、00验算： H mH s sm ax H s对于 H m1 ：99.9-99.1X2.0%+2=100.41对于 H m2 ：8.02-8.1X2.0%+0.61=8.47故合格4 2.1 型腔侧壁厚度计算：H s1H s 2饮料瓶坯可以分为侧部和底部， 每部分以下都按大值计算， 以便能满足实用要求。1）侧部：按强度条件计算侧壁厚度S r r 2P11.425160160 2 4511.425 6(mm)式中 S 矩形型腔侧壁壁厚（ mm）；P型腔内压力， Mpa，一般为 2050Mpa，这儿取 45Mpa； r=22.85 2=11.425mm校核：模具设计中设计侧部型腔最薄壁厚 S=12.5 （见装配图上尺寸）， 因为 S S ，所以壁厚合格2）底部：只需满足最低点的强度要求即可。1.22pr 2S1.22 45 11.425217.16(mm) 16校核：模具设计中设计侧部型腔最薄壁厚 S=18 （见装配图上尺寸）， 因为 S S ，所以壁厚合格5.2导柱的设计及校核导柱导套配合导柱可以设计成各种形式。设计原则：1）应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应具有足够距离，以保证模具强度和防止模板发生变形。2）导柱的. 直径视模具