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矿泉水瓶盖注射模设计(毕业设计)


第 1 章

绪 论

随着中国当前的经济形势的日趋好转,在“实现中华民族的伟大复兴”口 号的倡引下,中国的制造业也日趋蓬勃发展;而模具技术已成为衡量一个国家 制造业水平的重要标志之一, 模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高, 并能获得极大的经济效益,因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本,模具 被誉为“进入富裕的原动力”,德国则冠之为“金属加工业的帝王”,在罗马 尼亚则更为直接:“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。 我国对模具工业的发展也十分重视, 早在 1989 年 3 月颁布的 《关于当前国家产 业政策要点的决定》中,就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。 近年来,塑料模具的产量和水平发展十分迅速,高效率、自动化、大型、 长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料 先加在注塑机的加热料筒内,塑料受热熔化后,在注塑机的螺杆或活塞的推动 下,经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内,塑料在其中固化成型。 本次毕业设计的主要任务是矿泉水瓶盖注塑模具的设计。之所以选择这个 设计题目的主要有两方面意义: 瓶盖是带内螺纹的塑件要求设计时要充分考 1、 虑到脱模的方式方法,多分型面结构以及点浇口方式的模具结构设计方法;2、 瓶盖属中小型件在我们的日常生活中有一定的普遍性和代表性,为今后的实用 性模具设计奠定了基础以更好的服务模具制造业服务社会。 本次毕业设计的主要目的:了解模具设计的方法与内容;掌握各类型模具 的基本结构以及各零部件与非标准件的设计;熟悉模具材料的性能与应用以及 加工方法与加工手段;熟练应用各种模具设计软件,包括 CAD、CAXA、Pro/E、 UG 等;了解模具的发展状况与发展方向。希望通过本次设计为今后的工作奠定 一个良好的基础。

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第2章
2.1

成型工艺规程编制

产品技术要求和工艺分析

2.1.1 产品技术要求
产品设计图见图 2-1、图 2-2、图 2-3。

图 2-1 产品 3D 图俯视图

图 2-2 产品 3D 图仰视

图 2-3 产品 2D 图

此塑件上有三个尺寸有精度要求:零件上有多个尺寸有 26±0.52;12±
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0.28;壁厚 2mm,均为 MT6 级塑料精度,属于中等精度等级,在模具设计和精度 要求,分别是:30±0.75;制造过程中要严格保证这些尺寸的精度要求。其余 尺寸均无精度要求为自由尺寸,可按 MT10 级精度查取公差值。

2.1.2

塑件的工艺分析

瓶盖形状见图一、图二,整体尺寸见图三,为底面半径 15mm×高 12mm,瓶 盖属于外部配件,表面精度要求较高,尺寸精度要求不高,内孔为螺纹制件, 需保证其螺纹顺利旋合。 (1) 该塑件尺寸中等且要求塑件表面精度等级较高,无凹痕。采用点浇口 流道型腔注射模可以保证其表面精度。 内孔螺纹依靠分瓣式可涨缩型芯来成型, 模具分三次分型,采用拉板限距式。 (2) 该塑件为批量生产,且塑件的形状较复杂。为了加工和热处理,降低 成本,该塑件采用活动型芯的镶件结构,简化结构,降低模具的成本。 塑料零件的材料为 PP(聚丙烯)其表面要求无凹痕各方面性能如下:1) 物 理性能 为无毒、 无臭、 无味的乳白色高结晶的聚合物, 密度只有 0.9-0.91g/cm, 是目前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定,在水中 24h 的吸水率仅 为 0.01%,成型性能好,制品表面光泽好,易于着色。2)力学性能 聚丙烯的 结晶性高,结构规整具有优良的力学性能,有突出的抗弯曲疲劳强度。3)热性 能 它熔点为 164°C -170°C,制品能在 100°C 以上的温度进行消毒灭菌,在 不受外力作用时 150°C 不变形,脆化温度-35°C。其它综合性能见表 2-1
表 2-1 聚丙烯的各项性能

性能 密度/g.cm-3 吸水率/% 成型收缩率/% 脆性温度°C 伸长率/%

指数 0.9-0.91 0.03-0.04 1.0-2.0 -35 ﹥200

性能 硬度(R) 热变形温度/°C 拉伸强度/%Map 弯曲强度/Mpa 压缩强度/Mpa

指数 95-105 56-67 30-39 42-56 39-56

聚丙烯成型时,在流动方向与垂直方向上的收缩差异较大。注射方向的收 缩率大于垂直方向上的收率, 易产生变形, 并使塑件浇口周围部位的脆性增加;
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聚丙烯收缩率的绝对值较大,成型收缩率也较大,易产生缩孔;冷却速度慢, 必须充分冷却,且冷却速度要均匀;质软易脱模,塑件有浅的侧凹时可强行脱 模。 成型工艺性 查《模具设计与制造简明手册》P.280 表 2-31 常用塑料注射 成型工艺参数:预热和干燥温度:80-120℃,时间:1-2 小时;料筒温度:后 段 160-180℃,中段:180-200℃,前段 200-220℃;模具温度:80-90℃;注射 压力:700-1000 公斤力/cm 2 ;成型时间:注射时间 20-60 秒,保压时间 0-3 秒,冷却时间 20-90 秒,总周期 50-160 秒;螺杆转速:48 转/分。不需后处理。

2.2

计算塑件的体积和质量
制品的体积计算: V 总=V1-V2 V 总= π ·r ·h1- π ·r ·h2
2 2 2 2

(2-1)

V 总=3.14×1.5 ×1.2-3.14×1.3 ×1 V 总 =8.47-5.3
3 V 总 =3.17 cm

制品的质量计算:

M=ρ·V M=0.9×3.17=2.85g/cm3

(2-2)

2.3

塑件注射工艺参数的确立

2.3.1 制品壁厚
塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。热 塑性塑料的壁厚一般为 2-4mm,小塑件取偏小值,中等塑件取偏大值,大塑件 可以适当地加厚。塑件最小壁厚取决于塑料的流动性。
l 最小壁厚与流程的关系: s = ( + 0.5) × 0.6 100

(2-3)

53 =( + 0.5) × 0.6 100 = 0.86mm

根据热塑性塑料壁厚推荐值:聚丙烯最小壁厚 0.6mm,最大壁厚 7.6mm,推荐壁 厚 2.0mm。本设计中采用 2.0mm,满足壁厚要求。
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2.3.2

脱模斜度

塑件在模塑成型过程中, 塑料从熔融状态转变为 固态,将会产生一定量的尺寸收缩,从而使塑件紧紧 地包在模具型芯或型腔中凸起部分。 为此必须考虑塑 件内外壁有足够的脱模斜度。 聚丙烯各情况下脱模斜 度见表 2-2 。
表 2-2 聚丙烯选用脱模斜度 图 2-4 脱模斜度示意图

项目 一般情况 一般情况 脱模斜度不能太大时 3° 0.5°

最小脱模斜度 特殊情况 2° 0.25°

本塑件采用:外表面 30′-50′;内表面 35′-1°的脱模斜度,满足要求。

2.3.3

圆角

在塑件的角隅处,既内外表面的交接转折处,加强筋的顶端及根部等处都 应有设计成圆角,而且圆角的半径不应小于 0.5mm。凡能设计成圆角的地反均 设计成圆角,有一系列好处。在塑件成型时熔料流动阻力小,有利于改善流动 冲模特性。可以防止因塑料收缩而导致的塑件变形或者因锐角而引起的应力集 中,使塑件的强度增大,模具使用寿命延长,塑件外形也因圆弧过渡而显得更 为美观。本塑件参考表 2-2 设计圆角为 1mm。
表 2-3 塑件内外边缘处的最小许可圆角半径

塑料名称 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 聚酰胺、聚丙酰胺 酚醛塑料、氨基塑料

最小许可圆角 1.0-1.5 0.5-1.0 0.5

2.3.4

螺纹设计

用于塑件的螺纹通常有普通米制螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、 圆弧螺纹等,在设计时需满足以下两个方面的要求: (1)保证塑件螺纹顺利脱
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模; (2)保证塑件及螺纹的强度;本塑件采用普通米制可满足这两方面的要求。

2.3.5 尺寸精度
(1)根据 SJ1372 表查得 PP 制品一般为 6 级精度,所对应的模具精度为 IT10 级,塑件公差数值为 0.36mm。 (2)根据 GB/1800.3-1998 查得注射成型零件的标准公差数值为:基本尺寸 18mm-30mm,模具精度 IT10,其成型零件的公差数值为 0.84mm。 (3)影响制品尺寸误差的因素及其控制 引起制品产生尺寸误差的原因有很多,但制品尺寸可能出现的误差 δ 主要 是如下五个方面因素综合作用的结果。

δ = δ s' + δ s + δ Ζ + δ c + δ j
式中

(2-4)

δ s' —因采用的成型收缩率不准确引起的制品尺寸误差;

δ s —因制品的成型收缩波动引起的制品尺寸误差;

δ Ζ —模具成型零件的制造偏差;
δ c —成型零件的磨损引起的制品尺寸误差; δ j —模具活动零件的配合间隙而引起的尺寸误差。
1)制品的成型收缩 s = 式中

Lm ? L S L × 100% 换算后 Lm = s Lm 1? s
LS —室温时制品的尺寸。

(2-5)

Lm —室温时模具成型零件的尺寸; 2) 成型零件的制造偏差

在实际生产中, 一般要 δ Ζ 不大于制品尺寸公差 ?

1 的 ,模具成型零件工作尺寸的公差 ? m ( δ Ζ ≤ ? m ) ,由模具精度等级和尺寸段 3

决定,工作尺寸越大, 实际制造偏差越大,其相应的制造公差 ? m 也越大。? m 与
1 1 ? 的关系:塑件基本尺寸 0-50, ? m / ? = ? 。 3 4

3)成型零件的磨损

根据经验,在生产中实际注射 25 万次,型芯径向尺寸

磨损量约为 0.02mm-0.04mm。 4)模具活动零件配合的间隙影响 在模具成型零件工作尺寸计算时,必须 保证制品总的尺寸误差 δ 不大于制品尺寸允许的误差 ? ,即 δ ≤ ? 。
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第 3章
3.1 分型面的选择

注射模的结构设计

如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具 中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及 推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型 面时应综合分析比较,从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一 般应遵循以下几项原则: (1)保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则,因为我们设置分型面的目的,就是为了能够顺利从型 腔中脱出制品。根据这个原则,分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上,最 好在一个平面上, 而且此平面与开模方向垂直。 分型的整个廓形应呈缩小趋势, 不应有影响脱模的凹凸形状,以免影响脱模。 (2)使型腔深度最浅 模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响:1)目前模具 型腔的加工多采用电火花成型加工,型腔越深加工时间越长,影响模具生产周 期,同时增加生产成本。2)模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深,动、 定模越厚。一方面加工比较困难;另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有 一定的限制,故型腔深度不宜过大。3)型腔深度越深,在相同起模斜度时,同 一尺寸上下两端实际尺寸差值越大。若要控制规定的尺寸公差,就要减小脱模 斜度,而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。 (3)使塑件外形美观,容易清理 尽管塑料模具配合非常精密,但塑件脱模后,在分型面的位置都会留有一 圈毛边,我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除,但仍会在塑件上留 下痕迹,影响塑件外观,故分型面应避免设在塑件光滑表面上,如图 3 的分型 面 a 位置,塑件割除毛边后,在塑件光滑表面留下痕迹;图 3 的分型面 b 处于 截面变化的位置上,虽然割除毛边后仍有痕迹,但看起来不明显,故应选择后 者。

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(4)尽量避免侧向抽芯 塑料注射模具, 应尽可能避免采用侧向抽芯, 因为侧向抽芯模具结构复杂, 并且直接影响塑件尺寸、配合的精度,且耗时耗财,制造成本显著增加,故在 万不得己的情况下才能使用。 (5)使分型面容易加工 分型面精度是整个模具精度的重要部分,力求平面度和动、定模配合面的 平行度在公差范围内。因此,分型面应是平面且与脱模方向垂直,从而使加工 精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面,加工的难度增大,并且精度得不 到保证,易造成溢料飞边现象。 (6)使侧向抽芯尽量短 抽芯越短,斜抽移动的距离越短,一方面能减少动、定模的厚度,减少塑 件尺寸误差;另一方面有利于脱模,保证塑件制品精度 。 (7)有利于排气 对中、小型塑件因型腔较小,空气量不多,可借助分型面的缝隙排气。因 此,选择分型面时应有利于排气。按此原则,分型面应设在注射时熔融塑料最 后到达的位置,而且不把型腔封闭。 综上所述,选择注射模分型面影响的因素很多,总的要求是顺利脱模,保 证塑件技术要求,模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后,可能会 存在某些缺点,再针对存在的问题采取其他措施弥补,以选择接近理想的分型 面。本设计中采用在瓶盖口最大截面出处设置分型面。

3.2

确定型腔的数目及排列方式

3.2.1 型腔数目的确定
为了提高生产率,保证塑件精度,模具设计时应合理确定型腔数目。 (1)确定型腔数目常用方法:1)按注射机的最大注射量确定;2)按注射 机的额定锁模力确定; (2)本设计中按制品精度要求初选型腔数:1)当塑件精度为 3 级和 3a 级,重量为 5g,注射模型腔数取为 4~6 个;2)塑件为一般精度 4~5 级,重 量为 12~16g,型腔数取 8~12 个;重量为 50~100g,型腔数取 4~8 个;3)
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塑件精度为 7~9 级,型腔数比 4~5 级精度的塑件最多增至 50%。本塑件精度 等级为 6 级,重量为 3g,考虑技术不是很成熟,生产批量为中小批量,故此型 腔数初选 4 个。

3.2.2 型腔排列方式的确定
(1)尽可能采用平衡式排列 平衡式浇注系统,可确保塑件质量均匀一致 和稳定。 (2) 型腔布置和浇口开设部位应力求对称 可防 止模具承受偏载产生溢料,影响冲模效果和塑件质量。 (3)尽量使型腔排列紧凑 可减小模具的外形尺

寸。模板总面积小,可节省钢材,减轻模具质量。因 此优化型腔布局就显的格外重要,本设计中由于采用 四腔可设计成平衡式 图 3-1 所示 。 排列方式,采用排列方式如
图 3-1 型腔的排列

3.3

浇该系统设计
浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。 浇注系统控制着

塑件成型过程中充模和补料两个重要阶段,对塑件质量关系极大。浇注系统是 指从注塑机喷嘴开始,到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道,或在此通道内 的冷凝的固体塑料。 普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。

3.3.1 主流道的设计
主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑。二者应严密接触以避免高压 塑料的溢出,凹坑球半径比喷嘴球头半径大 1-2mm;主流道小端直径应比喷嘴 孔直径约大 0.5-1mm,常取 Ф4-8mm,视制品大小及补料要求决定。大端直径应 比分流道深度大 1.5mm 以上,其锥角不宜过大一般取 2°~6°,,但近年来有 倾向于件小锥度的趋势。热塑性塑料的主流道,一般由浇口套构成。计算主流 道的直径经验公式为:

D=
式中

4V

πK

(3-1)

D—主流道大端直径(mm); V—流经主流道的溶体容积;
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K—因溶体材料而异的常数(查表得 PP 材料 K 值取 4)。
经计算在本设计中小端取直径为 5mm 大端取直径为 8mm。

3.3.2 分流道的设计
在设计中采用 U 形截面的分流道,对于壁厚小于 3mm,质量在 200g 以下的 塑件,可用下述经验公式确定分流道的直径:
D = 0.2654W L
1 2 1 4

(3-2)

式中

D—分流道直径(mm); W—塑件的质量(g); L—分流道的长度(mm)。
最终确定分流道长度 35mm,直径 3mm,采用平衡式布置,一模四腔。

3.3.3 浇口设计
浇口的形式众多,通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、 轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。鉴于盒盖的具体结构, 选择点浇口。 对于设计的瓶盖,由于其内形状虽然规则 但较复杂,属于小批量生产。故宜采用双分型 面点浇口。 点交口的特点 1) 浇口位置限制小; 2)去除浇口后残留痕迹小,不影响外观;3) 开模时浇口可自动拉断,有利于自动化操作; 4)模具必须采用三板式;5)对于投影面积大 的塑件及容易变形的塑件应采用多点浇口, 以 免翘曲。 设计的瓶盖注塑模具的浇注系统结构 分布如下图 3-2 所示。
图 3-2 浇注系统示意图

3.4 脱模机构的设计
在注射成型的每一循环中,都必须事塑件从模具型腔中或型芯上脱出,模 具中这种脱出塑件和浇注系统的机构称为脱模机构。脱模机构的动作包括脱出 和取出,即首先塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离,称为脱出,然后把其 脱出物从模具内取出。
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由于本塑件带有内螺纹所以需要设计螺纹部分的脱模机构。在本设计中采 用非旋转脱出方式——分瓣可涨缩型芯。这种组合型芯在国外是一类批量生产 的标准件,选用来成型中小型塑件,型芯中心有一锥形杆,当中心锥形杆插入 后型芯各瓣紧密排成一圈, 将螺纹线加工在外表面, 成型后先抽回中心锥形杆, 型芯各瓣由于弹性向内侧间隔错开回缩而与塑件分离,缩回距离为 e 这种结构 需配合推件板使用,其具体结构见图 3-3 图。

图 3-3 分瓣可涨缩型芯的三维结构图

故在设计当中采用推杆推板联合脱出方式。从瓶盖的具体形状和结构来 看, 其尺寸不大, 因此, 采用 4 杆推出即可。 普通的圆形顶杆按 GB/T4169.1-1984 选用,均可以满足要求。查表 7-13,选用 φ10mm×59mm 型号的圆形顶杆 4 根。 推板厚度为 15mm。

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3.5 成型结构设计
3.5.1 动作原理
该注塑模具采用点浇口式三分型面模具。开模时,在第一分型面首先开始 分型,主流道凝料被拉出主流道,分流道凝料断留在定模板里,在定距拉板的 限距作用下完成第一次分型同时第二分型面开始分型,塑件包夹在型芯上向动 模方向移动同型腔分离,点浇口被拉断,浇注系统凝料自由脱落,同样在限距 拉板的限距作用下完成第二次分型,此时动模继续向后移动开始第三次分型, 此次分型将完成型芯棒与型芯套的分离,型芯棒抽出后型芯套的瓣膜会自动向 内收缩,使成型螺纹型芯与塑件离开一定间隙。推板由于推杆在液压机构的作 用下将塑件从螺纹型芯套上推下,有机器后人工将其收起进行再冷却、检验、 装箱。最后模具各部件在注射机作用下复位进行下一次注射。模具整体结构图 见图 3-4 图 3-5

图 3-4

模具整体结构三维图

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图 3-5 模具整体结构二维图

3.5.2 结构特点
成型部分:由动模型芯 10、锥形杆 7 来形成塑件产品的内部结构,由型腔 板 16 来形成塑件产品的外部结构。浇注系统:采用点浇口结构,脱落浇注系统 凝料需一定开模行程。由限距拉板确定分模行程。脱模机构:采用推杆 26 和推 板 8 联合脱出塑件。导向机构:此注塑模中的导向部分主要有两种:一是动、 定模之间的导柱 24 导套 21,二是定模座板和定模板之间以及和推板之间采用 小导柱 15 来完成。排气系统:分型面排气。

3.5.3 型腔和型芯的结构特点
鉴于瓶盖的特殊结构,瓶盖注塑模具的成型零件包括:动模型芯瓣、锥形 杆、型腔。这样选择的原因在于:盒盖的外形状虽然规则,但内部较复杂。因 此采用分瓣可涨缩型芯,这是本次设计的最大难点也是最大的不同。而没有采 用旋转型芯。采用旋转型芯来脱模势必要增加齿轮齿条或借助外动力来旋转型 芯这样增加了模具成本和大量的计算造成繁重的工作量影响模具设计周期,和 加工周期。综上所述本模具采用了简单的分瓣可涨缩型芯。技术要求:锥形杆 的头部直径和锥度均要大于外型芯瓣,要起到涨缩的作用。

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3.5.4 限距拉板机构设计 (1) 限距的计算
为了保证开模后既能取出塑件又能取出流道内的凝料同时还要保证型芯中 锥形杆的抽出距离, 对于三分型面注射模具, 需要在开模距离中增加两次限距, 一次定模板与中间板之间的分开距离,二次定模 与动模之间的分开距离。一次分开的大小应该保 证可以方便地取出流道内的凝料。凝料的长度为 d=40mm,因此,a≥42mm。第二次应保证塑件的脱 出,应为塑件高度的二倍 d 2 =2 × h=2 × 12=24, 因 此 a 2 ≥26。 (2) 限距拉板的选择 限距拉班的长度 限距拉板的宽度 s=45+45+20+30+20=160mm

采用一块拉板两次限距故

S=3 × 搭边值+2 × 螺栓直径+4=30mm,拉板结构如 图 3-6 所示。
图 3-6 限距拉板

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第 4 章
4.1 塑料注射机参数

模具设计的有关计算

查 《模具设计与制造简明手册》 P.103.表 2-33 热塑性塑料注射机型号和主 要技术规格,根据(2)计算所得的总体积和质量可初选 SZ-68-40 机。塑料注 射机参数的规格如下表 4-1
表 4-1 注射机基本参数

螺杆直径(mm) 塑化能力(g/s) 注射压力(mpa) 螺杆行程(mm) 模板行程(mm)

30 8.3 123 110 220

实际注射量(g) 注射速率(g/s) 螺杆转速(r/min) 锁模力(KN) 模具最小厚度(mm) 最大开距(mm)

68 78 40-250 400 130 460

模 具 最 大 厚 度 240 (mm) 模板尺寸(mm) 喷嘴球半径(mm) 410 × 390 SR18

顶出行程(mm) 喷嘴空直径(mm)

40 4

4.2 选标准模架
根据以上分析,计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规 格。模具设计手册选用 A3-200 × 200-Z2 型模架,定模板厚度:A=25mm; 动模 板厚度: B=20mm; 垫快厚度 C=60mm 模具厚度 H=25+A+B+32+C+25=215mm 模具外 形尺寸 200mm×200mm×215mm

4.3 型腔和型芯工作尺寸计算
影响塑件尺寸精度的因素较为复杂,主要存在以下几方面 (1)零件的制造公差; (2)设计时所估计的收缩率和实际收缩率之间的差异和生产制品时收缩率 波动; (3)模具使用过程中的磨损。以上三方面的影响表述如下: 1)制造误差:△z=a × i=a(0.45 +0.001D)
15

(4-1)

其中 D — 被加工零件的尺寸,可被视为被加工模具零件的成型尺寸;

△z — 成型零件的制造公差值; i — 公差单位; a — 精度系数,对模具制造最常用的精度等级。
2)成型收缩率波动影响 其中,Scp— 塑件成型收缩率; LM — 模具成型尺寸; LS — 塑件对应尺寸。 3)型腔磨损对尺寸的影响 为简便计算, 凡与脱模方向垂直的面不考虑磨损量, 与脱模方向平行的面 才考虑磨损。考虑磨损主要从模具的使用寿命来选定,磨损值随产量的增加而 增大;此外,还应考虑塑料对钢材的磨损情况;同时还应考虑模具材料的耐模 性及热处理情况,型腔表面是否镀铬、氮化等。有资料介绍,中小型模具的最 大磨损量可取塑件总误差的 1/6(常取 0.02~0.05mm),而对于大的模具则应 取 1/6 以下。但实际上对于聚丙稀(如像 PP)、尼龙等塑料来说对模具的磨损 是很小的,对小型塑件来说,成型零件磨损量对塑件的总误差有一定的影响, 而对于大的塑件来说影响很小。 在以上理论基础上,下面按平均收缩率来计算成型尺寸: 制品一般为 6 级精度,公差数值为 0.36 mm。查得聚丙烯(PP)的平均收缩率为:Scp=1.5%; 考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求,模具制造公差等级取 IT10 级, 直径 18-30mm,公差数值为:0.84mm. 1)凹模径向尺寸
+ Dm = [(1 + S cp )d ? x?]0 ?m

(4-2)

Dm = [(1 + 0.015) × 30 ? 0.5 × 0.36]0.84 0
0 Dm = 1.015 × 30 + 0.18]0.84 + Dm = 30.630 0.84

式中: Dm —凹模径向名义尺寸(最小尺寸) ;
S cp —所采用的塑料平均成形收缩率,取 1.5%;
d —制品的名义尺寸(最大尺寸) ;

Χ —修正系数,x=0.5(精度不高时) ;
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?m —模具制造公差, (取 0.84 mm) ;

? —制品公差, (负偏差) 。

2)型芯径向尺寸

d m = [(1 + S cp ) D + x?]0 ?m ? d m = [(1 + 0.015)26 + 0.5 × 0.36] d m = 26.57 0 0.84 ?
式中: D —制品名义尺寸(最小尺寸); 3)凹模深度尺寸
+ H m = [(1 + S cp )hs ? x?]0 ?m + H m = 12.36 0 0.84

(4-3)
0 ? 0.84

(4-4)

4)型芯高度尺寸
+ hm = [(1 + S cp )h + x?]0 ?m

(4-5)

hm = 11.33

0 ? 0.84

其余局部尺寸按照收缩率相应地缩放。

4.4 凹模型腔侧壁厚度和底板厚度计算
注射模具长时间承受交变负荷,并且伴有温度冷热交替,工作环境恶劣, 工作状态下所发生的弹性变形或塑性变形,对塑件的质量有很大影响,因此模 具必须具有足够的强度和刚度。 ? cph ? 3 b=? ? Eφy ? ? ? 1 ?
1

(1)侧壁厚度的计算 式中

(4-6)

b—凹模侧壁的理论宽度(cm); h—凹模型腔的深度(cm) ; p—凹模型腔内的溶体压力(mpa) ; y—凹模长边侧壁的允许弹性变形量(cm) ,对于一般塑件 y=0.005cm; c—系数,查得 c=0.8 ;
φ —系数,查得 φ =0.75;

E—钢材的抗拉弹性模量(mpa),预硬化塑料模具钢 E=2.2 × 10 5 。
17

设计中 P=30 mpa ? cph ? 3 b=? ? Eφy ? ? ? 1 ?
1

E=2.2 × 10 5

h=1.2cm

y=0.005cm
1

c=0.8

φ =0.75

0.8 × 30 × 1.2 ? ?3 = 1.2 × ? ? =0.53cm 5 ? 2.2 × 10 × 0.75 × 0.005 ?

在实际设计当中我们采用壁厚 3 cm 完全可以满足要求。 (2)整体凹模无支撑板时,底部厚度 δ 的计算
1

? cpl 4 ? 3 δ =? ? Ey ? ? ? ? 式中 δ —凹模底部的厚度(cm) ;
l —凹模型腔的短边长度(cm) ;

(4-7)

y —凹模底部中央允许的弹性变形量(cm) ;

δ =? ? Ey ? = ? 2.2 × 10 5 × 0.005 ? =0.43cm ? ? ? ? ? ? ?
在实际设计当中我们采用底部厚度为 0.8cm,完全满足要求。

? cpl ?
4

1 3

? 1.3 × 30 × 3

4

?

1 3

18

第5章
5.1

注射机有关参数的校核

最大注射量的校核
塑件的质量必须与所选择的注射机的最大注射量相适应,否则会影响塑件

的生产和质量。若注射量过大,注射机利用率降低,浪费材料,而且可能导致 塑料分解;最大注射量小于塑件的质量,就会造成塑件的形状不完整或内部组 织疏松,以及塑件强度下降等缺陷。为了保证正常的注射成型,注射机的最大 注射量应稍大于塑件的质量以及流到凝料质量的总和。通常注射机的实际注射 量最好在注射机的最大注射量的 80%以内。 当塑料注射成型机最大注射量以最大注射容积标定时,按下式校核:
kv0 ≥ v = ∑ vi + v浇
i =1 n

(5-1)

式中

v0 —塑料注射成型机最大注射容量,mm ;

3

v —塑件的体积(包括塑料制品、浇道凝料和飞边),mm3;
vi —1 个塑件的体积, mm ;
3

n —型腔数;
k —塑料注射成型机最大注射量的利用系数,取 k =0.8。

故由上式得: 0.8 × 87 ≥ v = ∑ 3.17 + 8.13
i =1

4

69.6 ≥ v = 20.81

满足要求。

5.2

注射压力的校核
注射压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需

要。注射机最大注射机最大注射压力应稍大于塑件成型需要的注射压力即:
p0 ≥ p

(5-2)

式中

p 0 —注射机的最大注射压力(mpa);

p —塑件成型所需的注射压力(mpa)。

故由上式得:123(mpa) ≥ 65(mpa)

满足要求。

19

5.3 模具与注塑机装模部位相关尺寸的校核
各种型号的注塑机安装部位的形状尺寸各不相同。设计模具时应校核的主 要项目有:喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板的平面尺寸和 模具安装用螺钉位置尺寸等。现校核如下: 1) 喷嘴直径:主流道始端口径 5mm>喷嘴孔直径 4mm;合乎要求。 2) 最大模厚与最小模厚的校核:从模具装配图中可以看出:模具厚度为 215mm (最小 130,最大 240),合乎要求。 3)、模板平面尺寸和模具安装用螺钉位置尺寸校核:动模座板和定模座板 的尺寸均是 240mm×200mm,均小于注塑机四根棱柱之间的尺寸值,合乎要求。

5.4 锁模力的校核
锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时,会在型腔内产生一个很大的力, 力图使模具分型面涨开,其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘 以型腔内塑料压力。作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力 F 即:
F0 ≥ F = P模 A分 × 100

(5-3)

式中 F0 —注射机的公称锁模力(N); P模 —模内平均压力(型腔内的溶体平均压力 mpa),一般为 30mpa; A分 —塑件、流到、浇口在分型面上的投影面积之和,mm3 ;
F —注射压力在型腔内所产生的作用力。

故由上式得: 400KN ≥ F =30×(29.3+8.6) ×100 400000N ≥ F =113700N 所以,锁模力合乎要求。

5.5

注射机开模行程校核

注塑机开模时的行程是有限的,取出制件所需要的开模距离必须小于注塑 机的最大开模距离。开模距离可分为两类情况校核:一是注塑机最大开模行程 与模厚无关;另一种是注塑机最小开模行程与模厚有关。我们的校核应该按照 第一种情况来校核,其校核依据为:
S ≥ H 1 + H 2 + H 3 + a + (5 ~ 10)

(5-4)

式中

S —注塑机最大开模行程(mm);

H 1 —塑件脱模(推出距离)距离(mm); H 2 —塑件高度,包括浇注系统在内(mm);
20

H 3 —锥形杆抽出距离(mm); a—取出凝料所需要的最短距离 (mm); 故由上式得: S ≥ 20+12+30+40+8 220mm ≥ 120mm 合乎要求。 到此,注塑机的各项相关工艺参数均已校核通过。 完成了模具设计的基本结构设计与计算校核过程。

21

第6 6.1

章 模具的绘图造型加工以及装配

绘制模具总装图和零件图
根据所设计的结构,和所计算的结构绘制二维草图进行结构分析,其结构

基本合理、确定设计方案后,应用 CAD 软件进行标准二维总装图的绘制。并依 据设计结构绘制个零部件的零件图。

6.2

软件的三维建模
在本设计中先后应用了 Pro/E4.0,UG4.0 进行三维造型,为后续的加工及

装配做了大量准备, 并能更加熟练的运用这两种然件进行模具设计与三维造型。

6.3

模具零件的加工
依据零件图及技术要求采用数空铣床进行手动编程对模具中的各块板进行

依次加工,铣床型号:青海一机数空机床有限公司 XK713;系统:FANUC Series Oi Mate-Tc。型芯、导柱等回转体采用普通车床进行车屑加工。

6.4

模具的装配

(1) 清理模板平面定位孔及模具安装表面上的污物、毛刺; (2) 因模具的外形尺寸不大,故采用整体安装法; (3) 采用有机玻璃专用胶对各块板进行胶; (4) 模具装好后,对其外表面进行擦拭即可。

22

结 论
历经近三个月的毕业设计即将结束,敬请各位老师对我的设计过程作最后 检查。在这次毕业设计中通过参考、查阅大量有关方面的资料、指导老师的悉 心指导和自己的努力终于较圆满的结束了大学的最后一课——毕业设计 本次毕业设计的题目是矿泉水瓶盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑 模具来生产矿泉水瓶盖塑件产品,以实现自动化提高产量。经以上设计分析, 本模具符合产品的工艺要求,模具结构满足加工及生产要求,经校核所设计模 具完全可以在所选注射机内成型塑件,其注射量、注射压力锁模力及开模行程 等均合乎要求。本次设计的难点在于塑件内需成型螺纹,故选择合适的脱模方 式与方法就显得由为重要,设计当中大胆采用分瓣式可涨缩型芯,通过型芯的 涨缩来实现塑件的成型与脱模。同时采用两侧限距拉板,在同一块拉板上完成 两次限距这也是在现有资料上少有的。以及本模具采用的点浇口、三次分型这 些都突破了常规模具设计的惯例,对成型内螺纹件的模具设计结构有了一个更 宽广的探索。 通过此次设计,使我对点浇口多双分型面模具的设计有了较深的认识。同 时,在设计过程中,通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等,结合教材上的 知识对注塑模具的组成结构(成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、 排气系统)有了系统的认识,并运用了 CAD、Pro/E、UG 等设计软件使我对软件 的使用更加熟练,拓宽了视野,丰富了知识,为将来独立完成模具设计积累了 一定的经验。 从陌生到接触,从了解到熟悉,这是每个人学习事物所必经的一般过程, 我对模具的认识过程亦是如此。经过三个月的努力,我相信这次毕业设计一定 能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号,为将来的事业奠定坚实的基础。

23

致 谢
在此次设计过程中得到了**教授的悉心指导和**老师的大力支持与指导在 后续的加工过程中得到了**的大力帮助在此一并表示由衷的感谢,同时还要感 谢学院、机电工程系给予我在这次毕业设计中实际加工做出产品的宝贵机会, 使我受益匪浅了解了更多书本上学不到的东西,真正做到了学以致用。在此, 对关心和指导过我的各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!

24

参 考 文 献
1 2 潭雪松等.新编塑料模具设计手册.人民邮电出版社,2007:11-25 中国模具工程大典编委会 李德群.中国模具工程大典第 3 卷塑料与橡胶模

具设计.电子工业出版社,2007.03:313-408 3 中国模具设计大典遍委会.中国模具设计大典第 2 卷轻工模具设计.江西科

学技术出版社,2003.09:322-363 4 塑料模具技术编委会.塑料模具技术手册.机械工业出版社,2005.05:

234-239 5 6 7 张玉龙.塑料品种与性能手册.化学工业出版社,2007.01:219-255 申开智.塑料模具设计与制造.化学工业出版社,2006.04:103-135 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.机械工业出版社,2007.08:183-231

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