瓶盖模具设计

1瓶盖塑料模具设计摘要1瓶盖塑料模具设计1.1拟定模具的结构形式1.1.1塑件成型工艺性分析该塑件是一塑料瓶盖，如图1所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量大，材料为聚乙烯（PE，在高密度聚乙烯中掺入了部分低密度聚乙烯，改善塑件的柔韧性），成型工艺性很好，可以注射成型。1.1.2分型面位置的确定根据塑件结构形式，分型面选在瓶盖的底平面，如图2所示。1.1.3确定型腔数量和排列方式(1)型腔数量的确定该塑件精度要求不高，又是大批大量生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用，设备运转费低一些，初定为一模八腔的模具形式。(2)型腔排列形式的确定该塑件有两圈内螺纹，要使螺纹型芯从塑件上脱出，必须设计一套自动螺纹的齿轮传动结构，并且型腔的分布圆直径和齿轮分布圆直径相吻合，若采用一模八腔，型腔分布圆直径就相当大了，这样模具结构尺寸就比较大，加上齿轮传动系统，模具结构复杂，制造费用也很高。但该塑件螺纹的牙型不高，且呈圆弧形牙，内侧突起与直径的比例约为5.26%（6.266.2628100%=5.26%）。因为所用材料为聚乙烯，材料弹性模量比较小，材质硬度不高，课采取强制脱模的方式，这也是注塑厂成型这种类型瓶盖的常用方法。因此本设计采用推件板推出的强制推脱方法，型腔的排列方式采用双列直排，如图2所示。1.1.4模具结构形式的确定从上面分析中可知，本模具拟采用一模八腔，双列直排，推件板推出，流道采用平衡式，浇口采用潜伏式浇口或侧浇口，定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支撑板，因此基本上可确定模具结构形式为A型带推件板的单分型面注射模。1.1.5注射机型号的选定(1)注射量的计算通过计算或Pro/E建模分析，塑件质量m1为2.8g，塑件体积V1=1m=91.08.2=3.077cm3,流道凝料的质量m2还是个未知数，课按塑件质量的0.6倍来估算。从上述分析中确定为一模八腔，所注射量为M=1.6nm1=1.682.8=35.84g。(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2,在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，2A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=8412.336mm2式中A1=4d2=0.78531.52=778.92mm2。Fm=Ap型=8412.33630=252370N=252.37KN式中型腔压力p型取30MPa(因是薄壁塑件，浇口又是潜伏式浇口，压力损失大，取大一些)。(3)选择注射机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用SZ-60/450卧式注射机(上海第一塑料机械厂)，见表1。表1注射机主要技术参数理论注射容量/cm378模锁力/KN450螺杆直径/mm30拉杆内间距/mm280250注射压力/MPa170移模行程/mm220注射速率/(g/s)60最大模厚/mm300塑化能力/(g/s)5.6最小墨厚//mm100螺杆转速/(r/min)14～200定位孔直径/mm55喷嘴球半径/mm20喷嘴孔直径/mm3.5锁模方式双曲肘(4)注射机有关参数的校核①由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。n123600/mmkMt=8.28.286.03600/3036006.58.0=43.28,型腔数校核合格。式中k──注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；M──注射机的额定塑化量（5.6g/s）;t──成型周期，取30s。②注射压力的校核。pek'p0=1.3130=169MPa,而pe=170MPa,注射压力校核合格。式中k'──取1.3；p0──取130MPa(属薄壁窄浇口类)。③锁模力校核。FKAp型=1.2252.37=302.84kN,而F=450kN，锁模力校核合格。其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。31.2浇注系统的设计1.2.1主流道设计(1)主流道尺寸根据所选注射机，则主流道小端尺寸为d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=3.5+0.5=4mm主流道球面半径为SR=喷嘴球面半径+（1～2）=20+2=22mm(2)主流道衬套形式本设计虽然是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取40mm，约等于定模板的厚度（见图3）。衬套如图5所示，材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC～57HRC。(3)主流道凝料体积q主=12h(D2+Dd+d2)=1240(6.12+6.14+42)=812mm30.8cm3(4)主流道剪切速率校核由经验公式.=33.3nRq=1840.19=1840s15103s1式中q=q主+q分+q塑件=0.8+2.772+83.077=28.188cm3Rn=22/)1.64(=205.5=0.2525cm主流道剪切速率偏小主要是注射量小、喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。1.2.2分流道设计(1)分流道布置形式分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，如图4所示。(2)分流道长度第一级分流道L1=50mm第二级分流道L2=10mm第三级分流道L3=15.5mm(3)分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积①形状及截面尺寸。为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上定模一侧，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，一般采用下面经验公式来确定截面尺寸，即B=0.2654m·4L=0.265448.250=1.996mm根据参考文献[1]取B=4mm。4H=32B=324=2.67mm,取H=3mm分流道L1截面形状如图5所示。从理论上L2、L3分流道可比L1截面小10%，但为了刀具的统一和加工方便，在分型面上的分流道采用一样的截面。②凝料体积。分流道长度L=（50+102+15.54）2=264mm分流道截面积A=2343=10.5mm2凝料体积q分=26410.5=2772mm3=2.772cm3(4)分流道剪切速率校核采用经验公式=33.3nRq=2.39103S1在5102～5103之间，剪切速率校核合格。式中q=tv=141v=43.077=12.3cm3Rn=322cA=0.1755cm式中t──注射时间，取1s;A──梯形面积（0.105cm2）;c──梯形周长（1.3cm）。(5)分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8µm～1.6µm即可，在此取1.6µm，如图5所示。1.2.3浇口的设计根据外部特征，外观表面质量要求比较高，应看不到明显的浇口痕迹，圆周上布满了防滑直纹，因此采用潜伏式浇口，在开模时浇口自行剪断，几乎看不到浇口的痕迹。对于这类小型薄壁塑件，几乎所有工厂都是这样做的（个别工厂在盖的顶部采用点浇口），若采用侧浇口，不太符合工程实践。(1)潜伏式浇口尺寸的确定由经验公式得d=nk4A=0.60.2724A=1.1mm式中A=dh+r2=2.69.456mm2(塑件的表面积)；n──塑料材料系数取0.6；k──塑件壁厚的函数值取0.272。浇口截面形状如图6所示，浇口先取0.8，在试模式根据填充情况再进行调整。(2)浇口剪切速率的校核由点浇口的经验公式得5.=34Rq=3)04.0(14.3077.34=61244.488s1=6.1104s1.为104s1～105s1,剪切速率校核合格。1.2.4冷料穴的设计(1)主流道冷料穴如图7所示，采用半球形，并采用球形头拉料杆，该拉料杆固定在动模固定板上，开模时利用凝料对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。(2)分流道冷料穴在分流道端部加长5mm(约1.5d0)作分流道冷料穴。1.3成型零件的设计模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。在本设计中成型零件就是成型盖外表面的凹模，成型内表面的螺纹型芯(凸模)。1.3.1成型零件的结构设计(1)凹模（型腔）瓶盖圆周上均匀分布着防滑直纹，若凹模制成整体式，则直纹用机械加工方法很困难(没有退刀位置)，若制成一个电极来加工防滑直纹，成本也比较高。整体模板都要用价格较贵重的模具钢，维修也不方便。因此，瓶盖圆周部分若采用局部嵌入式凹模，上述存在的问题能够很方便地得到解决，如图8所示，嵌件外径尺寸按经验]2[，取44mm(壁厚7mm)。(2)型芯型芯是一个带有两圈螺纹的、且牙型不高的整体式型芯，如图9所示。1.3.2成型零件钢材的选用瓶盖是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好；机械加工性能和抛光性能也应良好。因此构成型腔的嵌入式凹模钢材选用SM1。定模板构成瓶盖顶部花纹、文字部分，成型时有料流的冲刷，但没有脱模时塑件的摩擦，因此采用55钢调质(定模板材质可和模架厂协商)。螺纹型芯因为是采用强制脱模，磨损比较厉害，采用硬度比较高的模具钢Gr12MoV,淬火后表面硬度为58HRC～62HRC。1.3.3成型零件工作尺寸的计算(1)型腔径向尺寸LM=[(1+s)Ls-]z0=31.9860104.00式中s──塑件平均收缩率s=2035.0015.0=0.025;Ls──塑件外径尺寸（取31.5）；──修正系数（取0.58）；──塑件公差值（查塑件公差表，取0.52）；z──制造公差，(取/5)。（2）螺纹型芯径向尺寸6①螺纹型芯大径d大M=[(1+s)d大s+中]oz=28.85003.0式中d大s──塑件内螺纹大径基本尺寸（取28）；中──塑件内螺纹中径公差（取制造公差z的5倍）;z──中径制造公差，根据参考文献[1]中的表9.4-10（取0.03）。②螺纹型芯小径d小M=[(1+s)d小s+中]oz=27.415003.0式中d小s──塑件内螺纹小径基本尺寸（取26.6）。③螺距工作尺寸TM=tS(1+s)2z=4.610.015式中tS──塑件内螺纹螺距（取4.5）。(3)型腔深度尺寸HM=[(1+s)h-]0z=18.72088.00式中h──塑件高度最大尺寸（取18.5）；──修正系数（取0.56）；──塑件公差值，查塑件公差表（取0.44）。(4)型芯高度尺寸hm=[(1+s)H+]0z=17.6570080.0式中H──塑件高度最小尺寸（取17）；──修正系数（取0.58）；──塑件公差值，查塑件公差表（取0.40）。注：瓶盖螺纹是一个非标准型螺纹，螺距4.5，牙型高度比较小，在螺纹结构设计上，适合于强制脱模，所以螺纹中径和标准相差很大，就不做计算了，瓶盖在使用中满足要求。1.3.4成型零件强度及支撑板厚度计算(1)型腔侧壁厚度（按组合式圆筒形凹模计算）]1[S=r(rpErpEpp25.175.0)21=15.75（3075.1525.1101.2016.03075.1575.0101.2016.055）21=18.24mm式中p──型腔压力（取30MPa）;E──材料弹性模量（取2.1105MPa）;P──根据注射塑料品种，模具刚度计算许用变形量。7P=25i1=250.6232=15.58µm0.016mm式中i1=0.35W51+0.001W=0.3515.7551+0.00115.75=0.6232µm;W──型腔半径。型腔侧壁是采用嵌件，嵌件单边厚选7mm,两型腔之间受力是大小相等、方向相反的，在和模状态下不会产生变形，因此两型腔之间壁厚只要满足结构设计的条件就可以了。型腔与模板周边的距离由模板外形尺寸来确定，因模板平面尺寸比型腔布置的尺寸要大得多（（200-115）/2=42.518.24）,所以完全满足强度和刚度的要求。(