矿泉水瓶瓶盖注塑模设计论文

前言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：1、瓶盖是带内螺纹的塑件要求设计时要充分考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。1.塑件的工艺分析1.1塑件的型工艺分析该塑料制品为瓶盖，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12mm，外径为28mm，壁厚1mm。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。且塑件本身壁厚较小、均匀，适合于大批大量的注塑模具生产。塑件图如下所示：塑件图：1.1.1壁厚分析塑件的壁厚对塑件质量的影响很大。壁厚过小，成型时熔融塑料流动阻力大，充模困难，特别是大型且形状复杂的塑件更为突出。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。查相关手册可知，该塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。因此，该塑件符合注塑模具成型的厚度条件。1.1.2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。塑件上的过渡圆弧对于模具制造也是必要的。在无特殊要求时，塑件连接处均应有不小于0.5～1mm的圆角。按照圆角的设计原则：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。本次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合生产实际来设计，根据现有的生产力状况以及条件设备，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。1.2塑件材料的选择及材料特性1.2.1材料的选择该塑件在尺寸上要求比较高,且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，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，综合上述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塑料LDPE（低密度聚乙烯）。1.2.2材料简介LDPE中文名：低密度聚乙烯英文名：Lowdensitypolyethylene聚乙烯（LDPE）是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。无毒、无味、呈乳白色。密度为0.94～0.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。其透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般使用温度约在80oC左右。能耐寒，在-60oC时仍有较好的力学性能，-70oC时仍有一定的柔软性。1.2.3成型特性结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位置。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。1.2.4综合性能压缩比：1.84~2.30热变形温度：1.88MPa----48oC0.46MPa----60~82oC抗拉屈服强度:22~39MPa拉伸弹性模量：0.84~0.95GPa弯曲强度：25~40MPa弯曲弹性模量：1.1~1.4GPa压缩强度：225MPa疲劳强度：11Mpa（107周）脆化温度：-701.2.5LDPE的注射工艺参数注射机类型：柱塞式喷嘴形式：直通式喷嘴温度：150~170oC料筒温度：前170~200oC后140~160oC模温：30~45oC注射压力：60~100Mpa保压力：40~50Mpa注射时间：0~5s保压时间：15~60s冷却时间：15~60s成型周期：40~140s2.注射设备的选择2.1估算塑件的体积和质量塑件的工作条件对精度要求较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P67表3-9）。外径:28mm壁厚:1mm内径:24mm壁厚:1mm由体积计算公式可计算得塑件的近似体积得:V塑=S*H=2.413cm3查得LDPE(低密度聚乙烯)密度约为:3/94.0cmg由公式vw代入数据可得塑件的质量为：W塑=V塑×r塑=2.27(g)。2.2选择注射机根据所选择的参数，初步估算浇注系统的:体积:V浇=8~9cm3。其质量约为：W浇=V浇×r塑=7.5~8.5g。S=(n×W塑+W浇)/0.8=17-18g。可以初步选项注射机型号为：XS-Z-60XS-Z-60注射机的技术规格如下:型号：XS-Z-60额定注射量(cm3)：60螺杆直径(mm)：38注射压力(MPa)：122注射行程（mm）：170注射时间（s）：0.7注射方式：柱塞式合模力kN）：500最大注射面积（cm2）：130最大开（合）模行程（mm）：180模具最大厚度（mm）：200模具最小厚度（mm）：70动、定模固定板尺寸（mm）：300×440喷嘴圆弧（mm）：12喷嘴孔径（mm）：4以上参数参见《塑料成型工艺及模具设计》第311页附录G，部分国产注射成型机的型号及技术参数。柱塞式注射机成型原理：先将粉状或粒状从注射机的料斗中送进配备加热装置的料筒中，塑化成熔融状态；然后，在柱塞的推动下，塑料熔体被压缩，并以极快的速度向前经喷嘴注入到模具型腔中，最后充满型腔的熔体经过保压、冷却而固华成塑件开模取出。如此即完成一个成型周期。柱塞式成型机中，塑料熔化成黏流态的热量主要由筒外部的加热器提供。在柱塞的平稳推动下，料流是一种平缓的滞流态势。料筒内同一横截面上不同径距的质点有着梯度变化的流速，结果靠料筒轴心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的温度分布也有差异，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的电热圈加热，所以温度高；而靠近轴心的料，因流动快，且又与料筒加热圈隔了一层热阻很大的塑料层，所以温度低。可见在柱塞式料筒内，塑料的塑化程度很不均匀。注射机的分类：按外形可分为：卧式、立式和直角式按传动方式可分为：机械式、液压式和液压、机械联合式按用途又可分为：通用型和专用型所选注射机的型号为：XS-Z-30，属于卧式通用型注射机。2.3模架的选择由《塑料成型工艺及模具设计》214-215页可知，我国注射模架标准有2个，即《注射模中小型模架及技术条件》（GB/T12556-1990）和《大型塑料注射模架》（GB/T12555-1990）,本次设计为中小型，选择A4型模架。根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占尺寸为64*64mm，又考虑凹模最小壁厚，导柱，导套的布置等，再同时参考4.12.4节中型标准模架的选型经验公式和表4-38，可以确定模架选用序号为5。2.3.1各模板尺寸的确定（1）A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高12mm，凹模嵌件深度为12mm，又考虑模板上还要开设冷却水道，需要留出足够距离，故A板厚度取32mm。（2）B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架标准板厚取25mm。（3）C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）mm=12+16+12.5+5~10=45.5~50.5mm，初步选C为50mm。经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定模架序号为5，板面为200mm172255。.2.3.2模架各尺寸的校核（1）模具平面尺寸440300255200mm，合格（2）模具高度尺寸188mm，70172200mm合格（3）模具开模行程S=H1+H2+(5~10)=20+32+5~10=57~62180mm,合格2.4最大注射压力校核LDPE的注射压力：60~100Mpa小于XS-Z-60注射机：注射压力(MPa)：122Mpa,所以符合要求。2.5最大注射量校核浇注系统体积为2.413*4+8~9=18~19cm3，而注射机额定注射量为60cm3，明显满足要求。2.6锁模力校核由表4-2知，型腔平均压力为25Mpa，A=25265.441422mm3分腔Ap252526=63.17KN，明显小于注射机合模力500Mpa，合格。3.塑料件的工艺尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸及位置尺寸，故零件的工作尺寸计算主要是凹模和凸模的尺寸计算。1、产生偏差的原因：①．塑料的成型收缩成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。σs=(Smax-Smin)×制品尺寸σs成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。Smax、Smin分别是制品的最大收缩率和制品的最小收缩率。②．成型零部件的模具制造偏差工作尺寸的制造偏差包括模具的加工偏差和装配偏差。加工偏差就是模具在制造过程中所产生的尺寸偏差，装配偏差主要是模具在分型面上的合模间隙以及组合模具的配合偏差。③．成型零部件的磨损成型零部件的摩损相对于精度要求不高的大型零部件来说，可以不考虑，但对于精度要求较高的小型零部件，就必须要对其进行考虑。3.1型腔尺寸本产品为LDPE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3.5％。平均收缩率s为2.5%,此产品采用6级精度，属于一般精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：3.1.1型腔径向尺寸（相关公式参见《塑料成型工艺及模具设计》第127页）mmLZZscpMSL12.00448.000046.28]48.02128%)5.21[(]21)1[()(3.1.2型腔深度尺寸3.2计算螺纹型芯的工作尺寸螺纹型芯大径：(dM大)0-δz=[(1+s¯)ds大+Δ中]0-δz螺纹型芯中径：(dM中)0-δz=[(1+s¯)ds中+Δ中]0-δz螺纹型芯