矿泉水

矿泉水瓶盖的模具设计 班级：08成型及其控制 组员：刘宝龙、张顺明 零件名称：矿泉水瓶盖 设计要求： 生产批量：中小批量 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。塑件图如下所示： 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±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。 一、塑件的分析 瓶盖形状见上面三个图，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。其它综合性能见下表： 性能 指数 性能 指数 密度/g.cm-3 0.9-0.91 硬度（R） 95-105 吸水率/% 0.03-0.04 热变形温度/°C 56-67 成型收缩率/% 1.0-2.0 拉伸强度/%Map 30-39 脆性温度°C -35 弯曲强度/Mpa 42-56 伸长率/% ﹥200 压缩强度/Mpa 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；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。 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 ；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。 二、计算塑件的体积和质量 （1）制品的体积计算： V总=V1-V2 V总= ·r2·h1- ·r2·h2 V总=3.14×1.52×1.2-3.14×1.32×1 V总 =8.47-5.3 V总 =3.17 cm3 （2）制品的质量计算： M=ρ·V M=0.9×3.17=2.85g/cm3 三、塑件注射工艺参数的确立 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。 最小壁厚与流程的关系： 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。 2、拔模斜度 根据聚丙烯的拔模斜度选择可知本塑件采用：外表面30′-50′；内表面35′-1°的脱模斜度，满足要求。 3、圆角 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。本塑件参考设计手册，定为1mm。 4、螺纹设计 本塑件采用普通米制可满足（1）保证塑件螺纹顺利脱模；（2）保证塑件及螺纹的强度；两条原则。 5、尺寸精度 （1）查表得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 主要是如下五个方面因素综合作用的结果。 式中 —因采用的成型收缩率不准确引起的制品尺寸误差； —因制品的成型收缩波动引起的制品尺寸误差； —模具成型零件的制造偏差； —成型零件的磨损引起的制品尺寸误差； —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 换算后 式中 —室温时模具成型零件的尺寸； —室温时制品的尺寸。 2）成型零件的制造偏差 在实际生产中，一般要 不大于制品尺寸公差 的 ，模具成型零件工作尺寸的公差 ，由模具精度等级和尺寸段决定，工作尺寸越大，实际制造偏差越大，其相应的制造公差 也越大。 与 的关系：塑件基本尺寸0-50， / = 。 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 不大于制品尺寸允许的误差 ，即 。 四、注射模的结构设计 1、确定型腔的数目及排列方式 （1）分型面的选择 根据分型面选择的原则，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。 （2）确定型腔的数目及排列方式 为了提高生产率，保证塑件精度，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）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,生产批量为中小批量，故此型腔数初选4个。 （3）型腔排列方式的确定 根据型腔形式的选择，要求平衡、均匀、稳定、对 称等因素，本设计中由于采用四腔可设计成平衡式 排列方式，采用排列方式如图： 2、浇注系统设计 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。 （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： 式中 D—主流道大端直径（mm）； V—流经主流道的溶体容积； 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。 （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： 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）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右图： 3、脱模机构的设计 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。 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。 4、成型结构设计 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。 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）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。 4）、限距拉板机构设计 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 h=2 12=24, 因此 ≥26。 限距拉班的长度 s=45+45+20+30+20=160mm 限距拉板的宽度 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。 五、模具设计的有关计算 1、塑料注射机参数 查热塑性塑料注射机型号和主要技术规格，根据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 注射机基本参数 螺杆直径（mm） 30 实际注射量(g) 68 塑化能力(g/s) 8.3 注射速率(g/s) 78 注射压力(mpa) 123 螺杆转速(r/min) 40-250 螺杆行程(mm) 110 锁模力(KN) 400 模板行程(mm) 220 模具最小厚度(mm) 130 模具最大厚度(mm) 240 最大开距(mm) 460 模板尺寸(mm) 410 390 顶出行程(mm) 40 喷嘴球半径(mm) SR18 喷嘴空直径(mm) 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 3、型腔和型芯工作尺寸计算 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 式中： —凹模径向名义尺寸（最小尺寸）； —所采用的塑料平均成形收缩率，取1.5%； —制品的名义尺寸（最大尺寸）； —修正系数，x=0.5（精度不高时）； —模具制造公差，（取0.84 mm）； —制品公差，（负偏差）。 2）型芯径向尺寸 式中： —制品名义尺寸（最小尺寸）; 3)凹模深度尺寸 4）型芯高度尺寸 其余局部尺寸按照收缩率相应地缩放。 4、凹模型腔侧壁厚度和底板厚度计算 （1）侧壁厚度的计算 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 ； —系数，查得 =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 。 设计中P=30 mpa E=2.2 10 h=1.2cm y=0.005cm c=0.8 =0.75 = =0.53cm 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 的计算 式中 —凹模底部的厚度（cm）； —凹模型腔的短边长度（cm）； —凹模底部中央允许的弹性变形量（cm）； = =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。 六、注射机有关参数的校核 1、最大注射量的校核 由 得： 　　　　　　满足要求。 2、注射压力的校核 由 ： —注射机的最大注射压力（mpa）； —塑件成型所需的注射压力（mpa）。 得：123（mpa） 65（mpa） 满足要求。 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。 4、锁模力的校核 由式子 式中 —注射机的公称锁模力（N）； —模内平均压力（型腔内的溶体平均压力mpa）,一般为30mpa； —塑件、流到、浇口在分型面上的投影面积之和,mm3 ； —注射压力在型腔内所产生的作用力。 得: 400KN =30×(29.3+8.6) ×100 400000N =113700N 所以，锁模力合乎要求。 5、注射机开模行程校核 依据： 式中 —注塑机最大开模行程(mm)； —塑件脱模（推出距离）距离（mm）； —塑件高度，包括浇注系统在内（mm）； —锥形杆抽出距离（mm）； a—取出凝料所需要的最短距离 （mm）； 得： 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。 七、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