瓶蓋塑料模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、 瓶蓋塑料模具設(shè)計(jì)摘要1瓶蓋塑料模具設(shè)計(jì)1.1擬定模具的結(jié)構(gòu)形式1.1.1 塑件成型工藝性分析該塑件是一塑料瓶蓋，如圖1所示 ，塑件壁厚屬薄壁塑件，生產(chǎn)批量大，材料為聚乙烯（PE，在高密度聚乙烯中摻入了部分低密度聚乙烯，改善塑件的柔韌性），成型工藝性很好，可以注射成型。1.1.2 分型面位置的確定根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形式，分型面選在瓶蓋的底平面，如圖2所示。1.1.3 確定型腔數(shù)量和排列方式(1) 型腔數(shù)量的確定該塑件精度要求不高，又是大批大量生產(chǎn)，可以采用一模多腔的形式。考慮到模具制造費(fèi)用，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低一些，初定為一模八腔的模具形式。(2) 型腔排列形式的確定該塑件有兩圈內(nèi)螺紋，要使螺紋型芯從塑件上

2、脫出，必須設(shè)計(jì)一套自動(dòng)螺紋的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且型腔的分布圓直徑和齒輪分布圓直徑相吻合，若采用一模八腔，型腔分布圓直徑就相當(dāng)大了，這樣模具結(jié)構(gòu)尺寸就比較大，加上齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)用也很高。但該塑件螺紋的牙型不高，且呈圓弧形牙，內(nèi)側(cè)突起與直徑的比例約為5.26%（100% = 5.26%）。因?yàn)樗貌牧蠟榫垡蚁牧蠌椥阅Ａ勘容^小，材質(zhì)硬度不高，課采取強(qiáng)制脫模的方式，這也是注塑廠成型這種類型瓶蓋的常用方法。因此本設(shè)計(jì)采用推件板推出的強(qiáng)制推脫方法，型腔的排列方式采用雙列直排，如圖2所示。1.1.4 模具結(jié)構(gòu)形式的確定從上面分析中可知，本模具擬采用一模八腔，雙列直排，推件板推出，流道采

3、用平衡式，澆口采用潛伏式澆口或側(cè)澆口，定模不需要設(shè)置分型面，動(dòng)模部分需要一塊型芯固定板和支撐板，因此基本上可確定模具結(jié)構(gòu)形式為A型帶推件板的單分型面注射模。1.1.5 注射機(jī)型號的選定(1) 注射量的計(jì)算通過計(jì)算或Pro/E建模分析，塑件質(zhì)量m為2.8g，塑件體積V= = 3.077cm,流道凝料的質(zhì)量m還是個(gè)未知數(shù)，課按塑件質(zhì)量的0.6倍來估算。從上述分析中確定為一模八腔，所注射量為M = 1.6nm = 1.6 82.8 = 35.84g 。(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計(jì)算流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A,在模具設(shè)計(jì)前是個(gè)未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析，

4、A是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A的0.2倍0.5倍，因此可用0.35nA來進(jìn)行估算，所以A = nA + A = nA + 0.35nA = 1.35nA = 8412.336mm式中A= d = 0.785 31.5 = 778.92mm 。F = Ap= 8412.336 30 = 252370N = 252.37KN式中型腔壓力p取30MPa(因是薄壁塑件，澆口又是潛伏式澆口，壓力損失大，取大一些)。(3) 選擇注射機(jī)根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計(jì)算值，可選用SZ-60/450臥式注射機(jī)(上海第一塑料機(jī)械廠)，見表1。表1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)理論注射容量/cm78模鎖力/KN45

5、0螺桿直徑/mm30拉桿內(nèi)間距/mm280250注射壓力/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螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)14200定位孔直徑/mm55噴嘴球半徑/mm20噴嘴孔直徑/mm3.5鎖模方式雙曲肘 (4) 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 由注射機(jī)料筒塑化速率校核模具的型腔數(shù)n 。n=43.2>>8,型腔數(shù)校核合格。式中k注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8； M注射機(jī)的額定塑化量（5.6g/s）; t成型周期，取30s 。 注射壓力的校核。pkp = 1.3130 = 169MPa,而p= 17

6、0MPa,注射壓力校核合格。式中k取1.3； p取130MPa(屬薄壁窄澆口類)。 鎖模力校核。F KAp= 1.2 252.37 = 302.84kN,而F = 450kN，鎖模力校核合格。其他安裝尺寸的校核要待模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定以后才可進(jìn)行。1.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.2.1 主流道設(shè)計(jì)(1) 主流道尺寸根據(jù)所選注射機(jī)，則主流道小端尺寸為d = 注射機(jī)噴嘴尺寸 + （0.51）= 3.5+0.5 = 4mm主流道球面半徑為SR = 噴嘴球面半徑 + （12）= 20 + 2 = 22mm(2)主流道襯套形式本設(shè)計(jì)雖然是小型模具，但為了便于加工和縮短主流道長度，襯套和定位圈還是設(shè)計(jì)成分體式

7、，主流道長度取40mm，約等于定模板的厚度（見圖3）。襯套如圖5所示，材料采用T10A鋼，熱處理淬火后表面硬度為53HRC57HRC 。(3) 主流道凝料體積q = (D + Dd + d) = (6.1 + 6.1 4 + 4) = 812mm0.8cm(4) 主流道剪切速率校核由經(jīng)驗(yàn)公式 = = 1840.19 = 1840s < 5 10s式中 q = q+ q+ q= 0.8 + 2.772 + 83.077 = 28.188cmR = = = 0.2525cm主流道剪切速率偏小主要是注射量小、噴嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。1.2.2 分流道設(shè)計(jì)(1) 分流道布置形式分流道

8、應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經(jīng)分流道均衡的分配到各個(gè)型腔，因此，采用平衡式分流道，如圖4所示。(2) 分流道長度第一級分流道 L = 50mm第二級分流道 L = 10mm第三級分流道 L = 15.5mm(3) 分流道的形狀、截面尺寸以及凝料體積 形狀及截面尺寸。為了便于機(jī)械加工及凝料脫模，本設(shè)計(jì)的分流道設(shè)置在分型面上定模一側(cè)，截面形狀采用加工工藝性比較好的梯形截面。梯形截面對塑料熔體及流動(dòng)阻力均不大，一般采用下面經(jīng)驗(yàn)公式來確定截面尺寸，即B = 0.2654·= 0.2654= 1.996mm根據(jù)參考文獻(xiàn)1取B = 4mm 。H = B = 4 =

9、 2.67mm ,取H = 3mm分流道L截面形狀如圖5所示。從理論上L、L分流道可比L截面小10%，但為了刀具的統(tǒng)一和加工方便，在分型面上的分流道采用一樣的截面。 凝料體積。分流道長度 L =（50 + 10 2 + 15.5 4）2 = 264mm分流道截面積 A = 3 = 10.5mm凝料體積 q= 264 10.5 = 2772mm = 2.772cm(4) 分流道剪切速率校核采用經(jīng)驗(yàn)公式 = = 2.39 10S在510510之間，剪切速率校核合格。式中q = = = 4 3.077 = 12.3cmR= = 0.1755cm式中 t注射時(shí)間，取1s;A梯形面積（0.105cm）;

10、c梯形周長（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，如圖5所示。1.2.3 澆口的設(shè)計(jì)根據(jù)外部特征，外觀表面質(zhì)量要求比較高，應(yīng)看不到明顯的澆口痕跡，圓周上布滿了防滑直紋，因此采用潛伏式澆口，在開模時(shí)澆口自行剪斷，幾乎看不到澆口的痕跡。對于這類小型薄壁塑件，幾乎所有工廠都是這樣做的（個(gè)別工廠在蓋的頂部采用點(diǎn)澆口），若采用側(cè)澆口，不太符合工程實(shí)踐。(1) 潛伏式澆口尺寸的確定由經(jīng)驗(yàn)公式得 d = nk = 0.6 0.272 = 1.1mm式中 A = + r= 2.69.456

11、mm(塑件的表面積)； n塑料材料系數(shù)取0.6； k塑件壁厚的函數(shù)值取0.272 。澆口截面形狀如圖6所示，澆口先取0.8，在試模式根據(jù)填充情況再進(jìn)行調(diào)整。(2)澆口剪切速率的校核由點(diǎn)澆口的經(jīng)驗(yàn)公式得 = = = 61244.488s= 6.1 10s為10s10s,剪切速率校核合格。1.2.4 冷料穴的設(shè)計(jì)(1) 主流道冷料穴如圖7所示，采用半球形，并采用球形頭拉料桿，該拉料桿固定在動(dòng)模固定板上，開模時(shí)利用凝料對球頭的包緊力使主流道凝料從主流道襯套中脫出。(2) 分流道冷料穴在分流道端部加長5mm(約1.5d)作分流道冷料穴。1.3 成型零件的設(shè)計(jì)模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成

12、型零件。在本設(shè)計(jì)中成型零件就是成型蓋外表面的凹模，成型內(nèi)表面的螺紋型芯(凸模)。1.3.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 凹模（型腔）瓶蓋圓周上均勻分布著防滑直紋，若凹模制成整體式，則直紋用機(jī)械加工方法很困難(沒有退刀位置)，若制成一個(gè)電極來加工防滑直紋，成本也比較高。整體模板都要用價(jià)格較貴重的模具鋼，維修也不方便。因此，瓶蓋圓周部分若采用局部嵌入式凹模，上述存在的問題能夠很方便地得到解決，如圖8所示，嵌件外徑尺寸按經(jīng)驗(yàn)，取44mm(壁厚7mm)。(2) 型芯型芯是一個(gè)帶有兩圈螺紋的、且牙型不高的整體式型芯，如圖9所示。1.3.2 成型零件鋼材的選用瓶蓋是大批量生產(chǎn)，成型零件所選用鋼材耐磨性和抗疲勞

13、性能應(yīng)該良好；機(jī)械加工性能和拋光性能也應(yīng)良好。因此構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用SM1 。定模板構(gòu)成瓶蓋頂部花紋、文字部分，成型時(shí)有料流的沖刷，但沒有脫模時(shí)塑件的摩擦，因此采用55鋼調(diào)質(zhì)(定模板材質(zhì)可和模架廠協(xié)商)。螺紋型芯因?yàn)槭遣捎脧?qiáng)制脫模，磨損比較厲害，采用硬度比較高的模具鋼Gr12MoV,淬火后表面硬度為58HRC62HRC。1.3.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算(1)型腔徑向尺寸L= (1 + s)L-= 31.9860式中 s塑件平均收縮率s = =0.025; L塑件外徑尺寸（取31.5）； 修正系數(shù)（取0.58）； 塑件公差值（查塑件公差表，取0.52）； 制造公差，(取/5)。（2）

14、螺紋型芯徑向尺寸 螺紋型芯大徑d= (1 + s)d+ = 28.85式中 d塑件內(nèi)螺紋大徑基本尺寸（取28）； 塑件內(nèi)螺紋中徑公差（取制造公差的5倍）; 中徑制造公差，根據(jù)參考文獻(xiàn)1中的表9.4-10（取0.03）。 螺紋型芯小徑d= (1 + s)d+ = 27.415式中d塑件內(nèi)螺紋小徑基本尺寸（取26.6）。 螺距工作尺寸T= t(1 + s) = 4.61 0.015式中t塑件內(nèi)螺紋螺距（取4.5）。(3) 型腔深度尺寸H= (1 + s)h - = 18.72式中 h塑件高度最大尺寸（取18.5）；修正系數(shù)（取0.56）；塑件公差值，查塑件公差表（取0.44）。(4)型芯高度尺寸h

15、= (1 + s)H + = 17.657式中H塑件高度最小尺寸（取17）；修正系數(shù)（取0.58）；塑件公差值，查塑件公差表（取0.40）。注：瓶蓋螺紋是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)型螺紋，螺距4.5，牙型高度比較小，在螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，適合于強(qiáng)制脫模，所以螺紋中徑和標(biāo)準(zhǔn)相差很大，就不做計(jì)算了，瓶蓋在使用中滿足要求。1.3.4 成型零件強(qiáng)度及支撐板厚度計(jì)算(1) 型腔側(cè)壁厚度（按組合式圓筒形凹模計(jì)算）S = r= 15.75（）= 18.24mm式中 p型腔壓力（取30MPa）; E材料彈性模量（取2.110MPa）;根據(jù)注射塑料品種，模具剛度計(jì)算許用變形量。 = 25 = 250.6232 = 15.58

16、81;m0.016mm式中 = 0.35W + 0.001W = 0.35 15.75 + 0.00115.75 = 0.6232µm; W型腔半徑。型腔側(cè)壁是采用嵌件，嵌件單邊厚選7mm,兩型腔之間受力是大小相等、方向相反的，在和模狀態(tài)下不會產(chǎn)生變形，因此兩型腔之間壁厚只要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的條件就可以了。型腔與模板周邊的距離由模板外形尺寸來確定，因模板平面尺寸比型腔布置的尺寸要大得多（200-115）/2 = 42.5 > 18.24）,所以完全滿足強(qiáng)度和剛度的要求。(2) 支撐板厚度支撐板厚度和所選模架兩墊塊之間的跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布置，模架應(yīng)選在200250這個(gè)大類范圍

17、之內(nèi)，墊塊之間的跨度大約為140mm,根據(jù)型腔布置及型芯對支撐板的壓力，就可計(jì)算得到支撐板的厚度，即T = 0.54L（）= 0.54 140（）= 35.5mm式中支撐板剛度計(jì)算許用變形量，= 25 = 251.08 = 27µm = 0.027mm, = 0.35 W + 0.001 W = 0.35 140 + 0.001 140 = 1.08µm； L兩墊塊之間的距離（約為140）； W影響模具變形的最大尺寸，若圓筒形是r或h,若矩形是L； L支撐板長度，取250mm;、8個(gè)型芯投影到支撐板上的面積。單件型芯所受壓力的面積為A = d = 0.785 28 = 61

18、5.44mm8個(gè)型芯的面積為 = 8 A = 4923.52 mm此支撐板厚度計(jì)算尺寸為35.5，對于小型模具還可以減小一點(diǎn)，可利用兩根推板導(dǎo)柱來對支撐板進(jìn)行支撐，這樣支撐板厚度可近似為 = = () 35.5 = 14mm因此，支撐板厚度可取得稍薄一點(diǎn)，取標(biāo)準(zhǔn)厚度32 。1.4 模架的確定根據(jù)型腔的布局可看出，型腔嵌件分布尺寸為115 195，有根據(jù)型腔側(cè)壁最小厚度為18.24，再考慮到導(dǎo)柱、導(dǎo)套及連接螺釘布置應(yīng)占的位置和采用推件板推出等各方面問題，確定選用模架序號為5號（200 L = 200 250），模架結(jié)構(gòu)為A4的形式，如圖10所示。各模板尺寸的確定。1. A板尺寸A板是定模型腔板，

19、塑件高度18.5，在模板上還要開設(shè)冷卻水道，冷卻水道離型腔應(yīng)有一定的距離，因此A板厚度取40mm。2. B板尺寸B板是凸模（型芯）固定板，凸模的成型部分直徑為28，因此B板厚度取32mm。3. C板塊尺寸墊塊 = 推出行程 + 推板厚度 + 推桿固定板厚度 + （510）= 18.5 + 20 + 15 +（510）=58.563.5 根據(jù)計(jì)算，墊塊厚度C取63。上述尺寸確定之后，就可以確定模架序號為5號，模面為200 250，模架結(jié)構(gòu)形式為A4的標(biāo)準(zhǔn)模架。從選定模架可知，模架外形尺寸：寬 長高 = 200 250 237。模具平面尺寸200 250 < 280 250（拉桿間距），合格

20、；模具高度237,100 < 237 < 300合格；模具開模所需行程 = 17.6（型芯高度）+ 18.5（塑件高度）+（510）= （41.146.1）< 200（注射機(jī)開模行程），合格；其他各參數(shù)在前面校核均合格，所以本模具所選注射機(jī)完全滿足使用要求。1.5 排氣槽的設(shè)計(jì)瓶蓋成型型腔比較小，約為3.1cm,注射時(shí)間約為1s,采用的是潛伏澆口向型腔頂部傾斜，塑料熔體先充滿型腔頂部，然后充滿周邊下部，這樣型腔頂部不會造成憋氣現(xiàn)象，氣體會沿著分型面和型芯與推件之間的軸向間隙向外排出。如果對于中大型塑件一定要通過計(jì)算，開設(shè)一定量的排氣槽，方可保證產(chǎn)品質(zhì)量。1.6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)推件板推出過程中，為了減小推件板與型芯的摩擦，采用如圖11所示結(jié)構(gòu)，推件板與型芯間留0.2mm0.25mm的間隙，本設(shè)計(jì)中取0.2mm,并用錐面配合，以防止推件板因偏小而板溢料。1.7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只進(jìn)行簡單的計(jì)算，在單位時(shí)間內(nèi)塑料熔體凝固時(shí)所放出的熱量應(yīng)等于冷卻