礦泉水瓶蓋的熱流道注塑模設(shè)計(jì)

1、第 23卷 第 12期 中 國(guó) 塑 料 Vol. 23,No. 12 2009年 12月 CHINA PLASTICS Dec. , 2009礦泉水瓶蓋的熱流道注塑模設(shè)計(jì)匡唐清 1, 李樹(shù)楨 1, 廖直梁 2(1. 華東交通大學(xué)載運(yùn)工具與裝備省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 江西 南昌 330013;2. 富士康科技集團(tuán) , 廣東 深圳 518109摘 要 :針對(duì)礦泉水瓶蓋生產(chǎn)批量大 、 尺寸小 、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn) , 設(shè)計(jì)了 1模 32腔的礦泉水瓶蓋熱流道注塑模 。 采用模流分析技術(shù) , 通過(guò)最佳澆口位置分析確定了以制件頂面中心為澆口 ; 通過(guò)成型窗口分析確定了制件成型工藝參數(shù)組合為 :模溫

2、 60 、 料溫 220 、 注射時(shí)間 4s ; 通過(guò)充填分析查看了制品充填的品質(zhì)及對(duì)注射壓力 、 鎖模力的需求 , 由此輔助模具設(shè)計(jì)及成型工藝參數(shù)設(shè)置 ; 詳細(xì)闡述了熱流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及順序脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理 。 實(shí)踐表明 , 該模具動(dòng)作可靠 、 生產(chǎn)效率高 、 產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定 。關(guān) 鍵 詞 :礦泉水瓶蓋 ; 注塑模 ; 計(jì)算機(jī)輔助工程 ; 熱流道 ; 順序脫模中圖分類號(hào) :TQ320. 66+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :100129278(2009 1220092205Design of H ot Runner Injection LidsKUAN G Tang 21, 2li

3、ang 2(1. Key Laboratory of , East China Jiaotong University , Tech. Group , Inc. , Shenzhen 518109, China Abstract :runner injection mould for bottle lids was designed based on CAD/CA E. The top 2 center of t he lid was selected as t he gate locatio n. A set of optimal parameters were determined via

4、 molding window analysis , i. e. , mold temperat ure 60 , melt temperat ure 220 , and injection time 0. 4s. The key issues in t he design of t he hot runner system , t he st ruct ure and movement p rinciple of sequential demoulding mechanism were introduced in details. The effect s of injection p re

5、ssure and clamping force on t he filling quality were examined to improve t he design.K ey w ords :mineral water bottle lid ; injectio n mould ; comp uter aided engineering ; hot runner ; se 2 quential demoulding mechanism 隨著人們生活水平的提高 , 飲料行業(yè)得到高速發(fā) 展 , 對(duì) PET 瓶的需求不斷擴(kuò)大 , 其瓶蓋的需求量也隨 之?dāng)U大 。瓶蓋體積雖然不大 , 但結(jié)構(gòu)比較復(fù)

6、雜 , 有螺 紋 、 防盜圈等結(jié)構(gòu) , 同時(shí)還有一些嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo) , 如 密封性能 、 開(kāi)啟扭矩 、 線上封蓋性能等 。因此 , 要生產(chǎn) 出合格的瓶蓋 , 對(duì)模具有很高的精度要求 , 特別是多 腔模 (32腔以上 , 由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 制作精度高 , 目前 少有國(guó)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)模具 , 多數(shù)模具從國(guó)外高價(jià)進(jìn)口 。為 此 , 精密模具制造已是我國(guó)當(dāng)前鼓勵(lì)發(fā)展的高新技術(shù) 產(chǎn)業(yè)之一 。收稿日期 :2009207214江西省自然科學(xué)基金 (2007GQC0864在礦泉水瓶蓋的多腔注塑模設(shè)計(jì)中 , 采用計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì) (CAD /計(jì)算機(jī)輔助工程 (CA E 等現(xiàn)代模具 設(shè)計(jì)技術(shù) , 由此提高模具設(shè)計(jì)的效率

7、及可行性 ; 根據(jù)礦 泉水瓶蓋的特點(diǎn) , 應(yīng)用熱流道技術(shù) , 這也是當(dāng)今模具技 術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一 。1 塑件工藝分析圖 1為某公司的純凈水瓶的防盜瓶蓋 。材料為高 密度聚乙烯 (PE 2HD , 質(zhì)量為 2g 左右 。蓋內(nèi)有一圈 密封環(huán)和內(nèi)螺紋 , 下部的防盜環(huán)內(nèi) 、 外各有一圈凸臺(tái) , 有 18個(gè)很細(xì)的連接橋與瓶蓋相連 , 瓶蓋一旦開(kāi)啟 , 連 接橋就斷裂 。 瓶蓋在性能上要求密封和滿足一定的開(kāi) 啟力矩 , 并在開(kāi)啟時(shí)確保與防盜環(huán)順利分離 。 2009年 12月 中 國(guó) 塑 料 93 (a 外視圖 (b 內(nèi)視圖圖 1 礦泉水瓶蓋的 Pro/E 設(shè)計(jì) Fig. 1 Pro/E model

8、of the mineral water lids該制品生產(chǎn)批量大、 尺寸小 , 為節(jié)省材料與能源并提 高生產(chǎn)率 , 本文確定采用 1模 32腔、 熱流道澆注系統(tǒng) , 其 模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于熱流道系統(tǒng)及順序脫模機(jī)構(gòu)。2 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)2. 1 CA E 分析通過(guò) Pro/E 設(shè)計(jì)出的工件以 igs 面格式輸出 ; 利用 Moldflow CAD Doctor 預(yù)先對(duì)產(chǎn)品 CAD 模型修復(fù)簡(jiǎn) 化處理 。 再導(dǎo)入 Moldflow M PI 進(jìn)行網(wǎng)格劃分 、 檢驗(yàn)及 修改 。 網(wǎng)格劃分后的模型如圖 2所示 為 flow 置 , 位置吻合 。:材料為美國(guó) CMOLD Generic Estimates

9、 公司的牌號(hào)為 HDPE Generic Estimates 的 PE 2HD , 該材料成型時(shí)推薦的模溫范圍為 2095 、圖 2 瓶蓋的網(wǎng)格模型Fig. 2 Mesh model of thelid3location 。成型窗口分析結(jié)果所推薦參 數(shù) 為 :模 溫 95 , 料 溫 190 , 注 射 時(shí) 間 0. 26s , 接近該材料所推薦的成型模溫和料溫范圍的邊 緣值 , 不合適 1。調(diào)整模溫 、 熔體溫度 , 查看制品品質(zhì) 圖 圖 4(a 并結(jié)合成型窗口區(qū)域切片圖 圖 4(b 的 結(jié)果 , 確 定獲得 最佳 品質(zhì)的 工藝 參 數(shù) 組 合 為 :模 溫 60 , 料溫 220 , 注射

10、時(shí)間 0. 4s 。(a 品質(zhì)指數(shù) (b 成型窗口區(qū)域切片圖 4 成型窗口分析結(jié)果Fig. 4 Analysis results of molding windows 考慮制件的批量較大 、 尺寸較小 , 確定采用 1模32腔 ; 為達(dá)到制件品質(zhì)的均一 , 采用自然平衡流道 , 采 用如圖 5所示的型腔布局 。由于型腔排布具有對(duì)稱性 , 為節(jié)省計(jì)算時(shí)間 , 降低 系統(tǒng)消耗 , 故只對(duì) 1個(gè)膜腔進(jìn)行等效分析 , 流動(dòng)分析的等效模型如圖 6所示 , 圖中數(shù)字表示所指對(duì)象的出現(xiàn) 次數(shù) , 流道屬性為熱流道 。按成型窗口分析確定的最佳工藝條件進(jìn)行流動(dòng)分 析 。 圖 7為氣穴分布圖 , 氣穴主要分布在充

11、填的末端 , 可利用分型面將氣體排出 , 不必在模具中添加排氣槽 。 94 礦泉水瓶蓋的熱流道注塑模設(shè)計(jì) 圖 8為熔接痕分布圖 ,熔接痕處熔體前沿溫度基本都 在 240 以上 , 因此熔接痕結(jié)合強(qiáng)度較高 , 不影響制件 的品質(zhì)。 圖 5 型腔布局Fig. 5 Layout ofcavities 圖 6 等效分析模型Fig. 6 Analysismodel 圖 7 氣穴分布圖Fig. 7 Air traps 圖 8 熔接痕分布圖Fig. 8 Weld lines由圖 9可以看出 , 最大注射壓力為 62. 8M Pa ; 由 圖 10可以看出 , 鎖模力最大值為 38. 3t 。 2. 2 熱流

12、道板的設(shè)計(jì)由于制件較小 , 為提高材料和能源利用率 , 確定采圖 9 注射位置處壓力隨時(shí)間的變化Fig. 9 Pressure trace at injection location againsttime圖 10 鎖模力隨時(shí)間的變化Fig. 10 Clamping force against time用熱流道澆注系統(tǒng) 。根據(jù)確定的型腔布局 , 考慮到加工的便利性 , 流道板分兩級(jí)雙層布置 :一級(jí)流道板為 H形 ; 二級(jí)流道板分為 4塊 , 每塊上安裝 8個(gè)熱流道噴嘴 , 如圖 11所示 。采用點(diǎn)澆口 , 開(kāi)式噴嘴 。開(kāi)式噴嘴 能提供較好的保壓壓力 、 減少應(yīng)力 , 并較閥式澆口降低 了成本

13、2。圖 11 熱流道系統(tǒng)效果圖Fig. 11 Hot runner system熱流道板選用碳素工具鋼 T10A 制造 , 使用可彎 曲電熱管外加熱方式 。為減小流道內(nèi)的壓力損失 , 并防止熔料滯留在流道內(nèi)過(guò)熱分解而影響產(chǎn)品品質(zhì) , 流 道表面應(yīng)有較好的表面粗糙度 , 因而在流道板上鉆出 2009年 12月 中 國(guó) 塑 料 95 深孔 , 采用流體拋光機(jī)進(jìn)行拋光 。為保證密封 , 在流道 板中流道孔端面采用金屬 O 形密封圈密封 、 流道板與 噴嘴間采用螺紋連接 。 流道板的橫向熱膨脹將會(huì)引起 流道板與噴嘴的相對(duì)滑移 , 因而噴嘴與定模在橫向留 有一定間隙 。一級(jí)流道板和二級(jí)流道板分別如圖 1

14、2和圖 13所 示。 圖 12 一級(jí)熱流道板Fig. 12 Sketch of the first hot runnerplate 圖 13 二級(jí)熱流道板Fig. 13 Sketch of the second hot runner plate2. 3 順序脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于礦泉水瓶蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 順利脫模是其模具設(shè) 計(jì)中的關(guān)鍵 3。為成型連接橋 , 并保證防盜圈的順利 脫模 , 采用斜導(dǎo)柱滑塊結(jié)構(gòu)側(cè)向分型 , 如圖 14所示 。 鑒于制件小而型腔數(shù)多 , 在充分利用塑件特性的基礎(chǔ) 上 , 制品的內(nèi)螺紋采用直接推出強(qiáng)制脫模 。動(dòng)模型芯 設(shè)計(jì)成鑲嵌式 , 分成 3個(gè)型芯 (螺紋型芯 、 防水圈型

15、芯 、 頂桿型芯 :螺紋型芯成型內(nèi)螺紋 ; 防水圈型芯成型防 水圈 ; 頂桿型芯主要起頂出作用 。開(kāi)模時(shí) , 塑件隨型芯從凹模中脫出 , 滑塊在斜導(dǎo) 柱的作用下橫向抽離 , 完成一次脫模 ; 動(dòng)模繼續(xù)后移 , 推板碰到注塑機(jī)頂桿后 , 由推板 、 推桿固定板帶動(dòng)頂 桿 4、 彈性卡圈 3和擋水圈型芯 2一起運(yùn)動(dòng) ,使得制件圖 14 側(cè)型芯的抽芯方式Fig. 14 Side core 2out mechanism內(nèi)螺紋與螺紋型芯 1強(qiáng)制分離 , 實(shí)現(xiàn)第二次脫模 ; 當(dāng)彈性卡圈 3碰到螺紋型芯 1之后 , 彈性卡圈 3和擋水 圈型芯 2停止運(yùn)動(dòng) , 而頂桿型芯 4繼續(xù)往前 , 使擋水 圈與擋水圈型

16、芯分離 , 實(shí)現(xiàn)第三次分模 。至此 , 整個(gè) 脫模過(guò)程完成 。閉模時(shí) , 動(dòng)模前移 , 滑塊復(fù)位 , 復(fù)位桿 復(fù)位 , 推板帶動(dòng)頂桿 4, 頂桿 4推動(dòng)擋水圈型芯回到初 始位置 , 運(yùn)動(dòng)終止 , 實(shí)現(xiàn)合模 圖 所示1 制件 2 螺紋型芯 3 擋水圈型芯4 彈性卡圈 5 頂桿圖 15 順序脫模機(jī)構(gòu)Fig. 15 Sequential demoulding mechanism2. 4 模具總體結(jié)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)模架 550×L , 其中 L 取 600mm 。根據(jù) 模架大小 , 并結(jié)合 CA E 分析結(jié)果選擇螺桿式注塑機(jī)SZ 2500/200, 該注塑機(jī)的額定注射壓力為 150M Pa , 額

17、 定鎖模力 200t , 滿足成型要求 。模具的總體結(jié)構(gòu)如圖 16所示 。3 結(jié)論(1 制件的最佳澆口位置為頂部中心 , 最佳成型工藝參數(shù)組合為模溫 60 、 料溫 220 、 注射時(shí)間 4s ; 制件充填的氣穴分布 、 熔接痕品質(zhì)均較理想 ; 所需最大注 射壓力為 62. 8M Pa 、 最大鎖模力 38. 3t , 以此輔助了注 塑機(jī)的選擇 、 模具的設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的設(shè)置 ;(2 采用兩級(jí)流道板的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 1模 32腔 , 簡(jiǎn) 化了流道板的制造難度 ; 96 礦泉水瓶蓋的熱流道注塑模設(shè)計(jì) 1 動(dòng)模頂板 2 頂桿 3 彈性卡圈 4 復(fù)位桿 5 擋水圈型芯 6 螺紋型芯 7 起吊螺釘 8 螺

18、釘 9 壓塊 10 噴嘴 11 反射箔片 12 堵頭 13 加熱器 14 螺釘 15 支架 16 定模座板 17 螺釘 18 承壓圈 19 定位圈 20 螺釘 21 主流道襯套 22 加熱器 23 一級(jí)流道板 24 加熱器 25 反射箔片 26 二級(jí)流道板 27 止轉(zhuǎn)銷 28 定模型腔板 29 動(dòng)模板 30 動(dòng)模支撐板 31 推板固定板 32 推板 33 螺釘 34 垃圾釘 35 導(dǎo)柱 36 導(dǎo)套 37 螺釘 38 銷釘 39 螺釘 40 彈簧 41 螺釘 42 圓頭銷 43 滑塊 44 斜導(dǎo)柱 45 螺釘 46 銷釘 47 螺釘 48 導(dǎo)套 49 導(dǎo)柱50 型腔嵌件 51 水嘴 52 墊塊 53 彈簧 54 限位塊(a 主視圖 (b 掀去一半定模的俯視圖 (c 左視圖圖 16 模具結(jié)構(gòu)圖Fig. 16 Structure of the mould (3 該模具設(shè)計(jì)合理 、 生產(chǎn)效率高 、 產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定