瓶蓋塑料模具設(shè)計(jì)(模具制造工技師論)

1、飲料瓶蓋的塑料模具設(shè)計(jì)與制造摘要：本文以瓶蓋塑料件為研究對(duì)象，在分析塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)材料的選擇和模具類(lèi)型的選擇做了詳細(xì)的說(shuō)明，提出了完善的模具設(shè)計(jì)方案，闡述了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了模具工作過(guò)程，并以圖示的方式模擬了模具的脫模過(guò)程。關(guān)鍵詞：瓶蓋、注射模、澆注系統(tǒng)引言：在設(shè)計(jì)注塑模具過(guò)程中，模具結(jié)構(gòu)尤其脫模結(jié)構(gòu)是否合理，將直接影響模具的使用壽命、塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。如何在保證塑件質(zhì)量的前提下，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，加工制造方便，成為注射模設(shè)計(jì)中要解決的重要問(wèn)題。圖1為一飲料瓶蓋的塑料制品，該塑件屬于大批量生產(chǎn)。在塑料材料、制品設(shè)計(jì)及加工工藝確定后，塑料模設(shè)計(jì)對(duì)制品質(zhì)量與產(chǎn)量就具有決定性的影響

2、。首先，模腔形狀、尺寸、表面粗糙度、分型面、澆口與排氣的選擇以及脫模方式的確定等，均對(duì)制品尺寸精度和形狀精度以及塑件的物理性能、內(nèi)應(yīng)力大小、表面質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量等起到十分重要的影響。其次，在塑件加工過(guò)程中塑料模結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)操作的難易程度具有重要的影響。再次，塑料模對(duì)塑件的成本也有相當(dāng)大的影響，一般制模費(fèi)用是十分昂貴的，尤其是大型塑料模具更是如此。我國(guó)塑料模的發(fā)展極其迅速。30年已走過(guò)國(guó)外90年的歷程，現(xiàn)已具有相當(dāng)規(guī)模。塑料模的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAM技術(shù)、CAE技術(shù)、CAPP技術(shù)，已有相應(yīng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。我國(guó)在塑料模設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家也有相當(dāng)?shù)牟罹?，?zhuān)用模具鋼品種少，規(guī)格

3、不全，質(zhì)量不穩(wěn)定，且供應(yīng)渠道不暢，是約制我國(guó)模具行業(yè)快速發(fā)展障礙。當(dāng)前我國(guó)作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的國(guó)家，模具技術(shù)發(fā)展已是刻不容緩。1 瓶蓋塑件結(jié)構(gòu)及工藝分析 11 瓶蓋成型結(jié)構(gòu)分析。 圖1所示塑件為某飲料瓶瓶蓋，材料為PE( 聚乙烯)高壓聚乙烯LDPE 。除螺紋處較厚外，瓶蓋為壁厚為2mm的塑料制件，其余部位厚度則均勻一致。瓶蓋外形結(jié)構(gòu)為圓形，中間有抽芯結(jié)構(gòu)。瓶蓋內(nèi)側(cè)有凸起1mm半圓形的螺紋，內(nèi)側(cè)用圓弧過(guò)度，可以起到減少零件應(yīng)力集中的效果。圖1 瓶蓋零件圖12 瓶蓋塑件材質(zhì)及外觀分析。 瓶蓋屬于外觀產(chǎn)品，對(duì)外觀要求較嚴(yán)格：外觀光澤；材質(zhì)為：聚乙烯（PE）高壓聚乙烯LDPE。 塑件精度：按GB/T

4、14486-1993，MT6級(jí)精度，查表未注公差的尺寸允許偏差為±074。收縮率：1.5%，無(wú)毒，價(jià)廉，加工方便，吸水性小，可不用干燥，流動(dòng)性好等。吸濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，模溫不宜太高(8090) ，冷卻速度快，所以澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)散熱緩慢；其成型收縮范圍大，收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形，方向性強(qiáng)，注射時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制成型溫度，料溫低方向性明顯，尤其低溫高壓時(shí)更明顯，模具溫度低于50以下塑件不光澤，且易產(chǎn)生熔接不良、流痕；模具溫度高于90以上時(shí)易發(fā)生翹曲、變形；要求塑件壁厚均勻，應(yīng)避免缺口、尖角，防止成型時(shí)應(yīng)力集中。模具應(yīng)設(shè)計(jì)有足夠的排氣。 13 聚乙烯（PE）高壓聚乙烯LD

5、PE料的特性和應(yīng)用聚乙烯（PE）按聚合時(shí)所采用壓力的不同，可分為高壓聚乙烯LDPE和低壓聚乙烯HDPE。聚乙烯收縮率通常取2%，它是世界上產(chǎn)量取大的塑料。PE料的特點(diǎn)是軟性，無(wú)毒，價(jià)廉，加工方便，吸水性小，可不用干燥，流動(dòng)性好等。但其制件成型收縮率大，易產(chǎn)生收縮凹陷和變形。LDPE模溫盡量前后一致，冷卻水道離型腔不要太近，用PE料的塑件可強(qiáng)行脫模。14 塑件及澆注系統(tǒng)質(zhì)量計(jì)算（1）塑件重量計(jì)算：塑件外形尺寸見(jiàn)插圖1, LDPE的密度在0.910.925g/3之間；收縮率在1.5%4%之間。m113.55cm3×0.9g/cm312.2g（2）主流道塑料重量：m23.14×5

6、2×82÷1000×0.915.8g（3）注射模汪射一次塑料的重量為(一模1件計(jì))： M1×m1+m2=1×12.2+5.818 g2塑件工藝分析模具型腔的數(shù)理通常是客戶或產(chǎn)品工程部根據(jù)產(chǎn)品的批量、塑料制品的精度、塑料制品的大小、用料以及顏色來(lái)確定的。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中還須考慮到成型工藝、成型設(shè)備以及模具的制作等其他因素，確定合理的型腔數(shù)量。注射模具每一次注射循環(huán)所能成型的塑件個(gè)數(shù)是由模具型腔的數(shù)目所決定的。表1列出單型腔模具和多型腔模具的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。表1類(lèi)型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用范圍單型腔模具塑件的精度高；工藝參數(shù)易于控制；模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；模具制造成本

7、低，周期短塑件成型的生產(chǎn)效率低、成本高塑件較大，精度要求較高或者小批量及試生產(chǎn)多型腔模具塑件成型的生產(chǎn)高、成本低塑件的精度低；工藝參數(shù)難以控制；模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；模具制造成本高，周期長(zhǎng)大批量、長(zhǎng)期生產(chǎn)的小型塑件 為了使模具與注射機(jī)相匹配以提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，并保證塑精度，模具設(shè)計(jì)應(yīng)合理確定型腔數(shù)量。21 按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)量n（單件塑料制品總重+澆注系統(tǒng)凝料）注射機(jī)額定注射量×80% n（0.8Vg-Vj）/Vn 或 n（0.8Mg-Mj）/Mn 式中： Vg（Mg）- 注射機(jī)最大注射量，cm3或g；Vj（Mj）- 澆注系統(tǒng)凝料量，cm3或g；Vn（Mz）- 單個(gè)塑件的容積或

8、質(zhì)量，cm3或g。設(shè)n = 1 則得g從計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)塑料注射機(jī)技術(shù)規(guī)格，選用XSZY125型注射機(jī)（螺桿式注射機(jī)）。根據(jù)塑件精度，由于生產(chǎn)條件和裝備，故采用單型腔即n = 1。生產(chǎn)批量，試制或小批量生產(chǎn)宜取單腔，大批大量生產(chǎn)宜取多腔，該塑件為試制產(chǎn)品，故宜采用單腔。當(dāng)限定在某一設(shè)備上成型時(shí)（可根據(jù)工廠現(xiàn)有設(shè)備），則可根據(jù)塑件的體積和重量來(lái)確定型腔數(shù)，例如本塑件注射成型時(shí)，首先明確在125g注射機(jī)上成型，則利用式4-5（模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社）,計(jì)算型腔數(shù)。得則取一模一腔。22 校核注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)221注射量的校核 由前面計(jì)算得塑件重量為12.2g， 澆注系統(tǒng)重量為5.8g，則每次

9、注射量為(按一模一腔)M1×m1+m2=1×12.2g+5.8g18 g注射機(jī)的最大注射量192g×0.8 = 153.6g18 g,能滿足要求。222鎖模力與注射壓力的校核 鎖模力可按式4-9（模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社）校核。式中：F 注射機(jī)額定鎖模力，XSYZ125型注射機(jī)900kN。 AZ 塑件在分型面上的投影面積（2） Aj 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（2），點(diǎn)澆口取 Aj =0 Pm 注射壓力查表4-11（塑料成型加工與模具.化學(xué)工業(yè)出版社）知Pm = 100120Pa，取Pm =100Pa；投影面積計(jì)算：代入式4-9由于F = 900kN故滿足，

10、同時(shí)XSYZ125的額定注射壓力為150Pa故也能滿足 聚乙烯 PE塑料成型的注射壓力的要求。223模具厚度H與注射機(jī)閉合高度的校核式中 Hmin 注射機(jī)允許最小模厚（200）Hmax 注射機(jī)允許最小模厚（300）則設(shè)計(jì)模具的閉合高度為H = 2855因?yàn)?；所以能滿足要求。224注射機(jī)開(kāi)模行程的校核 注射機(jī)開(kāi)模行程應(yīng)大于模具開(kāi)模時(shí)取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開(kāi)模距，即滿足下式：式中 Sk 注射機(jī)行程（Sk=300） H1 脫模距離（頂出距離），H1 = 25； H2 塑件高度+膠模行程高度。 則 ，所以能滿足要求。3 分型面的選擇31 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)瓶蓋塑件結(jié)構(gòu)，模具設(shè)計(jì)成三板式采用點(diǎn)澆

11、口，澆口設(shè)置在塑件頂部正中央位置，點(diǎn)澆口可顯著提高熔體的剪切速率，使熔體粘度大為降低有利于充模，對(duì)于PE 這樣對(duì)剪切速率敏感的熔體尤為有效。并且塑件作為包裝容器，外觀質(zhì)量要求高，點(diǎn)澆口的殘留痕跡小，可確保塑件的表面質(zhì)量，脫模時(shí)澆口處自動(dòng)拉斷，便于實(shí)現(xiàn)制品生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益。采用非平衡澆注系統(tǒng)，型腔排列緊湊，減小了模具尺寸，為了能使各個(gè)型腔能同時(shí)均衡地充滿，采用BGV(Balanced Gat Value) 法通過(guò)人工修改各個(gè)型腔澆口尺寸達(dá)到平衡。利用冷料穴儲(chǔ)存前鋒冷料。 為方便脫模，主流道在設(shè)計(jì)上大多采用圓錐形，兩板模主流道錐度取2°4°，三板

12、模主流道錐度可取5°10°（如圖所示）。粗糙度Ra1.60.8um，錐度須適當(dāng)，太大造成速度減小，產(chǎn)生翰流，易混進(jìn)空氣，產(chǎn)生產(chǎn)孔，錐度過(guò)小，會(huì)使流速增大，造成注射困難，同時(shí)還會(huì)使主流道脫模困難。32 分型面選擇模具采用了三板模結(jié)構(gòu)，為保證模具的開(kāi)模順序和開(kāi)模距離，采用定距分型機(jī)構(gòu)，如圖4所示。（1）在彈性膠柱的吸引下，流道推板和面板通過(guò)限位螺釘打開(kāi)距離6。（2）型腔板和流道推板在拉條的限制下打開(kāi)距離100。（3）型腔板和型芯固定板打開(kāi)。3.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接影響到制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。動(dòng)模型芯直徑較細(xì)，采用如圖3 所示的冷卻回路，定模冷卻水道直徑為6mm( 見(jiàn)

13、圖2)，并與模外軟管連接形成循環(huán)冷卻。為提高型腔的冷卻效率，采用如圖4 所示的冷卻回路，根據(jù)塑件形狀及模具結(jié)構(gòu)限制，定模冷卻水道直徑為8mm( 見(jiàn)圖2) ，與模外軟管連接形成循環(huán)冷卻。 圖2型芯冷卻系統(tǒng)示意圖 圖3型腔冷卻系統(tǒng)示意圖34 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑件( 瓶蓋) 主體部分內(nèi)有半圓形粗牙螺紋，塑件材料為聚乙烯( PE) ，具有良好的柔韌性，采用限位板和整體式斜推桿組合的脫模機(jī)構(gòu)( 見(jiàn)圖4) 。內(nèi)置式定距分型機(jī)構(gòu)，定距分型機(jī)構(gòu)裝于模具內(nèi)部，如圖：圖4脫模系統(tǒng)示意圖34. 2 外置式分型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：外置式定距分型機(jī)構(gòu)種類(lèi)較多，我們采用的是雙拉條式外置式分型機(jī)構(gòu)。34. 3 整體式斜推桿的設(shè)計(jì)：制品

14、的內(nèi)側(cè)存在螺紋，抽芯距取4.64,制品推出高度為33，用作圖法求得斜推桿傾角度為8°。為使斜推桿在推出時(shí)穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)斜推桿導(dǎo)向底座5和輔助導(dǎo)向塊4如圖所示。圖5斜推桿設(shè)計(jì)1-凹模；2-凸模；3-斜推桿；4-輔助導(dǎo)向塊；5-斜推桿導(dǎo)向底座；6-推桿固定板；7-推桿底板4.模具工作過(guò)程第一步：模具合模，塑化后的粘流態(tài)塑料熔體經(jīng)注射、保壓、冷卻凝固定型，注射機(jī)噴嘴后移，在注射機(jī)的拉動(dòng)下，由于尼龍塞27的阻力，模具首先從面板和定模推板之間打開(kāi)，由于流道板限位釘?shù)南拗?，面板和定模推板打開(kāi)L=6，膠件停放在定模鑲件上。第二步：由于尼龍塞27的阻力，和拉條的限制，模具從流道推板5和定模A板6之間

15、打開(kāi)100后，流道拉板5將點(diǎn)澆口凝料拉斷，并將澆口凝料從定模A板6中拉出自動(dòng)墜落。第三步：定模A板和動(dòng)模B板打開(kāi)，由于熔體冷卻時(shí)的收縮作用，塑件包在型芯上，在注射機(jī)移動(dòng)模板的帶動(dòng)下動(dòng)模部分繼續(xù)后移，塑件從型腔脫出，與此同時(shí)，斜導(dǎo)柱19和20頂出收縮完成側(cè)抽芯動(dòng)作，動(dòng)模部分繼續(xù)后移，在注射機(jī)頂出桿的作用下，斜推桿型芯在往復(fù)來(lái)回頂出收縮和回位張緊，使制品在收縮時(shí)脫離模具自動(dòng)墜落。第四步：合模，脫模機(jī)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)復(fù)位，至此完成一個(gè)注射周期。圖6 模具裝配圖1-掛板；2、3、13、14、21-內(nèi)六角螺釘；4-頂板；5-水口板；6-A板；7-B板；8-面釘板；9-底釘板；10-C板；11-底板；12-

16、安全扣；15-耐磨墊板；16-密封圈；17-快換水管接頭；18-導(dǎo)向塊；19、20-斜推；22-斜推座；23-定位圈；24-澆口套（B型）5.模具制造工藝（1）模具標(biāo)準(zhǔn)件清單序號(hào)零件名稱(chēng)尺寸規(guī)格數(shù)量材料熱處理備注1模架FCI20201標(biāo)準(zhǔn)模架2內(nèi)六角螺釘M8X2510M10X604M10X454M6X156M6X2523垃圾釘84吊壞M1285尼龍脹套1326澆口套（B型）47定位圈100X15（B型）18黃彈簧TF25X10049快換水管接頭PC12-PT1/4610密封圈14X8X2.5211螺塞PT1/45（2）模具毛坯料準(zhǔn)備序號(hào)零件名稱(chēng)尺寸規(guī)格數(shù)量材料熱處理備注1掛板38X20X167

17、445#已留加工余量2安全扣15X22X92.5145#已留加工余量3耐磨墊板10X20X304Gr12淬火HRC50已留加工余量4導(dǎo)向塊50X42X202黃銅未留加工余量5斜推22X60X14022344預(yù)硬已留加工余量6斜推座30X32X502718H表面氮化HRC48未留加工余量7限位柱18X20445#已留加工余量8支撐柱40X90245#已留加工余量9B板鑲件110X130X391P20精磨料10A板鑲件110X130X351P20精磨料（3）模具加工使用裝備與工具1）設(shè)備：線切割、電火花、數(shù)控銑床、磨床、萬(wàn)能搖臂銑床、鉆床。2）量具：游標(biāo)卡尺（0-150）、千分尺（0-25、25-

18、50、50-75、75-100）、塞尺等。3）工具：銅棒、內(nèi)六角板手、手錘等。4）其他工具：紅丹、毛刷等（4）重要模具零件加工工藝1）斜推座加工工藝序號(hào)工藝步驟使用設(shè)備1備料：30X32X50（精磨料）2檢查毛坯30X32X50，重直度和平行度是否達(dá)到要求游標(biāo)卡尺、90°角尺3普銑加工5X45°(用角度斜塊輔助加工)、鉆螺紋底孔6.7、攻絲。普通銑床4熱處理：表面氮化HRC485線切割加工T型槽線切割機(jī)床6尺寸檢查游標(biāo)卡尺、90°角尺7去毛刺、倒角圖6 斜推座零件圖1）型芯鑲件加工工藝序號(hào)工藝步驟使用設(shè)備1備料：130X130X39（精磨料）2檢查毛坯130X130X39，重直度和平行度是否達(dá)到要求游標(biāo)卡尺、90°角尺3數(shù)銑加工型芯部分及成型電極、枕位數(shù)控銑床4線切割加工斜推過(guò)口線切割機(jī)床5電火花加工型芯鑲件配合處電火花機(jī)床6普銑鉆水道孔、螺紋底孔、拉料桿孔普通銑床7鉗工攻絲、去毛刺臺(tái)虎鉗、絲錐、鉸桿8成型面的表現(xiàn)處理氣動(dòng)工具、砂紙、油石9送檢圖7 型芯鑲件零件圖6.結(jié)束語(yǔ)經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，根據(jù)瓶蓋生產(chǎn)要求和生產(chǎn)批量，按上述塑模工藝方案和上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)的模具，模具設(shè)計(jì)過(guò)程主要是塑件內(nèi)壁處有不完整的螺紋，在成型過(guò)程中需要側(cè)向抽芯，用內(nèi)斜推機(jī)構(gòu)進(jìn)行推件和抽芯成型