塑料瓶蓋模具設計說明書

1、畢 業(yè) 設 計 課 題: 瓶蓋模具設計 專 業(yè): 模具設計與制造 班 級: 模具*班 報 告 人: 指導教師: 時 間: 2011-6-2 * 一, 塑件的工藝性分析41、塑件設計要求42、塑件材料分析 53、塑件的結(jié)構和尺寸精度及表面質(zhì)量分析5 1）塑件的結(jié)構分析52）表面質(zhì)量的分析53）塑件尺寸精度的分析6二、 確定成型方案 6 1、塑件的體積重量62、塑件的注射工藝參數(shù)的確定6三、型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)的設計 71、分型面的選擇 72、型腔數(shù)的確定83、確定型腔的排列方式84、澆注系統(tǒng)的設計91）主流道的設計92）冷料穴與拉料桿的設計93）分流道的設計 104）澆口的設計10四、排氣、冷

2、卻系統(tǒng)的設計與計算111、排氣系統(tǒng)的設計112、冷卻系統(tǒng)的設計與計算12五、模具工作零件的設計與計算選擇模架13 1、型芯設計及計算132、型腔側(cè)壁厚度和底板厚度的計算131）型腔側(cè)壁厚度的計算14 2）底板厚度的計算公式如下：14 3模架選擇14六、脫模機構的設計與計算151、脫模力的計算152、推板的厚度163、頂桿直徑的計算16七、注射機與模具各參數(shù)的校核171、工藝參數(shù)的校核171）注射量的校核（按體積）172）鎖模力的校核183）最大注射壓和的校核182、安裝參數(shù)的校核18八、設計總結(jié)19九、參考文獻21 一、 塑件的工藝性分析 C A B D1、塑件設計要求 如圖1 所示, 材料為

3、PC , 收縮率5 7%,材料的柔韌性較好,伸縮率較高。零件分上、下蓋兩部分,可多次開合，為減少模具數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期等，因此上、下蓋采用整體式結(jié)構，用一副模具來生產(chǎn)。將上蓋D處尺寸與下蓋孔尺寸配合設計為過盈配合。由于塑件的材料為PC , 有良好的伸縮性，下蓋A 處的環(huán)狀凸筋需強制脫模,因此設計了D 處的3 個缺口, 使塑件有了向外變形的空間。2、塑件的原材料分析：塑件的材料采用聚碳酸脂PC，屬熱塑性塑料，該塑料具有如下的成型特性：l 無定形料、吸濕性大、不易分解。l 韌性好，使用溫度-100130。l 質(zhì)脆、表面硬度低。l 流動性中等，溢邊值0.03mm左右，易發(fā)生填充不良、縮孔、凹痕、熔接

4、痕等缺陷。l 宜取高壓注射，在不出現(xiàn)缺陷的條件下宜取高料溫、模溫，可增加流動性，降低內(nèi)應力、方向性，改善透明度及強度。l 模具澆注系統(tǒng)應對料流阻力小，脫模斜度應大，頂出均勻，表面粗糙度應好，注意排氣。l 質(zhì)透明，要注意防止出現(xiàn)氣泡、銀絲、熔接痕及滯料分解、混入雜質(zhì)。3、塑件的結(jié)構和尺寸精度及表面質(zhì)量分析：1）塑件的結(jié)構分析該零件的總體形狀為圓弧形，上蓋結(jié)構相對簡單。要保證上下蓋能夠多次開合，則C鉸鏈處分子具有高度取向，形成新的結(jié)晶形態(tài)，從而提高其開合次數(shù)。2）塑件尺寸精度的分析 零件的重要尺寸，如，18±0.22尺寸精度為3級，重要尺寸6±0.08尺寸精度為3級，其它尺寸均

5、無公差要求，一般可采用MT5。由以上的分析可見，該零件的尺寸精度要求不高，模具相關零件尺寸的加工可保證。從塑件的壁厚上來看，壁厚最大處為2m，最小處為1m，壁厚差為1m，較為均勻。3）表面質(zhì)量的分析該零件的表面要求無凹坑等缺陷外，表面質(zhì)量要求較容易實現(xiàn)。綜上分析可以看出，注射時在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。二、確定成型方案1、塑件的體積重量計算塑件的重量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù)。計算得塑件的體積：V8474.6mm3計算塑件的質(zhì)量：公式為WV根據(jù)設計手冊查得聚碳酸酯的密度為1.18kg/dm3，故塑件的重量為：WV 8474.6×1.18×

6、;10-3 8g根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機為：SZ60/40型注塑成型機，該注塑機的各參數(shù)如下表所示：理論注射量/cm360移模行程/mm180螺桿直徑/mm30最大模具厚度/mm280注射壓力/Mp150最小模具厚度/mm160鎖模力/KN400噴嘴球半徑/mm15拉桿內(nèi)間距/mm295×185噴嘴口孔徑/mm3.52、塑件的注射工藝參數(shù)的確定根據(jù)情況，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工藝參數(shù)可作如下選擇，在試模時可根據(jù)實際情況作適當?shù)恼{(diào)整。注射溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。料筒溫度：后段溫度t1選用180中段溫度t2選用200前段溫度t3選用220噴嘴溫

7、度：選用220注射壓力：選用100MP注射時間：選用20s保壓時間：選用2s保壓： 80MP冷卻時間：選用28s總周期： 50s三、型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)的設計1、分型面的選擇 J K L M 該塑件分型面選用雙分型面，如上圖所示J為主分型面，L為流道分型面，K、M主抽芯分型面。2、型腔數(shù)的確定型腔數(shù)的確定有多種方法，本題采用注射機的注射量來確定它的數(shù)目。其公式如下：n2=(G-C)/V 式中：G注射機的公稱注射量/cm3 V單個制品的體積/cm3C澆道和澆口的總體積/cm3生產(chǎn)中每次實際注射量應為公稱注射量G的（0.750.45）倍，現(xiàn)取0.6G進行計算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積

8、的（0.21）倍，現(xiàn)取C0.6V進行計算。 n2=(G-0.6V n2）/V n2=0.6G/1.6V=(0.6×60)/（1.6×8.5）=2.6由以上的計算可知，可采用一模兩腔的模具結(jié)構。3、確定型腔的排列方式本塑件在注射時采用一模兩件，即模具需要兩個型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結(jié)構的復雜程度等因素，擬采用下圖所示的型腔排列方式。4、澆注系統(tǒng)的設計1）主流道的設計根據(jù)設計手冊查得SZ60/40型注射機噴嘴有關尺寸如下：噴嘴前端孔徑：d0=3.5mm 噴嘴前端球面半徑：R015mm為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應稍大于注射噴嘴直徑d。Dd+(0.51)mm=3.

9、5+14.5mm 主流道的半錐角通常為1°2°過大的錐角會產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大，此處的錐角選用2.5°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D8.5mm,為使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑5mm的圓弧過渡。主流道的長度L一般控制在60mm之內(nèi)，可取L55mm。2）冷料穴與拉料桿的設計對于依靠推件板脫模的模具常用球頭拉料桿，當前鋒冷料進入冷料穴后緊包在拉料桿的球頭上，開模時，便可將凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿固定在動模一側(cè)的型芯固定板上，并不隨脫模機構移動，所以當推件板從型芯上脫出制品時，也將主流道凝料

10、從球頭拉料桿上硬刮下來。其結(jié)構如下圖所示： 拉料桿 3）分流道的設計分流道在設計時應考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。圓形和正方形流道的效率最高，當分型面為平面時一般采用圓形的截面流道，但考慮到加工的方便性，可采用半圓形的流道。一般分流道直徑在310mm范圍內(nèi)，分流道的截面尺寸可根據(jù)制品所用的塑料品種、重量和壁厚，以及分流道的長度由中國模具設計大典第2卷中圖9.212所示的經(jīng)驗曲線來選定，經(jīng)查取D=7.6mm較為合適，分流道長度取L194mm從圖9.214中查得修正系數(shù)fL=1.02，則分流道直徑經(jīng)修正后為DDfL=7.6×1.02

11、=5.712，取D8mm4）澆口的設計根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式且材料粘度小，故選用點澆口較為合適。點澆口有澆口痕跡小等優(yōu)點。從制品的內(nèi)蓋進料，點澆口的截面形狀為直徑D1的圓形，其優(yōu)點是截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正。澆口是在制品的內(nèi)表面留有澆口痕跡，因為該制件內(nèi)表面質(zhì)量要求較低，又是中小型制品的一模兩腔結(jié)構，所以可以采用點澆口。澆口直徑一般為0.61.5 mm，其大小由物料性質(zhì)和制件重量決定，澆口臺階長度為0.51.2 mm.最好為0.50.8 mm，澆口直徑可由經(jīng)驗公式確定如下： d=k*c*A1/4式中：A型腔的表面積（mm2）； K材料系數(shù)。對材料PC為0.7；C壁厚系

12、數(shù)從塑料成型模具的65頁的表3-3-2如下圖所示中選取 上式適用于壁厚t 0.72.5 mm的制品。t/mm0.75 1 1.251.51.752 2.25 2.5C0.1780.2060.230.2420.2720.2940.3090.326 計算得型腔的表面積A=1488.2 mm2制件壁厚t=1.2 mm 將其帶入公式：d=0.7×0.23×1488.21/4=0.8mm 澆口臺階長度取1 mm。四、排氣、冷卻系統(tǒng)的設計與計算1、排氣系統(tǒng)的設計 排氣槽的截面積可用如下公式進行計算：F25m1(273+T1)1/2/tP0 式中：F排氣槽的截面面積（m2） m1模具內(nèi)氣

13、體的質(zhì)量(kg) P0模具內(nèi)氣體的初始壓力（Mp）取0.1Mp T1模具內(nèi)被壓縮氣體的最終溫度() t充模時間(s) 模內(nèi)氣體質(zhì)量按常壓常溫20的氮氣密度01.16kg/m3計算，有m1=0V0式中：V0模具型腔的體積（m3）應用氣體狀態(tài)方程可求得上式中被壓縮氣體的最終溫度（）T1（273+T0）(P1/P)0.1304-273式中：T0模具內(nèi)氣體的初始溫度（）由V8474.6mm3 充模時間t=1s 被壓縮氣體最終排氣壓力為P120MPa由式得：T1(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7 模具內(nèi)的氣體質(zhì)量由式得： m1=V00=9.132×10-6

14、5;1.16kg=1.06 ×10-5kg 將數(shù)據(jù)代入式得：所需排氣槽的截面面積為：F=25×1.06×10-5(273+311.7)1/2/(1×0.1×106)=0.064mm2 由于制件體積較小，因此不必另外開設排氣槽，氣體由卸料桿和凸、凹模等間隙排出即可。2冷卻系統(tǒng)的設計與計算冷卻系統(tǒng)設計的有關公式：qV=WQ1/c1(1-2) 式中：qV冷卻水的體積流量(m3/min)W單位時間內(nèi)注入模具中的塑料重量(kg/min)Q1單位重量的塑料制品在凝固時所放出的熱量(kJ/kg)冷卻水的密度(kg/m3) 0.98×103c1冷卻水

15、的比熱容kJ/(kg.)4.1871冷卻水的出口溫度() 252冷卻水的入口溫度() 20 Q1可表示為：Q1=c2(3-4)+u 式中：c2塑料的比熱容kJ/(kg.) 1.465 Q3塑料熔體的初始溫度() 200 4塑料制品在推出時的溫度() 60 u結(jié)晶型塑料的熔化質(zhì)量焓(kJ/kg) Q1=c2(3-4)+u=1.465(200-60)=205.1kJ/kg 將以上各數(shù)代入式得： qV=(0.013×205.1)/0.98×103×4.187(25-20)m3/min =0.13×10-3m3/min上述計算的設定條件是：模具的平均工作溫度為4

16、0，用常溫20的水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為25，產(chǎn)量為0.013kg/min。 由體積流量查表可知所需的冷卻水管的直徑非常小，體積流量也很小，故可不設冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式即可。但為滿足模具在不同溫度條件下的使用，可在適當?shù)奈恢貌贾弥睆絛為10mm的管道來調(diào)節(jié)溫度。五、模具工作零件的設計與計算和模架選擇 1、型芯設計及計算 凹模的結(jié)構采用整體嵌入式，這樣有利于節(jié)省貴重金屬材料。型芯采用鑲拼式結(jié)構，有利于加工和排氣。（如圖所示）本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這PMMA的成型收縮率為0.05，模具的制造公差取z=/3。 型

17、腔型芯工作尺寸的計算類別塑件尺寸計算公式模具尺寸型腔計算型腔板35±0.56Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z34.860+0.06220±0.4419.950+0.5260±0.37Hm=(Hs+Hs.Scp%-2/3)0+z59.640+0.74推件板57.6±0.09Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z57.420+0.74型芯計算主型芯18±0.22Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z18.540-0.03257.6±0.7457.960-0.7432.6±0.56Hm=(Hs+Hs.Scp

18、%+2/3)0-z32.920-0.062小型芯6±0.16Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z6.50-0.0368±0.28Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z8.050-0.112、型腔側(cè)壁厚度和底板厚度的計算1）型腔側(cè)壁厚度的計算根據(jù)圓形組合式型腔的側(cè)壁厚度計算公式：max=0.74·P·r4/E·S3S0.90Pr4/E()1/3 式中：S側(cè)壁厚度(mm)P型腔壓力(Mpa) 40r型腔半徑(mm) 17.625E模具材料的彈性模量(MPa) 2.1×105 剛度條件，即允許變形量(mm) 0.05將以上各數(shù)

19、代入式得： S1.15(40×19.84)/(2.1×105×0.05)1/3 =9.62mm 2）底板厚度的計算公式如下：hs0.56(Ph4/E)1/3將各參數(shù)代入式中得：hs4.68mm型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mmS可取10mms腔取32mm根據(jù)計算，型腔側(cè)壁厚度應大于9.62mm，而型腔的直徑為3525mm。根據(jù)澆注系統(tǒng)的條件及制件的大小，初選標準模架，依據(jù)塑料注射模中小型模架及技術條件(GB/T12556-90)，根據(jù)模板的參數(shù)確定導柱、導套、墊塊等的有關尺寸。 3、模架選擇 依據(jù)塑料注射模中小型模架及技術條件(GB/T12

20、556-90)，根據(jù)模板的參數(shù)及分型條件確定選擇A2型模架。 六、脫模機構的設計與計算1、脫模力的計算此模具采用推件板脫模，因該制件的，屬厚壁制品，厚壁制品脫模力受到材料向壁厚中性層冷卻收縮的影響，可用彈性力學的有關厚壁圓筒的理論進行分析計算，公式如下：Qc=1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac/(dk+2t)2+dk2/(dk+2t)2-dk2 式中，對于圓筒制品中：k脫模斜度系數(shù) k=(fcCos-Sin)/fc(1+fcSinCos)=0.92fc脫模系數(shù)，即在脫模溫度下制品與型芯表面之間的靜摩擦系數(shù)，它受高分子熔體經(jīng)高壓在鋼表面固化中粘附的影響。 0.50塑料的線膨脹系數(shù)（1/） 查表

21、得：6×10-5塑料的泊松比0.40E在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量（MPa） 3.16×103Tf軟化溫度() 100T脫模頂出時制品的溫度（） 60Ac制品包緊在型芯上的有效面積（mm2） 1488.2t制品的厚度（mm） 3.38將以上各數(shù)據(jù)代入公式得： Qc=1395.45N2、推板的厚度筒形或圓形制品采用推件板脫模，推件板的受力狀態(tài)可簡化為圓環(huán)形平板周界受集中載荷的力學模型，最大撓度產(chǎn)生在板的中心。按剛度條件和強度條件的計算公式如下，取大者為依據(jù)。按剛度條件：h=(C2QeR2/Ep)1/3按強度條件：h=(K2Qe/p)1/2式中：h推件板的厚度(mm)C2隨R

22、/r值變化的系數(shù) 0.3500R推桿作用在推件板上的幾何半徑(mm) 30r推件板圓形內(nèi)孔或型芯半徑(mm) 13.125Qe脫模力(N) 1395.45E推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105K2隨R/r值變化的系數(shù) 1.745p推件板材料的許用應力(MPa) 610p推件板中心允許變形量(mm)，通常取制品尺寸公差的1/51/10，即p=(1/51/10)i 0.088其中i制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88將上述各數(shù)據(jù)代入式得：h=1.69mm將上述各數(shù)據(jù)代入式得：h=1.98mm所以推件板的厚度可?。?0mm3、頂桿直徑的計算推桿推頂推件板時應有足夠的穩(wěn)定性

23、，其受力狀態(tài)可簡化為一端固定、一端鉸支的壓桿穩(wěn)定性模型，根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式推導推桿直徑計算式為： d=K(l2Qe/nE)1/4推桿直徑確定后，還應用下式進行強度校核：c=4Qe/nd2s式中：d推桿直徑(mm)K安全系數(shù)，通常取K=1.522l推桿的長度(mm) 102Qe脫模力(N) 1395.45E推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105n推桿根數(shù) 2c推桿所受的壓應力(MPa)s推桿材料的屈服點(MPa) 360將以上各數(shù)據(jù)代入式得： d=9.06mm 圓整取10mm將以上各數(shù)據(jù)代入式進行校核： c=4Qe/nd2=30.47 MPas=360 MPa所以此推桿符合要求。七

24、、注射機與模具各參數(shù)的校核1、工藝參數(shù)的校核1）注射量的校核（按體積）Vmax=V 式中：Vmax模具型腔流道的最大容積(cm3)V指定型號與規(guī)格注射機的注射量容積(cm3)塑料的固態(tài)密度(g/cm3)注射系數(shù)取0.750.85，無定形料可取0.85，結(jié)晶形可取0.75。將以上各數(shù)代入式得：Vmax=V 0.85×6051cm3倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留的時間會過長。所以最小注射量容積Vmin0.25V。Vmin0.25V=0.25×60=15cm3實際注射量V=2V0+2×0.6V0=2×9.132+2×

25、0.6×9.132=29cm3即Vmin VVmax所以符合要求。2）鎖模力的校核公式：FKAPm式中F注射機的額定鎖模力(kN) 400A制品和流道在分型面上的投影和(cm3)Pm型腔的平均計算壓力(MPa) 由表9.9-4取30K安全系數(shù)，通常取K1.11.21.2則：KAPm1.2×2(35.25/2)2+20×6×30 =78.905kN400kN=F所以符合要求。3）最大注射壓和的校核PmaxKP0式中：Pmax注射機的額定注射壓力(MPa)150 P0成型時所需的注射壓力(MPa)100 K 安全系數(shù)，常取K=1.251.4 取1.3則KP0

26、=1.3×100=130 MPaPmax150 MPa所以符合要求。2、安裝參數(shù)的校核模具各模板的厚度分別為：H1上模座 40mm H2型腔板 45mmH3脫件板 20mm H4型芯板 35mmH5型芯固定板 35mm H6墊塊 100mmH7下模座 40mm模具的閉合高度H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=346mm所允許的最小模具厚度Hmin=280mm所允許的最大模具厚度Hmax=400mm即模具滿足Hmin346mmHmax的安裝條件。經(jīng)查資料SZ-60/40型注射機的最大開模行程S=180mm SH1+ H2+(510)mm =17.5+20+10 =47.5mm滿足要求所以注射機的開模行程足夠，由以上的驗證可知，型注射機能滿足使用要求，故可采用。八、設計總結(jié)畢業(yè)設計歷時近1個半月，在這1個半月中我得到了諸多領導、老師的指導和幫助，在此我首先感謝所有給予我關懷和幫助的老師和同學。在這1個月的畢業(yè)設計中，我經(jīng)過了從對注塑模具的一無所知到能熟練運的成長過程。在這段緊張而又忙碌的日子里，我廣泛查閱相關資料，認真推算各種數(shù)據(jù)，周密思考每一種設計方案，并且虛心向同學和指導老師探討、請教。時日雖短，但自感收獲頗多。通過廣泛查閱注塑模具設計與制造的相關書籍文獻資料，對模具加工、制造的現(xiàn)狀及其前景有