矿泉水瓶盖注塑模设计.docx
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矿泉水瓶盖注塑模设计
摘要
本次设计的课题为瓶子和瓶盖塑料模具的设计。
瓶子的形状是腔大口小，要是采用普通的注射模设计，型芯将难以脱离。
虽然可以采用变型芯，但那样会使模具成本大幅度增加，且设计难度比较大。
因此瓶子模具为上吹型中空吹塑模具，采用嵌块式结构，铸造水路冷却，结构简单，耐用，便于更换部件，生产效率比较高。
模具由动模板、定模板、切割环、模口嵌块、模底嵌块、密封垫板以及固定板等部件组成。
瓶盖可以采用普同注射设计，但由于其内部有螺纹，不易采用强行脱模。
因此瓶盖模具是两板式，采用旋转脱模的注射模具。
该模具自动化程度比较高，效率比较高。
该模具由定模板、动模板、支撑板、齿轮轴，圆柱齿轮、圆锥齿轮、齿条等一系列零部件组成。
关键词：
定模板动模板嵌块冷却旋转脱模
Abstract
TheprogramofthisdesignisΦthemedicinebottleof146.6andtheplasticpatternofitscaphavedesign.theshapeofmedicinebottleiscavitybigmouthlittle,ifdesign,typecorewithordinaryinjectionmouldwillbehardslipaway.mayadoptthoughchangetypecore,canbutsomakemouldcostincreasesubstantially,designdifficultyjustcomparebig.thereforethemouldofmedicinebottleisblowtypehollowblowmouldmould,adoptinlaypiecetypestructure,castingwaterwaycool,structuresimple,durable,changepartseasily,productionefficiencyisringandmouldhighfairly.mouldfromthefixeddieboardandboardofmovablemould,cutmouthinlaypieceandmouldbaseinlaypiece,gasketsboardaswellastheetc.partsoffixedheadform.capmayadoptgeneralinjectdesigntogether,buthavethreadbecauseofitsinside,donotbeeasyadoptingforcetakeoffmould.thereforecapmouldistwoboardtype,adoptspintakeofftheinjectionmouldofmouldhave.thismouldautomationlevelismouldhighfairly,efficiencyishighfairly.thismouldfromfixeddieboard,theboardofmovablemould,grippershoe,gearaxle,cylindergear,conegear,rackandsuchaseriesofcomponentcomposition.
Keywords:
thefixeddieboardboardofmovablemouldinlaypiececoolspintakeoff
0．前言
12月11日，中国正式成为世贸组织成员。
中国加入WTO这个被称为“经济联合国”的组织，中国的各个行业将被进一步开放。
作为机械工业行业之一的模具行业也将受到影响。
总体来说，应是机遇大于挑战。
加入世贸组织后，我国将获得一个更加稳定的国际经贸环境，从而有利于我国的改革开放．有利于我国与各国、各地区的经济贸易合作，有利于世界经济的稳定发展。
我国在制定法律法规时要遵守WTO的规则，增加透明度，减少行政干预等；在市场开放方面，需要逐步降低关税，取消非关税措施，开放服务业市场等。
这无论在观念上还是在体制上都会带来一定的变化。
我国加入WTO同时也将为各国、各地区的贸易伙伴提供更好、更稳定的市场进入机会。
使我国的投资环境将更为宽松、透明、稳定，我国的利用外资领域将进一步扩大，我国的市场体系将更加完善和发达。
国内和国外模具企业都可以从中得到更多的机会和收益。
由于国内某些模具在技术上和质量上与国外先进水平存在着较大的差距，使短期内国内模具难以与国外先进模具的抗衡。
这对我国模具产业将产生一定的冲击。
另一方面也促进国内行业优化资源配置、调整经济结构、提高社会劳动效率，促使企业苦练内功，提高管理水平。
应该清醒地认识到竞争才会带来更快的发展．只要发挥自身优势，减少技术差距，我国的模具必将逐步占领国内市场，并拓展国际空间
塑料模是应用最广泛的一类模具。
在国外，塑料模占模具行业的50%以上，而我国只有30%左右，因而有较大的发展空间。
近年来，我国塑料模有长足的进步。
但模具制造周期仍比国外长2-4倍，模具的质量稳定性较差，总体水平与国外比尚有较大差距。
而塑料模的主要应用领域：
汽车摩托车行业，家电电子行业在加入WTO后将会有更多的新产品开发，对各个档次的模具需求均有大幅增长。
总体来说，塑料模将是发展最快的一类模具。
加入WTO之后，模具企业将在开放的环境中与国外的企业在同一市场上展开竞争。
模具企业必须做到以下几项，才能在激烈的竞争获得一席之地：
1、加强吸收和引进国外先进技术，尽量提高产品的技术含量；
2、提高管理水平，抓好模具的质量，提高生产率，保证模具准确的交货期；
3、增加科技术方面的投入，加强人才培养，提高职工的工作积极性；
4、做好模具的售后服务，建立长期稳定的客户关系。
同时，模具企业之间应建立一种合作的关系，共同提高竞争力，以舰队的形式应战。
目前，塑料工业已形成设计、生产、检测、标准以及教学等一套完整的工业体系。
就其制品而言，如木材般轻盈、钢铁般坚强、石头般坚硬、青铜般耐磨、玻璃般透明、鲜花般艳丽，以其优越的性能深入到了各个领域，从航天火箭到人们的日常生活用品，无所不有。
面对如此大的市场，如何能快捷、高效的设计出模具已是当今模具的头等课题。
第一个设计出模具的人，就意味着第一个抢占了市场。
WTO的加入，我国的模具设计行业受到了前所未有的挑战，提高模具的设计技术含量已迫在眉睫。
我国模具生产能力和水平，与国外相比则差距颇大，造成上世纪九十年代模具进口量占全国模具销售总额的三分之一以上，达6-10亿美元。
因此，结合我国具体情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具和产工程，推行科学合理化的模具生产工程，应当是我国当前模具工业建设中的重要任务50年以前，模具生产一直延用单件生产方式，但是，经过长其他期、大量生产实践，模具设计师们在模具生产实践中，经总结、研究、分析与设计，将其中通用、常用结构件，制订成系列化标准件和通用件，并组织批量生产和商品化供应，从而改变了模具完全处于单位生产的状态。
大幅度地提高了模具设计水平与制造质量，大幅度地缩短了模具设计与制造周期。
美国、德国进行模具标准化工作已有100年的历史。
日本在二战后，也进行了全面推行模具标准化工作。
故而这些国家已全面实现了模具标准化。
其中，中草药小型模具中90%以上的零、部件，中大型模具中的60%以上的零、部件，均已实现了标准化、通用化、系列化和商品化供应。
故而，日本、美国模具的平均生产周期已缩短到1.5-2.5个月，百我国模具的平均生产周期在4-5个月以上，其主要原因之一是模具标准化程度和水平不高！
目前，我国中小模具中，标准零、部件使用覆盖率尚不到30%。
生产供应的标准件品种、规格不齐，质量不高，不能满足互换性要求。
从而造成我国模具生产水平，仍基本上处于极不合理的单件生产状态。
为此，应当采取相应措施，针对模具生产特点，组织行业力量，进行标准件的“快捷、适时、定点、优质、安全、配套”地对模具生产企业进行和产和商品化服务，以便全面推行模具标准化工作。
本作者的毕业设计课题是Ф146.6的矿泉水瓶设计，为了更好的完成设计，我们在还亲自参观学习了多家注塑厂,查阅了一系列相关资料当然，由于个人能力有限，书中缺点和错误在所难免，望各位评审老师批评指正。
1.总体方案论证
1.1水瓶的模具方案论证
1.1.1水瓶的设计原理
水瓶采用上吹型中空吹塑，嵌块式结构。
中空吹塑的基本工作过程主要包括以下几个步骤：
1．挤出管状熔坯（或称型坯）；
2．模具夹住型坯；
3．通入压缩空气，将型坯吹胀成模腔形状，空气压力一般为0.26～0.49兆帕；
4．制品在模内充分冷却，保持压力；
5．放出制品内的压缩空气；
6．开模时取出制品。
1.1.2水瓶的方案选择
方案一、采用上吹型中空吹塑，在瓶口和瓶底分别设有模口嵌块和模底嵌块。
由于模口和模底磨损比较快，易于更换就可以延长模具的使用寿命，节省资金。
方案二、采用吹型中空吹诉，但不设有嵌块结构，由于瓶口螺纹和瓶底凹坑易使其相应部位磨损，一旦磨损，便要全部更换，即不经济也不省时。
综上所述，采用方案一。
具体结构如下：
矿泉水瓶模具示意图
1.2瓶盖的模具方案论证
1.2.1瓶盖的模具设计原理
瓶盖模具为注射模具，采用旋转螺纹脱模，两板式。
在注射成型后，动模与定模分开的过程中，由固定的齿条迫使与之相连的齿轮旋转，然后通过一系列的齿轮传动，最后使型芯旋转。
瓶盖由于受到侧浇口和本身止滑条纹的约束，不能旋转，于是型芯和瓶盖可以自动分离。
1.2.2瓶盖的模具方案比较
方案一、模具采用螺纹旋转脱模，通过齿条带动齿轮旋转脱模。
该模具自动化程度高，效率高，节省了人力物力。
方案二、模具采用螺纹旋转脱模，通过手工把瓶盖和螺纹一起拧下，然后再交给其他人用扳手脱模。
该模具费时，且须多个型芯，办事效率低。
综上所述，采用第一方案。
具体结构如下：
瓶盖模具示意图
2水瓶的模具设计说明
2.1中心入料式机头
本套模具为上吹型中空吹塑模具，选用中心入料式机头，其采用支架来支撑分流体与芯棒，支架设置有若干条分流肋。
这样，熔体流经支架时被分成了若干股，之后重新汇合。
因此，这类机头又可称为支架式机头。
这类机头的流径较短，各熔体的停留时间相差较小，型坯周向壁厚较均匀，熔体降解的可能性较小。
因此。
这累机头可用于PVC等热敏性塑料。
熔体流经支架后形成的汇合线会降低制品性能，尤其对薄壁制品。
在分流肋表面上，熔体所受的剪切速率较大，其分之取向也较大，这会降低熔体汇合线的强度。
为提高熔体汇合线的强度，要使聚合物分子重新缠结，在支架后开设U形流道以延长熔体的停留时间。
2.2材料的选择和矿泉水瓶的测绘
采用高密度聚乙烯（HDPE）树脂，密度为0.94～0.7g/cm³,雾状半透明，湿气渗透性很低，氧气渗透性很高，CO
很高，吹涨气压P=0.4～0.7MP.
最小合模力F
=1.2nAP=25.16kN
n型坯模具（吹塑模具）数量
A型坯（或容器）在分型面上的投影
P型坯模具型腔内的熔体压力（或型坯的吹胀压力）
水瓶的模具测绘尺寸如下图：
2.3注射机的选择
该矿泉水瓶重量为38g,,故选用XS-Z-60型注射机
一次注射量125cm
螺杆直径38mm
注射压力119.6MP
锁模力490×10
N
压板行程180mm
模具最大厚度200mm
模具最小厚度70mm
压板尺寸330×440mm
拉杆空间190×300mm
模具主要由以下部分组成：
1.动模部分；2.定模部分；3.冷却部分；4.切口部分；5.导向部分。
2.4型坯下垂与膨胀比
型坯挤出后，仍处于熔融状态，其自身的重量会造成型坯下垂伸长，通常称之为型坯下垂。
型坯下垂会造成壁薄或壁厚不均。
因此，在可能的条件下，要尽力控制型坯下垂伸长。
通常用加快挤出型坯速度、减少型坯在空间停留的时间等方法来解决。
型坯自机头挤出后，因压力消除而膨胀，其膨胀的计算方法可按下面经验公式
式中X---膨胀比（HDPE膨胀率为15%~65￥，取50%）
D---型坯离口模后的实际直径
d----机头口模直径
在生产中，型坯离模膨胀现象应控制，通常采用升高料温、选择合适的办法。
1.5=
2.4模具型腔
2.4.1分型面
设计吹塑模具首先要考虑的一个问题是分型面的选择，其一般在于使两半模对称，减小吹胀比，易于制品拖模。
因此，分型面的位置由吹塑制品的形状确定。
对横截面为圆形的容器，分型面通过其直径设置，因此矿泉水瓶采用过中心对称分型。
2.4.2型腔表面
吹塑的模具腔表面应稍微有点粗糙。
否则，会造成模具型腔的排气不良，夹留有气泡，使制品出现“桔皮纹”的表面缺陷，还会导致系统的冷却速度低而且不均匀，使制品上各处的收缩率不一样。
由于PE吹塑模具的温度较低，加上型坯吹胀压力较小，吹胀的型坯不会楔入至粗糙型腔表面的波谷，而是位于并跨过波峰，这样，可保证制品有光滑的表面，并提供微小的网状通道，使模强易于排气。
对模腔作喷沙处理，就可以形成粗糙的表面。
可用金刚石、石英沙、或硬沙砾来喷沙，喷沙沙砾要适当。
对小PE瓶，可采用60#～120#的粒度，较大的粗度，LDPE要采用较细的粒度。
2.4.3型腔尺寸
尺寸主要由制品的外行尺寸并同时考虑制品的收缩率来确定。
收缩率一般是指室温（22摄氏度）下模腔尺寸与成型24h后制品尺寸之间的差异。
以HDPE其收缩率的80%～90%是在成型后的24h内发生的。
影响吹塑制品收缩率的因素有多种。
结晶制品的制品收缩率要比非结晶的大；对结晶塑料（例如PE），收缩率随着制品的壁厚而增加，这是因为冷却速率较小会导致有序的晶体增加；提高型芯的熔体温度虽然不会明显影响制品的外部尺寸，但会使较多的收缩出现在壁内，这是因为较高的熔体温度可减小应变恢复与吹胀应力；吹胀气压较高或模具温度较低，可减少收缩率；加入的填料也会影响制品的收缩率；吹塑制品的收缩率还有方向性，纵向的收缩率要比横向的少大些。
2.5模具底部嵌块
吹塑底部一般设置单独的嵌块，以挤压、封接型坯的一端，并切除尾料。
设计模具嵌块时应主要考虑夹坯口刃与尾料槽，它们对吸塑制品的成型与性能有重要的意义。
因此，对它们的下述四个方面的要求。
1．有足够的强度、刚性与耐磨性，在以后的反复合模过程中承受压模型坯熔体产生的压力。
2．坯区的厚度一般比制品壁的大些，积聚的热量较多。
为此，夹坯嵌块要选用热导性能高的材料来制造。
同时考虑嵌块耐用性的话，铜铍合金是一种理想的材料。
当然，由钢制成的嵌块使用寿命会更长，但导热性能较差。
3．接合缝通常是吹塑容器最薄弱的部位，故要在合模后但末切断尾料前把少量熔体挤入接合缝，以适当增加其厚度与强度。
4．应切断尾料。
夹坯口刃的设计：
夹坯口刃是一个重要的参数。
B过小会减小容器接合缝的厚度，降低其接合强度，甚至切断接合缝，无法吹胀型坯；b过则无法切断尾料，甚至无法使模具闭合。
要根据塑料特性、容器壁厚与容积、合模厚度与尾料夹角来确定b值。
对任性较大的塑料，b要小些；合模速度较低时，b也可以取小些。
根据经验，用HDPE吹塑的容积小于200L的大桶、容器时，可这样来确定b:
b=v
式中，b的单位为mm,V的单位为L。
对于小瓶（10ml），b可取0～0.3）。
大于200ml的取0.5～4mm之间。
因此水瓶的切口宽取b=2
尾料槽的设计：
在夹坯口刃的下方开设尾料槽，其位于模具分横面上。
下图给出了尾料槽的结构。
尾料槽的深度对吹塑的成型与制品自动休整有很大的影响，尤其对直径大、壁厚小的型坯。
槽深过小使尾料受到过大的压力的挤压，是模具尤其是夹坯口刃受到过高的应变，甚至则不能与完全闭和，难以切断尾料；若槽深过大，尾料则不能与槽壁接触，无法快速冷却，其热量会传至容器结合缝，使之软化，休整时，会对接合缝产生拉伸。
每半边模具的尾料槽深度最取型坯壁厚的80%～90%
尾料的夹角α也要适当，常取30°～90°夹坯口刃宽度较大时α一般取大值。
α较小时有助于把少量熔体挤入接合缝中。
2.6模具颈部嵌块
成型容器颈部的嵌块主要有模颈圈与剪切块，剪切块位于模颈圈之上，有助于切去颈部余料，减小模颈圈的磨损。
剪切块的开口可为锥形的，夹角一般为60°。
模颈圈与剪切块由工具钢制成，并硬化至HRC56～58。
定颈进气杆插入型坯时，可把型坯挤入模颈圈的螺纹槽内，形成实心螺纹，进气杆端部则可成型容器颈部的内表面。
剪切块口刃与进气杆的剪切套配合，切断颈部余料。
2.7模具排气
成型容积相同的容器时，吹塑模具内要排出的空气量要比注射成型的大许多。
注射成型的模具要排出的空气量最多等于注射模具内的熔体量。
而对吹塑模具，要排除的空气体积等于模腔容积减去完全合模瞬时型坯已被吹胀后的体积，其中后者占较大比例，但仍有一定的空气夹留在型坯与模腔之间，尤其对桶、罐、燃油箱之类的大容积吹塑制品。
以吹塑120L大桶为例，模腔容积为145L，完全合模瞬时型坯已被吹胀成体积约90L。
此外，与注射成型模具相比，吹塑模腔内的压力很小（一般等于1MP
）。
因此，对吹塑模具的排气性能要求较高（尤其是形腔抛光的模具）。
若夹留在型腔与型坯之间的空气无法完全或尽快排出，型坯就不能快速地吹胀，吹胀后不能与模腔良好的接触（尤其是棱角部位），会使制品表面粗糙、凹痕等缺陷，表面文字、图案不够清晰，影响制品的外观性能与外部形状，尤其当型坯挤出时，出现条痕或发生溶体断裂。
排气不良还会延长制品的冷却时间，降低其机械性能，造成其壁厚不均匀。
为此，要设法提高吹塑模具的排气性能。
瓶体部分在闭模时有大量空气，在吹账时应尽快把空气排出，以使瓶体能完整地成型，紧贴于模腔壁上。
如果某一局部有空气滞留，外形即不完整成为废品。
最有效的办法是在分型面上设排气槽，而截面突然改变处也应设排气孔。
1.分型面上的排气槽
分型面是模具主要的排气部位，合模后应尽可能多快的排出空气。
否则，会在制品上对应分型面部位出现纵向凹痕。
这是因为制品上分型面处因夹留空气而无法快速冷却、温度尚较高的部位产生了拉力。
排气槽的选取要恰当，不应在制品上留下痕迹，尤其对外观要求较高的制品（例如化装品瓶），这于塑料特性、吹胀气压及容器的闭厚和容积有关。
型腔的分型面的接触面上应适当减小，以使两个半模能密合。
因为吹塑机的琐模远小于注射机，为了增大分型面的锁模压强，一般都沿型腔周围留有3～10的空隙。
而排气槽则开在留下的接触面上。
槽深0.1mm，一般用平面磨床精磨而成，槽宽10～25mm,依模具大小而定。
而一付模具在分型面上的槽数也依型腔的容积而定，在型腔的两边各开三条以上的排气槽。
2.隅角部的排气
在瓶肩及瓶底的周围，是容易滞留空气的所在。
而瓶肩及瓶底有时是用嵌件组成的，不便设排气槽。
即便可以设排气槽，而有时由于瓶底的造型不同，往往在这些部位易使空气滞留。
因此必须设排气孔。
大致有以下几种方式：
a）为盲孔排气，用于型腔小的模具，储留气量不大。
盲孔径为0.6～1.2，深25～35mm.一般都在试模后发现有局部憋气时采用，新模不用。
b）为漏斗形，型腔有深凹的最凹处，径孔自0.2～0.5mm，根据所用的材料而定，如聚乙烯，聚丙烯，PET,孔径要小。
制造时应先钻小洞，待试模后决定。
孔径的大小虽然与排气快慢有关系，但孔的位置更是关键。
如果孔的位置正确，孔径虽小也可以排出储留的气体。
c）为排气栓塞，一般作成六角形柱体，用圆柱在六角上削去0.1～0.2平面，嵌入需要排气的部位。
由于型腔表面多为弧面，所以栓塞型腔精加工以前嵌入。
但应注意在精加工时不可被切屑堵塞气息。
d）为烧结金属通气塞，一般用铜烧结合金。
本套模具在试模后，若发现憋气，可采用，盲孔排气。
2.8模具的冷却
模具的冷却效果量否直接影响瓶子的表面质量，所以冷却系统的设计在吹塑中很重要.如果冷却不均匀,吹出的成品质量的表面便有明显的差异，十分影响外观。
模具的冷却方法可分为外冷法、内冷法与后冷却这三种。
外冷法较为常用，其又可以分为以下四种：
第一种方式是在模具入口引入较大流量的冷却流体，设置的折流板形成的迷宫式流道有助于形成湍流状态，提高冷却效果。
密封端板打开后即可清理冷却通道。
象铝。
铜铍合金这类材料具有多孔性，因此其铸造通道一般要用环氧树脂浸渍，以防止冷却流体渗入模腔内，但这会降低热传导性。
第二种方法是在模腔内从纵、横方向钻出冷却通道。
模具由机械加工制造时，就可以用这种方式。
在孔内设置螺旋铜片可以加剧流体的湍流速度。
冷却通道一般取10没扎～15mm，对大型模具可达30mm.。
孔径较大时要求冷却流体有较高的流率，既要求配置大功率的泵送装置。
两相邻孔道之间的孔径的3～5倍（例如35～50），孔壁与模腔之间的距离为孔径的1～2倍，以均匀、充分地冷却制品。
钻孔式冷却通道易于清理，设计不合理时便于修改。
第三种方式，在模壁内嵌入冷却弯管，这主要用于铝、铜铍合金或锌合金铸造的模具中。
这里弯管之间的距离对应上述孔道之间的距离。
弯管用铜制成时具有高的热性能。
这种方式比较简单，可提高冷却流体的湍流程度与传热性能，避免其泄露，但管道不易清理。
第四种方式为喷雾冷却，在模壁空腔内通过一组喷管喷射出水雾。
此方式主要用于大型模具，以减少模具质量。
吹塑制品各部位的壁厚一般是有差异的，而冷却时间由最厚的部位确定，且冷却不均匀会使制品产生翘曲与残余应力。
通过以上分析，第一种铸造水路简单方便，易于加工，故采用此种方式。
铸造式冷却通道
1---冷却流体出口；2---模腔；3---冷却流体入水口；4---折流板；5---密封端板
2.9挤出吹塑机械的操作与保养
2.9.1开机与停机
挤出吹塑机械的启动要按下述步骤进行。
a.按要求设定各加热段温度；
b.各加热段达到预定温度并保温一定时间，螺杆开始以最低的速度连续地旋转，然后逐渐提高转速至要求的值；
c.型坯挤出稳定后，开始吹塑操作。
停止吹塑生产时要按以下步骤进行：
a.暂停生产1h以内时，停止螺杆转动，机筒与机头的各加热段仍按加工要求设定温度；
b.暂停生产1~8h时，停止螺杆转动，各加热段设定较低温度（例如HDPE135℃）；
c.停止生产8h以上时，停止螺杆的转动及机筒与机头的加热。
但这样，留在机筒的熔体会冷却、收缩，产生氧化、降解。
为此，最好的操作：
适当降低机筒上对应过度段与计量段的温度（例如对HDPE为160℃），螺杆低速转动，以把机筒内的熔体排出，最后停止螺杆及加热。
2.9.2吹塑模具的保养
吹塑模具夹坯口刃磨损后，要由熟练的制模工人来修复。
吹塑模具颈部的剪切块与进气杆上的剪切套是关键部件，要保持良好状态，必要时更换。
例如，剪切口刃被不均匀磨损后，成型的容器在使用时颈部会发生泄露现象。
吹塑模具冷却孔道因堵塞或腐蚀而影响冷却介质的流动时，应立即清洗。
吹塑模具的导销要定期润滑，每工作一年，至少要工作一次，以确保两半模对准，提高模具寿命。
每当停机生产或吹塑模具要库存时，要用压缩空气吹净里面的冷却孔道，模腔要涂上防护剂。
3瓶盖的模具设计
材料的选择和瓶盖的测绘
瓶盖的材料和水瓶的材料相同（见矿泉水瓶的设计）
平盖的测绘如下：
3.1注塑机的选择与型腔个
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