本科毕业设计带内螺纹的塑料盖子注塑模具设计.docx

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本科毕业设计带内螺纹的塑料盖子注塑模具设计

毕业设计

题目带内螺纹的塑料盖子注塑模具设计

英文题目InjectionMoldDesignoftheplastic

coverwithinternalthread

院系机械与材料工程学院

专业机械设计制造及其自动化

姓名

年级2009级（机材A0913）

指导教师

二零一三年六月

学位论文独创性说明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。

尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集团已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得九江学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：

日期：

2013.6.3

学位论文知识产权声明书

本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：

研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于九江学院。

学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。

本人允许论文被查阅和借阅。

学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题在撰写的文章一律注明作者单位为九江学院。

保密论文待解密后适用本声明。

学位论文作者签名：

指导教师签名：

2013年6月3日

摘要　

本次主要设计是对瓶盖注射模的设计,重点对塑件的成型原理、原料选用和注射技术进行分析。

通过根据形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的选择、型腔的数目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。

该塑件有内螺纹，需两次分型。

故设计中主要解决了分型面的选择，型腔数目的确定，脱模机构的设计.采用了二次脱模机构来脱模，保证塑件能顺利的成型出模。

Pro/E软件贯穿了此次注塑模具的整个三维设计过程。

【关键词】注射模；分型面；低密度聚乙烯

Abstract

Themaindesigngraduateoflidinjectionmolddesign.Focusontheanalysisoftheprincipleofmoldingplasticparts,materialsselectionandinjectiontechnique.Adoptedundertheshape,size,accuracyandsurfacequalityrequirementsoftheanalysisresults,theprogramrequiredmolding,productsafterprocessing,thechoiceofparting,thenumberandarrangementofthecavity,formingpartofthestructure,pouringsystem.Theplasticpartswithinathread,needtwicedisportmodel.Therefore,thedesignoftheprojectprofilefortheplasticpartsofsub-surfacechoices,determiningthenumberofcavity,thedemouldedmechanismdesign.Usingtwicedemouldingagencies,Guaranteeasmoothplasticpartsfromthemodel.Pro/Ewaswildlyusedthroughouttheprocessof3Dinjectionmolddesign.

【Keywords】Injectionmold;partingsurface;LDPE

前言

塑料制品已在工业，农业，国防和日常生活中的方面得到广泛应用。

特别是在电子业中则为突出。

电子产品的外客大部分是塑料制品，产品性能的提高要求高素质的塑料模具和塑料性能。

成型工艺和制品的设计。

随着社会的发展，人类的需求，生活水平的提高，日常生活不可缺少的产品的供不应求，为加大生产力度，对模具的设计越来越重视。

我们常用的东西大都是通过模具生产出来的，应用价值提高，这技术的重要，有必要为这们课题研究。

更加有力的学习这套工艺。

对今后的发展有着可观的标志。

第1章概论

1.1注塑模具制造的特点

⑴型腔及型芯呈立体型面。

塑件的外部和内部形状是由型腔和型芯直接成型的，这些复杂的立体型面加工难度比较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面加工，如果采用传统的加工方法，不仅要求工人技术水平高、辅助工夹具多、刀具多，而且加工的周期长。

⑵精度和表面质量要求高，使用寿命要求长。

目前一般塑件的尺寸精度要求为IT6~7，表面粗糙度Ra0.2~0.1μm，相应的注塑模具零件的尺寸精度要求达到IT5~6，表面粗糙度Ra0.1μm以下。

激光盘记录面的粗糙度要达到镜面加工的水平的0.02~0.01μm，这就要求模具的表面粗糙度达到0.01μm以下。

长寿命注塑模具对于提高高效率和降低成本是很必要的，目前注塑模具的使用寿命一般要求100万次以上。

精密注塑模要用刚度大的模架，增加模板的厚度，增加支承柱或锥形定位元件以防止模具受压力后产生变形，有时内压可以达到100MPa。

顶出装置是影响制品变形和尺寸精度的重要因素，因此应该选择最佳的顶出点，以使各处脱模均匀。

高精度注塑模具在结构上多数采用镶拼或全拼结构，这要求模具零部件的加工精度、互换性均大为提高。

⑶工艺流程长，制造时间紧。

对于注塑件而言，大多是与其它零部件配套组成完整的产品，而且在很多的情况下都是在其它部件已经完成，急切等待注塑件的配套上市。

因为对制品的形状或尺寸精度要求很高，加之由于树脂材料的特性各异，模具制造完成后，还需要反复地试模与修正，使开发和交货的时间非常紧张。

⑷异地设计、异地制造。

模具制造不是最终目的，而是由用户提出最终制品设计，模具制造厂家根据用户的要求，设计制造模具而且在大多数情况下，制品的注射生产也在别的厂家。

这样就造成了产品的设计、模具设计制造和制品的生产异地进行的情况。

⑸专业分工，动态组合。

模具生产批量小，一般属于单件的生产，但是模具需要很多的标准件，大到模架，小到顶针，这些不能也不可能只由一个厂家单独完成，且制造工艺复杂，普通设备和数控设备使用极不均衡。

1.2模具制造技术的发展方向

基于以上模具制造的五个特点，对现代模具制造业提出了相应的要求。

当前模具制造的发展方向主要表现为以下五个方面：

（1）从一般的机加工方法，发展至采用光机电相结合的数控电火花成形、数控电火花线切割以及各种特殊加工相结合，例如电铸成形、粉末冶金成形、精密铸造成形、激光加工等。

从而可以加工出复杂的型腔和型芯，以及保证较高的加工精度要求。

目前慢走丝线切割和电火花放电加工精度可达到±1.5μm，加工表面粗糙度可达到Ra0.004μm，基本上达到了镜面要求。

（2）先进的技术支持条件。

模具的服务对象主要是电器、汽车厂家，产品的更新换代快，而且模具的设计已经从二维发展为三维，实现了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，真正实现了CAD/CAM一体化，而且三维设计解决了二维设计难于解决的一些问题，诸如：

干涉检查、模拟装配等。

（3）模具快速制造技术。

当前快速制造有三个发展方向：

分别是基于并行工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技术的注塑模具快速制造和高速切削技术。

　基于并行工程的注塑模具快速制造这种生产方式。

是以注塑模具的标准化设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计和模具制造的三个体系的标准化。

为了实现标准化，需要解决三项关键技术：

一是统一数据库和文件传输格式；二是充分利用和开发Internet和Intranet,实现信息的集成和数据资源的共享；三是解决生产的组织、协调和专业分工，确定各个部门和层次的项目分解和利益分配的基准和算法。

基于快速原型技术的注塑模具快速制造。

直接从CAD模型生产的模具被认为是一种可以减少新产品成本和开发周期的重要的方法，近些年来，这种将CAD技术、快速成型（RP）和快速工模具制造（RT）等高新技术相结合，已经对传统的注塑模具的制造产生了重大的冲击。

CAD技术的应用在很大程度上代替了实物的评估和试验，减少了新产品研制过程中的迭代次数，从而加快了新产品的开发速度。

高速切削技术（HighSpeedMachining）的应用。

高速切削技术制造模具，具有切削效率高，可明显缩短机动加工时间，加工精度高，表面质量好，因此可大大缩短机械后加工、人工后加工和取样检验辅助工时等许多优点。

在某注塑模的高速铣削中，材料硬度为56~58HRC，原来采用电火花加工（EDM），每个零件需时90min，采用直径为12mm球头铣刀，主轴转速1500r/min、工作台进给1500r/min进行高速加工，加工每个零件只需5min，工效提高了18倍。

　今后，电火花成形加工应该主要针对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面的精密加工。

高速成切削加工在发达国家的模具制造业中已经处于主流地位，据统计，目前有85%左右的模具电火花形加工工序已被高速加工所取代。

但是由于高速切削的一次性设备投资比较大，在国内，高速成切削与电火花加工还会在较长时间内并存。

　　模具的高速切削中对高速切削机床有下列技术要求：

①主轴转速高，功率大；②机床的刚度好；③主轴转动和工作台直线运动都要有极高的加速度。

由于高速切削时产生的切削热和刀具的磨损比普通速度切削高很多，因此，高速刀具的配置十分重要，主要表现为：

①刀具材料应硬度高、强度高、耐磨性好，韧度高、抗冲击能力强，热稳定和化学稳定性好；②必须精心选择刀具结构和精度、切削刃的几何参数，刀具与机床的连接方式广泛采用锥部与主轴端面同时接触的HSK空心刀柄，锥度为1：

10，以确保高速运转刀具的安全和轴向加工精度。

③型腔的粗加工、半精加工和精加工一般采用球头铣刀，其直径应小于模具型腔曲面的最小曲率半径；而模具零件的平面的粗、精加工则可采用带转位刀片的端铣刀。

（4）发展新的塑料模具材料及模具表面技术。

主要是发展易加工、抛光性好的材料，预硬易切削钢（一般28~35HRC之间）、耐蚀钢、硬质合金钢以及时效硬化型钢、冷挤压成型钢。

表面工程可以弥补模具材料的不足，降低模具材料的研发及加工的费用。

近年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相沉淀技术（PVD）、化学气相沉淀技术（CVD）、热喷涂技术等新的表面技术，而传统的表面技术（如热扩散、电镀）也有很大的完善与发展，如电镀技术已经发展到复合电镀技术。

（5）基于信息注塑模具的制造新模式。

与注塑模具制造活动有关的信息包括产品的信息和制造信息。

现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含的信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。

它包括两个层面：

一是通过企业内部的局域网，完成模具报价、人员的安排、制品原始数据、模具加工工艺、质量检测、试模具与交付等任务；二是通过企业外部的互联网完成企业与用户、与外协企业之间的信息交换，这种制造方式必须通过动态联盟（VirtualOrganization）这种新的生产模式来实现的。

动态联盟分三层：

紧密层、合作关系层和松散层。

1.3结论

　先进制造技术对注塑模具制造产生了重大的影响，反过来，注塑成型新技术的产生与发展也对制造技术不断提出了新的要求。

将信息技术与现代管理技术应用于制造全过程，未来注塑模制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信息流畅作为首要备件的有极强应变能力与竞争力的技术。

第二章塑件结构分析

2.1瓶盖的成型分析

此次塑件是带内螺纹的塑料瓶盖，整个塑件呈现半开状的圆筒形，该构件表面形状和整体结构较为简单，经过对大量的饮料瓶盖的统计检验，整个瓶盖的外部轮廓高达12mm，外径32mm，壁厚1mm，作为对表面粗糙度要求不太高的塑件，而且较为实用性零件对其尺寸公差没有太严格的要求。

且本身塑件壁厚较小、均匀，可以用大批量的注塑模具加以生产。

图2-1塑件图

2.2壁厚分析

各种塑件，不论是结构件还是板壁，根据使用要求具有一定的厚度，以保证其力学强度。

塑件的壁厚对塑件质量的影响很大，如果壁厚过大，会浪费原料，而且使冷却时间增加，更重要的还会使塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷，一般地说，在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚，不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产率。

因此，该塑件的壁厚均为1mm，在其最小壁厚范围内，塑件符合注塑的模具成型的厚度要求。

2.3圆角分析

带有圆角的塑件，在成型时往往会在该处产生局部应力集中，在受力或冲击下会发生开裂，所以，为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，减小应力集中，改善熔体的流动性能且便于脱模，在塑件各内外表面的过渡连接处，应采用过渡圆弧。

采用圆弧过渡可增加塑件的美观程度和增加塑件的强度，根据应力集中系数和圆角半径的关系可得，理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上，通常塑件内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍。

这次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合实际情况来设计，根据现有的生产力状况以及条件设备，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。

2.4材料的选择

选择塑件的材料依据是它的使用性能要求及工作环境，以及生产商提供的材料性能数据；对于常温工作状态下的结构件来说，其考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性变形，表面硬度，弯曲强度，耐腐蚀性等。

该塑件对材料的要求首先必须是密封性能好，而后是成型难易和经济性问题，模具成型也要考虑到材料的注射特性，好的成型特性是选择材料的主要标准，该塑件在尺寸上要求比较高，且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，而且从经济性上讲，在保证塑料制品的功能和性能的同时还应考虑到加工生产、成本。

综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际情况，选用收缩率较小、综合性能优良、在工程技术中应用广泛的塑料LDPE（低密度聚乙烯）。

2.4.1材料简介

LDPE中文名：

低密度聚乙烯

英文名：

Lowdensitypolyethylene

2.4.2化学性质

聚乙烯抗多种有机溶剂，抗多种酸碱腐蚀，但是不抗氧化性酸，在氧化性环境中聚乙烯会被氧化。

2.4.3物理性质

聚乙烯在薄膜状态下可以被认为是透明的，但是在块状存在的时候由于其内部存在大量的晶体，会发生强烈的光散射而不透明。

聚乙烯结晶的程度受到其枝链的个数的影响，枝链越多，越难以结晶。

聚乙烯的晶体融化温度也受到枝链个数的影响，分布于从90℃到130℃的范围，枝链越多融化温度越低。

聚乙烯单晶通常可以通过把高密度聚乙烯在130℃以上的环境中溶于二甲苯中制备。

（LDPE）----低密度聚乙烯是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。

无毒、无味、呈乳白色。

密度为0.94～0.965g/cm3,有一定的机械强度,具有良好的耐冲击性、柔软性及透明性，但和其他的大型塑料构件相比强度、刚度较差，表面硬度差。

聚乙烯的绝缘性能优异，在常温下聚乙烯不会溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。

聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。

适合做饮料、低腐蚀性液体的瓶盖。

其透水气性能较差，而透氧气、二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。

在热、光、氧气等作用下会产生变脆和老化。

一般使用温度约在80℃左右。

耐寒，在-60℃时仍有较好的力学性能，-70℃时仍有一定的柔软性。

2.4.4成型特性

成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质的进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。

低密度聚乙烯属于结晶形塑料,吸湿性小,熔体粘度小，成型前可不预热，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。

收缩率较大，方向性明显，易发生变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率有较大影响，应控制模温。

冷却速度快,必须得到充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要均匀。

不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。

应注意选择浇口位置。

LDPE的注射工艺参数如表3-1所示。

表3-1制品成型工艺参数初步确定

特性内容特性内容

注射机类型柱塞式螺杆转速（r/min）58

喷嘴形式直通式模具温度30-45

喷嘴温度（℃）150~170oC后段温度（℃）140～160

中段温度（℃）前段温度（℃）170～210

注射压力

60~100Mpa保压力

40~50

注射时间s0~4s保压时间s15~60s

冷却时间s15~60s其他时间s3

成型周期s40~140s成型收缩（%）0.8

干燥温度（℃）60～80干燥时间（℃）1～3

综合性能：

压缩比：

1.84~2.50抗拉屈服强度:

22~40

热变形温度：

1.88MPa----48℃压缩强度：

225

疲劳强度：

10

拉伸弹性模量：

0.84~0.95GPa弯曲弹性模量：

1.1~1.4GPa弯曲强度：

25~40MPa

脆化温度：

-70℃

第三章模具结构设计

3.1.分型面的选择

模具设计过程中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面选择的原则来确定模具的分型面。

（1）塑件脱出方便：

尽量使塑件滞留在动模一侧，模具的脱模机构在动模一侧，一般将主型芯装在动模一侧，使塑件的包紧在主型芯上，型腔可以设在定模一侧。

（2）模具结构简单，使模具容易切削加工，从简化模具加工来考虑，对要求抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。

（3）其他必须型腔排气顺利，确保塑件质量，无损塑件外观，设备利用合理以及塑件的成型要求来选择分型面。

该塑件为瓶盖，表面无特殊的要求，由于制件有侧向抽心的点连接,因此制件需要侧向内抽芯机构，分型比较复杂，可采用滑块侧向分型，故分型面选择如下图所示：

图3-1分型面的选择

3.2型腔的排布设计

多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等，在设计时应遵循以下原则。

（1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。

（2）型腔布置与浇口开高部位应力求对称，以便停止模具承受偏载而产生溢料现象。

（3）尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。

本次设计的模具型腔采用对称平衡的排布,如图3-2所示。

图3-2型腔的排布

3.3脱模机构的设计

脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。

由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难,因此上面计算出的结果只是一个近似值，实际的脱模力应比计算出来的要大才合理。

脱模机构应遵行以下设计原则：

（1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。

（2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位以保证塑件不因推出而变形损坏。

（3）结构简单、动作合理可靠、合模时能正确复位，便于制造和维护。

常用的推出方式有推杆推出、推板推出、气压推出，其中推杆脱模机构最为常用，采用推杆脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。

第4章注塑机型号的选择

4.1注塑成型工艺简介

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。

一般分为三个阶段的工作。

图4-1注塑成型压力—时间曲线

（1）物料准备成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况、有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。

对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。

（2）注塑过程塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射、保压、倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示4-1所示。

图中t0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（t=t1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。

从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。

由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。

这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。

从螺杆开始后退到结束（时间从t2到t3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。

倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。

其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。

（3）制件后处理由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。

故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。

退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10~20℃至热变形温度以下10~20℃之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。

调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃，加热温度为100～121℃），保温时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。

4.2估算塑件的体积和质量

塑件的工作条件对精度要求较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度。

外径:

32mm壁厚:

1mm

内径:

30mm壁厚:

1mm

由体积计算公式可计算得塑件的近似体积得:

V塑=

SxH

=2.413cm3

查得LDPE（低密度聚乙烯）密度约为:

由公式

代入数据可得塑件的质量为：

W塑=V塑×r塑=2.27（g）。

4.3选择注射机

根据所选择的参数，初步估算浇注系统:

体积:

V浇=8~9cm3。

其质量约为：

W浇=V浇×r塑=7.5~8.5g。

S=（n×W塑+W浇）/0.8=17-18g。

可以初步选项注射机型号为：

XS-Z-60

XS-Z-60注射机的技术规格如下:

型号：

XS-Z-60

额定注射量（cm3）：

60

螺杆直径（mm）：

38

注射压力（MPa）：

122

注射行程（mm）：

170

注射时间（s