精编矿泉水瓶盖注射模具设计说明书.docx
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精编矿泉水瓶盖注射模具设计说明书
（精编）矿泉水瓶盖注射模具设计说明书
毕业设计（论文）
矿泉水瓶瓶盖注塑模设计
系别：
机械与电子工程系
专业（班级）：
机械设计制造及其自动化11级升本
作者（学号）：
任方成（51101090008）
指导教师：
王贤才
完成日期：
2013年5月16日
中文摘要3
英文摘要4
1前言5
1.1本研究领域的现状和国内外的发展趋势5
1.1.1概述5
1.1.2国外的发展情况5
1.1.3国内的发展情况6
1.2本课题的研究内容、要求、目的及意义6
1.2.1本课题的研究内容6
1.2.2本课题的研究要求7
1.2.3本课题的研究目的7
1.2.4研究意义7
2注塑模具设计部分8
2.1塑件分析8
2.2塑料材料的成型特性8
2.3设备的选择9
2.3.1塑件的体积9
2.3.2锁模力的校核11
2.3.3开模行程的校核12
2.4浇注系统的设计12
2.4.1主流道的设计12
2.4.2分流道的设计12
2.4.3冷料穴的设计14
2.4.4设计所用的浇口形式14
2.4.5分型面的设计15
2.4.6排气槽的设计15
2.5成型零部件的设计和计算15
2.5.1成型零部件的设计15
2.5.2成型零件工作尺寸的计算15
2.5.3型腔壁厚计算18
2.6脱模机构的设计和计算20
2.6.1脱模阻力的计算20
2.6.2脱模机构的设计21
2.7脱螺纹机构的设计21
2.7.1脱螺纹的形式21
2.7.2旋转脱螺纹扭距的计算21
2.7.3对主流道凝料能否脱出的校核22
2.7.4止转装置的设计23
2.7.5驱动装置和传动装置的设计和计算23
2.8合模导向机构的设计27
2.8.1顶出系统的导向27
2.8.2成型零件的导向及定位28
2.9.1冷却系统的设计28
2.9.2模具冷却时间的计算29
2.9.3冷却参数的计算30
2.10支承与连接零件的设计与选择31
2.10.1非标零件的设计31
2.10.2标准零件的选取31
结论32
谢辞33
参考文献34
插图清单
图2-1塑件2D图8
图2-2浇口套13
图2-3分流道的设计14
图2-4主流道冷料穴和拉料装置14
图2-5分流道浇口15
图2-6型芯与塑件16
图2-7支撑柱28
图2-8导柱和导套的设计28
图2-9冷却水道的设计29
插表清单
表2-1聚丙烯的力学性能8
表2-2聚丙烯的热性能及电性能9
表2-3聚丙烯的物理性能9
表2-4聚丙烯的工艺参数9
表2-5一模两腔11
表2-6设计中所用螺钉31
表2-7设计中所用螺母31
矿泉水瓶盖注射模具设计
摘要：
本文详细介绍了矿泉水瓶盖注射模具的设计。
采用一模两腔，边缘式浇口，利用型芯成型塑件的内止转齿，齿条、齿轮脱螺纹，顶杆顶出塑件。
并对浇注系统、成型零件、脱模机构、脱螺纹机构、合模导向机构和温度调节系统做了详细设计和计算。
关键词：
注射模,螺纹型芯,边缘浇口
Thedesignofthebottlelidofthecosmeticsinjectingmolding
Abstract:
Thistexthasintroducedthedesignthatthebottlelidofthecosmeticsinjectedthemouldindetail.usingtwocavities,edgegate,thethreadplugshapethetoothinside,andturnontherack.Geartransmissiontoletthewhorloutofthethreadring.usingtheejectorpintoletitofffinally.InthisdesignIcheckthefeedsystem,Shapingpart.Organizationofejectionforce.Organizationoftakingoffthethreadring.Shutingthemouldandguidethesystematicdesignandcalculationoftheorganizationandtemperaturecontrol.
Keywords:
injection,mouldthreadedcore,edgegate
矿泉水瓶瓶盖注塑模设计
1前言
1.1本研究领域的现状和国内外的发展趋势
1.1.1概述
21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计及制造周期，降低生产成本、最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。
1.1.2国外的发展情况
国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征
（1）集成化技术
现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人和管理的集成。
在开发模式制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。
（2）智能化技术
应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。
（3）网络技术的应用
网络技术包括硬件与软件的集成实现。
各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。
目前早通过了Internet实现跨国界模具设计的成功例子。
（4）多学科多功能综合产品设计技术
产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到了电磁学、光学、控制理论等，甚至要考虑到经济、心理、环境、卫生及社会等各方面的因素。
产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。
（5）虚拟现实与多媒体技术的应用
虚拟现实在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训、制造系统、仿真实现基于制造仿真的设计与制造、集成设计与制造、实现集成人的设计等。
美国已于1999年借助于VR技术成功地修复了哈博太空望远镜。
多媒体技术采用多种介质来存储、表达处理多种信息，融文字、语音、图象于一体，给人一种真实感。
（6）反求技术的应用
在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具设计和制造以便制造出产品。
此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造。
这种过程就是反求工程RE。
建立了CAD几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作。
（7）快速成形制造技术
快速成形制造技术RPM基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。
它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校检、功能实验。
而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具，从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。
1.1.3国内的发展情况
目前国内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。
但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的状况。
一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几百万、上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。
为了提高模具企业的设计水平和加工能力。
中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的CAD/CAM系统。
但国内优秀的CAD/CAM系统很少，只有少数适合模具行业应用。
而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力、强大的结构有限元分所能力、强大的计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。
1.2本课题的研究内容、要求、目的及意义
1.2.1本课题的研究内容
做化妆品瓶盖的模具设计，使该化妆品的瓶盖注射模结构简单，型腔、型芯、齿轮传动机构设计合理，并可自动脱模。
并书写开题报告，和模具说明书。
根据说明书画模具CAD图。
1.2.2本课题的研究要求
（1）此塑件外表面不允许有印迹，并且要光滑。
（2）要使注射模结构简单，并可自动脱模。
（3）流道设计合理，可保证产品质量并且又节约生产原材料。
（4）了解聚丙烯的性能、特性和设计时的要求。
1.2.3本课题的研究目的
（1）检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。
（2）步掌握进行模具设计的方法、过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。
（3）培养自己的动手能力、创新能力、计算机运用能力。
1.2.4研究意义
（1）对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。
以进一步的熟练掌握AuToCAD的运用。
（2）锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作准备。
2注塑模具设计部分
2.1塑件分析
下图是一矿泉水瓶的瓶盖，从该塑件的外观可以看出为了要使此塑件的外观不留下印迹，可以采用改良的边缘浇口。
利用齿轮传动螺纹型芯的结构达到自动脱模。
经分析在塑件内的顶面设计一圈防转齿（见图），可较好地满足产品的生产要求。
图2-1塑件2D图
2.2塑料材料的成型特性
表2-1聚丙烯的力学性能
材料性能
纯聚丙烯
玻纤增强聚丙烯
屈服强度/Mpa
37
78～90
拉伸强度/Mpa
—
78～90
断裂伸长率/%
＞200
—
弯曲强度/Mpa
67
132
弯曲弹性模量/Gpa
1.45
4.5
简支梁冲击强度（无缺口）/（kJ/m²）
78
51
简支梁冲击强度（缺口）/（kJ/m²）
3.5～4.8
14.1
布氏硬度HBS
8.65
9.1
表2-2聚丙烯的热性能及电性能
材料性能
纯聚丙烯
玻纤增强聚丙烯
玻璃化温度/℃
-18～-10
—
熔点（粘流温度）/℃
170～176
170～180
热变形温度/℃45N/cm²
180/cm²
102～115
56～67
127
127
线膨胀系数/（10-５/℃）
9.8
4.9
比热容/[J/kg·K）]
1930
—
热导率/[W/（m·K）]
0.118
—
燃烧性/cm/min）
慢
—
体积电阻/Ω·cm
＞1016
—
击穿电压/（kV/mm）
30
—
表2-3聚丙烯的物理性能
材料性能
纯聚丙烯
玻纤增强聚丙烯
密度/（g/cm³）
0.90～0.91
—
比体积/（cm²/g）
1.10～1.11
—
吸水性/%（24小时）
长时间
0.01～0.03
浸水18d0.5
0.05
—
透明度或透光度
半透明
—
表2-4聚丙烯的工艺参数
材料性能
纯聚丙烯
玻纤增强聚丙烯
成型收缩率/%
1.0～3.0
0.4～0.8
拉伸模量E/*10³Mpa
1.6～1.7
3.1～6.2
泊松比μ
0.43
—
与刚的摩擦因数ƒ
0.49～0.51
—
2.3设备的选择
2.3.1塑件的体积
根据塑件的体积可以得出大概的注射量，从而粗略的得出大概的注射量。
本课题的塑件体积为：
式（2-3a）
又由于聚丙烯的密度
并且在注入模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数，实际注射量M取为机器最大注射能力的85%。
式（2-3b）
假设采用的是SZ-60/450卧式注塑机，理论注射量为105cm³；锁模力为450kN。
根据锁模力确定型腔的数目：
式（2-3c）
其中锁模力为F（N）；型腔压力为p（）；每个塑件的投影面积为A1（）；浇注系统的投影面积为A2（）。
已知锁模力为450kN；型腔压力为25或30。
通过计算得：
假设浇注系统的投影面积和塑件投影面积相等即：
则：
根据最大注射量确定型腔数目：
式（2-3d）
其中最大注射量为m（g）；单个塑件的质量为m1（g）；浇注系统的质量为m2（g）
已知最大注射量为105，假设浇注系统质量为1.7倍塑件质量。
单个塑件质量为：
则：
表2-5现决定采用一模两腔，所以可以采用SZ-60/450卧式注塑机
理论注射量/cm³
105
螺杆（柱塞）直径/mm
35
注射压力/Mpa
125
注射速率/（g/s）
75
塑化能力/（g/s）
10
螺杆转速/（r/min）
14―200
锁模力/KN
450
拉杆内间距mm
280*250
移模行程/mm
220
最大模具厚度/mm
300
最小模具厚度/mm
100
锁模形式
双曲肘
定位孔直径/mm
φ55
喷嘴球半径/mm
20
2.3.2锁模力的校核
锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。
所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。
即：
式（2-3e）
上式中
F——锁模力，KN
p——型腔压力，
A——塑件及流道系统在分型面上的投影面积，mm
已知型腔压力为25或30；浇注系统的投影面积为1倍的塑件投影面积；塑件及流道系统在分型面上的投影面积为：
式（2-3f）
上式中
S——流道系统在分型面上的投影面积，
n——模腔数
则：
即：
所以锁模力符合要求。
2.3.3开模行程的校核
开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。
对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。
单分型面注射模，其开模行程按下式校核：
式（2-3g）
上式中
S——注塑机的最大开模行程（移动模板台面行程），mm
H1——塑件脱出距离，mm
H2——包括流道凝料在内的塑件高度，mm
已知：
所以：
又由于SZ-60/450卧式注塑机的移模行程为220mm
所以开模行程也符合要求。
2.4浇注系统的设计
2.4.1主流道的设计
（1）形状：
圆锥形；
（2）锥角：
3°；
（3）内壁的粗糙度为Ra0.63µm；
（4）主流道大端呈圆角，r=1mm。
（5）喷嘴球的半径r=2mm，则凹坑的球面半径R=2mm；
（6）凹坑深度：
mm；喷嘴孔径d=mm；小端直径D=mm；大端直径为mm。
（7）主流道长度取53mm。
设计见图：
图2-2浇口套
2.4.2分流道的设计
采用半圆形截面流道。
因为塑料熔体在流道中流动时，表面冷凝冻结，起绝热的作用，熔体仅在流道中心流动，因此分流道的理想状态应是其中心线与浇口的中心线位于同一直线上，而半圆形截面可以满足。
分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口的位置，从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。
对于壁厚小于5mm，质量在200g以下的塑件可用公式：
式（2-4a）
上式中
W——流经分流道的塑料量，g
L——分流道长度mm
D——分流道直径，由上式得为6mm
其中
n——为型腔数目
m——为塑件质量，g
得出：
取分流道的长度为108mm。
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。
分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种。
此设计中我采用的是平衡式布置。
平衡式布置可以使各型腔同时均衡的进料，从而保证了各型腔成型出来的塑件在强度、性能.重量上的一致性。
设计见图：
图2-3分流道的设计
2.4.3冷料穴的设计
本设计中对于冷料穴的选择是按照设计的目的来选择的。
由于此设计的目的是要实现自动脱模。
所以选择如下图的冷料穴，它们由冷料倒锥将主流道凝料拉出，当其被脱出时，塑件和流道凝料可以自动脱出，易实现自动化操。
图2-4主流道冷料穴和拉料装置
2.4.4设计所用的浇口形式
浇口是连接分流道和型腔的一段细短的通道，是浇注系统的关键部分。
浇口的主要作用有两个：
一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。
在本次设计中为了满足塑件的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观，采用改良的边缘浇口，也就是使分流道与浇口的连接处在塑件的下底面（通过分型面采用微阶梯式来完成）。
具体的表示形式见下图：
图2-5分流道浇口
2.4.5分型面的设计
打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫做分型面。
分型面一般设在塑件断面尺寸最大处，在此次设计中采用的是单个分型面，并且是微阶梯式的。
把型芯设在动模一边，型腔设在定模一边，开模后塑件留在动模，有利于塑件的脱模。
具体的形式见上图。
2.4.6排气槽的设计
由于此次设计的模具属小型模具，可以用分型面来排气。
2.5成型零部件的设计和计算
2.5.1成型零部件的设计
构成模具型腔的零件统称为成型零件，主要包括凹模、凸模、型芯、镶块、各种成型杆和成型环。
型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4µm以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。
（1）凹模采用整体嵌入式，凹模镶块采用带轴肩台阶的圆柱形，然后嵌入固定板中，用垫板和螺钉将其固定。
（2）型芯用成型时用以装固螺纹嵌件的螺纹型芯，但在型芯的外圈固定一螺纹型环，用以成型塑件的内螺纹。
具体的形式见下图：
图2-6型芯与塑件
2.5.2成型零件工作尺寸的计算
（1）平均收缩率计算型腔尺寸
聚丙烯的收缩率一般为1%～3%,从而得出聚丙烯的平均收缩率为2%。
径向尺寸
由2.1得出聚丙烯的一般精度等级为6级。
同时得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的外径D=60.00mm，所以查表得Δ=0.64
按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式：
式（2-5a）
上式中
——凹模的径向尺寸，mm
——塑料的平均收缩率，%
——塑件径向公称尺寸，mm
Δ——塑件公差值，mm
——凹模制造公差，mm
已知=60.00mm；=0.02；Δ=0.64mm
所以=Δ/3=0.21mm
深度尺寸：
由得出聚丙烯的一般精度等级为6级。
同时得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的深度尺寸Hs=15.00mm，所以查表得Δ=0.40mm
按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式：
式（2-5b）
上式中：
——凹模的深度尺寸，mm
——塑料的平均收缩率，%
——塑件高度公称尺寸，mm
Δ——塑件公差值，mm
——凹模深度制造公差，mm
已知=15.00mm；=0.02；Δ=0.40mm
所以：
（2）按平均收缩率计算组合型芯尺寸
径向尺寸：
由上得出聚丙烯的一般精度等级为6级。
同时得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的内径尺寸：
上式中
S——塑件的壁厚mm，由此得出塑件壁厚为2mm。
所以d=60.00-22=56.00mm，所以查表得Δ=0.64
按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式：
式（2-5c）
上式中
——组合型芯的径向尺寸，mm
——塑料的平均收缩率，%
——塑件径向公称尺寸，mm
Δ——塑件公差值，mm
——组合型芯制造公差，mm
已知=56.00mm；=0.02；Δ=0.64mm
所以=Δ/3=0.21mm
高度尺寸：
由上得出聚丙烯的一般精度等级为6级。
同时得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的深度尺寸Hs=15.00-2.00=13.00mm，所以查表得Δ=0.36mm
按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式：
式（2-5d）
上式中
——组合型芯高度尺寸，mm
——塑料的平均收缩率，%
——塑件孔深度公称尺寸，mm
Δ——塑件公差值，mm
——组合型芯高度制造公差，mm
已知=13.00mm；=0.02；Δ=0.36mm
所以=Δ/3=0.12mm
2.5.3型腔壁厚计算
模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。
强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。
刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。
在本次设计中采用圆形整体式型腔。
按刚度计算侧壁的厚度s
由上得出：
式（2-5e）
上式中
E——模具材料的弹性模量，，碳刚为2.1105
p——型腔压力，，由前面所知为25或30
——刚度条件，即允许变形量，mm，由上式得出聚丙烯的值允许范围为0.025～0.04mm
h——型腔深度尺寸，mm
所以：
按强度计算侧壁的厚度s
由上得出：
式（2-5f）
上式中
r——型腔径向半径，mm
p——型腔压力，，由前面所知为25或30
[σ]——模具材料的许用应力，，已知为160
所以：
由此可以选取s=8.00mm。
按刚度计算底版的厚度
式（2-5g）
上式中
E——模具材料的弹性模量，，碳钢为2.1105
p——型腔压力，，由前面所知为25或30
[δ]——刚度条件，即允许变形量，mm，由第一节得出聚丙烯的[δ]值允许范围为0.025～0.04mm
h——型腔深度尺寸，mm
所以：
按强度计算底板的厚度
式（2-5h）
上式中
r——型腔径向半径，mm
p——型腔压力，，由前面所知为25或30
[σ]——模具材料的许用应力，，已知为160
所以：
由此可以选取=17.00mm。
2.6脱模机构的设计和计算
2.6.1脱模阻力的计算
因为塑件的壁厚为2mm，内孔直径为56mm，所以塑件的壁厚与内孔直径之比为：
而
所以可以看作是薄壁壳体形塑件，又由于塑件的断面为圆环形
式（2-6a）
上式中
E——塑料的拉伸模量，
ε——塑料成型平均收缩率，%
t——塑料的平均壁厚，mm
L——塑料包容型芯的长度，mm
µ——塑料的泊松比
φ——脱模斜度（塑料侧面与脱模方向之夹角）
ƒ——塑料与钢材之间的摩擦因数
B——塑件再与开模方向垂直的平面上的投影面积（）,当塑件底部有通孔时，10B项应为零。
——由ƒ和φ决定的无因次数，可由下式计算：
式（2-6b）
已知E=1.6～1.710³；ε=2%；t=2mm；L=13mm；μ=0.43；φ=1º；ƒ=0.50
根据前面所知的B＝2826
2.6.2脱模机构的设计
在本次设计中，我采用的脱模机构是先由齿条带动锥齿轮传动，再由锥齿轮带动螺纹型环转动，使得塑件的螺纹部分被脱出，同时浇道凝料也被旋转脱出，再用顶杆顶动塑件。
在自身重力的作用下浇道和凝料就会掉落下来。
推杆采用直杆式圆柱推杆，为了增大细长推杆的刚性，设计成台阶形。
推杆用热作模具钢制造，最后经表面氮化处理，配合段的表面粗糙度为Ra0.8。
推杆脱模机构用复位杆复位，复位杆应对称分布，常取2到4根，但最好多于2根。
与复位杆头部接触的定模板应淬火或局部镶入淬火镶块。
为避免推板运动时发生偏斜，造成运动卡滞或推杆弯曲损坏等问题，设计推出导向装置。
因为是中小型模具采用2根导柱导向。
并且设置导向套。
2.7脱螺纹机构的设计
2.7.1脱螺纹的形式
在本设计中采用的是开模时齿条带动锥齿轮传动，再由锥齿轮带动螺纹型环转动，使得塑件的螺纹部分被脱出。
2.7.2旋转脱螺纹扭距的计算
根据以上得出对于薄壁内螺纹塑件，旋转脱模所需
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