矿泉水瓶盖注塑模具改进设计Word文档下载推荐.doc
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4.3.1脱模力计算 10
5型腔数目的确定及排布 10
6分型面的选择 11
7浇注系统的设计 12
7.1主流道的设计 12
7.2分流道的设计 12
7.3浇口设计 13
7.4冷料穴的设计 14
8导向机构的设计 15
8.1导柱导向机构的作用 15
8.2导柱导套的设计原则 15
8.3导柱导套的设计 15
8.3.1导柱的设计 15
8.3.2导套的设计 16
9排气系统和温度调节系统设计 16
9.1排气系统 16
9.2温度调节系统 16
9.2.1冷却系统的开设原则 17
9.2.2冷却系统的结构设计 17
10模具的装配 18
10.1模具的装配顺序 18
10.2模具开闭模过程分析 18
11基于Moldflow的模流分析 19
11.1导入三维模型 19
11.2基于Moldflow的冷却系统分析 33
11.2.1冷却水道的创建 33
11.2.2冷却系统的分析 34
参考文献 36
致谢：
37
V
1前言
随着中国的改革开放以来经济形势的日益好转，各种制造产业也随着蓬勃发展其中模具产业发发展也比较迅速。
在世界上模具技术的先进与否对这个国家的工业水平有着重要标志。
模具行业能促进工业水平的发展，并且能获得极大的经济效益，因此在各国都比较重视模具的发展。
因为塑料在生活中的普及性特别高，近年来塑料模具的发展也比较迅猛，其中用到最多的就是注塑模具。
生活中人们常用到的矿泉水瓶盖、手机后盖、鼠标、杯子之类的都是通过注塑模完成的，因此对于注塑模的改进与发展人们都是比较重视的。
经过近几年的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：
大力提高注塑模开发能力。
注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。
模具生产正在向信息化迅速发展。
注塑模向更广的范围发展。
中国塑料模具行业和国外先进水平相比，我们国家主要存在以下问题：
发展不平衡
工艺装备落后，组织协调能力差。
供需矛盾短期难以缓解。
大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。
本次论文设计的主要内容是对矿泉水瓶盖进行注塑模设计，因为瓶盖有没螺纹所以其设计还是有一定的难度，需要充分考虑到以哪种方式开模，如何开模，分型面的选择，型腔如何设计，型腔数目如何选择等问题。
由于饮料瓶盖也是生活中比较常见的注塑模制品，这样更容易让我们把所学的知识用于生活实践之中，以更好的服务于模具行业之中。
本次毕业设计的主要目的是了解模具设计的方法与内容；
掌握各种零件的选择与应用以及如何去装配；
熟悉所需加工塑件的材料的性能以及一些模具材料的性能以及处理方式；
熟练应用各种模具设计软件，如CAD、CAXA、Pro/E、UG等；
了解模具的发展状况与发展方向。
通过该课题的毕业设计可以对我们在大学所学的知识进行一次全面的综合运用和系统实践，培养了将智慧转化为生产力的能力。
，培养对产品进行功能分析和性能分析的能力，检索和理解相关资料和文献的能力以及与同学之间的沟通配合能力，能够根据所给产品特点独立设计出一套模具图纸，并且为模具一些非标准件选择合适的材料以为加工方式和后处理方式，通过模具设计软件制作出成品模具图，最终具备独立完成模具设计的能力、严谨的工作态度和科学的工作方法。
2塑件的工艺分析
2.1塑件的型工艺分析
此塑件制品为矿泉水瓶盖，其结构较为简单，整个塑件为空心柱状，整个塑件高达12mm，外径为30mm，壁厚1mm。
由于实际生活中矿泉水瓶盖的作用仅用于密封，所以对其的公差要求比较小，因此对于模具的要求也会适当减小，用于减少成本。
并且瓶盖在日常生活中需求量大，尺寸公差小，所以适合于大批量生产产品塑件图如图1.1和1.2所示。
图2.1塑件三维图
图2.2塑件尺寸图
2.1.1壁厚分析
塑件的壁厚对塑件质量的影响很大。
壁厚过小，成型时熔融塑料流动阻力大，充模困难，特别是大型且形状复杂的塑件更为突出。
壁厚过大，不但浪费原料，而且增加冷却时间，更重要的是塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。
该塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。
因此，该塑件符合注塑模具成型的厚度条件。
2.1.2圆角分析
为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用过渡圆弧。
塑件上的过渡圆弧对于模具制造也是必要的。
在无特殊要求时，塑件连接处均应有不小于0.5～1mm的圆角。
按照圆角的设计原则：
一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍、内圆弧半径应是厚度的0.5倍。
本次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合生产实际来设计，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半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。
2.2塑件材料的选择及材料特性
2.2.1材料的选择
该塑件在尺寸上要求不是太高,在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应，综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，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聚丙烯（pp）。
2.2.2材料特性
塑料零件的材料为PP（聚丙烯）其表面要求无凹痕各方面性能如下：
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/MPa37
78～90
拉伸强度/MPa—
断裂伸长率/%＞200
—
弯曲强度/MPa67
132
弯曲弹性模量/GPa1.45
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HBS8.65
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/㎝²
102～115
180/㎝²
56～67
127
127
线膨胀系数/（10-５/℃）9.8
4.9
比热容/[J/（㎏·
K）]1930
热导率/[W/（m·
K）]0.118
燃烧性/（㎝/min）慢
体积电阻/Ω·
㎝＞1016
击穿电压/（kV/㎜）30
表2.3 聚丙烯的物理性能
材料性能纯聚丙烯
密度/（g/㎝³
）0.90～0.91
比体积/（㎝²
/g）1.10～1.11
吸水性/%（24小时） 0.01～0.03
长时间浸水18d0.5
0.05
透明度或透光度半透明
2.3方案选择
（一）：
强脱出模
图2.3带滑块的强脱出模图2.4二级顶出强脱出模
（1）带滑块的强脱出模：
结构相对较简单，有滑块侧面抽芯。
不足之处是：
模具横向体积较大，腔数受到了一定的限制，相同腔数的模具重量大，要求注塑机的规格相应提高。
（2）二级顶出强脱出模：
直接强脱螺纹。
优点是：
模具相对稳定，且同样的大小的模具（长、宽）可做更多腔数。
（二）螺牙旋转出模
螺牙旋转出模：
俗称“绞牙模”，采用齿轮、齿条、油马达等，在开模后（或开模前）螺纹模芯旋转脱出螺纹。
此种结构螺牙可以做得相对较深，瓶盖材料选择面宽，可以选择较硬的塑料。
一般脱出后，螺牙变形小，比较漂亮。
主要用于化妆品、药品等螺纹较深或材料较硬的不能强行脱模的瓶盖。
图2.5螺牙旋转出模
该工件由于生产量大，所以对于模具的寿命要求较高，虽然螺牙旋转出模这种脱模方式对于模具的的设计要求比较复杂一点，但是其生产精度相对较高，寿命也相对较高，所以相对比较选择此种脱模方式。
3注射设备的选择
3.1估算塑件的体积和质量
图3.1产品体积分析图
塑件的工作条件对精度要求不高，根据pp的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P67表3-9）。
如图3.1可得塑件的体积为2.07cm
型腔数目的确定:
因本塑件为大批量生产，精度不高，最大尺寸为R15，所以可以采用一模四腔。
制品的质量:
查得=0.9g/㎝³
m=v=2.07×
0.9=1.863g
3.2选择注射机
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）：
0.7
注射方式：
柱塞式
合模力kN）：
500
最大注射面积（cm2）：
130
最大开（合）模行程（mm）：
180
模具最大厚度（mm）：
200
模具最小厚度（mm）：
70
动、定模固定板尺寸（mm）：
300×
440
喷嘴圆弧（mm）：
12
喷嘴孔径（mm）：
4
以上参数参见《塑料成型工艺及模具设计》第311页附录G，部分国产注射成型机的型号及技术参数。
柱塞式注射机成型原理：
先将粉状或粒状从注射机的料斗中送进配备加热装置的料筒中，塑化成熔融状态；
然后，在柱塞的推动下，塑料熔体被压缩，并以极快的速度向前经喷嘴注入到模具型腔中，最后充满型腔的熔体经过保压、冷却而固华成塑件开模取出。
如此即完成一个成型周期。
柱塞式成型机中，塑料熔化成黏流态的热量主要由筒外部的加热器提供。
在柱塞的平稳推动下，料流是一种平缓的滞流态势。
料筒内同一横截面上不同径距的质点有着梯度变化的流速，结果靠料筒轴心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。
料筒同一截面上的温度分布也有差异，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的电热圈加热，所以温度高；
而靠近轴心的料，因流动快，且又与料筒加热圈隔了一层热阻很大的塑料层，所以温度低。
可见在柱塞式料筒内，塑料的塑化程度很不均匀。
注射机的分类：
按外形可分为：
卧式、立式和直角式
按传动方式可分为：
机械式、液压式和液压、机械联合式
按用途又可分为：
通用型和专用型
所选注射机的型号为：
XS-Z-60，属于卧式通用型注射机。
3.3注塑机相关参数的校核
3.3.1最大注射量的校核
模具设计时，在一次注射行程中，总的注射量必须小于注塑机额定注射量的80%。
校核公式为：
式中：
--型腔数量；
--一个零件的体积（）；
本设计中：
n=42.07
V=4x2.07=8.28＜80%m=48
注塑机额定注塑量为60，注射量符合要求
3.3.2注射压力的校核
所选注塑机的额定注射压力必须大于成型时所需的注射压力。
查资料可知聚丙烯所需成型注射压力为70～100，这里取，该注塑机的公称注射压力，注射压力安全系数k1=1.2～1.3，这里取k1=1.3，则：
k1，所以注塑机注射压力合格。
3.3.3锁模力的校核
锁模力的校核公式如下：
（）P<
F
P—塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）
F—注塑机额定锁模力（N）
n--型腔数目
--塑件在模具分型面上的面积
--浇注系统在分型面上的面积
n=4=1200=200
查资料，型腔内的通常为15-55MPa，一般制品为15-45MPa，精密制品为25-56MP
（）P=5000x30x1.1=165KN<
500KN
锁模力符合要求。
4塑料件的工艺尺寸的计算
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸及位置尺寸，故零件的工作尺寸计算主要是凹模和凸模的尺寸计算。
产生偏差的原因：
①．塑料的成型收缩
成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：
预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；
成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。
σs=（Smax-Smin）×
制品尺寸
σs成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin分别是制品的最大收缩率和制品的最小收缩率。
②．成型零部件的模具制造偏差
工作尺寸的制造偏差包括模具的加工偏差和装配偏差。
加工偏差就是模具在制造过程中所产生的尺寸偏差，装配偏差主要是模具在分型面上的合模间隙以及组合模具的配合偏差。
③．成型零部件的磨损
成型零部件的摩损相对于精度要求不高的大型零部件来说，可以不考虑，但对于精度要求较高的小型零部件，就必须要对其进行考虑。
4.1型腔尺寸
4.1.1型腔径向尺寸
（4-1）
4.1.2型腔深度尺寸
（4-2）
4.2计算螺纹型芯的工作尺寸
螺纹型芯大径：
（dM大）0-δz=[（1+s¯
）ds大+Δ中]0-δz（4-3）
螺纹型芯中径：
（dM中）0-δz=[（1+s¯
）ds中+Δ中]0-δz（4-4）
螺纹型芯小径：
（dM小）0-δz=[（1+s¯
）ds小+Δ中]0-δz（4-5）
dM大,dM中,dM小———分别为螺纹型芯的大，中，小径；
ds大，ds中，ds小———分别为塑件内螺纹大，中，小径基本尺寸；
Δ中———塑件螺纹中径公差；
δz———螺纹型芯的中径制造公差，其值取Δ/5。
将数据代入以上公式计算得：
（dM大）0-δz=[（1+2.5%）×
30+0.03]0-0.03/5
=30.780-0.006
（dM中）0-δz=[（1+2.5%）×
29+0.03]0-0.03/5
=29.7550-0.006
（dM小）0-δz=[（1+2.5%）×
28+0.03]0-0.03/5
=28.730-0.006
图4.1型芯
4.3脱模机构的设计
4.3.1脱模力计算
脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。
它是设计脱模机构的重要依据之一.
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。
5型腔数目的确定及排布
为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有以下：
根据经济性确定型腔数目。
根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。
根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。
当成型大型平板制件时，常用这种方法。
设注射机的额定锁模力大小为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm,单个制品在分型面上的投影面积为A1，浇注系统在分型面上的投影面积为A2，则：
（nA1+A2）PmF即：
n≤（5-1）
根据制品精度确定型腔数目。
根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%,高模具中的型腔数目为n,制品的基本尺寸为L，塑件尺寸公差为,单型腔模具注塑模具生产时可能性产生的尺寸误差为（不同的材料，有不同的值，如：
聚甲醛为0.2%,尼龙66为0.3%,聚碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为0.05%）,则有塑件尺寸精度的表达式为：
L%+（n-1）L%4%（5-2）
简化后可得型腔数目为：
n
对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。
根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目。
设注射机的最大注射量G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统的质量为W2（g），则型腔数目n为：
n（5-3）
型腔的排布设计原则：
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：
尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。
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。
尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。
采用对称平衡的排布,如下图示：
图5.1型腔数目及排布图
6分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面.一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜。
分型面的选择应遵循以下原则:
便于塑件脱模：
开模是应尽量使塑件留在动模内；
应有利于侧面分型和抽芯；
应合理塑件在型腔中的方位。
考虑和保证塑件的外观不遭损害。
尽力保证塑件尺寸的精度要求。
有利于排气和尽量使模具加工方便。
本塑件属于薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模和精度要求角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，而且不影响塑件的质量和外观形状，以及尺寸精度。
综合以上因素，分型面应选择在瓶盖的下部较为合理，如图6.1所示。
图6.1分型面的选择
7浇注系统的设计
注射模的浇注系统是指从注流道的开始端到型腔之间的熔体流动通道。
其作用是使塑料熔体平稳而有序地充真到型腔中，以获得组织致密、外形
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