毕业设计（论文）-瓶坯热流道注射成型工艺及模具设计.doc

1 瓶坯热流道注射成型工艺及模具设计 摘要摘要 ：为解决 pet 塑料加工温度范围较窄，工艺性较差的问题，提出了 pet 吹塑瓶坯热流道模具 设计方法。首先分析了 pet 瓶坯的成型工艺，包括 pet 树脂的干燥，模具工作部分的温度控制等； 然后提出了热流道注塑模的结构，并阐述其工作原理。经生产实践验证，该模具结构设计合理，操 作方便，能满足使用要求。 关键词：关键词： pet 树脂; 瓶坯; 注射模; 热流道。 design of runner injection mold for pet botter base lin liqin (electromechanical and automatic engineering department , fujian university of technology, fuzhou 350014) abstract： in order to solve the question that the processing was difficult caused by the narrow temperature and domain of pet resin, a design method of hot runner mold for pet botter was proposed. first, the forming technology was analyzed, including pet resin dry and temperature control of work section in mold. then the construction of hot runner mold was put forward, and the mold principle is discussed. the results show that the mold structure is reasonable, and it can be operated conveniently for requirement. keywords: pet resin; botter; injection mold; hot runner plate. 目录目录 2 1 1、制件的制品分析、制件的制品分析4 1.1 塑件分析.4 1.1.1 结构分析 5 1.1.2 尺寸精度分析 5 1.1.3 表面质量分析 5 1.2 瓶坯材质的分析5 1.3 pro/e 造型6 1.4 计算塑件的体积7 1.5 pet 瓶坯的成型工艺.8 1.5.1 pet 树脂的干燥8 1.5.2 塑件注射工艺参数的确定 .8 2 2、 模具设计的有关计算模具设计的有关计算9 2.1 型芯型腔工作尺寸的计算9 2.1.1 型腔套工作尺寸计算 .9 2.1.2 型芯尺寸的计算 .10 2.1.3 成型螺纹部分瓣合模的尺寸计算 .11 2.2 圆柱体型腔壁厚计算12 2.3 浇口板的设计13 2.5 成型螺纹部分左右瓣模壁厚的计算.13 3 3、petpet 聚酯瓶坯的热流道注射模设计聚酯瓶坯的热流道注射模设计.13 3.1 确定型腔数量及排列方式.14 3.2 注射机的选择14 3.3 分型面位置的确定15 3.4 成型零件的设计16 3.5 浇注系统的设计19 3 3.6 侧向分型机构的设计.22 3.7 脱模机构的设计28 3.8 推出机构的设计30 3.9 排气槽的设计31 3.10 导向机构的设计32 3.11 加热、冷却系统的设计33 4 4、模具总体尺寸的确定，选购模架、模具总体尺寸的确定，选购模架40 5 5、注射机参数的校核、注射机参数的校核40 5.1 最大注射量的校核40 5.2 锁模力的校核40 5.3 模具闭合高度的校核41 5.4 开模行程的校核41 5.5 拉杆间距的校核41 6 6、模具总装图、模具总装图42 结结 果果 分分 析析43 致谢致谢44 参考文献参考文献45 引言引言 4 近年来，pet 吹塑瓶以其质量轻、强度高、透明、无毒等优点被大量用于饮料包装， 特别是碳酸性饮料的包装。此外，由于捆装的玻璃啤酒瓶屡屡出现爆炸伤人事故，国外 有转向 pet 瓶包装的趋势，因此，pet 吹塑瓶的市场前景广阔10。 pet 吹塑瓶的生产依据型坯的预成型方法，在 pet 吹塑瓶未流行前，塑料瓶坯多是 挤出成型的。塑料经加热及螺杆转动的摩擦力成为熔融状态后，从模头挤出，成为圆筒 状的瓶坯，然后再经过吹塑。 挤出成型的瓶子瓶颈不平整，通常都需要刮去毛边才能保证旋上瓶盖后不漏水，挤 吹亦产生较多的边角料，要二次加工去除并循环再用且靠挤出的瓶坯壁厚很难保证均匀。 注射吹塑采用注塑机注出瓶坯，其主要作用是产生壁厚均匀瓶坯和平整的瓶颈，在经注 射成型的瓶坯未冷却前或用再加热使瓶坯软化，将瓶坯纵向拉伸后再吹气（横向拉伸） ， 作成双向拉伸，这样除强化瓶子之外，制件壁厚减小，故比挤吹节省用料。然而，由于 pet 材料成型温度高，料温调节范围窄（260 300）,且熔化后，流动性太好，必 须在注塑机喷嘴中加防流涎的装置，这样大大增加了模具的复杂度。本文拟探讨采用热 流道系统注射成型 pet 瓶坯，目的是使 pet 瓶坯的成型更加合理化。 1 1、制件的制品分析、制件的制品分析 1.1 塑件分析塑件分析 1.1.1 结构分析结构分析 从零件图上分析，该零件总体形状为圆柱筒形件，有外螺纹（其截面形状如上 5 图）的圆筒形坯口和圆柱体卷封环，转角的倒圆。因此，模具设计侧向分型脱螺纹 机构。该零件属于比较简单的零件。 1.1.2 尺寸精度分析尺寸精度分析 该零件重要尺寸如：46.7-0.360精度等级为 mt3 级，56-0.940mm 精度等级为 mt5 级，螺纹外径 50.05-0.40，其精度等级为 mt3 级，螺纹中径 48.38-0.360，精 度等级为 mt3 级，螺距 6-0.340，精度等级为 mt3 级，坯口高度尺寸 24.66-0.280，精度 等级为 mt3 级，要求其尺寸与所配的瓶盖的螺纹直径要相当的吻合，才能保证瓶子 的密封完好，其余尺寸都为未注公差等级的尺寸3。 由上分析可知：该零件尺寸精度要求中等，对应的模具相关零件尺寸加工可以 保证。 pet 瓶坯要求有必要的厚度外，还要求壁厚比较均匀，不要出现过厚或过薄的 现象，否则由于收缩不均匀，造成应力集中而出现裂纹和变形等缺陷。该塑件的壁 厚比较均匀，除了圆柱体卷封环部分为实体 8.15mm，螺纹部分加上螺纹实体外其它 部分的壁厚均为 3.5mm。 1.1.3 表面质量分析表面质量分析 瓶坯的优劣决定了吹塑工艺的难易，对瓶坯的要求是纯洁、透明、无杂质、无 异色、注点长度及周围晕斑合适，没有特别的表面质量要求，故比较容易满足。 综上分析可以看出：注射时在工艺参数控制得比较好的情况下，零件的成型要 求可以得到保证。 1.21.2 瓶坯材质的分析瓶坯材质的分析 聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文名 polyethylene terephthalate(简称 pet)，大量用 作纤维，而工程塑料树脂可分为非工程塑料级和工程塑料级两大类，非工程塑料级 主要用于瓶、薄膜、片材、耐烘烤食品容器等。 pet 是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、抗 疲劳性、耐摩擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性； 电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。无毒、耐气候性、抗化学药品稳 定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。缺点是结晶速 6 率慢，只为 6mmin(max)，成型加工困难，模塑温度高，生产周期长，冲击性能 差。一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性，以玻璃纤维增强效果 明显，提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性。但仍需改进结晶速 度慢的弊病，可以采取添加成核剂和结晶促进剂等手段。加阻燃剂和防燃滴落剂可 改进 pet 阻燃性和自熄性。为改进 pet 性能，pet 可与 pc、弹性体、pbt、ps 类、 abs、pa 形成合金。 瓶体吹塑的聚酯(pet)原料为饱合线性热塑性聚酯，主要应用性能指标为：特性 粘度(iv)应控制在 7085ml/g，使吹塑瓶具有较高的机械强度与透明性；用于容积 大(大于 2 升)的瓶体，选用聚酯原料的特性粘度为 7075ml/g。pet 聚酯的材料性 能如表 1-1 所示： 表 1-1 相对粘度055-065熔点（）259-261 热变形温度（1.82/mpa）79-85热分解温度（失重 2.5%） （）410-415 拉伸强度70mpa断裂伸长率15% 弯曲强度108mpa弯曲模量1700mpa izod 缺口冲击强度35-42j/m等温结晶速率（结晶温度 216）3.9/min 注：相对粘度（25，50/50 质量比的四氯乙烷/苯酚 ml/g） 1.31.3 pro/epro/e 造型造型 pro/e 造型重点是保证塑件重要位置的尺寸精度，造型的较难点是外螺纹，总 体来说造型比较简单。 造型时先用实体旋转特征形成总体的形状；再用外螺纹扫描特征生成外螺纹； 最后用旋转切材特征完成最终的零件造型。造型图 2 如下： 7 图 2 瓶坯造型图 1.4 计算塑件的体积 计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数。计算塑件的体积如图 3 所示： 8 图 3 塑件体积计算表 经计算塑件的体积为 v=74.72cm29。 1.51.5 petpet 瓶坯的成型工艺瓶坯的成型工艺 瓶坯采用注射成型法，首先将 pet 树脂干燥，然后将注塑机内处于熔融状态的 pet 树脂注入模具成型腔，经预热、温度调整后再在拉伸吹塑机上进行拉伸吹塑， 下面分述之。 1.5.1 pet 树脂的干燥树脂的干燥 为了生产高质量的瓶坯，在瓶坯成型前应对 pet 树脂进行干燥。因 pet 是易 吸湿的高分子材料，如果在制坯前不将所吸附的水分去掉，制坯时水分就会被蒸发 出来，在瓶坯上形成气泡，并使原料降解，以至不能满足吹制瓶子的要求。pet 通 常采用空气干燥，就是用去湿干燥机所产生的热风，经封闭回路通入干燥料斗连续 进行干燥。干燥温度在 170 182之间，干燥时间 45h，使 pet 树脂的含水 量控制在 0.005%以下11。 1.5.2 塑件注射工艺参数的确定塑件注射工艺参数的确定 pet（g30）聚酯）聚酯 注射成型机类型 往复式螺杆注塑机 密度（g/cm） 1.67 计算收缩率（%） 0.20.9 注射熔体温度：pet 瓶在注射吹塑时要控制好熔体温度，使其处于 275285范围内，比多数注射吹塑级聚合物的温度高约 50，一般用 280。 i 区 240250 螺杆温度 区 245255 区 250260 喷嘴温度：260290。 热流道温度：285。 9 注射压力：45mpa78mpa。 注射速度：一般注射速度要快，可防止注射时过早凝固。但过快，剪切率高使 物料易碎。射料通常在 4 秒内完成。 冷却时间为 3.45s 为保证型坯有高的透明性，熔体充入型坯模具后要快速冷却至 145以下，但要比其玻 璃化温度(82)高些，且越接近玻璃化温度，吹塑瓶的透明度就越高，可拓宽加工范围。 型坯模具冷却水温要低至 1035，以快速冷却型坯。还要采用液体或气体对芯棒连 续进行内冷却。其中气冷可使芯棒轴向有更一致的温度分布，同时还不会出现泄漏问题。 芯棒内冷气压一般为 1mpa29 33。 2、 模具设计的有关计算 2.12.1 型芯型腔工作尺寸的计算型芯型腔工作尺寸的计算 2.1.1 型腔套工作尺寸计算型腔套工作尺寸计算 型腔套是成型瓶坯外形的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中型腔 套的使用会使包容尺寸逐渐增大。所以，为了使模具磨损后留有修模的余地并满足装配 的需要，在设计时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。 1）型腔套的径向尺寸计算公式： l=l塑塑（1+k）-（3/4）+ 式中 l塑塑 塑件外形径向公称尺寸； k塑件的平均收缩率； 塑件的尺寸公差； 模具制造公差，取塑件相应的尺寸公差的1/4； 故型腔套的径向尺寸： 瓶坯体46.7-0.360 （mt3级）型腔径向尺寸： l=46.7*（1+0.55%）-（3/4）*0.36 0+0.09 =47.13050+0.09； 卷封环56-0.940（mt5级）型腔径向尺寸： l=56*（1+0.55%）-（3/4）*0.94 0.235 0 =56.135 0； 0.235 0 10 坯体底部与坯体相切。故其型腔径向尺寸为47.13050+0.09。 2）型腔套的深度尺寸计算公式： h=h塑塑（1+k）-（2/3） 0+ 式中 h塑塑塑件高度方向的公称尺寸。 圆柱坯体98.19-0.860（mt5级）型腔套深度方向的尺寸： h=98.19*（1+0.55%）-（2/3）*0.86 0 0.215 = 0 0.215 98.157 瓶坯底部r23.35-0.640（mt5级）型腔套深度方向的尺寸： h=23.35*（1+0.55%）-（2/3）*0.64 0+0.16 =23.052 0+0.16 瓶坯口部的高度尺寸24.66-0.700（mt5级）： h =24.66（1+0.0055）-（2/3） 0+0.175 =24.3290+0.175 2.1.2 型芯尺寸的计算型芯尺寸的计算 型芯是成型塑件内形的模具零件，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中型芯的 磨损会使被包容尺寸逐渐减小。所以，为了使模具磨损后留有修模的余地并满足装配的 需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 1）型芯径向尺寸计算公式： l=l塑塑（1+k）+（3/4） -0 式中 l塑塑 塑件内形径向公称尺寸； k塑件的平均收缩率； 塑件的尺寸公差； 模具制造公差，取塑件相应的尺寸公差的1/4； 故对于型芯39.7 0+0.36（mt5级）型芯径向尺寸： l=39.7*（1+0.55%）+（3/4）*0.56 -0.140 =40.3383 -0.140； 2）型芯的深度尺寸计算公式： h=h塑塑（1+k）+（2/3）； 0 式中 h塑塑塑件高度方向的公称尺寸。 11 故坯体146.50+1.64（mt5级）型芯深度方向的尺寸： h=146.5*（1+0.55%）+（2/3）*1.64 ； 0 0.547 =149.399-0.5470； 2.1.3 成型螺纹部分瓣合模的尺寸计算成型螺纹部分瓣合模的尺寸计算 1）其计算公式： 外径dm外=ds外+ds外scp-1.2m； 0 m 中径dm中=ds中+ds中scp-m； 0 m 内径dm内=ds内+ds内scp-m ； 0 m 式中 ds外、ds中、ds内为塑件外螺纹外径、中径、内径公称尺寸； m为塑件外螺纹中径公差； m为螺纹型环制造公差，一般去塑件外螺纹中径公差的1/4。 则模具螺纹型环的尺寸为： dm外=49.86+49.86*0.0055-1.2*0.36 0+0.09=49.7022 0+0.09; （mt2 级） dm中=48.28+48.28*0.0055-0.36 0+0.09=48.1855 0+0.09; （mt2级） dm内=46.7+46.7*0.0055-0.36 0+0.09=46.5968 0+0.09；（mt2级） 2）型环螺距的计算公式 ：lm=ls（1+scp）m 式中 lm为螺纹型环的螺距 ls为塑件的螺 scp为塑料的平均收缩率（%） m为螺纹型环制造公差 则模具型环的螺距为： lm=6（1+0. 55%） 0.04 =6.030.04 3）成型螺纹时螺纹对称中心线距离卷封环距离4.800.04（mt1级） 则模具型环相应的深度尺寸： hm=4.80（1+0. 55%） 0.04 =4.82640.04 对于其他地方塑件尺寸，由于其对模具的要求不是很高，故采用与塑件相应的尺寸即可。 12 2.22.2 圆柱体型腔壁厚计算圆柱体型腔壁厚计算 在注射成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用，因此模具的型腔应该具有足够 的强度。型腔强度不足将发生塑性变形甚至破裂；刚度不足将产生过大的弹性变形，导 致型腔向外膨胀，并产生溢料间隙。 型腔壁厚计算以最大型腔压力为准。一副模具要能正常生产，既不允许型腔强度不 足，也不允许其刚度不足，因此型腔壁厚应该同时满足其强度条件和刚度条件。根据分 析当型腔尺寸86mm 时以刚度条件计算为准，反之，以强度计算为准。本设计的型腔为 组合式圆形型腔，因为塑件的半径为 r23.35mm 1/20 属厚壁体形塑件，又塑件横断面为圆环形，则所需 的抽拔力公式：26 =2re l（f-tg）/（1+k2）k1+10b（n）f抽 其中 r 为型芯大小端平均半径 e 为塑料拉伸模量（mpa） 为塑料平均收缩率 b 为塑件在与开模方向垂直面上的投影面积 所以 =2*20.17*3.87*10*0.55%*28.46*（0.3-tg0.5）/（1+0.43+5.7）f抽 +10*13.71 =3549（n） 斜销弯曲力计算公式： n=*cos/cos（+2）f抽 =3549* cos0.5/cos（15+2*0.5） =3691.75（n） 斜销直径计算公式27 ： d= 3 /(0.1 )nl = 3 3691.75 12.33/cos15 0.1 137.2 =15.09mm 式中 d 为斜销直径 （mm） l 为弯曲力的作用点距斜导柱伸出部分根部的距离（mm） 斜销材料的弯曲应力（mpa）对于碳钢为 137.2mpa 故取斜销直径为 16mm 斜销的有效长度 l=s/sin=18/sin15=69.55mm 斜导柱固定部分的 d=d+5mm=21mm，固定孔为 d+1=22mm 4）斜导柱长度和最小开模行程的计算 由于抽芯方向与开模方向垂直，故长度计算 见图 16 公式 l=l1+l2+l3+l4+l5 =（d/2）tg+h/cos+（d/2）tg+s/sin+（1015） （mm） 式中 l斜导柱总长度（mm） 24 d斜导柱固定部分大端直径（mm） h斜导柱固定板厚度（mm） d斜导柱直径（mm） 斜导柱斜角（） 故 l=（25/2）tg15+30/cos15+（16/2）tg15+18/sin15+10 =116.241mm 其中 l4 为斜导柱有效长度 l3+l4 为斜导柱伸出长度 l5 为斜导柱头部长度。 取 l =125mm。 完成抽拔距 s 所需的最小开模形成 h 由下式计算： h=sctg（mm） =18ctg15 =67.18 图 16 斜导柱长度和开模行程 斜导柱孔位置的确定 25 图 17 斜导柱孔位置的确定 如上图 17 所示，斜导柱孔位置需要确定的尺寸有 a，a1、a2。确定步骤是：在滑块 顶面长度的 1/2 处取 b 点，通过 b 点作出斜导柱斜角为的点划线段与模具顶面处相交于 a 点；取 a 点到模具中心线距离并调整为整数尺寸即为孔距尺寸 a，a1、a2 决定于斜角和模 板厚度。对于斜角为 15时，a1=a+0.68h，a2=a1+0.268h1。27 滑块分型面上的斜导柱孔的位置，除应位于滑块的中心线上外，斜导柱孔中心线的投 影应与滑块抽芯方向的轴线垂直。加工斜导柱孔室，一般将滑块装入模具的导滑槽内，在 动、定模合紧后一起加工。 滑块的设计27 本设计采用瓣合模形式的侧型环式滑块 1） 螺纹形环与滑块的连接形式 本设计采用侧型环与滑块做成整体式的。 2） 滑块的导滑形式 为了确保螺纹形环可靠的抽出和复位，保证滑块在移动过程中 平稳，无上下窜动和卡死现象，滑块与导滑槽必须很好的配合和导滑。滑块与导滑 槽的配合一般为 h7/f6,其配合主要根据模具大小、模具结构和塑料制品的产量选择， 导滑表面应有足够的硬度，应稍硬于滑块。本设计采用整体式的滑块与两导滑槽的 形式，滑块斜孔与斜导柱间一般都有 0.5mm 的间隙，这样在开模的瞬间有一个很小 的空行程，是螺纹形环在未抽动前强制制品先脱出动模型芯，并使楔紧块先脱离滑 块，然后进行侧向分型。 3） 滑块尺寸的设计 为了使滑块运动时不偏斜，滑块的滑动面要有足够的长度，最 好为滑槽宽度的的 11.5 倍，滑块在完成抽拔动作停止运动时，其滑动面不一定全 长都留在导滑槽内，但留在导滑槽内部分的长度应不少于滑块宽度，以免滑块倾斜 26 发生复位困难，即需满足 l=1.5w，lw（w 为滑块的宽度，l 为滑块完成侧向运动时 留在导滑槽内的长度，l 为滑块滑动面长度）。本设计根据实际情况，取 w=成型螺 纹左右瓣模型环的直径加上壁厚=55.93+20=75.93mm，取 76mm，其结构如图 18 所示： 图 18 侧型环滑块 导滑槽的设计 对导滑槽和滑块的配合要求是运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，燕尾槽精度较 高，但制造比较困难，在满足条件的情况下，一般采用 t 型导滑槽，且本设计将导滑槽作 成整体式的。设计时使导滑槽与滑块上下各有一个面相配合（动配合 h7/f6），其余面之 间则留出 0.51mm 的间隙。导滑表面应有足够的硬度，应稍硬于滑块。为了使滑块运动 时不偏斜，滑块的滑动面要有足够的长度，最好为滑块宽度的的 11.5 倍，滑块在完成 抽拔动作停止运动时，其滑动面不一定全长都留在导滑槽内，但留在导滑槽内部分的长度 应不少于滑块宽度，以免滑块倾斜发生复位困难，因此导滑槽的长度应该足够长，本设计 将导滑槽的长度设计成与模板的长度一样。 滑块的定位装置 侧向分型结束后，当滑块和斜导柱相互分离时，滑块必须停留在刚分 离的位置，以便合模时斜导柱能够顺利进入滑块斜孔，为此必须设置滑块定位装置，由于 27 本设计的定位力不是很大，因而采用弹簧钢球定位，而且这种装置结构简单，紧凑，在中 小型模具中应用普遍。 楔紧块的设计3 当塑料熔体注入型腔后，它以很高的压力作用与瓣合模块，迫使滑块外移。作用力等 于塑料压力和沿滑动方向塑料作用于模块上投影面积的乘积。由于斜导柱的刚度较差，故 常用楔紧面来承受这一侧向推力，同时斜导柱的精度往往不能保证滑块的准确定位，而精 度较高的楔紧面在合模时能够确保滑块位置的精确性。 1）楔紧块的形式 在制品注射成型过程中，侧向分型的螺纹型环在分型方向受到塑料 较大的推力作用，这个力通过滑块传给斜导柱，而一般斜导柱为细长杆件，受力后容 易变形。因此必须设置楔紧块，以压紧滑块，使滑块不致产生位移，从而保护斜导柱 和保证制品精度。楔紧块的形式视滑块的受力大小、磨损情况及制品的精度要求而定。 2）楔紧块的结构形式主要有：与模板作成一体的，用螺钉销钉固定形式的，嵌入式等。 其结构形式的选择根据滑块的形状和受力大小决定，楔紧面应有足够表面硬度，以免 擦伤和变形。 作用在楔紧块上的作用力等于塑料压力作用在才侧型芯或模块上投影面积的乘积， f=pa 其中 p 为型腔压力1，a 为塑料在侧面的投影面积， 所以 f=（563.8+48.2831.5+20.1546.7）/cos1740 =57345.7n 由于滑块受力大，选用楔紧块与模板加工成一体的整体式，牢固可靠，能承受较大 的作用力。 4）楔紧块的楔角 要求楔紧块的楔角 必须大于斜导柱的斜角 ，这样当模 具一开模，楔紧块就让开，否则斜导柱将无法带动滑块做侧向分型动作，一般取 =+(23),故取 为 17。 斜导柱驱动的结构形式 本设计属于斜导柱在动模固定板，滑块安装在动模推件板上的驱动形式，此结构最 大的特点是在推出的同时进行侧向分型。 28 图 19 斜导柱定模分型 1-斜导柱 2-滑块 3-推板 其动作过程：开模后，主分型面分开，塑件留在动模一边，推出时推件板向上运动， 塑件在脱离主型芯的同时滑块在斜导柱的作用下分型，直至塑件可以取出为止，有人工 或者机械手取出塑件，楔紧块和型腔套固定板作成一体的，在定模一边。 3.73.7 脱模机构的设计脱模机构的设计 （1 1）脱模机构的设计一般应遵循下述原则： 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，致使模 具结构简单。 2）防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，有 针对性地选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。 由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施 于塑件刚性和强度最大的部位，作用的面积也应尽可能大一些，以防塑件变形或 损坏。 3）力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观 影响不大的部位。 4）结构合理可靠，脱模结构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且具 有足够的强度和刚度。 （2）脱模阻力的计算：26 塑件壁厚与其内径直径之比大于 1/20，即 t/d 大于 1/20 的塑件。且塑件的横断面 29 为圆环形，所需脱模力： q=2rel（ ftg）/（1+k2）k1+10b e塑料的拉伸模量（mpa），由表（3-29）查找； 塑料成型平均收缩率（%），有表（3-29）查找； t塑件的平均壁厚（mm）； l塑件包容型芯的长度（mm）； 塑件的泊松比，有表（3-29）查找； 脱模斜度（塑件侧面与脱模方向之夹角）3； f塑件与钢材之间摩擦系数，有表（3-29）查找； r型芯大小端平均半径（mm）； b 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2），当塑件底部上有通 孔时，10b 项应视为零； k1由 f 和 决定的无因次数，可由表（3-30）选取，也可由下式计算 k1=1+fsincos k2由 （=r/t）和 决定的无因次数，可由表 3-31 选取，也可由下式 计算 k2=22/(cos2+2cos) 因此 q= 220.173.87100.55%149.399（ 0.3tg0.5） /（1+0.43+5.7）1+1070.47 =17168 (n) （3 3）脱模机构设置方位的判断 塑件的留模情况决定了脱模机构设置的方位。开模时，塑件停留于定模，还是停留 于动模，或者停留于动、定模不定，是由动模和定模边的脱模阻力决定的。为了保证塑 件顺利地脱模，必须对动、定模两边的脱模阻力分别进行计算，作为判断设置脱模机构 方位和类型的依据。设动模和定模的脱模阻力分别为 qm 和 qf,通常有以下三种情况： 1）qm 远大于 qf 时，开模时塑件肯定留在动模边，一般情况下，在动模边设置简单 脱模结构及可脱模，使得模具结构简单，操作方便。 2）qm 远小于 qf 时，开模时塑件肯定留在定模边，定模边设置脱模机构较为复杂， 一般情况下不予采用。为此，可对型腔方位及分型面重新设计，力求在开模时塑件流于 动模边，以简化脱模机构。 30 3）当 qm 与 qf 相差不大时，开模时塑件滞留于动、定模不定，此时必须采用较为 复杂的双脱模机构，以便塑件顺利脱模。 由于开模时塑件都包紧在型芯上，型芯固定在动模板上，因此 qm 远大于 qf，故属 于第一种情况。 3.83.8 推出机构的设计推出机构的设计 推出机构的作用是推出留在型腔内或型芯上的塑件。 对推出机构设计的要求： 尽量使塑料制品留在动模上 保证塑料制品不变形不损坏 保证制品外观良好 结构可靠 本设计采用的是机动推出机构中的推板推出机构，因为pet瓶坯属于深腔薄壁的塑 件，不允许有推杆痕迹。采用推板推出机构的优点是不必另设复位机构，在合模过程中， 推件板依靠合模力的作用回到初始位置。推件板推出机构的特点是：在制品的整个周边 进行推出，因此脱模力大而且均匀，运动平稳，无明显的推出痕迹。但推件板推出机构 在使用中要处理好两大关键问题，即推件板和型芯之间的摩擦与咬合和熔体渗入推件板 与型芯间隙问题。在根据制品的形状及塑料流动性好的特性，用图20所示的推件板和型 芯的配合形式，其优点是配合对中性好，成型时不会产生飞边。 图20 推件板和型芯的配合形式 （2）推板厚度的计算：29 h=0.54*l* 3 /()qeby 31 其中 l为推杆间距 b为推板宽度 q为所受的力 e为物料弹性模量，一般中碳钢为n/cm 7 2.1 10 y为推板允许变形量，一般为塑件脱模方向的尺寸公差1/51/4。 h=0.54*110*3 7 2.1 102.50 0.021 q =0.54*110*3 7 17168 106 2.1 10250 2.1 =14.86mm 而根据经验知推板厚度为25mm，所以本设计依据经验值取推板的厚度为25mm 30 。 3.93.9 排气槽的设计排气槽的设计 从某种意义上说，注射模也是一种置换装置，即塑料熔体进入模腔，同时置换出模 腔内的空气。实际上模具内的空气并不局限于型腔内，特别是三板式的注射模，不能忽 视存在于流道内的空气。此外，塑料熔体会产生微量分解的气体，这些气体必须及时排 出。 （1）排气不良的危害性 在塑件上形成气泡、银纹、云雾、接缝，使表面轮廓不清，甚至充模不 满； 严重时在素件表面产生焦痕； 降低充模速度，影响成形周期； 形成断续注射，降低生产效率。 （2）排气方式 由于本设计模具属于小型模具，因此采用分型面排气，如图21所示。此外，由于型 腔采用组合式，故在其拼合的间隙也可以排气，如图22所示。 32 图21 采用型腔拼合缝隙排气 图22 分型面排气 3.103.10 导向机构的设计导向机构的设计 合模导向装置是保证动模和定模合模时正确定位和导向装置。合模导向装置主要有 导柱导向装置，其主要零件是导柱和导套。 导向装置的作用 导向、定位和承受一定的侧向压力。 导向零件的设计准则： 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或者靠近边缘的部位，其中心至 模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套时发 生变形。 根据模具的大小，来定模具导柱的数量。 为了便于塑料制品的脱模，导柱通常安装于模具的动模或者定模。 当上模板与下模板采用合模并加工时，导柱装配处直径应与导套外径相等。 为保证分型面很好地接触，导柱与导套在分型面处应有承屑槽。 33 各导柱、导套的轴线应保证平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导 向零件。 导柱和导套的结构形式 导柱和导套已经标准化和系列化了，注射模常用的标准台阶式导柱有带头和带肩的 两种，本设计采用带头的，见（gb4169.484）。导套也采用标准的，分别是带肩导套 和直导套，见（gb4169.484）。 导柱与导套以及与板的配合形式26 带头导柱近头段与模板固定作用，用h7/k6过渡配合形式，另一段为导向段，采用 h7/f7的间隙配合，直导套与板采用h7/n6的过盈配合形式，带肩导套与板用h7/k6的过 渡配合形式。 导柱导套的尺寸确定 可以根据经验值来确定，就是在选好模架后根据其上要求 的尺寸来定30。 3.113.11 加热、冷却系统的设计加热、冷却系统的设计 （1）冷却系统的设计 对于热塑性塑料的注射模塑，粘度低，流动性好的塑料。如：聚乙烯、聚丙烯、有 机玻璃、pet等注射成型时要求模具温度较低，所以模具应进行冷却。pet塑料在注射 成型后，必须对模具进行有效冷却，使熔融塑料的热量尽快传给模具，以便塑料可靠冷 却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。 冷却装置设计的原则： 在满足冷却所虚的传热面积和模具结构允许的情况下，冷却回路数尽量多， 冷却通道孔径尽量大。 冷却通道的布置应合理。 冷却回路应有利于减小冷却水进、出口水温单位温差。 冷却回路结构应便于加工和清理，其通道孔径一般取812mm。 1）冷却回路的布置 圆柱型腔冷却回路的布置 由于该设计的塑件pet瓶坯属于深型腔塑件， 故采用在型腔周围铣螺旋式冷却水道，这种形式的冷却水道冷却效果好。 型芯冷却回路的布置 在型芯中部开一个盲孔，盲孔中插入一个管子，冷 却水经管子喷射到浇口附近的盲孔底部，使水流对型芯冷却。 34 瓶坯底部部分型腔的冷却回路的布置 由于此部分型腔较短用螺旋冷却水 路显然不合适，由于壁厚允许，故采取直通式冷却水路。 2）冷却系统的零件1 水管接头（冷却水嘴） 主要用来连接冷却通道的入口和出口。水管接头 一般由黄铜材料制成，要求不高的模具可用一般结构钢制成。采用型号为 m1615的长水嘴和短水嘴。材料选黄铜材料。 图23 长水嘴 图24 短水嘴 密封圈 密封圈主要用来使冷却回路不泄漏。本设计主要采用的密封圈有 两种形式，对于型芯冷却水路的密封圈是用图25所示2个，型腔套冷却水 路用如图26所示尺寸的密封圈4个。对于密封圈的安装画法见27。 图25 小密封圈 图26 大密封圈 软管 主要起连接并构造模外冷却回路的作用，一般用橡胶材料制成。 高压胶管直径为8mm。 喷管件 主要用在喷流式冷却系统上，最好用铜管但对于要求不高的模具 可用铁管等。本设计采用m120.5的喷管件 30 。 3）冷却水道直径、间距和型腔之间的关系（资料，塑料注射模具设计实用手册）p154 35 若冷却水道的直径为d，则水道间距小于5d，水道距型腔的长度小于3d。本设计的 冷却水道为直径为8mm，距型腔壁约15mm，水道间距为22m 5d=40mm。 4）水管和模具的连接 注意：进口、出口水管接头的位置尽可能设在模具的同侧。 水管接头多采用自动密封接头，以保证冷却通道不泄漏，防止在塑件上造 成斑纹。 （2）模具加热 注射模加热是模温调节的一个重要方面。在某些生产过程中需要向模具输入适当的 热量，才能维持生产过程的正常进行。 热流道模具技术的应用日益增加，为使塑料熔体在模具流道内始终保持熔融状态， 必须考虑对热流道板的加热。 1）热流道系统的设计22 pet注射成型温度范围较窄，如果一模多腔采用普通的浇注系统，pet 熔料流到冷 的分流道或浇口时，温度很快下降，pet 熔料的流动性大大下降，甚至凝固。所以pet 瓶坯多型腔注射模需采用热流道模成型。热流道板的设计是热流道注射模设计的核心。 热流道板的结构 热流道板的结构可根据塑料制品结构形状或制品一模的数量设计。热流道板的形状 一般可由浇口个数决定，例如二浇口可以为一字形，三浇口可以为人字形，四浇口可以 为十字形或b 字形等。选用这样的形状是为了尽量减轻热流道板的质量，因为热流道板 的质量越小，加热器功率就越小。为使塑料熔料通过流道时的压力损失较小，同时不致 使塑料熔体滞留于流道内，流道的表面粗糙度最好在0.8m 以下。由于本设计属于一模 两腔模具，故流道板用一字形的浇口。 pet 瓶坯注射模的热流道板结构和尺寸如下图27示，其上设有主流道、分流道、加 热棒孔、热电偶孔等，两个浇口布置在一条直线上。热流道板所用材料主要应使其强度 和导热性能满足要求。强度高，能承受注射压力；导热性低，有利于减少热量损耗。实 践证明，pet 瓶坯注射模的热流道板采用45 钢，hrc 为40-45 能满足使用要求。为防 止溢料，分流道末端用堵头密封流道口再加个压紧螺钉来固定。 36 图27 热流道板结构及尺寸 热流道板的加热方式3 本模具流道板加热采用外加热式的即开设与流道垂直的加热孔，内插加热棒式，电 热棒安装比较方便，但在加热时要注意加热棒与热流道板孔之间有合理的间隙，一般为 0.20.3mm。间隙过大，会造成加热效率低；间隙过小则会使加热棒取出困难，且为了 整个流道板温度均匀，防止出现局部过热，在流道板上开设的流道孔要对称布置，力求 各流道的加热功率、位置等均相等。本模具采用七根加热棒对热流道板进行加热。 对于热流道模具，为保持流道内塑料熔体不冻结，对流道板需进行适当加热。流道 板和模具定模板及型腔板之间用空气间隙或其它绝热材料绝热，热电偶测温部位安装于 流道等效地受加热器加热的位置。 热流道板加热功率的计算29 .计算热流道板加热到285时所需的功率。3 根据公式： p0=0.47t*m/3600t* 式中 t为流道板要求温度与室问温之差 m 为热流道板的质量 t为加热时间，可取为1h 加热器由电能转变为热能的效率，约为0.30.5 0.47为钢的比热容，为0.115kj/（kg.） =0.47*（285-25）*11.246/（3600*1*0.5） =829.37w .由热辐射及对流所产生的热损失 热辐射损失：p1=（0.00302*t-0.356） （其中为表面辐射率，一般取=0.8） =（0.00302*260-0.356）*0.8 =0.35w 37 对流损失：p2 =0.00079*t-0.043 =0.00079*260-0.043 =0.16w 由传导所产生的热损失：p3=（a*t*/l） 其中 a为支撑物的接触面积（cm） 为热流道板与模具的温差（）t l为支撑物的高度（cm） 支撑物之热传导系数（w/cm*k） =2（8-5）/18+（14-8）/15 100.1624+（4/21） 100.5366（285-100） =14.78w 故总功率为 p=p0+p1+p2+p3 =829.37+0.35+0.16+14.78 =844.66w 热流道板的温度控制 热流道系统的温度如果控制不好，即使注射机料筒的温度控制得很好，也几乎没有 意义。为了精确的控制温度，就要尽可能正确地测定出塑料实际温度。本模具采用热电 偶测量热流道板的温度。热流道板安装在定模板和型腔镶块之间。注射成型时热流道板 的温度应保持在必要的注射温度（200300）范围内，使流道内的熔体畅通。从传热 学可知，低温下热量的散失主要是接触面的热传导，所以要尽量减少热流道板与其它件 的接触面积。pet 瓶坯热流道注射模的热流道板与定模板之间采用支撑垫，以减少接触 面，降低热量损失。热流道模具定模座板与注射机定模板间以6-10mm的石材板作为隔热 之用。热流道板与定模板之间以空气隙隔热，距离不应小于8mm。 热流道板的安装方式 .热浇口与浇口套之间允许产生位移，如图28所示：31 在模具的使用过程中，热流道板的温度在200300之间。因此，它的热膨胀是不 可忽略的。 两个浇口间距的热膨胀值s可有下式计算： s=as（t-t0） =1.210-5156.67（285-56） 38 =0.43mm 式中： s两个浇口之间的距离（mm）； a钢材的线膨胀系数1.210-5（ 1/）； t成型时热流道板的温度； t0型腔模板的温度。 图28 热浇口中心与浇口套中心的位移 若热流道板浇口与胸腔上的浇口发生位移，塑料充满就发生困难。只有想办法消除 其不良影响。通常的方法是预先将热流道板浇口向相反的方向移动，移动量按上式计算。 pet 瓶坯两个浇口间距为167mm，则热膨胀值为s=0.43mm，所以热流道板的浇口间距 应为： ss=167+0.43=167.43mm。 .主流道位置用定心销固定 .中心承压垫承受注射机喷嘴对模具所加的压力 .热浇口的背面必须有承压垫以承受浇口带来的注射反力的反作用力，为了保持充模 时不会从热浇口的滑移面溢料，在室温下，承压垫应有适当的过盈。 熔融状态的塑料渗流性相当好，在热流道板的零件结合部位均应进行密封，以防止 渗漏。例如在分流道的端部，使用细牙螺纹柱塞并垫以软金属圈紧固。 加热棒的选用30 每根加热棒的功率 w=w总/n n为电热棒的个数 39 =844.66w/7 =120.7w 通过每根电热棒的电流 i =w/v v为每组电热棒所用的电流电压，可直接用220v =120.7/220 =0.55a 每根电热棒的电阻 r =v/i =220/0.55 =400 故选用长度l为125mm，基本尺寸为d1=13m ，电功率为125w的加热棒七根。 热流道板的固定 热流道板采用四个m830的定位螺钉来固定，侧面有两个螺钉m1260用来防止流道 板窜动。如图29所示： 图29 热流道板的固定方式 支架 支架的设置是为了给热流道一个与外界隔绝的空间，防止热流道板上的热 量向外界散失。支架具有足够的强度和支撑面积，以防止型腔板因注射压力发生变 形。另外，支架上还必须设置加热线的引线沟，电偶引线孔等。 其结构如图30所示： 40 图 30 支架结构 1-加热棒孔 2-热电偶孔 3-定位销孔 4-定位螺钉孔 5-定位螺钉孔 堵头 堵头是为了防止熔融塑料外溢而设置的，它堵在流道的多余部分加工孔 中。堵头材料的热膨胀系数大于流道板材料的热膨胀系数，以确保熔融塑料不泄漏，堵 头压入流道孔后，要用顶紧螺钉顶住。 热电偶位置的确定 热电偶的位置对正确的温度控制具有决定性的作用。该位置 的要求散热要慢，难以设置热电偶时，可以将热电偶设置在接近流道加热器附近。 4、模具总体尺寸的确定，选购模架 经过计算，型腔固定板的尺寸为 333.4mm166.7mm。选定模架的规格为 s2540 小水 口。进而可以知道导柱导套的规格以及各紧固件的尺寸2。 5、注射机参数的校核 5.15.1 最大注射量的校核最大注射量的校核 v机机v实际实际/0.8 故所需的v机机v实际实际/0.8=（74.716/0.8）*2=186.79cm250 cm。 5.25.2 锁模力的校核锁模力的校核 在注塑过程中，为使模具不被胀开，注塑机的合模装置必须对模具施以足 够的夹紧力，即 锁模力 f锁p（na情+a浇） 式中 p为模具型腔压力，一般为2040mpa a情为塑件型腔在模具分型面的投影面积 a浇浇注系统在模具分型面的投影面积，由于此模具是热流道模具，无流 道凝料故等于零。 41 =352（47.1305/2） =122121.5n1800kn满足条件。 5.35.3 模具闭合高度的校核模具闭合高度的校核 模具闭合高度必须满足：hminh模hmax 本模具的闭合高度 h=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8 h1是指定模垫板的厚度，本例中等于 30mm。 h2指垫块的厚度，取60mm h3是指浇口板的厚度，