瓶口带螺纹的化妆瓶三型腔注塑模设计.doc

瓶口带螺纹的化妆瓶三型腔注塑模设计瓶口带螺纹的化妆瓶三型腔注塑模设计 摘要摘要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的 种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是多分型面注射模具的结构与工作原理， 对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节 系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明；最后介绍了当今世界上最 为普及的三维 CAD/CAM 系统标准软件 PRO/ENGNEER 的 PROGRAM 模块，对导柱和导套进 行了参数化设计。 通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题， 了解模具结构及工作原理；通过对 PROGRAM 的学习，可以建立较简单零件的零件库， 从而有效的提高工作效率。 关键词关键词：塑料模具；分型面；浇注系统 The Plastic Injection Model Design of The bottle with thread trimming design of three cavity makeup ABSTRACT Plastics industry is one of the fastest growing industry categories in the world, and the injection mold is one of the types of rapid development. Therefore, it has great significance to understand the production process of injection mold plastic products and improve its quality when we research injection mold plastic products. The design introduces the basic principles of injection molding, in particular the multi- surface injection mold the structure and working principle. And it proposes the basic design principles of injection molding products. It gives details of the injection mold, pouring cold flow, temperature regulation system and to the top of design process. Besides, the mold have strength requirements done. Finally, it introduces the PROGRAM module of most popular 3D CAD / CAM system software standard PRO / ENGNEER in the world. And the guided- guided sets parameters for the design. Through this design, we can have a preliminary understanding of the injection mold. At the same time, we note that the design of certain details of the understanding die structure and working principle. Through the study of PROGRAM, we can create a relatively simple components parts store, and effectively improve efficiency. Key word: The plastic mold；the profile；Pouring System 目目 录录 1.绪论1 1.1 各种模具的分类和占有量.1 1.2我国塑料模的现状2 1.3塑料模发展趋势.3 1.4本章小结.5 2.塑件的结构工艺性.6 2.1 功能设计.6 2.2材料选择(聚丙烯:PP).6 2.3塑料配方说明7 2.4 塑件的结构8 2.4.1 壁厚.8 2.4.2 脱模斜度.8 2.4.3圆角9 2.4.4瓶口螺纹9 2.5 塑件的尺寸精度及表面质量10 2.5.1尺寸精度10 2.5.2塑件的表面质量11 2.6本章小结.11 3.塑件成型原理及工艺特性.12 3.1 注塑成型工艺简介12 3.2 注塑成型工艺条件13 3.3注射机的选择15 3.3.1注塑机基本参数15 3.3.2选择注塑机.16 3.4注射机的校核18 3.4.1 最大注塑量的校核18 3.4.2 锁模力的校核18 3.4.3 塑化能力的校核.19 3.4.4 喷嘴尺寸校核19 3.4.5 定位圈尺寸校核.19 3.4.6 模具外形尺寸校核19 3.4.7模具安装尺寸校核.20 3.4.8 开模行程校核20 3.5本章小结.20 4.分型面的选择与浇注系统.21 4.1 分型面21 4.1.1分型面的选择原则.21 4.1.2型腔数目的确定21 4.2浇注系统的设计.22 4.2.2分流道设计.24 4.2.3浇口设计26 4.4冷料穴28 4.3排气系统的设计.28 4.3.1排气设计28 4.3.2排气设计原则.29 4.4本章小结.29 5.成型与结构的零部件设计.30 5.1成型零件结构设计30 5.2成型件刚度与强度的计算32 5.2.1计算时需要考虑的问题.32 5.2.2型腔壁厚和底板厚度计算.34 5.3模具结构设计36 5.3.1模具材料的选择36 5.3.2模架的选定.37 5.3.3模架零部件设计37 5.4本章小结.43 6.温度调节系统设计.44 6.1温度调节对塑件质量的影响.44 6.2对温度调节系统的要求.44 6.3温度调节系统设计44 6.4冷却系统设计45 6.4.1设计原则45 6.4.2冷却管道设计.45 6.4.3冷却系统的结构49 6.5本章小结.50 总结.51 参考文献52 致谢.53 附录.54 1.1.绪论绪论 1.11.1 各种模具的分类和占有量各种模具的分类和占有量 模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模， 陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠 三维的模具形腔是材料成型。1 （1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总 数的 50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模， 弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按 组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。 （2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压 设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模， 水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模 等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑 性模具等。 （3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的 35，而且 有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模， 泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。 （4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速 下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的 6。 （5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压 模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。 模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造 （凝固理论） ，塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度 显而易见。 1.21.2 我国塑料模的现状我国塑料模的现状 回顾我国模具行业的发展,我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 20 多年历史。21 世 纪开始 CAD/CAM 技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的模具企业基本都有了 CAD/CAM 技术。其中部分骨干重点企业还具备各 CAE 能力。模具 CAD/CAM 技术能显著缩短模具 设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、 九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也 越来越高，并陆续引进了相当数量 CAD/CAM 系统。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍 采用 CAD/CAM 技术/DL 图的设计和模具结构图的设计均已实现二维 CAD，多数企业已经 向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模 具厂家技术开发的领域。 我们国内的模具制造业总体发展水平良好，企业加工水平得到很大提高，出口创 汇能力大大增强，既在国内市场抵抗住境外厂商的挤压，又在国际市场上表现出较强 的竞争力。但同时，国内模具企业在发展过程中也曝露出一些问题，一是规模偏小， 二是技术偏低，三是涉及领域狭窄，四是对相关行业影响带动能力不大。综合以上因 素，国内模具制造业总体效益还没有发挥出最好水平，其在国民经济中的基础性作用 尚不明显，为了扭转以上情况，国内模具制造也要想在国际市场发挥更大影响，必须 加强全行业技术和资源的整合。 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的 种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法 ,世界上注塑模的产量约占塑料成 型模具总产量的 50 %以上 ,尤其是家电盒型注塑产品需求量不断增加，注塑成型能一 次成型形状复杂、尺寸精确的制品 ,适合高效率、大批量的生产方式 ,以发展成为热 塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法 ，注塑模具的设计与制造主要依赖 于设计者的经验和技师的制造技艺 ,一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产 ,这 种传统的生产方式不仅使产品的生产周期延长 ,生产成本增加 ,而且难以保证产品的 质量，要解决这些问题 ,必须以科学分析的方法 ,研究各个成型过程的关键技术，塑 料注塑成型是一个复杂的加工与物理过程 ,为实现注塑产品的更新换代 ,提高企业的 竞争能力 ,必须进行注塑模具设计与制造及成型过程分析的 CAD/ CAM/ CAE 集成技术 的研究。2 1.31.3 塑料模发展趋势塑料模发展趋势 随着塑料工业的飞速发展，注塑模传统的手工设计与制造已无法适应当前的形势。 注塑模技术在八十年代已从实验室阶段进入实用化阶段。实践证明，缩短模具设计与 制造时间、提高塑料制件精度与性能的正确途径之一是采用计算机辅助设计、辅助工 程和辅助制造。纵观世界，有一个显著的特点是微机软件在模具行业中发挥着越来越 大的作用。注塑模技术，它是以计算机为手段，专用注塑模设计分析软件为工具设计 模具。它是模具传统设计方式的革命，大大提高了效率，尤其是显著提高了系列化或 相似塑件的注塑模设计效率。4 （1）注塑模 CAD 的实用化 随着人类社会的进步和高技术不断发展，世界各国对塑料模设计技术给予了高度 重视和关注，不惜投入重金进行研究和开发，塑料模 Mold-Flow 或 C-Flow 软件和塑料 模 Mold-Cool 或 C-Cool 软件等已经商品化，注塑模 CAD 正向实用化阶段迈进。 我国政府对注塑模 CAD 实用化进程亦十分重视。 “八五”期间投巨资进行研究和开 发，除建立“大型薄壁深腔注射模具制造技术” （广州塑料模具厂） 、 “多型腔小模数齿 轮精密模具制造技术”(青岛北极星集团)和“实用 CAD/CAM 技术在精密注射模具中的 应用”3 项国家重点企业开发项目外，还专门组织了“八五”国家重点技术攻关项目 “注塑模 CAD/CAM/CAE 集成系统研究” ，该项目含八个子课题复杂曲面几何造型图像 软件研制；多轴数控加工变成软件研制；注射用塑料性能数据库研制；流动仿 真模拟分析软件研制；模温分析模拟软件研制；模具应力应变计算分析软件研制； CAD/CAM/CAE 集成系统研制；注塑模具设计实用专家系统软件研制。 目前，美国 PSP 公司的 IMES 专家系统，能帮助模具设计人员用专家的知识解决注 塑模的质量问题。德国 IKV 研究所的 CADMOULD 系统，可用于注塑模的流动、冷却分析、 力学性能校核。澳大利亚 MOLDFLOW 公司的注塑模 CAE 软件 MF，具有流动模拟、冷却分 析、翘曲变形和应力分析功能。5 （2）挤塑模 CAD 的开发 挤塑模设计与制造，发达国家已广泛地应用了 CAD/CAM 技术，尤其是 CAE 的应用， 极大地提高了挤塑模设计水平和可靠性。我国向此发展，势在必行。根据国家“八五” 重点科技攻关项目“注射模 CAD/CAM/CAE 集成系统”开发中的成功经验及技术实力， 国家“九五”重点科技攻关项目“挤塑模 CAD/CAM/CAE 集成系统”课题，正在拟议与 讨论之中。预计该课题将面临一下难题： 挤塑模中倒流锥截面变化不规则问题。为此，必须强化 CAD 部分的三维曲面造 型功能。 CAE 分析的结果显示问题。要求它是一个实用、开放的数据库系统，但由于塑料 熔体的弹性行为，迄今尚无行之有效的三维形变理论能予以准确描述。为此，该部分 必然是大量的经验公式和数据的收集、归纳及整理工作，是一项艰巨、复杂、系统性 很强的庞大工程。 须建立 3 轴至 5 轴数控铣和 2 轴至 4 轴的线切割模块，为此，在 CAM 部分需开 发适用于挤塑模制造工艺规程的计算机辅助变成软件。 在统计分析的基础上，确定注射模加工系统与挤塑模加工系统在 CAD/CAM 方面 的共同点与不同点，从而确定应去除注射模加工系统中哪些功能，增加哪些适用于挤 塑模加工的功能。 （3）压缩模 CAD 探索 压缩模及传递模是历史悠久、正在工业上发挥了重要作用的一类塑料模具，一些 发达国家，如加拿大、美国等已在在这方面作了大量研究和探索工作，预计不久将会 有压缩模 CAD 实用软件问世，我国已在这方面做研究和探索工作。 （4）塑料模专用材料研究和开发 在“八五”期间，国家已经组织了抚钢、太钢、齐钢、舞阳、长城和本溪钢铁厂 等单位，研究和开发塑料模专用系列钢。无疑，这一开发与研究工作，必将继续扩大 和完善。大致可分为以下五类： 基本型。如 55 钢，使用硬度小于 20HRC，切削加工性能好，但模具表面粗糙度 差，使用寿命短，但已被预硬钢所代替 预硬化型。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢，淬透性高， 加工性能好，调质后的使用硬度为 2535HRC,属最大的通用型塑料模具钢，如美国的 P20 钢 时效硬化型这类钢是在中、低碳钢中加入 Ni、Cr、Al、Cu、Ti 等合金元素， 耐磨性和腐蚀性优于预硬钢，经过时效处理后，硬度可高达 4050HRC这类钢的典型 牌号，如美国的 P21、日本的 NAK55 等，多用于复杂、精密塑料模具，或大批量生产的 长寿命模具。 热处理硬化型。这类塑料模具钢如美国的 D2、日本的 PD613、PD555 等，模具表 面能达很高的镜面，并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具，精加工后进行淬火、 回火处理，使用硬度可达HRC。 马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。对于要求更高耐磨性、耐腐蚀性、高韧性、 超镜面的高级塑料模，可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。这类钢如美国的 PS、 日本的 HAP 和 ASP 钢，均是采用粉末冶金法制造的模具钢。 （5）工程控化 机械技术与电子技术的密切结合，日益更多地采用了数控数显、计算机程序控制的 加工方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模在质量上、效率上产生一个新的飞 跃激光成形技术在塑料模型腔加工中已获得巨大的成功。汕头大学模具中心的抄数 系统，属当今国内最先进的塑料模具加工设备。 塑件功能设计： 不同塑件其使用功能不同。塑件可单独使用，也可与其它零件组合起来使用，不 论是何种情况，塑件在形状、尺寸、表面质量、物力机械性能等方面，均有一定的指 标要求，因此，塑件设计者必须根据塑件的使用功能、使用环境、受力状况、使用特 点等，正确选择塑料材料，设计其几何结构，确定其几何尺寸与精度及各种性能指标 要求，力求设计出价廉物美、坚固耐用、令人喜爱的塑件来。 塑件的基本结构有工艺结构、功能结构及造型结构三部分组成。其中功能机构设 计是核心，工艺结构和造型结构设计是在满足功能结构设计基础上进行的设计。在设 计塑件时应当把这三种结构的设计有机地结合起来，已达到较好的设计效果。9 1.41.4 本章小结本章小结 本章主要是介绍模具的发展历史和它的发展趋势, 塑料工业是当今世界上增长最快 的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑 料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 2.2.塑件的结构工艺性塑件的结构工艺性 2.12.1 功能设计功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标。该塑件是 日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是 室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日 用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的 选择时要综合各种因素。 2.22.2 材料选择材料选择( (聚丙烯聚丙烯:PP):PP) 1.1.基本特性基本特性 化妆瓶应是无毒,无味,对人体无害。在热塑性塑料中,聚丙烯也是一后起之秀。它 的比重仅为0.900.91g/cm3,在机械性能方面,如屈服强度、抗拉强度、压缩强度、硬 度等均优于低压聚乙烯。聚丙烯的刚性、耐热性较好，可在100。C的温度下使用，如果 不受外力作用，即使温度升高到150。C也不变形。尤其是它是通用塑料中唯一能在水中 煮弗且在135。C蒸汽中消毒而不被破坏的塑料。聚丙烯的耐化学腐蚀性和电绝缘性能和 聚乙烯相似,加上成型性能好,所以有良好的应用前景。但是耐磨性不够高；成型收缩 率较大(通常在2%左右)；低温呈脆性;室外耐老化性较差。17 图2.1 制作的塑件 2.主要用途 聚丙烯可用来制作各种机械零件,如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件 等；可用来制作冷热水、蒸汽、各种非强酸、碱等的输送管道，化工容器和其他设备 的衬里、表面涂层等；可制造各种绝缘零件以及自带铰链的盖合体一的箱壳类制件。 被广泛应用在医疗工业中。 3.成型特点 成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形。聚丙烯热容量大，注射成型模具必 须设计有能充分冷却的冷却回路。聚丙烯成型的适宜模温为80。C，温度过低会造成制 品表面光泽差或产生熔接痕等缺陷；温度过高会产生翘曲现象。 表表2.12.1 塑料塑料PPPP的各种系数的各种系数 塑料名称成型收缩率S(%)拉伸弹性模量 E/103MPa 泊松比与钢的摩擦系数f 普通PP 1.53.01.61.70.430.490.51 增强PP 1.03.03.16.2- 2.32.3 塑料配方说明塑料配方说明 塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行 的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现 代技术对塑料进行改性的过程,其技术含量极高.一个成功配方的产生是多年实践经验 与应用高新技术的结局.塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成 的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充 剂,增塑剂,稳定剂,润滑剂,着色剂等.根据 PP 的特性及使用性能要求,配方中应含有以 下添加剂. 18 光稳定剂氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下，由于吸收紫外光的能量，引 发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化 或光老化。 着色剂白色；考虑到该产品人们作为化妆品容器使用,因此需要做此设计.在 塑料制品中，需要着色的大约占 80%左右，着色的目的有 1：增加制品美感，以吸引消 费者的购买欲望 2：提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。 抗菌剂磷酸锆系银离子抗菌剂；很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人 接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性 是在树脂中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细 菌的繁殖，保持自身的清洁状态。 2.42.4 塑件的结构塑件的结构 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程 中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构 的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品；另一方面,模具设计者通过对给 定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据。 2.4.12.4.1 壁厚壁厚 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.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；其次可避免因过厚产生 的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷。 塑件壁厚一般在1mm6mm范围内，常用值为2mm4mm。该塑件属于中小型件,从图 上看,考虑到产品造型，塑件边缘的壁有点厚,壳体取壁厚4mm。边缘壁厚可用来放置推 杆或推板。 2.4.22.4.2 脱模斜度脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止 因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合 理的斜度. 表表2.32.3 PPPP的脱模斜度推荐值的脱模斜度推荐值 型腔型芯 25452045 以上所列脱模斜度适于开模后塑件在型芯上的情形。考虑到产品的外观造型，则瓶体 外部上半部分脱模斜度，下半部分脱模斜度为。瓶体内部脱模斜度为4 130 。0.5 2.4.32.4.3 圆角圆角 塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用 尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有 利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与 应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分 的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表2-4所示。 表表 2.4 肋的圆角半径值关系表肋的圆角半径值关系表 肋的高度/mm 6.56.51313191)19 圆角半径/mm 0.81.51.53.02.55.036.5 塑件上其它的特征还有如孔，螺纹，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有 其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍 塑料转角处一般采取圆弧过渡,其半径为塑件壁厚的 1/3 以上,最小不宜小于 0.5mm, 所以 R 为 1.0mm、2mm 或 3mm。 2.4.42.4.4 瓶口螺纹瓶口螺纹 塑件的瓶口采用细牙螺纹，螺