模具毕业论文---矿泉水瓶盖注塑模的设计.doc

武汉工业职业技术学院毕业论文武汉工业职业技术学院毕业论文（设计）武汉工业职业技术学院毕业论文（设计）题 目 ：矿泉水瓶盖注塑模的设计所在院系 ：机械工程系模具设计与制造学 号 ：200911314316学 生 ：陈大卫指导教师 ：陈老师评阅教师 ：陈老师2012年3月15日摘要本次的毕业设计是矿泉水瓶盖的注塑模的设计，依据产品的数量和塑料的工艺性能确定塑件采用注射成形法生产。该塑件内部有螺纹结构，为了保证能够顺利脱模，采用分瓣可涨缩型芯结构，模具的型腔采用一模四腔平衡排列的布置，为保证塑件质量采用浇口，为点浇口排气系统通过分型面排气，推出形式为五推杆推出机构完成塑件的推出。关键词：分瓣可涨缩型芯 螺纹 一模四腔绪言本次毕业设计的主要任务是矿泉水瓶盖注塑模具的设计。之所以选择这个设计题目的主要有两方面意义：1、瓶盖是带内螺纹的塑件要求设计时要充分考虑到脱模的方式方法，多分型面结构以及点浇口方式的模具结构设计方法；2、瓶盖属中小型件在我们的日常生活中有一定的普遍性和代表性，为今后的实用性模具设计奠定了基础以更好的服务模具制造业服务社会。本次毕业设计的主要目的：了解模具设计的方法与内容；掌握各类型模具的基本结构以及各零部件与非标准件的设计；熟悉模具材料的性能与应用以及加工方法与加工手段；熟练应用各种模具设计软件，包括CAD、CAXA、Pro/E、UG等；了解模具的发展状况与发展方向。希望通过本次设计为今后的工作奠定一个良好的基础。第1章 成型工艺规程编制1.1 产品技术要求和工艺分析1.1.1 产品技术要求产品设计图见图2-1、图2-2、图2-3。 图2-2产品3D图 2-3 产品2D图此塑件上有三个尺寸有精度要求：零件上有多个尺寸有260.52；120.28；壁厚2mm,均为MT6级塑料精度，属于中等精度等级，在模具设计和精度要求，分别是：300.75；制造过程中要严格保证这些尺寸的精度要求。其余尺寸均无精度要求为自由尺寸，可按MT10级精度查取公差值。1.1.2 塑件的工艺分析瓶盖形状见图一、图二，整体尺寸见图三，为底面半径15mm高12mm，瓶盖属于外部配件，表面精度要求较高，尺寸精度要求不高，内孔为螺纹制件，需保证其螺纹顺利旋合。(1) 该塑件尺寸中等且要求塑件表面精度等级较高，无凹痕。采用点浇口流道型腔注射模可以保证其表面精度。内孔螺纹依靠分瓣式可涨缩型芯来成型，模具分三次分型，采用拉板限距式。(2) 该塑件为批量生产，且塑件的形状较复杂。为了加工和热处理，降低成本，该塑件采用活动型芯的镶件结构，简化结构，降低模具的成本。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：1) 物理性能 为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.9-0.91g/cm,是目前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定，在水中24h的吸水率仅为0.01%，成型性能好，制品表面光泽好，易于着色。2）力学性能 聚丙烯的结晶性高，结构规整具有优良的力学性能，有突出的抗弯曲疲劳强度。3）热性能 它熔点为164C -170C，制品能在100C以上的温度进行消毒灭菌，在不受外力作用时150C不变形，脆化温度-35C。其它综合性能见表2-1表2-1 聚丙烯的各项性能性能指数性能指数密度/g.cm-30.9-0.91硬度（R）95-105吸水率/%0.03-0.04热变形温度/C56-67成型收缩率/%1.0-2.0拉伸强度/%Map30-39脆性温度C-35弯曲强度/Mpa42-56伸长率/%200压缩强度/Mpa39-56聚丙烯成型时，在流动方向与垂直方向上的收缩差异较大。注射方向的收缩率大于垂直方向上的收率，易产生变形，并使塑件浇口周围部位的脆性增加；聚丙烯收缩率的绝对值较大，成型收缩率也较大，易产生缩孔；冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀；质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。 成型工艺性 查模具设计与制造简明手册P.280表2-31 常用塑料注射成型工艺参数：预热和干燥温度：80-120，时间：1-2小时；料筒温度：后段160-180，中段：180-200，前段200-220；模具温度：80-90；注射压力：700-1000公斤力/cm；成型时间：注射时间20-60秒，保压时间0-3秒，冷却时间20-90秒，总周期50-160秒；螺杆转速：48转/分。不需后处理。1.2 计算塑件的体积和质量 制品的体积计算： V总=V1-V2 (2-1) V总=r2h1-r2h2 V总=3.141.521.2-3.141.321 V总 =8.47-5.3 V总 =3.17 cm3 制品的质量计算： M=V (2-2) M=0.93.17=2.85g/cm3 1.3 塑件注射工艺参数的确立 1.3.1 制品壁厚 塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。热塑性塑料的壁厚一般为2-4mm，小塑件取偏小值，中等塑件取偏大值，大塑件可以适当地加厚。塑件最小壁厚取决于塑料的流动性。 最小壁厚与流程的关系： (2-3) 根据热塑性塑料壁厚推荐值：聚丙烯最小壁厚0.6mm，最大壁厚7.6mm，推荐壁厚2.0mm。本设计中采用2.0mm，满足壁厚要求。 1.3.2 脱模斜度 塑件在模塑成型过程中，塑料从熔融状态转变为固态，将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧地包在模具型芯或型腔中凸起部分。为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。聚丙烯各情况下脱模斜度见表2-2 。 图2-4 脱模斜度示意图表2-2 聚丙烯选用脱模斜度 项目最小脱模斜度一般情况特殊情况一般情况32脱模斜度不能太大时0.50.25 本塑件采用：外表面30-50；内表面35-1的脱模斜度，满足要求。1.3.3 圆角 在塑件的角隅处，既内外表面的交接转折处，加强筋的顶端及根部等处都应有设计成圆角，而且圆角的半径不应小于0.5mm。凡能设计成圆角的地反均设计成圆角，有一系列好处。在塑件成型时熔料流动阻力小，有利于改善流动冲模特性。可以防止因塑料收缩而导致的塑件变形或者因锐角而引起的应力集中，使塑件的强度增大，模具使用寿命延长，塑件外形也因圆弧过渡而显得更为美观。本塑件参考表2-2设计圆角为1mm。 表2-3 塑件内外边缘处的最小许可圆角半径塑料名称最小许可圆角聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯1.0-1.5聚酰胺、聚丙酰胺0.5-1.0酚醛塑料、氨基塑料0.51.3.4 螺纹设计用于塑件的螺纹通常有普通米制螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、圆弧螺纹等，在设计时需满足以下两个方面的要求：（1）保证塑件螺纹顺利脱模；（2）保证塑件及螺纹的强度；本塑件采用普通米制可满足这两方面的要求。1.3.5 尺寸精度 (1)根据SJ1372表查得PP制品一般为6级精度,所对应的模具精度为IT10级,塑件公差数值为0.36mm。 (2)根据GB/1800.3-1998查得注射成型零件的标准公差数值为:基本尺寸18mm-30mm,模具精度IT10,其成型零件的公差数值为0.84mm。 (3)影响制品尺寸误差的因素及其控制 引起制品产生尺寸误差的原因有很多,但制品尺寸可能出现的误差主要是如下五个方面因素综合作用的结果。 (2-4)式中 因采用的成型收缩率不准确引起的制品尺寸误差； 因制品的成型收缩波动引起的制品尺寸误差； 模具成型零件的制造偏差； 成型零件的磨损引起的制品尺寸误差； 模具活动零件的配合间隙而引起的尺寸误差。 1）制品的成型收缩 换算后 (2-5)式中 室温时模具成型零件的尺寸； 室温时制品的尺寸。 2）成型零件的制造偏差 在实际生产中，一般要不大于制品尺寸公差的，模具成型零件工作尺寸的公差，由模具精度等级和尺寸段决定，工作尺寸越大，实际制造偏差越大，其相应的制造公差也越大。与的关系：塑件基本尺寸0-50，/=。 3）成型零件的磨损 根据经验，在生产中实际注射25万次，型芯径向尺寸磨损量约为0.02mm-0.04mm。 4）模具活动零件配合的间隙影响 在模具成型零件工作尺寸计算时，必须保证制品总的尺寸误差不大于制品尺寸允许的误差，即。第 2章 注射模的结构设计2.1 分型面的选择如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1)保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。 （2）量避免侧向抽芯 塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用。（3）分型面容易加工 分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。（4）有利于排气对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。 综上所述。设计中采用在瓶盖口最大截面出处设置分型面。2.2 确定型腔的数目及排列方式2.2.1 型腔数目的确定 为了提高生产率，保证塑件精度，模具设计时应合理确定型腔数目。 （1）确定型腔数目常用方法：1）按注射机的最大注射量确定；2）按注射机的额定锁模力确定；（2）本设计中按制品精度要求初选型腔数：1）当塑件精度为3级和3a级，重量为5g，注射模型腔数取为46个；2）塑件为一般精度45级，重量为1216g，型腔数取812个；重量为50100g，型腔数取48个；3）塑件精度为79级，型腔数比45级精度的塑件最多增至50%。本塑件精度等级为6级，重量为3g,考虑技术不是很成熟，生产批量为中小批量，故此型腔数初选4个。 2.2.2 型腔排列方式的确定 （1）尽可能采用平衡式排列 平衡式浇注系统，可确保塑件质量均匀一致和稳定。 （2） 型腔布置和浇口开设部位应力求对称 可防止模具承受偏载产生溢料，影响冲模效果和塑件质量。 （3）尽量使型腔排列紧凑 可减小模具的外形尺寸。模板总面积小，可节省钢材，减轻模具质量。因此优化型腔布局就显的格外重要，本设计中由于采用四腔可设计成平衡式 排列方式，采用排列方式如图3-1所示 。 图 3-1 型腔的排列 2.3 浇该系统设计 2.3.1 主流道的设计 主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑。二者应严密接触以避免高压塑料的溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1-2mm；主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0.5-1mm，常取4-8mm，视制品大小及补料要求决定。大端直径应比分流道深度大1.5mm以上，其锥角不宜过大一般取26，但近年来有倾向于件小锥度的趋势。热塑性塑料的主流道，一般由浇口套构成。计算主流道的直径经验公式为： （3-1） 式中 D主流道大端直径（mm）； V流经主流道的溶体容积； K因溶体材料而异的常数（查表得PP材料K值取4）。经计算在本设计中小端取直径为5mm大端取直径为8mm。 2.3.2 分流道的设计 在设计中采用U形截面的分流道，对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径： (3-2)式中 D分流道直径（mm）； W塑件的质量（g）； L分流道的长度(mm)。 最终确定分流道长度35mm，直径3mm,采用平衡式布置，一模四腔。2.3.3 浇口设计浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。鉴于盒盖的具体结构，选择点浇口。 设计的瓶盖，由于其内形状虽然规则但较复杂，属于小批量生产。故宜采用双分型面点浇口, 点交口的特点 1）浇口位置限制小；2）去除浇口后残留痕迹小，不影响外观；3）开模时浇口可自动拉断，有利于自动化操作. 4）对于投影面积大的塑件及容易变形的塑件应采用多点浇口，以免翘曲。第 3 章 模具设计的有关计算3.1 塑料注射机参数 查模具设计与制造简明手册P.103.表2-33热塑性塑料注射机型号和主要技术规格，根据（2）计算所得的总体积和质量可初选SZ-68-40机。3.2 选标准模架根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。模具设计手册选用A3-200200-Z2型模架，定模板厚度：A=25mm； 动模板厚度：B=20mm；支承块厚度C=60mm模具厚度 H=A+B+C+20+20+15+15+15+25=215mm 模具外形尺寸200mm200mm215mm3.3 型腔和型芯工作尺寸计算 影响塑件尺寸精度的因素较为复杂，主要存在以下几方面 （1）零件的制造公差； （2）设计时所估计的收缩率和实际收缩率之间的差异和生产制品时收缩率波动； （3）模具使用过程中的磨损。以上三方面的影响表述如下：1） 制造误差：z=ai=a(0.45 +0.001D) （4-1）其中D 被加工零件的尺寸，可被视为被加工模具零件的成型尺寸； z 成型零件的制造公差值； i 公差单位； a 精度系数，对模具制造最常用的精度等级。2）成型收缩率波动影响 其中，Scp 塑件成型收缩率； LM 模具成型尺寸； LS 塑件对应尺寸。3）型腔磨损对尺寸的影响 为简便计算，凡与脱模方向垂直的面不考虑磨损量，与脱模方向平行的面才考虑磨损。考虑磨损主要从模具的使用寿命来选定，磨损值随产量的增加而增大；此外，还应考虑塑料对钢材的磨损情况；同时还应考虑模具材料的耐模性及热处理情况，型腔表面是否镀铬、氮化等。有资料介绍，中小型模具的最大磨损量可取塑件总误差的1/6（常取0.020.05mm），而对于大的模具则应取1/6以下。但实际上对于聚丙稀（如像PP）、尼龙等塑料来说对模具的磨损是很小的，对小型塑件来说，成型零件磨损量对塑件的总误差有一定的影响，而对于大的塑件来说影响很小。 （4-2） 在以上理论基础上，下面按平均收缩率来计算成型尺寸： 制品一般为6级精度，公差数值为0.36 mm。查得聚丙烯（PP）的平均收缩率为：Scp=1.5%；考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求，模具制造公差等级取IT10级，直径18-30mm，公差数值为：0.84mm. 1)凹模径向尺寸 （4-3） 2）型芯径向尺寸 式中：制品名义尺寸（最小尺寸）;（4-4） 3)凹模深度尺寸 4）型芯高度尺寸 （4-5） 其余局部尺寸按照收缩率相应地缩放。3.4 凹模型腔侧壁厚度和底板厚度计算 注射模具长时间承受交变负荷，因此模具必须具有足够的强度，硬度。（1）侧壁厚度的计算 （4-6） 式中 b凹模侧壁的理论宽度（cm）; h凹模型腔的深度（cm）； p凹模型腔内的溶体压力（mpa）； y凹模长边侧壁的允许弹性变形量（cm），对于一般塑件 y=0.005cm; c系数，查得c=0.8 ； 系数，查得=0.75； E钢材的抗拉弹性模量（mpa）,预硬化塑料模具钢E=2.210。设计中P=30 mpa E=2.210 h=1.2cm y=0.005cm c=0.8 =0.75 =0.53cm 在实际设计当中我们采用壁厚3 cm完全可以满足要求。 （4-7）第4章 注射机有关参数的校核4.1最大注射量的校核塑件的质量必须与所选择的注射机的最大注射量相适应，否则会影响塑件的生产和质量。若注射量过大，注射机利用率降低，浪费材料，而且可能导致塑料分解；最大注射量小于塑件的质量，就会造成塑件的形状不完整或内部组织疏松，以及塑件强度下降等缺陷。为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量应稍大于塑件的质量以及流到凝料质量的总和。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。当塑料注射成型机最大注射量以最大注射容积标定时，按下式校核：（5-1） （5-1） 式中 塑料注射成型机最大注射容量,mm3； 塑件的体积（包括塑料制品、浇道凝料和飞边）,mm3； 1个塑件的体积, mm3； 型腔数； 塑料注射成型机最大注射量的利用系数，取=0.8。 故由上式得： 满足要求。（5-2）4.2模力的校核锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力。作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力F即： （5-3） 。故由上式得: 400KN=30(29.3+8.6) 100 400000N=113700N 所以，锁模力合乎要求。4.3注射机开模行程校核 （5-4）注塑机开模时的行程是有限的，取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。开模距离可分为两类情况校核：一是注塑机最大开模行程与模厚无关；另一种是注塑机最小开模行程与模厚有关。我们的校核应该按照第一种情况来校核，其校核依据为： 式中 注塑机最大开模行程(mm)； 塑件脱模（推出距离）距离（mm）； 塑件高度，包括浇注系统在内（mm）； 锥形杆抽出距离（mm）； a取出凝料所需要的最短距离 （mm）；故由上式得：20+12+30+40+8220mm120mm 合乎要求。到此，注塑机的各项相关工艺参数均已校核通过。 完成了模具设计的基本结构设计与计算校核过程。 结束语 毕业设计是三年大学生活的最后一个工作项目，具有非同寻常的意义，毕业设计的完成也为我们的大学生活画上了圆满的句号。它对大学三年的学习生活中所学的知识的一个总结概括，更是一次检验，让我们每个人都能清楚了解自己在大学中学习的效果。即将毕业的我，在以后的工作中将面临许多的问题或麻烦。我们应该善于采集和利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业艰苦奋斗团队协作的精神增强环境保护