PE塑料瓶盖模具设计

1 前 言 1 1 制品原材料的选择及对材料的介绍 1 1 1 制品为塑料瓶盖 选择 LDPE 材料 低密度聚乙烯 LDPE 是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料 LDPE 是树脂中的聚乙 烯家族中最老的成员 二十世纪四十年代早期就作为电线包皮第一次商业生产 LDPE 综合了 一些良好的性能 透明 化学惰性 密封能力好 易于成型加工 这决定了 LDPE 是当今高分 子工业中最广泛使用的材料之一 LDPE 级别可以满足大部分热塑性成型加工技术的要求 包括 薄膜吹制 薄膜铸制 挤压贴 胶 电线电缆贴胶 注射成型 吹塑成型 模塑 在聚乙烯树脂家族的竞争中 吹塑成型与注射成型使用常规 LDPE 已经相对稳定 LDPE 树脂由于它的抗曲挠性和加工特性而被用于模塑成型 树脂熔融指数范围为 0 5 2 0 克 10 分钟 密度变化范围 0 918 0 922 克 立方厘米 LDPE 模塑应用于制作要求挤 压性能的医用和日用消费瓶以及封密件 根据以上材料的性能特点及塑料瓶盖的一般使用寿命及性能要求 我们完全可以选用 LDPE 作 为模塑材料 常用注射工艺参数 LDPE 柱塞式 直角式喷嘴 喷嘴温度 前 150 170 中 170 200 后 140 160 模具温度 30 45 注射压力 60 100MPa 保压时间 15 60S 注射时间 0 5S 冷却时间 15 60S 成型时间 40 140S 1 1 2 材料性能介绍 1 聚乙烯是结晶材料 吸湿性小 2 流动性能极好 溢边值为 0 02mm 左右 流动性能对压力变化敏感 3 容易发生熔融破裂 当与有机溶剂接触时可发生开裂 4 加热时间过长则发生分解烧伤 5 冷却速度较慢 因此必须充分冷却 宜设冷料穴 在模具设计的时候应当设计冷却系统 6 聚乙烯材料的收缩率范围较大 收缩值也大 方向性明显 易变形 翘曲 结晶度及模 具冷却条件对收缩率影响大 应控制模温 保持冷却均匀 稳定 7 宜用高压注射 料温均匀 填充速度应快 保压应当充分 8 不宜用直接浇口 易增大内应力 或产生收缩不均匀 方向性明显增大比变形 应当注 意选择进料口为止 防止产生缩孔 变形 9 质软易脱模 塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模 2 确定分型面确定分型面 分开模具能取出塑件的面 称作分型面 其它的面称作分离面或称分模面 注射模只有一个分 型面 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向 形状有平面 斜面 曲面 选择分型 面的位置时 应遵照以下原则 1 分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 2 使塑件留在动模一边 利于脱模 3 将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧 以保征同心度 4 抽芯机构要考虑抽芯距离 5 分型面作为主要排气面时 分型面设于料流的末端 一般在分型面凹模一侧开设一条深 0 025 0 1mm 宽 1 5 6 mm 的排气槽 亦可以利 用顶杆 型腔 型芯镶块排气 本设计的塑件无侧抽芯 有螺纹但要求使用手动脱模 简单采用垂直于开模方向 分型面选择 在塑件投影面积最大处 所以选择在瓶盖的底部 3 选用国产选用国产 XS Z 30 型注射机确定型腔数 型注射机确定型腔数 国产注射机 XS Z 30 项目数据 额定注射30 螺杆 柱塞 直径28 注射压力119 注射行程130 锁模250KN 最大成型面积90 模板最大行程160 模具最大厚度180 模具最小厚度60 喷嘴弧半径12 喷嘴直径2 动 定模板固定尺寸250 x280 塑件 V 5 1 分型方向投影 S 7 74 则 n a q 30 5 1 x 5 由 P k P F 0 1 P A A 31 n A S 31 7 74 4 05 考主浇道 分浇道 n 取 3 型腔数 30 8 3 75 锁模力 80 80 250MPa 100MPa 2 取 2 个型腔 校核开模距离 1 2 5 10 22 5 15 5 10 47 5 160 合理 4 标准模架 根据上述分析 计算以及型腔尺寸 位置 确定模架结构形式和规格采用 A1 160160 27 Z2 GB T1255 1 1990 定模板厚度 A 32 动模板厚度 B 25 垫块厚度 C 50 模具外形尺寸 200 200 147 5 校核 5 1 型腔校核型腔校核 由于在确定型腔时 利用注射机的额定注射量 开模力计算 所以不再进行校核 5 2 开模行程校核开模行程校核 1 2 5 10 22 5 15 5 10 47 5 160 合格 6 分析浇口位置 6 1 浇口位置的要求 浇口位置的要求 1 外观要求 浇口痕迹 熔接线 2 产品功能要求 3 模具加工要求 4 产品的翘曲变形 5 浇口容不容易去除 6 2 对生产和功能的影响 对生产和功能的影响 6 2 1 流长 Flow Length 决定射出压力 锁模力 以及产品填不填得满 流长缩短可降低射出压力及锁模力 6 2 2 浇口位置会影响保压压力 1 保压压力大小 2 保压压力是否平衡 3 将浇口远离产品未来受力位置以避免残留应力 4 浇口位置必须考虑排气 以避免积风发生不要将浇口放在产品较弱处或嵌入处 以避免 偏位 Core Shaft 6 3 选择浇口位置的技巧选择浇口位置的技巧 1 将浇口放置于产品最厚处 从最厚处进浇可提供较佳的充填及保压效果如果保压不足 较薄的区域会比较厚的区域更快凝固 2 避免将浇口放在厚度突然变化处 以避免迟滞现象或是短射的发生 3 可能的话 从产品中央进浇 4 将浇口放置于产品中央可提供等长的流长 5 流长的大小会影响所需的射出压力 6 中央进浇使得各个方向的保压压力均匀 可避免不均匀的体积收缩 在浇口设计时 要求其断面尺寸为分流道的 3 9 浇口长度 0 5 2 5mm 根据分 型面的确定 设计中采用边缘浇口 边缘浇口有矩形或接近于矩形的断面形状 其优点是浇便 于机械加工 易保证加工的精度 而且试模的时候浇口的尺寸容易修改 使用于个种塑料品种 其最大的特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间 对于中小型塑件边缘浇口的典型尺寸为深 0 5 2 mm 宽为 1 5 5mm 浇口的台阶长 0 5 2 0mm 设计尺寸如图 7 顶出 因为采用手动脱模 所以设计如图顶出方式 为防止模与塑料脱落摔坏 采用顶出部分 在手动拔出 顶出 14 余 防止成型芯脱落 14 12 15 25 18 48 8 冷却水系统 热塑性塑料熔体注入型腔后 释放大量热量而凝固 不同的塑料品种 需要模腔维持在某一适 当温度 模温对塑件质量的影响主要表现在如下六个方面 1 改善成型性 每一种塑料都有其适宜的成型模温 在生产过程中若能始终维持相适宜的模 温 则其成型性可得到改善 若模温过低 会降低塑料熔体流动性 使塑料轮廓不清 甚至冲 模不满 莫文过高 会使塑件脱模时和脱模后发生变形 使其形状和尺寸精度降低 2 成型收缩率 利用模温调节系统保持模温恒定 能有效减少塑料成型收缩的波动 提高塑 件的合格率 采用允许的低模温 有利于减少塑件的成型收缩率 从而提高塑件的尺寸精度 并可缩短成型周期 提高生产率 3 塑件变形 模具型芯与型腔温差过大 会使塑件收缩不均匀 导致塑件翘曲变形 尤以壁 厚不均和形状复杂的塑件为甚 需采用合适的冷却回路 确保模温均匀 消除塑件翘曲变形 4 尺寸稳定性 对于结晶性塑料 使用高模温有利于结晶过程的进行 避免在存放和使用过 程中尺寸发生变化 对于柔性塑料采用低模温有利于塑件尺寸稳定 5 力学性能 适当的模温 可使塑件力学性能大为改善 例如 过低模温会使塑件内应力增 大 或产生明显的熔接痕 对于粘性大的刚性塑料 使用高模温 可使其应力开裂大大降低 6 外观质量 适当提高模具温度能有效地改善塑件外观质量 过低的模温会使塑件轮廓不清 产生明显的银丝 云纹等缺陷 表面无光泽或粗糙度增加等 由于制品壁厚较薄 尺寸较小 确定水孔为 8 9 主流道 衬套及冷料井拉料杆设计 主流道是塑料熔体进入模具型腔时最先经过的部位 它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流 道或型腔 其形状为圆锥形 便于熔体顺利地向前流动 开模时主流道凝料又能顺利地拉出来 主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间 由于主流道要与高温塑料和注塑机 喷嘴反复接触和碰撞 所以在注射模中主流道部分常设计成可拆可更换的主流道衬套镶入定模 板内 主流道衬套通常由高碳工具钢制造并热处理淬硬 主流道衬套又称浇口套 主流道衬套 应设置在模具的对称中心位置上 并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴为同一轴线上 由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触 所以在注射模中主流道部分常设计成可 拆卸更换的主流道衬套 在卧式或立式注射机上使用的注射模中 主流道垂直于模具分型面 流道尽量直 尽量短 减少弯曲 光洁度在 Ra 1 6 0 8um 之间 考虑模具穴数 按模具 型腔布局设计 尽量与模具中心线对称 主流道设计时 避免塑料直接冲击小型芯或小镶件 以免产生弯曲或折断 主流道先预留加工或修正余量 以便保证产品精度 冷料井的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头以用熔体流动的前锋冷料 以防止熔体冷 料进入型腔 影响塑件的尺寸精度 还可以在开模时能将主流道的凝料拉出或推出 冷料井一般设在主流道的末端 当分流道较长时 在分流道的末端有时也开设冷料井 冷料井 的直径宜大于主流道大端直径 长度约为主流道大端直径 根据推出机构的选用 可选用冷料井底部带推料杆的冷料井即在冷料井底部有一根与冷料井圆 孔成动配合的推杆 其中最常见的是带 Z 型头拉料钩的推杆 又称为拉料杆 其结构如图 b 所示 由于拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住 分模时即可将凝料从主流道中拉出 拉料杆 的根部固定在推出板上 在推出制件时 冷料也一同被推出 取产品时向拉料钩的侧向稍许移 动 即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下 主流道 尺寸如图 喷嘴 R 12 D 2 则 12 2 14 2 6 5 1 D 0 5 1 3 取 5 拉料杆 合模后 L 50 16 25 2 57 10 分流道的设计 多腔模中 分流道的排布 10 1 平衡式和非平衡式 平衡式和非平衡式 1 平衡式 分流道的形状尺寸一致 2 非平衡式 a 靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸 b 分流道不能太细长 太细长 温度 压加体大会使离主流道较远的型腔难以 满 c 修复 一般需要多次修复 调理达到平衡 d 适用范围 即使达到料流和填充平衡 但材料时间不相同 制品出来的尺寸和性能有区别 对要求高的制品不宜采用 e 分流道长度 非平衡式分布 分流道长度短 f 分流道较长 可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料 本设计用平衡式 查资料 采用 PE 注射推荐分流道的直径 1 6 9 5mm 中小型模具型 腔的圆形截面分流道的边缘浇口深 0 5 2mm 取 5mm 作为直径的设计值 取 1mm 深度 设计值 R 取 2 5mm 其他如图 11 回程推杆 L 设计比拉料杆长 3 保护作用 12 导柱 导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之间准确对合 起定位和定 向作用 导柱机构分为有导柱导向和锥面定位 这里我们选用导柱导向 导柱设计要点 1 导柱的直径视模 具大小而定 但必须具有足够的抗弯强度 且表面要耐磨 芯部要坚韧 2 导柱的长度 通常应高出凸模端面 6 8mm 以免在导柱未导正时凸模先进 入型腔与其碰撞而损坏 3 导柱的端面形状 导柱的端面常设计成锥型或半球形 便于导柱顺利地进入导向孔 4 导柱的配合精度 导柱和导向孔通常采用间隙配合 而与安装孔采用过渡配合 配合部分 粗糙度为 R 0 8 UM 同时要注意 要采用适当的固定方式防止导柱从安装孔中脱出 5 导柱直径尺寸 按模具模板外形尺寸而定 所以导柱加长 6 8 保护凸模 L 25 22 5 6 53 5 13 分流道的设计 在多型腔模具中 塑料熔体必须通过设在模具分型面上的分流道注入各型腔 适用于主流道的 基本规律同样也适用于分流道的横断面 还有一个附加的因素必须考虑 分流道横断面也是其 长度的函数 因为可以假设分流道中压力损失的增大至少是与分流道长度成正比的 而多半情 况压力损失将更大 因为其横断面由于沿流道壁塑料熔体的固化而减小 而且离主流道距离越 远 压力损失则更大 另外主流道和分流道系统意味着损耗原料和白费了注射成型机的塑化量 所以分流道应尽可能设计得短 横断面应尽可能最小 分流道的长度是由模具的型腔数和各型 腔的几何排列决定的 在塑件生产中为了各塑件的质量相差不大一般采用对称的分浇道 保证 浇道的长度短 查 采用 PE 注射推荐分流道的直径 1 6 9 5mm 中小型模具型腔的圆形截面分流道的 边缘浇口深 0 5 2mm 取 5mm 作为直径的设计值 取 1mm 深度设计值 R 取 2 5mm 其他如图 14 型腔及型芯的尺寸设计 由于塑件简单 而且采用手动脱模 综合考虑把凸模做成可以装卸的活动件 在脱模的时候直 接的连塑件和凸模一起被顶出机构顶出 再有人工手动卸下塑件 这样生产较安全 在顶出的 时候为了防止成型芯由于自重而摔坏塑件 设计时综合考虑 在设计顶出机构时 保证开模顶 出成型芯被顶出 但不会自动的脱落 于工人手动取出 PE 塑料瓶盖采用一般精度制造即 MT5 收缩率 1 5 3 5 塑料制造公差等级 MT6 GB T14486 1993 对应 模具制造公差等级 IT11 GB1800 79 1 型腔径向尺寸 1 5 3 5 2 5 1 塑料尺寸 31 4 0 52 m IT11 0 16 r 0 074 w 0 087 Lpcp Lp 31 4 0 52 0 5 31 66 LMcp Lpcp 1 31 74 LM LMcp 0 5 m 0 5 w r m 31 94 0 16 2 塑料尺寸 28 0 48 m IT11 0 13 r 0 058 w 0 08 Lpcp Lp 28 0 0 48 0 5 28 24 LMcp Lpcp 1 28 31 LM LMcp 0 5 m 0