冰露矿泉水瓶瓶盖螺纹伺服脱模模具设计（第1稿）.doc
矿泉水瓶瓶盖注塑模具设计【螺纹伺服脱模结构】（含CAD图纸+文档资料）
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毕业设计（论文）题 目 冰露矿泉水瓶盖螺纹伺服脱模模具设计 学生姓名 学 院 机械与电气工程学院专 业 材料成型及控制工程 专 业 班 级 学 号 指导教师 摘 要正文重要概述完成冰露矿泉水瓶盖塑料模具的目标。设计中查阅相关资料，根据我国最新工程（模具）标准以及欧美国家设计标准进行模架的选择和设计。依据塑件的构造达到制作有关板的结构及增设有关零件。设计完后，利用UG去做三维模具的装配。选用XS-ZY-60注塑机并校核相关设计数据。使用AUTOCAD软件绘制模具二维总装图，绘制多个零件图。又因为此螺纹在塑件里面，因此我们要选择好塑件脱模方式，设计脱模机构的型腔，确定模腔数目的和其他问题。关键词：模具设计；冰露矿泉水瓶盖；螺纹抽芯ABSTRACThis paper mainly introduces the design of plastic mould for ice Dew Mineral water bottle cap. In the design, consult the relevant information, and select and design the mold base according to the latest engineering (mold) standards of China and the design criterion of the West nations. Adopt the construction of the plastics portion, the structure of the related plate is redesigned and the related parts are increased. After the design, use UG to assemble the 3D mold. Elect xs-zy-60 injection molding machine and examine the related to design information. The 2D general assembly drawing and some parts drawing of the die are completed by AutoCAD software. Because of the screw thread inside the plastic part, it mainly solves the problems such as the selection of demoulding mode, the design of demoulding mechanism, Mold cavity design and cavity number determinationKeywords：Mold design; Ice water bottle cap; Thread core pulling目 录第一章 绪论11.1注塑模具简介11.2当前国内塑料模具发展概况及趋势11.3本文的背景、目的和意义2第二章 塑件成型工艺性分析32.1冰露矿泉水瓶盖的三维图32.2塑件的工艺性分析32.3材料特性32.3.1PP的性能及成型参数32.4塑件体积和质量4第三章 注塑机的确定53.1注射机型号的选择53.2型腔数量的确定53.3最大注射量的校核63.4锁模力的校核63.5注射压力的校核73.6模具与注射机安装部份的校核73.7开模行程校核7第四章 模具结构的设计84.1排位及分型面的设计84.1.1塑件在模具中的排布84.2成型零部件的设计及尺寸的计算94.2.1成型零部件的尺寸计算94.3标准模架的选择104.4浇注系统的设计114.4.1主流道的设计114.4.2分流道的设计114.4.3浇口的设计114.4.4冷料穴的设计124.5脱模机构的设计124.5.1脱模机构124.5.2推出机构134.5.3 复位机构134.6 冷却系统的设计134.7 排气系统的设计13第五章 模具的装配155.1 装配三维图155.2装配二维草图15结束语17致 谢18参考文献19第一章 绪论1.1注塑模具简介模具作为基础工艺装备在工业上使用很广。在汽车、电器、电子、通信、家电等行业中，60%到80%之间的零件主要是模具成形1，使用模具生产制件有精度高、复杂性、一致性、生产效率高的特点，比另外一些加工制造方法更有优势2。又因为发展快速的塑料产业，塑料制品也开始充斥着我们的生活，现在大多用塑料成型的方法。它主要运用在所有热塑性塑料和一些热固性塑料，制造的塑料制品数量远远比其它成型方法多3。作为注塑成型主要使用的工具之一,注塑模具的质量好坏、精准、生产时间和速度在注塑成型的过程中会直接反映在产品的本钱和产品的升级，也在一定程度上能够展现企业在市场竞争的反应的能力和速率4。因为注塑模具的特性，使得模具设计另外一些行业有很大不同。注塑模具设计中要想到的一些关键因素5:1塑件的物理性能，塑料品种很多，都有自己的不同，在制作塑件时我们应该扬长避短。2塑料的成型工艺性，列如成型收缩率的各向差异、流动性等。塑件的形状要能够使热塑性塑料制品具有有效、平均冷却的效果。3塑件结构要简化模具结构。对于一些需要在特定情况使用的制品，我们要考虑到光学性能、耐腐蚀性能等。1.2当前国内塑料模具发展概况及趋势现在，我们国家的模具制造技术发展快速，拥有制造巨大、精细、高寿命的模具的能力。在塑料模具的一些方面6，可以对汽车的保险杠进行很好的制造。塑料模使用计算机辅助分析(CAE)这种技术去对塑料注塑过程进行冷却分析、应力分析、流动分析等，因此要选择合适的尺寸、浇口位置、注塑工艺参数等，来优化好模具的设计方案。如果采用CAE技术7，我们就可以不需要试模，CAE技术提供了一整套从制品设计到生产的完整方案，在没进行模具制造加工之前，需要对整个注射成型过程进行模拟分析在电脑上8，正确的预估到熔体的保压、填充、冷却状况，让我们能够快速发现问题并解决。这不仅是我们在传统模具设计方法的重大突破9，同时也对减少模具返修报废、提高制品质量等，有着很大的经济作用。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术和数控模具雕刻机的发展和应用，对提高模具制造能力也发挥了巨大作用10。因为国际上经济全球化的趋势，这为我们发展模具带来了机会。 因为计算机技术的快速发展，制造技术和模具设计和都在向数字化方向升级。尤其是一些在模具成型零件方面的软件11，通过计算机辅助设计，把数据交换到加工制造设备，来完成计算机的辅助制造。1.3本文的背景、目的和意义本次毕设课题之所以选择冰露矿泉水瓶盖塑料模具设计，是因为该模具对于本科所学知识要求较广，可以让我在做毕设时多思考、多研究、多请教,有利于拓展我的知识面，开发我的创新能力。由于毕设内容来源是企、事业单位委托课题，这样既可以为企业节省出成本开发其他项目，又可以检验我的知识的运用，为我以后进入企业工作积累了工作经验。从更大的现实意义角度出发，设计的矿泉水瓶盖塑料模具中具有大量的典型结构，比如螺纹抽芯机构，广泛应用于瓶盖塑料件中；材料选择PP,他应用广泛，占有塑料塑件材料的一半。这次设计为之后的相似产品设计作为素材，积累了一定的经验。2第二章 塑件成型工艺性分析2.1冰露矿泉水瓶盖的三维图本塑件制品是矿泉水瓶盖，结构不复杂，塑件为空心柱状，塑件高13mm，厚2mm，外径30mm。因为瓶盖在我们的生活中消耗量很大，所以尺寸公差不大，因此适合用来大批量生产，如图2.1。图2.1 冰露矿泉水瓶盖2.2塑件的工艺性分析厚度对质量有大的影响。壁厚如果太小，那么成型时熔融塑料会产生流动阻力，是充模难以成功，尤其是一些大型和形状复杂的塑件更容易出现。壁厚如果太大，既会过多使用原料，也会使冷却时间延长，也会造成缩孔、气泡、翘曲变形等缺陷。塑件的壁厚为2mm，没超过它的限制。所以塑件满足成型时的厚度要求。瓶盖外侧通过凹模形状成型，内部螺纹凸模成型，可以用螺纹抽芯推出。2.3材料特性结合现实情况，我们可以选择塑料聚丙烯（pp）。它有较小的收缩率和好的综合性能。2.3.1PP的性能及成型参数PP的主要性能参数如表2.1。表2.2 ABS的主要性能参数PP的主要性能性能参数屈服强度/MPa50吸水率0.03-0.04拉伸强度/MPa31-39热变形温度/56-67弯曲强度/GPa80硬度96-105脆性温度/-35断裂伸长率（%）200成型收缩率1.0-2.0硬度密度/（gcm-3）0.90-0.912.4塑件体积和质量塑件的工作条件对精度要求低，考虑到pp的性能，我们可以选择精度等级6。用UG可知塑件的体积为2.07 cm，根据=0.9 g/，质量为1.863g。第三章 注塑机的确定3.1注射机型号的选择前文提到PP材料进行注射成型时，多用螺杆式注塑机，依据实际情况，综合考虑，初选XS-ZY-60型号注射机。其主要的性能、技术参数如表3.1。表3.1 XS-ZY-60注射机主要技术参数项目性能参数喷嘴孔直径/mm4螺杆直径/mm38最大开合模行程/mm180注射行程/mm170注射压力/MPa122模具最小厚度/mm70最大成型面积/cm2130注射方式柱塞式模具最大厚度/mm200锁模力/kN500额定注射量/cm360喷嘴圆弧半径/mm123.2型腔数量的确定型腔数量的确定是模具进行模架选择和整体结构设计首先需要考虑的问题，而型腔数量的确定方式多种多样。有这里，我们主要根据注塑机的规格来设计型腔数量。利用注塑机的参数来确定型腔数量也有多种方式，下面根据注射机的额定塑化速率初步确定模具型腔的数量n。即按如下公式确定数量： (3-1)式中， n型腔数量；m1单个塑件的体积，单位g；m2凝料的塑料体积，单位g；K注射机的最大注射量的有效系数，一般取0.8左右，根据设备新旧情况选择合适的数值。 M额定塑化量，单位g/h； T成型周期，单位s。UG分析后，塑件质量大约为1.863g，如图4.1所示。依据生产经验，初步估计浇注系统凝料为3g左右。查表可知，初选成型周期为40s，额定塑化量为35000g/h。因为该塑件需要较大批量的生产，根据现实情况，一模一腔是不符合经济技术要求的，考虑采取多模腔设计。通过计算和实践应用，我们选择并决定了一模四腔的设计方式。3.3最大注射量的校核确定型腔数之后，我们需要检查注塑机的其它一些关键技术参数，包括注塑机的最大注射量。最大注射量就是用来满足一次成型过程中所需要的所有熔料体积或质量，其中一般包括塑件用料和浇注系统的用料、注塑机本身设备相关用料等。那么最大注射量要满足下列： (3-2) mn最大注射量（cm3）； m单个塑件的体积（cm3）；mj系统凝料的体积（cm3）；n型腔数量（取4）。k注射量的利用系数，选择0.8。用UG处理后，单个塑件体积一般为2.07cm3，浇注系统凝料约为2.5cm3，通过计算后，校核通过。3.4锁模力的校核锁模力是注塑机的关键参数之一，它可以确保注塑机能够供应足够的压力，让模具不会在成型过程中出现胀开的问题。一般锁模力的校核我们要用到下列公式： (3-3) Fn注射机的额定锁模力（KN）； n型腔数量，取2；P熔体对模腔平均压力（MPa）,通常取注射压力的80%；Az塑件在分型面上的投影面积（cm2）；Aj浇注系统在分型面上的投影面积（cm2）。经UG分析，塑件在分型面上的投影面积为12cm2，浇注系统在分型面上的投影面积为2cm2，（）P=5000x30x1.1=165KN500KN (3-4)通过计算，校核通过。3.5注射压力的校核注射压力的校核是作为常规校核方式之一在注塑机规格中。注射压力的校核方式比较简单，主要依据所选用的材料、所成型塑件的形状及结等方面进行考虑。查过资料之后，我了解PP注射成型时需要型腔压力通常为30MPa，并且我选择的注塑机的额定压力是122MPa，远远超过30MPa，所以校核通过。3.6模具与注射机安装部份的校核因为模具要安装到注塑机上，所以注塑机有关模具的安装参数的校核是一定要进行的。模具的闭合高度是注塑机安装部分的主要校核参数之一，它主要按以下公式进行： (3-5) 式中， Hmin注射机标注最小模厚（mm）；Hmax注射机标注最大模厚（mm）；H模具闭合高度（mm）。设计后，模具闭合高度为390mm。查阅资料后，注塑机的安装模具的最大模厚为400mm，最小模厚为165mm。满足，所以校核通过。3.7开模行程校核注塑机的开模行程关乎塑件和浇注余料是否可以被顶出和取出，所以其参数的是必须进行校核的。想到注射机是联合作用合模机构，所以我们在校核开模行程时不需考虑到模具厚度的影响。这样，注塑机的行程校核通常按以下公式进行： (3-6)式中， S最大开模行程（mm）；H1顶出距离（脱模距离）（mm）；H2包括浇注系统在内塑件高度（mm）。通过设计后，模具的顶出距离是22mm，凝料的高度是13mm，显然，校核通过。第四章 模具结构的设计4.1排位及分型面的设计4.1.1塑件在模具中的排布使用平衡式的排方式分布，它可以让主流道到各个型腔的浇口的分流道长度、截面形状和大小均对应相同，促使熔料均匀地进入各个型腔并且同时充填完毕，以此使所成型的产品质量分布均匀，内在各处物理与力学性能一致。图4.1 塑件在模具中的排布位置4.1.2分型面的设计因为分型面受流道设计、塑件在模具中的位置、塑件技术与工艺性要求、塑件的推出方式、排气系统设计等多方因素的影响，所以综合各种情况，并且还需要保证分型面的一般设计原则，即设置在塑件外形最大截面处、模具加工工艺性良好、保证塑件相关技术要求、脱膜方式可靠易行等，设计如图4.2图4.2分型面 4.2成型零部件的设计及尺寸的计算4.2.1成型零部件的尺寸计算塑件尺寸的精度受一些因素的影响，主要有塑件的材料的收缩率、塑件的结构和成型工艺、模具加工工艺、模具生产过程中的磨损等因素。在经过计算后，塑件成型后的尺寸误差应该是上面所有影响因素所造成的误差的总和，即： (4-1)式中， 塑件的成型总误差；Z零件加工制造误差；S成型材料收缩时的误差；C零件的使用而出现的磨损误差；j零件的配合间隙精度误差；a模具装配误差。可以看出塑件误差是累计误差。为了使计算简便，计算过程中多采用使塑件尺寸的公差值大于或等于塑件的累积总误差，即： (4-2) 塑件制造精度等级是MT5。同时，计算方法要以平均磨损量、平均收缩率和平均制造公差作为基准的。a. 型腔的尺寸计算（1）型腔的径向尺寸计算 (4-3)Lr型腔径向尺寸（mm）；Scp塑件的平均收缩率；LS塑件径向公称尺寸（mm）；z塑件公差值（mm）；凹模制造公差（mm）。（2）型腔的深度尺寸计算 (4-4) Hm型腔的深度尺寸； Hs塑件的凸起的高度尺寸；b. 螺纹型芯的尺寸计算（1） 型芯的径向尺寸计算 (4-5) 式中， lm型芯的径向尺寸；ls塑件的径向尺寸；z制造公差，z一般是/5； 塑件径向的公差值。螺纹的大径，中径，小径分别计算为;(lM大)0-z =0.03+(1+2.5%)300-0.03/5 (4-6) =30.780-0.006(lM中)0-z =0.03+(1+2.5%)290-0.03/5 (4-7) =29.7550-0.006(lM小)0-z =0.03+(1+2.5%)280-0.03/5 (4-8) =28.730-0.0064.3 标准模架的选择模具结构采用三板模，模架结构如图4.3。图4.3 模架结构图4.4 浇注系统的设计4.4.1主流道的设计主流道的位置、截面形状和长度布置对熔料流动过程的时间、速度等方面都有着影响，进而关系到产品的成型效果。本次设计采用将主流道到布置于浇口套中，并采取浇口套和定位圈为整体式的结构设计。主流道的始端直径是2.5mm，末端直径是6mm，锥角约为3，长度大约为62mm。其结构形式如图4.4。图4.4 浇口套和主流道结构形式4.4.2分流道的设计分流道用来改变主流道中熔料的流动方向，使熔料保持动态平稳地进入各个型腔，达到充填效果良好的目的。本次设计用截面直径设计长3.5mm圆形截面的分流道，结构形式如图4.5。图4.5 分流道设计和截面形状4.4.3浇口的设计设计合适的浇口和选择好的位置非常关键，决定了塑件的成型的质量好坏的情况。考虑塑件最佳浇口的位置，模具的浇口形式为潜伏浇口，倾斜角45，锥角15，推杆上进料口的宽度为1mm，如图4.6。图4.6 点浇口的结构形式4.4.4冷料穴的设计冷料穴的布置可以有效的改善塑件的局部质量，也在一定程度上起到降低熔料的流动不稳定的作用，且冷料穴布置方便、结构简单。冷料穴的布置有多种形式，结合模具结构，本次设计将冷料穴布置于主流道末端，如图4.7所示，图中右末端的半球体即为冷料穴。图4.7 冷料穴4.5脱模机构的设计4.5.1脱模机构本次的盖子产品有内螺纹，因此使用的是伺服电机驱动脱模方式，伺服电机驱动齿轮传动方式脱模，脱模过程为电机转动5圈，通过链传动将动力传递到中间齿轮转动5圈，进而带动与其啮合的四个尺寸，齿轮各转动6圈，此四个齿轮是跟四个产品脱模机构结合的。相应的中间齿轮转动一圈等于四个啮合齿轮转动1.2圈，因此最终实现产品的内螺纹脱模要求。如图4.8 图4.8伺服电机第一次开模时，将两个板子拉开，第2次开模的时候靠弹簧弹开6mm后被限位螺丝限位。第2次开模后才有空间让绞牙芯子后退。开模后电机传动链条带动齿轮传动绞牙芯子后退。后退6圈，每圈牙具为0.75*6圈=4.5mm+2.5mm的安全距离=开模时的7mm，绞牙用弹簧将模仁弹开1mm防止产品最后一圈牙在芯子上转动拉花螺牙，之后再用推杆把塑件顶出。4.5.2推出机构设计推杆推出机构，因为推杆的布置灵活方便，其截面多设计为圆形，不论在其修补、制造过程中，还是在其安装配合精度要求上，都容易满足工程需要。另一方面，推杆运动过程中的阻力较小，动作简单稳定。推杆数量设计为一个塑件1个，长度为240mm，特别之处在于顶部有螺纹，推出时直接与抽芯机构相互配合来推出，它的形状设计如图4.9所示。图4.9推杆形状4.5.3 复位机构设计使用弹簧式先复位机构，在使用推杆固定板上开始安装推杆的时候，一起安装复位杆。它的原理是在推杆固定板与动模支撑的连接处装上弹簧，再通过它的弹力使得推杆能够及时复位在还未进行合模之前。4.6 冷却系统的设计模具的温度大小会对模具的注射周期造成直接的作用。在注射的成型时，我们应该使模具的温度的不会产生非常大的起伏。模具的温度假如太高，那么就会使产品发生很严重的变形，使的生产速率急速下降。但如果模具的温度太低，就会使得熔体的流动变得非常缓慢，使得塑件成型更加困难。所以需要设计冷却系统来调节模具的温度，避免成型过程中模具温度的大幅度波动。本次设计选择了直流式冷却水道，在每个型芯距离塑件侧面12mm处设置两条一样的水路，水路直径长10mm。4.7 排气系统的设计为了使塑件达到良好的成型效果，及时的排出模具内部的气体将会起到很大的积极作用。模具中的气体产生的方式往往有多种多样的，有的是模具本身在闭合和注塑过程中气体被熔料带入型腔中，有的是熔融塑料遇到较冷的流道产生的水蒸气，有的是保压压力不够造成内部气压过大，从而在塑件内部产生压力泡。这些气体的存在对塑件的质量有着致命性的影响，可能会产生气泡、凹穴、表面质量极差等现象。另外气体不能及时的排出模具，也会影响到塑件的成型周期，内部压力偏大造成熔料的流速、充型能力达不到要求，所以要有个合适的排气系统让气体快速排出。在本次模具设计中，将模具中的气体排出的方式主要为利用模具中各个零件之间存在装配间隙，将气体从这些间隙中排出。 第五章 模具的装配5.1 装配三维图模具三维实体装配图如图5.1所示。图5.1 装配三维图5.2装配二维草图模具二维装配草图如图5.2所示。 图5.2 模具二维装配草图结束语本次论文是关于对冰露矿泉水瓶盖进行注塑模设计，对于我来说，是非常具有挑战性。因为瓶盖在生活经常出现，这有利于我们能够很好的把知识与现实结和在一起。刚开始我显得很迷茫，通过查阅资料和老师的指导，我开始慢慢走上正轨，思路也开始清晰了起来，这让我了解到如何开模和分型面的选择等等一些问题，知道做好一件东西需要考虑充分。通过这次毕业设计，让我们了解认识到如何做好一套模具设计是不容易的，我们需要拥有对各种零件的选择与应用以及装配非常熟练，同时要有精通的CAD和UG等一些电脑技术。这次让我们真正领会到到学习的知识变成了实物，给我们最直接的感
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