矿泉水瓶盖的热流道注塑模设计

1、第 23卷 第 12期 中 国 塑 料 Vol. 23,No. 12 2009年 12月 CHINA PLASTICS Dec. , 2009矿泉水瓶盖的热流道注塑模设计匡唐清 1, 李树桢 1, 廖直梁 2(1. 华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室 , 江西 南昌 330013;2. 富士康科技集团 , 广东 深圳 518109摘 要 :针对矿泉水瓶盖生产批量大 、 尺寸小 、 内部结构复杂的特点 , 设计了 1模 32腔的矿泉水瓶盖热流道注塑模 。 采用模流分析技术 , 通过最佳浇口位置分析确定了以制件顶面中心为浇口 ; 通过成型窗口分析确定了制件成型工艺参数组合为 :模温

2、 60 、 料温 220 、 注射时间 4s ; 通过充填分析查看了制品充填的品质及对注射压力 、 锁模力的需求 , 由此辅助模具设计及成型工艺参数设置 ; 详细阐述了热流道系统的设计要点及顺序脱模机构的结构及动作原理 。 实践表明 , 该模具动作可靠 、 生产效率高 、 产品品质稳定 。关 键 词 :矿泉水瓶盖 ; 注塑模 ; 计算机辅助工程 ; 热流道 ; 顺序脱模中图分类号 :TQ320. 66+2 文献标识码 :B 文章编号 :100129278(2009 1220092205Design of H ot Runner Injection LidsKUAN G Tang 21, 2li

3、ang 2(1. Key Laboratory of , East China Jiaotong University , Tech. Group , Inc. , Shenzhen 518109, China Abstract :runner injection mould for bottle lids was designed based on CAD/CA E. The top 2 center of t he lid was selected as t he gate locatio n. A set of optimal parameters were determined via

4、 molding window analysis , i. e. , mold temperat ure 60 , melt temperat ure 220 , and injection time 0. 4s. The key issues in t he design of t he hot runner system , t he st ruct ure and movement p rinciple of sequential demoulding mechanism were introduced in details. The effect s of injection p re

5、ssure and clamping force on t he filling quality were examined to improve t he design.K ey w ords :mineral water bottle lid ; injectio n mould ; comp uter aided engineering ; hot runner ; se 2 quential demoulding mechanism 随着人们生活水平的提高 , 饮料行业得到高速发 展 , 对 PET 瓶的需求不断扩大 , 其瓶盖的需求量也随 之扩大 。瓶盖体积虽然不大 , 但结构比较复

6、杂 , 有螺 纹 、 防盗圈等结构 , 同时还有一些严格的技术指标 , 如 密封性能 、 开启扭矩 、 线上封盖性能等 。因此 , 要生产 出合格的瓶盖 , 对模具有很高的精度要求 , 特别是多 腔模 (32腔以上 , 由于结构复杂 , 制作精度高 , 目前 少有国产的优质模具 , 多数模具从国外高价进口 。为 此 , 精密模具制造已是我国当前鼓励发展的高新技术 产业之一 。收稿日期 :2009207214江西省自然科学基金 (2007GQC0864在矿泉水瓶盖的多腔注塑模设计中 , 采用计算机 辅助设计 (CAD /计算机辅助工程 (CA E 等现代模具 设计技术 , 由此提高模具设计的效率

7、及可行性 ; 根据矿 泉水瓶盖的特点 , 应用热流道技术 , 这也是当今模具技 术发展的主要趋势之一 。1 塑件工艺分析图 1为某公司的纯净水瓶的防盗瓶盖 。材料为高 密度聚乙烯 (PE 2HD , 质量为 2g 左右 。盖内有一圈 密封环和内螺纹 , 下部的防盗环内 、 外各有一圈凸台 , 有 18个很细的连接桥与瓶盖相连 , 瓶盖一旦开启 , 连 接桥就断裂 。 瓶盖在性能上要求密封和满足一定的开 启力矩 , 并在开启时确保与防盗环顺利分离 。 2009年 12月 中 国 塑 料 93 (a 外视图 (b 内视图图 1 矿泉水瓶盖的 Pro/E 设计 Fig. 1 Pro/E model

8、of the mineral water lids该制品生产批量大、 尺寸小 , 为节省材料与能源并提 高生产率 , 本文确定采用 1模 32腔、 热流道浇注系统 , 其 模具设计的关键在于热流道系统及顺序脱模机构。2 模具设计要点2. 1 CA E 分析通过 Pro/E 设计出的工件以 igs 面格式输出 ; 利用 Moldflow CAD Doctor 预先对产品 CAD 模型修复简 化处理 。 再导入 Moldflow M PI 进行网格划分 、 检验及 修改 。 网格划分后的模型如图 2所示 为 flow 置 , 位置吻合 。:材料为美国 CMOLD Generic Estimates

9、 公司的牌号为 HDPE Generic Estimates 的 PE 2HD , 该材料成型时推荐的模温范围为 2095 、图 2 瓶盖的网格模型Fig. 2 Mesh model of thelid3location 。成型窗口分析结果所推荐参 数 为 :模 温 95 , 料 温 190 , 注 射 时 间 0. 26s , 接近该材料所推荐的成型模温和料温范围的边 缘值 , 不合适 1。调整模温 、 熔体温度 , 查看制品品质 图 图 4(a 并结合成型窗口区域切片图 图 4(b 的 结果 , 确 定获得 最佳 品质的 工艺 参 数 组 合 为 :模 温 60 , 料温 220 , 注射

10、时间 0. 4s 。(a 品质指数 (b 成型窗口区域切片图 4 成型窗口分析结果Fig. 4 Analysis results of molding windows 考虑制件的批量较大 、 尺寸较小 , 确定采用 1模32腔 ; 为达到制件品质的均一 , 采用自然平衡流道 , 采 用如图 5所示的型腔布局 。由于型腔排布具有对称性 , 为节省计算时间 , 降低 系统消耗 , 故只对 1个膜腔进行等效分析 , 流动分析的等效模型如图 6所示 , 图中数字表示所指对象的出现 次数 , 流道属性为热流道 。按成型窗口分析确定的最佳工艺条件进行流动分 析 。 图 7为气穴分布图 , 气穴主要分布在充

11、填的末端 , 可利用分型面将气体排出 , 不必在模具中添加排气槽 。 94 矿泉水瓶盖的热流道注塑模设计 图 8为熔接痕分布图 ,熔接痕处熔体前沿温度基本都 在 240 以上 , 因此熔接痕结合强度较高 , 不影响制件 的品质。 图 5 型腔布局Fig. 5 Layout ofcavities 图 6 等效分析模型Fig. 6 Analysismodel 图 7 气穴分布图Fig. 7 Air traps 图 8 熔接痕分布图Fig. 8 Weld lines由图 9可以看出 , 最大注射压力为 62. 8M Pa ; 由 图 10可以看出 , 锁模力最大值为 38. 3t 。 2. 2 热流

12、道板的设计由于制件较小 , 为提高材料和能源利用率 , 确定采图 9 注射位置处压力随时间的变化Fig. 9 Pressure trace at injection location againsttime图 10 锁模力随时间的变化Fig. 10 Clamping force against time用热流道浇注系统 。根据确定的型腔布局 , 考虑到加工的便利性 , 流道板分两级双层布置 :一级流道板为 H形 ; 二级流道板分为 4块 , 每块上安装 8个热流道喷嘴 , 如图 11所示 。采用点浇口 , 开式喷嘴 。开式喷嘴 能提供较好的保压压力 、 减少应力 , 并较阀式浇口降低 了成本

13、2。图 11 热流道系统效果图Fig. 11 Hot runner system热流道板选用碳素工具钢 T10A 制造 , 使用可弯 曲电热管外加热方式 。为减小流道内的压力损失 , 并防止熔料滞留在流道内过热分解而影响产品品质 , 流 道表面应有较好的表面粗糙度 , 因而在流道板上钻出 2009年 12月 中 国 塑 料 95 深孔 , 采用流体抛光机进行抛光 。为保证密封 , 在流道 板中流道孔端面采用金属 O 形密封圈密封 、 流道板与 喷嘴间采用螺纹连接 。 流道板的横向热膨胀将会引起 流道板与喷嘴的相对滑移 , 因而喷嘴与定模在横向留 有一定间隙 。一级流道板和二级流道板分别如图 1

14、2和图 13所 示。 图 12 一级热流道板Fig. 12 Sketch of the first hot runnerplate 图 13 二级热流道板Fig. 13 Sketch of the second hot runner plate2. 3 顺序脱模结构的设计由于矿泉水瓶盖结构复杂 , 顺利脱模是其模具设 计中的关键 3。为成型连接桥 , 并保证防盗圈的顺利 脱模 , 采用斜导柱滑块结构侧向分型 , 如图 14所示 。 鉴于制件小而型腔数多 , 在充分利用塑件特性的基础 上 , 制品的内螺纹采用直接推出强制脱模 。动模型芯 设计成镶嵌式 , 分成 3个型芯 (螺纹型芯 、 防水圈型

15、芯 、 顶杆型芯 :螺纹型芯成型内螺纹 ; 防水圈型芯成型防 水圈 ; 顶杆型芯主要起顶出作用 。开模时 , 塑件随型芯从凹模中脱出 , 滑块在斜导 柱的作用下横向抽离 , 完成一次脱模 ; 动模继续后移 , 推板碰到注塑机顶杆后 , 由推板 、 推杆固定板带动顶 杆 4、 弹性卡圈 3和挡水圈型芯 2一起运动 ,使得制件图 14 侧型芯的抽芯方式Fig. 14 Side core 2out mechanism内螺纹与螺纹型芯 1强制分离 , 实现第二次脱模 ; 当弹性卡圈 3碰到螺纹型芯 1之后 , 弹性卡圈 3和挡水 圈型芯 2停止运动 , 而顶杆型芯 4继续往前 , 使挡水 圈与挡水圈型

16、芯分离 , 实现第三次分模 。至此 , 整个 脱模过程完成 。闭模时 , 动模前移 , 滑块复位 , 复位杆 复位 , 推板带动顶杆 4, 顶杆 4推动挡水圈型芯回到初 始位置 , 运动终止 , 实现合模 图 所示1 制件 2 螺纹型芯 3 挡水圈型芯4 弹性卡圈 5 顶杆图 15 顺序脱模机构Fig. 15 Sequential demoulding mechanism2. 4 模具总体结构选用标准模架 550×L , 其中 L 取 600mm 。根据 模架大小 , 并结合 CA E 分析结果选择螺杆式注塑机SZ 2500/200, 该注塑机的额定注射压力为 150M Pa , 额

17、 定锁模力 200t , 满足成型要求 。模具的总体结构如图 16所示 。3 结论(1 制件的最佳浇口位置为顶部中心 , 最佳成型工艺参数组合为模温 60 、 料温 220 、 注射时间 4s ; 制件充填的气穴分布 、 熔接痕品质均较理想 ; 所需最大注 射压力为 62. 8M Pa 、 最大锁模力 38. 3t , 以此辅助了注 塑机的选择 、 模具的设计及工艺参数的设置 ;(2 采用两级流道板的设计实现了 1模 32腔 , 简 化了流道板的制造难度 ; 96 矿泉水瓶盖的热流道注塑模设计 1 动模顶板 2 顶杆 3 弹性卡圈 4 复位杆 5 挡水圈型芯 6 螺纹型芯 7 起吊螺钉 8 螺

18、钉 9 压块 10 喷嘴 11 反射箔片 12 堵头 13 加热器 14 螺钉 15 支架 16 定模座板 17 螺钉 18 承压圈 19 定位圈 20 螺钉 21 主流道衬套 22 加热器 23 一级流道板 24 加热器 25 反射箔片 26 二级流道板 27 止转销 28 定模型腔板 29 动模板 30 动模支撑板 31 推板固定板 32 推板 33 螺钉 34 垃圾钉 35 导柱 36 导套 37 螺钉 38 销钉 39 螺钉 40 弹簧 41 螺钉 42 圆头销 43 滑块 44 斜导柱 45 螺钉 46 销钉 47 螺钉 48 导套 49 导柱50 型腔嵌件 51 水嘴 52 垫块 53 弹簧 54 限位块(a 主视图 (b 掀去一半定模的俯视图 (c 左视图图 16 模具结构图Fig. 16 Structure of the mould (3 该模具设计合理 、 生产效率高 、 产品品质稳定