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复合材料模具设计：圆形塑料瓶盖

目 录

一、编制塑件成型工艺卡…………………………………………………………4
二、塑件成型工艺分析与设计
1. 塑件原材料特性……………………………………………………………5
2. 塑件原材料成型特性………………………………………………………5
3. 塑件的原材料的注塑工艺条件……………………………………………5
4. 塑件成型方法确定…………………………………………………………6
三、塑件成型模具设计
（一）型腔的数量和布置………………………………………………………6
（二）选择注塑机型号及其参数………………………………………………6
（三）确定分型面………………………………………………………………7
（四）浇注系统选择和设计……………………………………………………9
（五）成型部件的设计计算……………………………………………………10
（六）侧向抽芯机构……………………………………………………………10
（七）排气系统设计……………………………………………………..…..…11
（八）温度调节系统设计………………………………………..……………12
（九）模架的确定和标准件选择（示意图）…………..………………………1
（十）推出机构（脱模）……………………………………………..…………12
（十一）导向机构……………………………………………………………..13
（十二）模具设计心得体会…………………………………………………..13
（十三）1参考文献……………………………………………………………..13
（十四）模具总装图和零件图……………………………………………..…13

塑件成型工艺卡
塑 件 名 称
聚苯乙烯
塑件图

材 料 牌 号
PS
收 缩 率
0．4%~0.7%
单 件 重 量
2.1g
成型设备型号
XS-Z-60
每 模 件 数
4
成型工艺参数
材料干燥
干燥设备名称
烘箱
温度 /℃
80
时间 /h
2~3
成型过程
料筒温度/℃
180~280
模具温度 /℃
50~80
注射时间/s
2~5
注射压力/MP
20~60
后 处 理
温度 /℃
_____
时间 /min
_____
编 制
王泽龙
日 期
2008年12月20日

一、 塑件成型的工艺分析

1、塑件原材料的特性
我们选用聚苯乙烯(PS)为材料。聚苯乙烯具有非常好的化学稳定性、热稳定性、电绝缘性，能够抵抗水、稀酸等。
典型的PS收缩率在0.4%~0.7%之间，常用收缩率为0.5%。PS收缩率低，流动性极好，成型加工容易。无毒，无味，易着色，装饰性好。一般瓶盖多为彩色，且需无毒害，PS正符合这一特点。PS的缺点是质地硬而脆，耐热性低，只能在不高的温度下使用，易老化。由于瓶盖一般用于温度不高的场合，且多是一次性使用或短时间使用，所以这些缺点完全不影响制品质量。

2、塑件材料PS的成型特性
（1）成型性能好，可注射，挤出，真空成型及模压成型等。
（2）流动性好，成型后塑件收缩率低，尺寸稳定性好。
（3）吸湿性好，成型前不用干燥。
（4）性脆易列，热胀系数大，易产生内应力。成型时可退火处理消除。
（5）可采用各类形式的浇口。浇口与塑件连接处应圆滑过渡，防止去除时损坏塑件。模斜度不宜过大，推出力要均匀分布。若采用点浇口，直径为0.8-1.0mm
（6）塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件、缺口及尖角，轮廓表面光滑过渡。
（7）宜采用较高料温和模温及低注射压力，延长注射时间，有利于减小内应力，防止缩孔和变形。
（8）可用柱塞式或螺杆式注射机成型，为防止淌料，可采用直通式或自锁式喷嘴。

3、PS注塑工艺条件
（1）干燥处理：通常不需要干燥
（2）料筒温度：180~280C
（3）模具温度：50~80C
（4）注射压力：20~60MPa
（5）注射速度：注射速度适当高一些，以减弱熔接痕，但注射速度受压力的影响大，过高的速度可能会导致飞边或出摸时粘模以及顶出顶裂等问题。

4、成型方法的确定
该塑件的结构比较简单，而且壁厚均匀，成型工艺性好，可以采用注射成方法生产。

二、 塑件成型模具设计
（一）型腔的数量和布置
该塑件的精度要求不高，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具降低制造费用和设备运转费，初定为一模四腔的模具形式，型腔的排列方式采用平衡性较好的十字型排列，其布置方式如下图所示：为了保证塑件表面质量要求，选择侧浇口成型，侧口位置安排在塑件侧面底部。

（二）选择注塑机型号及其参数
（1）注射量的计算
通过分析计算，塑件质量,塑件体积m=2.1g，塑件体积V1=m/p=2.1/1.05=2cm。流道疑料的质量还是个未知数，可按塑件质量的0.6被来估算M从上述分析中确定为一模四腔，所以浇注系统疑料体积为V2=4×V1×0.6=4.8CM
该模具一次注射所需塑料PS如下
体积：V=4V1+V2= 12.8cm
质量：M=pV= 13.44g

（2）锁模力的计算：流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积，在此时还是个未知数，根据经验公式：(为每个塑件在分型面上的投影面积)，用进行估算：
A1=(3.14/4)D×D=3.14÷4×42×42=13.85cm
Ａ＝nA1+A2=1.35×4×A1=747.76cm
查塑件所需的注射压力20~60MPa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件,所以取大一些，则p=50×60%=30MPa
F=Ap=74776×30=2242280N

（3）选择注塑机：根据上面计算的注射量和锁模力和已知的注射压力，可选用国产XS-Z-60杆塞式注射成型机，其有关参数如下

标称注射量/
60
模板的最大厚度/mm
200
螺杆直径/mm
38
模板的最小厚度/mm
70
锁模力/kN
500
模板尺寸
330×440
注射压力 /MPa
122
拉杆空间/mm
190×300
注射行程/mm
170
合模方式
液压机械
模板最大行程/mm
180
电机功率/KW
11
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
注射方式
杆塞式
最大成型面积/
130
定位圈尺寸/mm
55
注射时间/s
2.9

（三）确定分型面
根据塑件结构形式，分型面选在瓶盖的底平面

（四）浇注系统选择和设计
（1）主浇设计
主流道尺寸 查表注射量为60g的材料为PS的主浇道截面直径推荐值得
主流道的小端直径：D1=4.5mm；主流道的大端直径：D2=6mm
主流道长度：取L=20mm；主流道锥角：取
主浇道衬道

（2）分流道设计
分流道的布置：为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此采用如下图所示衡式分流道结构

（3）分流道的形状和截面尺寸：
由于聚苯乙烯的流动性很好，因此选用加工性能比较好的半圆形流道，查表得d=10㎜

（4）浇口设计
由于塑件的外观表面质量要求不是很高，因此采用侧浇口

（5）料穴的设计
1) 主流道冷料穴
采用Z字形拉料杆形式的冷料穴,是最常用的一种冷料穴.拉料杆头部的侧凹能将主流道凝料钩住,开模时留在动模一侧。如下图

2) 分流道冷料穴
在分流道端部加长3mm作分流道冷料穴

（五）成型部件的设计计算
1. 成型零件工作尺寸的计算
查表知PS的收缩率为0.4%~0.7%之间，可得出PS的平均收缩率

1) 型腔尺寸
计算公式为
其中为塑件外径尺寸；为塑件高度尺寸；

2) 主型芯尺寸
计算公式为
其中为塑件内径尺寸；为塑件孔深尺寸；

3）成型零件强度及支承板厚度计算
1) 型腔侧壁厚度（按整体式距型凹模计算）
塑件内径为42mm，可以查表的侧壁厚度为8mm
2) 型腔底版厚度

式中：b为凹模型腔的内孔短边；查表得=0.4872。
3) 支承板的厚度 在选定模架后，选取标准的支撑板尺寸为
（六）侧向抽芯机构
由于该模具不涉及到侧向抽芯机构，所以无需进行此机构的设计。

（七）排气系统设计
瓶盖成型型腔体积比较小，约为 ，注射时间短，，塑料熔体是从上往下进行填充，所以型腔顶部不会造成憋气现象，气体会沿着分型面和型芯与推件之间的轴向间隙向外排出，所以不需另进行设计。

（八）温度调节系统设计
在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量，模具温度设为
1. 冷却水的体积流量

式中：为单位时间内注入模具中的塑料质量，按每分钟注射2次，即；
为单位质量的塑件在凝固时所放出的热量；为冷却水的密度； 为冷却水的比热容； 为冷却水出口温度； 为冷却水入口温度。
2. 冷却管道直径
为使冷却水处于湍流状态，查表得。
3. 冷却水在管道内的流速

大于最底流速，直径大少符合要求。
4. 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数

5. 冷却管道的总传热面积

6. 模具上应开设的冷却水孔数

（九）模架的确定和标准件选择
由前面的型腔布置以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合模架标准架，选用结构形式为P4型，模架尺寸为350×260的标准模架，可符合要求，
其中A=40,B=50,C=45如图所示

(十)推出机构（脱模）
推出机构主要是推杆，塑件采用推杆推出，推杆设计在塑件的中不两侧，有利于受力均匀，每个塑件由2根推杆推出，在瓶盖中部处圆形处均布，共8根。其结构如装配图所示。

（十一）导向机构
由于在所选的模架当中导向机构以标准化，所以在此不作另外设计。

（十二）模具设计心得与体会
通过此次模具设计课程设计，使我更系统、完整的撑握了注射模具设计的基本流程，把课堂上所学的知识应用到实践中去，检验了平时所学更重的是在实践中得到了锻炼，巩固了过去所学的专业课程知识。，
此次课程设计也锻炼了我综合考虑结构问题，分析问题、怎样去解决问题的能力。还锻炼了我的动手能力，对于工程技术的细心、严谨。
总言之，通过这次模具设计使我有收获很多。

（十三）参考文献
1、《复合材料模具设计》
2、陈志刚等，塑料模具设计，北京，机械工业出版社，2002
3，张伟合等，注射模具设计使用教程，北京，化学工业出版社，2006

（十四）模具总装图和零件图
见凸模、凹模和总装配图，附图纸

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