酒瓶盖注射模具设计讲解.doc

姓名： 余至彬 专业：机械设计及制造 班级：设计一班 学号：2
设计题目：酒瓶内盖塑料模
塑料件简图：

塑料件主要技术要求：
1. 材料：ABS，米黄色
2. 年产量：200万件
3. 未注公差：30, 44按MT2标注，其余按MT5计算，并且尺寸按入体原则标注;
4. 其他技术要求：型腔脱模斜度为1°，型芯脱模斜度为0.5°，外表面粗糙度Ra＜1.6，无缺陷，内表面无特殊要求，所有过渡处有0.2圆角。

1 酒瓶内盖塑件的工艺分析
1.1 塑件成形工艺分析
如图1-1为塑料酒瓶内盖的二维工程图及实体图，单位mm。

图1-1 塑件图
产品名称：酒瓶内盖
产品材料：丙烯 ABS
塑件材料特性：ABS塑料（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为的改性共聚物，也可称改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用与工艺性能。ABS是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程塑料。ABS塑料为无定型塑料，一般不透明。ABS无毒、无味，成形塑件的表面有较好的光泽。ABS具有良好的机械强度，特别是抗冲击强度高。ABS还具有一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性与电性能。ABS的缺点是耐热性不高，并且耐气候性较差，在紫外线作用下易变硬发脆。
塑件材料成形性能：使用ABS注射成型塑料制品时，由于其熔体黏度较高，所需的注塑成型压力较高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使ABS制品易产生熔接痕，所以模具设计时应尽量减少浇注系统对料流的阻力。ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理。在正常的成型条件下，ABS制品的尺寸稳定性较好。
产品数量：年产量200万件
塑件颜色：米黄色
查文献得：
塑件材料物理性能：
密度：
收缩率：
熔点： 60~93℃
热变形温度：℃
材料力学性能：
拉伸强度：
拉伸弹性模量：
弯曲强度：
弯曲弹性模量：
缺口冲击强度：
硬度：洛氏
塑件质量：该产品材料为ABS。由上得知其密度为，收缩率为，计算出ABS平均密度为，平均收缩率为。可根据塑件形状进行人工几何计算得到酒瓶内盖的体积。
通过计算得：塑件的体积
塑件的重量
式中： ——塑料密度
塑件要求：塑件外侧表面光滑，不允许有较大的浇口痕迹，盆边沿无飞边或较少易清理。
1.2 塑件成形工艺参数确定
1.2.1 ABS成型的工艺参数：
查表得：
模具温度：
喷嘴温度：
料筒温度：前段温度：
中段温度：
后段温度：
注射压力：
保压压力：
塑化形式：螺杆式
喷嘴形式：通用式
注射时间：
保压时间：
冷却时间：
成形周期：
1.2.2 关于ABS设计时应考虑的问题：
① ABS采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料容易分解甚至烧焦，从而在制品上出现熔接缝，光泽差及浇口附近的物料发红等缺陷；
② 由于ABS的加工温度较高，对各种工艺因素的变化比较敏感，所以料筒前端与喷嘴部分的温度控制十分重要；
③ 有些ABS制品在顶出时并无问题，但却可能会在贮存期内产生褐色或黄色条纹，可能是由于机筒过热或在机筒内滞留时间过长而引起的。
2 模具基本结构设计及模架选择
2.1确定成形方法
塑件采用注射成形法生产。因为该产品设计为中批量生产，故设计的模具需要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用点浇口，因此选用双分型面注射模（三板式注射模），点浇口自动脱模结构。
2.2型腔布置
2.2.1 注意的问题或原则
根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。
据设计要求可知，由于该塑件形状较简单，质量较小，且需要大批量生产所以模具选用一模两腔结构且平衡布置，采用双分型面注塑模，这样模具尺寸较小，制造加工方便，利于充满型腔，塑件质量高，生产效率高，塑件成本低。其排列方法如下图2—1所示：

图2-1 型腔布置示意图
2.3分型面设计
2.3.1分型面设计
选择分型面时应遵循的原则：
① 分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处 ；
② 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；
③分型面作为主要排气面时，分型面应设于熔体料流的末端；
④塑件开模后留在动模上；
⑤分型面所产生的痕迹不影响塑件的外观，且易清除；
⑥浇注系统与浇口的合理安排
⑦推杆的痕迹不露在塑件的外观上
⑧使塑件易于脱模
塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，本塑件的分型面有多种选择,如图a中分型面选择在轴线上,这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹,影响塑件的表面质量。图b中分型面选择在酒瓶内盖的上端面这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成形，塑件大部分外表面光滑，仅在抽芯处留有分型面痕迹。因此，塑件选择如图b中所示的分型面。

图2-2 分型面选择示意图

2.3.2 排气槽设计
当塑料熔体充填型腔时，热固性塑料在固化时会放出大量的气体,易阻塞缝隙，如果气体不能顺利地排出，塑件会由于填充不足而出现气泡，接缝式表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑件焦化，所以必须开设专用排气槽排出气体。通常排气槽设计有多种方式，大多数都采用配合间隙排气的方式，由于此制件尺寸不大，利用分型面与推杆配合间隙排气即可。
2.4浇注系统设计
浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。
2.4.1 主流道浇口套的选择
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴及模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道。熔体从喷嘴中以一定的动能喷出。由于熔体在料筒内已被压缩，此时流入模的空腔内，其体积必然要增大，流速也略为减小。
由于主流道的浇口套为标准件，考虑ABS的流动性较差，即主流道的浇口套的选择如下锥度为、mm、D=8mm、mm。

主流道断面尺寸：主流道设在定模板上，并且位于模具的中心，及注射机喷喷嘴
在同一轴线上。
表2-1主流道衬套中尺寸关系表

8
14
16
20
d
注射机喷嘴直径+（0.5～1）
D
及注射机定位孔间隙配合
SR
注射机喷嘴球面半径+（1～2）
2.4.2 分流道设计
分流道是指主流道末端及浇口之间一段塑料熔体的流动通路，其作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均匀地分配到各个型腔、应注意尽量减小流动过程中的热量损失及压力损失。
分流道的截面形状及分布选择：截面形状有圆形、梯形、u形、半圆形、矩形。分流道的长度应尽可能的短，少弯折的减少压力损失与热量损失，分流道的表面粗糙度为 。
表2-2 截面形状的对比表
截面形状
特征
热量损失
加工性能
流动阻力
效果
圆形
小
较难
小
最佳
梯形
较小
易
较小
良
U形
较小
易
小
佳
矩形
大
易
大
不良
通过表2-3所示截面形状的对比，圆形截面形状效果最佳，考虑到经济与加工难易，采用圆形。分流道截面形状采用圆形且平衡分布，因为圆形分流道热量损失较小，易加工，效率较高且可保证各型腔均衡进料，从而保证塑件质量。
表2-3 各种塑料的分流道推荐值
塑料种类

3~5.5

2.4.3浇口设计
浇口不仅对塑件熔体的流动性与充模特征有关，而且及塑件的成形质量有着密切的关系。点浇口形式采用带圆角的圆锥过渡式的点浇口，因为这种结构有利于熔料充满型腔。
浇口位置的选择：尽量缩短流动距离，保证熔料能迅速地充满型腔。浇口开在塑件壁厚处，且应减少熔痕，有利于型腔气体的排出。所以，塑件的浇口选择在酒瓶内盖的底部中央处，由于塑件所填充塑料多，这样可以提高充模速度。
浇口尺寸计算：点浇口的直径计算公式：

式中 ——点浇口的直径 （）
——塑件在浇口处的壁厚（）
——型腔表面积（）
表2-4 点浇口经验直径尺寸mm
厚度
塑料种类
＜1.5

PE\PS

PP

ABS

PA
0.8~1.2
1.0~1.5
1.2~1.8
综上查表得 及经验尺寸一致，所以点浇口取。
由上可知，塑件采用点浇口成型，其浇注系统平衡布置如下图所示，主流道为圆锥形，上部直径及注塑机喷嘴相配合，下部直径为，锥角为6°；分流道采用半圆截面流道，其半径R为3～3.5㎜；点浇口直径为0.8㎜，点浇口长度为1㎜，头部球面R1.5～2㎜，锥角为6°.

图2-3 分流道示意图
2.5 脱模机构设计
塑件在模腔中成形后，便可以从模具中取下，但在塑件取下以前，模具必须完成一个将塑件从模腔中推出的动作，模具上完成这一动作机构称为脱模推出机构。
推出机构的组成：第一部分是直接作用在塑件上将塑件推出的零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及与模时推迟推出零件复位的零件。推出机构应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布依脱模阻力的大小合理合理安排；推出机构的结构力求简单，动作可靠，不发生误动作，与模时要正确复位。，推模力的计算要将塑件从模腔中推出必须克服推出所遇到的阻力，因此塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力，脱模力可用下式计算：

式中 ——脱模力（）；
——型芯的脱模斜度；
——塑件包容型芯的面积（）；
——塑件对钢的摩擦系数，一般取0.1～0.3；
——塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件，P取2.4×～3.9×；模内冷却的塑件，P取0.8×～1.2×
故

因为本塑件结构简单所以使用一般的推杆推出机构、推板推出机构等既可满足塑件脱模的要求。

2.6选择模架
2.6.1模架结构
注射模标准：我国目前标准化注射模零件的国家标准有12个；另外还制订了塑料注射模具的标准模架，分《中小型模架》（GB/T12556.1—90）与《大型模架》（GB/T12555.1—90）两种。《中小型模架》标准中规定，模架的周界尺寸范围为：≤560mmx900mm，并规定模架的形式为品种型号，即基本型，A1、A2、A3与A4四个品种。其四种模架的组成、功能及用途见下表2-7。
表2-7注射模标准模架种类
型号
组成、功能及用途
A1型
定模采用两块模板，动模采用一块模板，及推杆推件机构
组成模架，适用于立式与卧式注射机。
A2型
动、定模均采用两块模板，及推件机构组成模架，适用于立式与卧式注射机，可用于带有斜导柱侧向抽芯的模具，
也可用于斜滑块侧向分型的模具
A3型
定模采用两块模板，动模采用一块模板，它们中间设置了一块推件板，用于推件板件的模具，适用于立式与卧式注
射机。
A4型
动、定模均采用两块模板，它们中间设置了一块推件板，
用于推件板件的模具，适用于立式与卧式注射机。
根据以上四种模架的组成，功能及用途可以看出，A4型模型适用于本次模具的设计。
2.6.2模架周界尺寸选择
中小型模架的周界尺寸参数、规格有：100×L、125×L、160×L、180×L、200×L、250×L、315×L、355×L、400×L、450×L与500×L等模架规格。根据模具型腔布置可以选用的模架规格为：模具结构为双分型面注射模采用拉杆与限位螺钉，控制分型面的打开距离，方便取出制件，周界尺寸250mm×250mm，上、下模板的厚度分别为40mm、50 mm，垫板厚度为40mm。

2.6.3塑料注射模具技术要求
塑料注射模具应优先按GB/T12555.1—90与GB4169.1—11选用标准模架与标准件。模具成形零件材料与热处理要求，优先按下表2-8内容选用：
表2-5 模具成形零件优先选用材料与热处理硬度
零件名称
模具材料
热处理硬度
牌号
标准号
HBS
HRC
型腔、型芯定模镶件、动模镶件、活动镶件
45
GB699
216—260
40—45
4Cr
GB3077
216—260
40—45
40CrNiMOA
GB3077
216—260
40—45
3Cr2Mo
GB1299

预硬状态
35—45
4Cr 5MoSiV1
GB1299
246—280
45—55
3Cr13
GB1220
246—280
45—55

3 选择成形设备
3.1 注塑机的初选择
注射机有关技术参数如下：
3.1.1注射量
根据图1-1与图2-3所示计算浇注系统与塑件质量：
浇注系统的体积为：
浇注系统质量：g
塑件单件体积：
塑件单件质量：g
浇注系统与塑件总体积：
浇注系统与塑件总质量：
注射量须满足：

式中 ——额定注射量（）;
——塑件及浇注系统凝料体积与（）
＜125
故：满足
3.1.2注射压力
查资料得ABS成型时得注射压力，注射机的注射压力P须满足：

3.1.3 锁模力
注射机的锁模力须满足:
≥
式中 ——塑料成型时型腔压力，ABS塑料的型腔压力P=30MPa
——塑件与浇注系统在分型面上的投影面之与（）
各型腔及浇注系统在分型面上的投影面积为F=2764（）
故 PF =30×2764=82920N=83（KN）
根据以上分析计算，查参考文献得初选注射机的型号为：XS-ZY-125
注射机XS-ZY-125有关技术参数如下：
额定注塑量V ：
注塑压力：MPa
最大注射面积：320
喷嘴球面半径：mm
注塑机拉杆空间：260mm×290mm
锁模力：
注射方式：螺杆式
模具最大厚度：300mm
模具最小厚度：mm
模板最大行程：mm
喷嘴孔径：mm
动定模板尺寸:428mm×458mm
3.2注射机的校核
注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核
由于在初选注射机与设计模架时是根据注射量、锁模力、注射压力、磨具厚度等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度已符合所选注射机的要求，不必进行校核。

3.2.1 开模行程的校核
我们所选的注塑机的最大行程及模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式：

式中 ——塑件制品的高度（mm）;
——浇注系统的高度（mm）
满足要求。
4 模具结构尺寸的设计计算
为了降低模具加工难度与制造成本，在满足塑件使用的前提下，采用较低的尺寸精度。 塑件精度等级及塑料品种有关，根据塑料的收缩率的变化不同，塑料的公差精度分为高精度、一般精度、低精度三种。
表4-1 精度等级及公差数值
基本尺寸/mm
精度等级
1
2
3
4
5
6
7
8
公差数值/mm
--3
0.04
0.06
0.08
0.12
0.16
0.24
0.32
0.46
3—6
0.05
0.07
0.08
0.14
0.18
0.28
0.36
0.56
6--10
0.06
0.08
0.10
0.16
0.20
0.32
0.40
0.64
10--14
0.07
0.09
0.12
0.18
0.22
0.36
0.44
0.72
14--18
0.08
0.10
0.12
0.20
0.24
0.40
0.48
0.80
18--24
0.09
0.11
0.14
0.22
0.28
0.44
0.56
0.56
24--30
0.10
0.12
0.16
0.24
0.32
0.48
0.64
0.96
30--40
0.11
0.13
0.18
0.26
0.36
0.52
0.72
1.00
40--50
0.12
0.14
0.20
0.28
0.40
0.56
0.80
1.2
50-65
0.13
0.16
0.22
0.32
0.46
0.64
0.92
1.4
65-80
0.14
0.19
0.26
0.38
0.52
0.76
1.04
1.60
80-100
0.16
0.22
0.30
0.44
0.60
0.88
1.20
1.80
100-120
0.18
0.25
0.34
0.50
0.68
1.00
1.36
2.00
120-140
--
0.28
0.38
0.56
0.76
1.12
1.52
2.20
表4-2 硬聚氯乙烯建议采用精度等级表
塑料品种
建议采用精度等级
高精度
一般精度
低精度
硬聚氯乙烯
4
5
6
由塑件的工作环境知道工件的精度要求不高，所以精度等级选择一般精度。
4.1 型腔尺寸计算
计算ABS的平均收缩率。公差按照表4-1与表4-2中所查的公差进行计算。模具制造公差，统一取塑件尺寸公差的1/3。
4.1.1 型腔径向尺寸计算

式中 ——塑件形状尺寸
——塑件的平均收缩率
——塑件的尺寸公差
—— 模具制造公差
对于塑件 塑件尺寸公差取0.36

对于塑件 mm 塑件尺寸公差取0.34

4.1.2 型腔深度尺寸计算

式中 式中 ——塑件高度方向形状尺寸
——塑件的平均收缩率
——塑件的尺寸公差
—— 模具制造公差
对于塑件高度mm尺寸模具设计，塑件尺寸公差取0.40

对于塑件高度mm尺寸模具设计，塑件尺寸公差取0.76

4.2 型芯的尺寸计算
4.2.1 型芯径向尺寸计算
对于尺寸的模具设计，塑件尺寸公差取0.22

式中 ——大塑件内形径向的最小尺寸

4.2.2 型芯深度尺寸计算

式中 ——大塑件内腔的深度最小尺寸
对于塑件mm尺寸的模具设计，塑件尺寸公差取0.50

4.3 模具冷却系统设计
由于制件壁厚为2mm，制件尺寸又较小，确定水孔直径为8mm。
由于冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面状态、水的流速、模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水道传递，精确计算比较困难。实际生产中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节水温、水速来满足要求。
模具在定模型腔板上对应塑件两侧，开设两条外接直通式冷却水道，外接软管形成水冷回路。

图4-1 冷却回路排布图
5 模具的工作原理
A—A为第一分型面,B—B为第二分型面,模具打开时,注射机开合模系统带动动模部分后移，模具先将 A—A第一分型面打开,中间板10随动模后移，及拉料板11做定距分离,供操作工人取出浇注系统凝料。当动模部分继续后移，为第二分型面B—B打开,塑件包紧在型芯14上，这时浇注系统凝料再浇口处自行拉断，然后在A—A分型面之间自行脱落。动模继续后移，当注射机的推杆接触推板2时，推出机构开始工作，推杆4及推件板将塑件从型芯14上推出，塑件在B—B分型面自行落下。
模具的组成：
成形零部件，型芯14 中间板10
浇注系统 ，浇口套17、中间板10
导向部分，导柱20、导套19、中间板10、拉料板11上的导向孔、拉料杆13
推出部分，推板2、推杆固定板3、推杆4、推件板8
二次分型部分，拉杆4、限位螺钉13
结构零部件，动模座板1、支承板22、型芯固定板7、定模座板12

图5-1 模具装配图

6 模具的装配、试模
6.1 模具的安装试模
6.2.1装模
装模前的检查：塑料注射模具在安装到注射机之前，应按设计图样对模具进行检查，发现问题及时排除，减少安装过程的反复。对模具的固定部分进行分开检查时，要注意模具上的方向标记号，以免合拢时混淆。
模具的安装：固定塑料注射模具应尽量采用整体式安装，吊装时要注意安全。当模具的定位台肩装入注射机定模板的定位孔后，极慢的合模速度，用动模板将模具压紧，在撤去掉模用的螺钉，并把模具固定在注射机的动定模板上。用压板固定，装上压板后通过调整螺钉调整，使压板及模具的安装基面平面。
模具的调整：主要是调整模具的开模距离、顶出距离等。开模距离及制件高度有关，一般开模距离要大于制件高度5~10㎜，使制件能自由脱模；顶出距离是调整注射机顶出杆长度。调节时，启动设备以开启模具，使动模板达到停止位置后，调节注射机顶出杆长度，使模具上的顶板与顶出杆之间距离小于5㎜，以免顶坏模具。
6.2.2试模
物料塑化程度的判断：在正式开机试模前，要根据ABS的工艺温度对注射机料筒、喷嘴进行加热，将料筒、喷嘴与浇口主流道脱开，用低压、低速注射，使料流从喷嘴中慢慢流出，以观察料流情况。如果没有气泡、银丝、变色且料流光滑、明亮即认为料筒与喷嘴温度合适，便可开机试模。
试模注射压力、注射时间、注射温度的调整：开始注射时对注射压力、注射时间、注射温度的调整顺序为先选择较低注射压力、较低温度与较长时间进行注射成型。如果制品充不满，再提高注射压力，当提高注射压力较大仍然效果不好时，才考虑变动注射时间与注射温度。注射时间增加后等于使塑料在料筒内的时间延长，提高了塑化程度。这样再注射几次，如果仍然无法充满型腔，再考虑提高料筒的温度对料筒的温度提高要逐渐提高，不要一次提高太多，以免使物料过热。同时，料筒温度提高须经过一定时间才能达到料筒内外温度一致，一般中、小设备需15分钟左右。在达到所需温度后，最好保温一段时间。试模过程中，应详细记录，将结果填入试模记录卡，并保留试模的样件。
6.2.3 修模
　　虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现总是以后，进行排除错误性的修模。
　 塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交只在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。
修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造与恢复原状。
6.2.4 检验
通过试模可以检验出模具结构是否合理，所提供的样件是否符合用户的要求，模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具与生产的样件满足客户的要求，试模合格的模具，应清理干净，涂防锈油入库保存。
前 言

近年来，随着塑料工业的飞速发展与通用及工程塑料在强度与精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品与日用产品塑料化的趋势不断上升。塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，已广泛应用于国民经济的各个领域，并且直接影响着塑料制品的质量、性能及生产周期。先进的制造技术（如CAD/CAM/CAE等）制造生产注塑模具，不仅省时省力，更是实现了无图纸化加工，增加了制品的准确性，缩短模具的设计及生产周期。注塑模成型及信息技术紧密相连。未来注塑模具制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信息流畅作为所要备件的有极强应变能力于竞争力的技术。

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