线盒塑料盖注射成型模具设计.doc

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1 塑料的成型基础
1.1 聚乙烯的特征、性能分析及结构设计
1.1.1 聚乙烯的特征
LDPE中文名：低密度聚乙烯
英文名：Low density polyethylene
低密度聚乙烯是一种高分子的直链烷烃，外观上是白色蜡状固体，微显角质状。无毒、无味、呈乳白色。密度为0.94～0.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。其透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般使用温度约在80 oC左右。能耐寒，在-60 oC时仍有较好的力学性能，-70 oC时仍有一定的柔软性。它质轻，吸水性小，电绝缘性优良，延伸性、透明性好，适用于薄膜，日用品等。

表1-1 低密度聚乙烯各项性能参数表
力学、热性能
抗压强度
密度
拉伸强度
邵氏硬度
弯曲强度
冲击韧度
熔点℃
缺口
无缺口
69MPa
0.91～0.93 g/cm3
42.5-46.9 MPa
D41～46
25 MPa
48kJ/m2
不断
105～125
成型条件
注射机类型
吸水率
收缩率
预热温度
预热时间h
螺杆转速r/min
螺杆式
小于0.01
1.5～3.5％
70～80℃
1～2
小于80
料桶温度℃
喷嘴温度℃
模具温度℃
后段140～160
中段160～170
前段170～200

30～50
注射压力
成型时间
后期处理
60～100MPa
注射时间
高压时间
冷却时间
总周期
方法
温度℃
时间h
15～60s
0～3s
15～60s
40～130s
红外线灯、鼓风烘箱
60
2～4

1.1.2 聚乙烯的成型特性

结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。收缩率大，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。宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位置。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。聚乙烯的收缩率绝对值及其变化范围很大，在塑料材料中很突出，低密度聚乙烯收缩率在之间，这是由其具有较高的结晶度及结晶度会在很大范围内变化所决定的聚乙烯熔体容易氧化，成型加工中应尽可能避免熔体与氧直接接触。聚乙烯的品级，牌号极多，应按熔融指数大小选取适当的成型工艺。

表1-2 低密度聚乙烯综合性能参数表　　
压缩比： 1.84~2.30
热变形温度： 1.88MPa---- 48oC 0.46MPa---- 60~82oC 抗拉屈服强度: 22~39 MPa
拉伸弹性模量： 0.84~0.95GPa
弯曲强度： 25~40MPa
弯曲弹性模量： 1.1~1.4 GPa
压缩强度： 225 MPa
疲劳强度： 11 Mpa（107周）
脆化温度： -70

1.2 塑料制品的结构设计
1.2.1 形状
洗发水瓶盖形状简单，内有螺纹，密封性好，同时节省材料，塑料制品不能直接从模具中取出，本设计利用手工脱螺纹。
本次设计任务是塑料制品——洗发水瓶盖
1.2.2 尺寸及精度
制品的尺寸：制品的总体尺寸收到塑料的流动性的限制。在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品；反之成型的制品尺寸就较小。此外，制品外性尺寸还受到成型设备的限制，如注塑成型的制品尺寸要受到注塑机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制；压缩及传递成型的制品尺寸要受到压力机吨位及工作台面尺寸的限制。
制品精度：塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度。影响制品精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损程度，塑料的收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑料制品的形状，脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等。一般在生产过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑料使用要求的前提下将尽可能地把制品尺寸精度设计地低一些。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差可依据GB/T14486-1993塑料制件公差数值标准确定。该标准将塑件分成7个等级，每种塑料可选其中两个等级，即高精度、一般精度。MT1级精度要求较高，一般不用。该标准只规定了公差值，基本尺寸的上下偏差可根据塑料制品的配合性质来分配。。对孔类尺寸数值冠以（+）；对于轴类尺寸数值冠以（-）；对于中心距尺寸及其他位置尺寸可取表中数值之半冠以（±）号。
洗发水瓶盖的精度要求不高。
在本设计中根据表可查得：
塑件的工作条件对精度要求较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P67表3-9）。
塑件图如下所示：

图1 塑件图
1.2.3 制品表面质量
制品表面质量包括表面粗糙度和外观质量等。制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。在成型工艺上尽可能的避免冷疤、云纹等缺陷，同时提高模具的型腔表面的粗糙度。一般模具的表面粗糙度要比制品的要求低1～2级。不同的成型方法及不同的塑料材料所能达到不同的表面粗糙。
聚乙烯采用注射成型能达到的表面粗糙度为：0.1～6.3μｍ
1.2.4 脱模斜度
由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在凸模时划伤、擦毛等，在制品设计是应考虑其表面具有合理的脱模斜度。脱模斜度大小与制品的性质、收缩率大小、摩擦系数大小、制品壁厚和几何形状有关。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。
根据要求及手册查找本设计脱模斜度为：
型腔：25′～45′，型心：20′～45′。
1.2.5 壁厚
塑料制件规定它的最小壁厚值，它随塑件大小不同而异。塑件过厚不但造成原料浪费，而且对热塑性塑料增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。
制品壁厚一般在1～6mm.大型塑件的壁后可达8mm。同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则因冷却或固化的速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。
热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚达到0.25mm，但一般不宜小于0.6～0.9mm，常取2～4mm。在本设计中，采用聚乙烯， 聚乙烯最小壁厚及推荐值如下：
最小壁厚为0.6mm,小型塑件推荐壁厚1.25mm,中型塑件推荐壁厚1.6mm,大型塑件推荐壁厚2.4～3.2mm.本设计壁厚取0.7mm。
1.2.6 圆角
在塑料制品设计中，制品的转角处应尽可能采用圆弧过渡，能使其成型时流动性能好成型顺利进行。因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处。圆角半径和厚度与应力的关系如下：
当R/T<0.3时，应力容易集中；
当R/T>0.8时，很少出现应力集中。
R---圆角半径，T---厚度。
由上面关系得出：R>0.8T。
本设计中T=0.7mm，则R>0.56mm。取R=1mm
对于塑件的某些部位，在成型必须处于分型 面、型芯与型腔配合处等位置时，则不便制成圆角，而采用尖角。
1.2.7 螺纹设计
塑件零件上的螺纹可以在成型时直接成型，也可以用后加工的办法机械加工成型。在本设计中采用的时直接成型的方式。
塑件零件成型螺纹的精度要求不能过高，一般低于3级。塑料零件螺纹的机械强度一般仅相当于金属件螺纹的1/5～1/10倍。成型过程中螺距易发生变化，因此，一般塑件螺纹的螺距不小于0.7mm，注塑成型的螺纹直径不小于2mm。如果模具的螺纹螺距末未加上收缩值，则塑料螺纹与金属螺纹的配合就不应该太长，一般是螺纹直径的1.5倍，，否则会因收缩引起塑件上螺距小于与之相旋合的金属螺纹的螺距，造成连接时塑件上的螺纹的损坏及连接强度的降低。
本设计中塑件的螺纹为锯齿螺纹，螺距为8mm。长度小于螺纹的直径长度，因此不用考虑螺纹螺距的收缩率。
1.3 注射成型工艺性分析
1.3.1 注射成型工艺过程
完整的注射成型工艺过程，按其先后顺序应包括：成型前的准备、注射过程、塑件的后处理等。
（1）成型前的准备 为使注射成型过程能顺利进行塑料制件的质量，在成型前应做一些必要的准备工作。
包括原料的检验和预处理：在成型前应对原料进行外观（如色泽、颗粒大小、均匀度）及工艺性能（如流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等）的检验。对于易潮的塑料，成型前必须进行干燥处理避免产生斑纹、气泡和银丝等缺陷。一般来说，干燥的温度不宜过高，干燥时间不宜过长。当温度超过玻璃化温度的时间过长时，会使塑料结块，对于热稳性差的塑料，还会导致变色，降解。
料筒清洗：在初用某种塑料或某一注射机之前，或在生产中，当需要改换产品或颜色时，都要在成型前对料筒进行清洗和拆换。
带有嵌件塑料制件的嵌件预热及对脱模困难的塑料制件的脱模剂选用。近年来，生产中流行使用雾化脱模剂。
（2）注射过程 注射过程包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个步骤。但实质上只有在料筒中的塑化与在注射过程中的流动两个过程。所谓塑化即塑料熔融，是指塑料在料筒中经加热到黏流状态并具有良好的可塑性的全过程。所谓流动是指塑料熔体在注射进入模具型腔后的流动。该流动情况可分为充型，保压、倒流、和浇口冻结后的冷却四个阶段。
（3）塑件的后处理 塑料在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此，应该设法消除掉。消除的方法有退火处理和调湿处理。退火处理主要在烘箱或液体介质（如热水、矿物油等）中进行。调湿处理主要用于尼龙类塑料制品。
并非所有的塑件都一定要经后处理，有些高分子本身柔性较大且玻璃化温度低，其内应力可以自行缓慢消除。此外当塑件要求不严格时，也可以不必后处理。如聚甲醛。
1.3.2 注射成型工艺条件
注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把他注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。影响注射成型工艺的重要参数是塑化流动和冷却的温度、压力以及相应的各个作用时间。
温度： 注射成型过程中需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动；而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。
料筒的温度分布遵循前高后低的原则，当塑料较湿时也可提高后端温度。由于螺杆式注射机中的塑料受到螺杆剪切摩擦生热而有利于塑化，可将料筒前端温度稍低于中段，以防塑料发生过热分解。
喷嘴温度控制在稍低于料筒的最高温度，即大致与料筒中端温度相同。
模具的温度主要通过通入定温的冷却介质来控制，也有靠熔体入模后的自然升温和自然散热达到热平衡而保持一定模温。对于结晶型的塑料，模具温度直接影响制品的结晶度和结晶构型，可以采用较高的模具温度；对于非结晶型的塑料，当熔融黏度较低或中等时，模具温度常偏低，对于熔融黏度偏高的非结晶型塑料，则必须采用较高的模温；当所需模温>80°时，应设置加热装置。
压力： 注射模注射过程中的压力包括注射压力、塑化压力和型腔压力三种，他们直接影响塑料的塑化和塑件质量。
（1）注射压力 注射机的注射压力是指螺杆头部对塑料熔体所施加的压力。在注射机上常用表压指示注射压力的大小，一般在70～150MPa之间。其作用是克服塑料熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实等。
（2）塑化压力 塑化压力又称为背压，是指采用螺杆式注射机时，螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力。它的大小靠调节排油阀，改变排油速度来控制。通常在保证塑件的质量的前提下，背压一般不大于2MPa。
（3）型腔压力 型腔压力是注射压力在经过注射机喷嘴、模具的流道、浇口等的压力损失后，作用在型腔单位面积上的压力。其大小一般视情况而定，一般为20～40MPa，或为注射压力的0.3～0.65倍。
时间： （成型周期）完成一次注射成型过程所需的时间称为成型周期，它包括以下各部分：
（1） 注射时间
（2） 保压时间
（3） 模内冷却时间
（4） 其他时间(含开模、脱模、喷涂脱模剂、放嵌件等)
即： T=t注+t保压+t冷却+t其他
成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率，因此生产中，在保证质量的前提下，应尽量缩短成型周期中各阶段的有关时间。在整个成型周期中，以注射时间和冷却时间最重要，对塑件的质量均有决定性影响。注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压实时间，在整个注射时间内所占比例较大，一般为20-25s。冷却时间主要决定于塑件的厚度、塑料的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则。冷却时间一般在30-120s之间。冷却时间过长，不仅延长生产周期，降低生产效率，对复杂塑件还将造成脱模困难。成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续化和自动化以及两化的程度等有关。

2 塑件的相关计算及注塑机的选择
2.1 塑件的计算
通过计算或Pro/E建模分析，塑件质量及体积，在分型面上的投影面积如下表2：

表２-1　模型分析报告
塑件质量属性
胶水瓶盖（单件）
体积㎝3
2.825
质量g
W塑 =V塑×r塑=2.6(g)
塑件在分型面上的投影面积mm2
644.288

流道凝料的质量M可按塑件质量的0.6倍来估算。根据上表及型腔数目，所以总注射量
m=1.6×6×2.6=24.98g
塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算
流道凝料（包括浇口）在分型面的投影面积按塑件在分型面的投影面积的0.2～0.5倍，因此取0.35来进行估算，
A=1.35×644.3=869.81mm2
F=AP=869.81×25=217.45KN
式中 p---型腔压力,取25MPa，A---单个塑件及流道的投影面积。
2.2 注塑机的选择
根据本模具的设计方案，初步选定注射机为国产注塑机的型号为XS-Z-30型卧式注塑机。其基本参数请见表

表2-2 XS-Z-30型卧式注射机的基本参数表

注射机的技术规格如下:
型号： XS-Z-30
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动、定模固定板尺寸（mm）： 250×280
喷嘴圆弧（mm）： 12
喷嘴孔径（mm）： 2
2.3 注射量校核
根据塑件的形状采用推杆推出。由于采用复式点浇口，双分型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在中间板上，在定模固定板上采用浇口套, 不设置冷料穴和拉料杆。

图2 浇注系统图
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1、塑件在分型面上的投影与锁模力的校核
注射成型时，塑件在模具分型面的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需锁模力也越大，若超过注射机的允许最大成型面积，则在成型过程中会出现涨模溢料的现象。因此有；
塑件总的投影面积nA1与浇注系统的投影面积A2之和要小于最大成型面积A。
nA1+nA2
（nA1+A2）P塑料注射模具设计
3.1 分型面位置确定
3.1.1 分型面设计原则
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。分型面可以是多个，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
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3.1.2 分型面位置的确定
根据我所设计的瓶盖的形状和加工的难易情况，我把分型面选择在零件环形平面上，这在各方面的原则都比较适合。具体的图形可以如图所示：

图3 分型面示意图

图3-1是模具所需要的第二分型面，虽然有可能形成飞边等原因，但确实该塑件可以采用的最好的分型面。
3.2 型腔数目的确定
根据模具理论和现场工作的经验，我们知道精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。
型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。
3.2.1 确定型腔数量及排列方式
型腔数目确定的原则：
（1）根据经济性确定型腔数目；
（2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目；
（3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目
（4）根据制品精度确定型腔数目。
在本设计中，由于塑件属于小型塑件，而且精度要求不是非常高，生产批量不是很大，因此本设计采用了一模四腔的结构方式，均匀分布。可以大大提高生产效率，降低生产成本。
考虑到模具成型零件和出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：

图4 模具型腔排列示意图
3.2.2 结构形式的确定
本设计的塑件外观质量要求较高，尺寸精度要求一般。因此我设计的模具的思路是采用多型腔多分型面，也就是一模四腔双分模面的形式，结构的构思是采用：洗发水瓶盖的上模采用嵌件方式。将型腔做成单个嵌入定模固定板。由于零件的内部有螺纹，为了有利于零件的脱模和成形，则在模架内部设置齿轮机构，利用开模力带动齿轮齿条转动，在脱模的同时螺纹型芯旋转而成形螺纹，最后由人工将塑件取出，所以模具的脱模做成型芯轴，通过动模板定位固定。根据本塑件和浇注系统的结构和表面的质量要求，模具将采用两个分型面的顺序开模结构形式。
3.3 浇注系统设计
浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统。
3.3.1 普通浇注系统的组成及作用
1.浇注系统的组成
普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
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3.3.2 普通流道浇注系统设计
浇注系统设计是注塑模设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量都有直接影响，对浇注系统进行总体设计时一般遵循以下原则：
（1）重点考虑型腔布局，包括以下三点：
① 尽可能采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道；
② 型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；
③ 型腔排列要尽可能紧凑，以减少模具外形尺寸。
（2）热量及压力损失要小，因此浇注系统流程应尽量短，截面尺寸应该尽可能大，弯折尽可能少，表面粗糙度要低。
（3）均衡进料，尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置。
（4）塑料耗量要少，在满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
（5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”，防止进入型腔，影响塑件质
（6）排气良好，浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出。
（7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象。
（8）塑件外观质量，根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用。
（9）生产效率，尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高。
（10）塑料熔体流动特性，大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，应予以充分利用。
3.4 主流道设计
主流道尺寸 主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段带有锥度的流动通道。其主要设计要点为：
（1）与喷嘴接触的始端直接与喷嘴直径的关系为D=d+(0.5～1)mm
（2）球面凹坑半径R2=R1+（0.5～1）mm,半锥角a=2。～4。 主流道大端倒圆角半径取1～3mm.
（3）尽可能缩短主流道的长度（小于60mm为佳）。
（4）对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多说情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，采用H7/m6过度配合。
（5）主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。
对小型模具，可将主流道衬套和定位圈设计成整体式的结构，但在大多数情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，下图为衬套示意图，具体尺寸如下：

图5 浇口套示意图

主流道小端尺寸
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主流道垂直于分型面,表面粗糙度Ra<0.8μm。
3.5 分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。
3.5.1 分流道的形状及尺寸
通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。选择分流道一般是希望流道的截面积大、表面积小。一般用流道截面积与周长的比值来衡量流道。生产中常采用梯形或U形截面的分流道。采用梯形时，其最佳比例为h/D=0.84～0.92,x/D=0.7～0.83.其中h为梯形高，x为梯形下底宽。U形流到实际上是梯形的一种变异形式。
分流道长度取L=50mm
一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：
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式中 m―流经分流道的塑料量（g）；
D―分流道直径（mm）；
L―分流道的长度（mm）。
对于黏度较大的塑料，可按上式算得D值乘已1.2～1.25的系数。
梯形的侧面斜角α常取5○－15○，在应用式（式1）时应注意它的适用范围，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且计算结果在3.2－9.5mm范围内才合理。
零件的质量为2.1989800g，，且有6个型腔。（50）
=1.047mm 取D=4mm
×4 =2.67mm 取H=3mm
梯形下底边宽度x=0.8×2=1.6mm，其侧边与垂直于分型面的方向约成5○。分流道的截面图如下图所示

图6 分流到截面形状图
3.5.2 凝料体积
分流道长度L=6×54=320mm
分流道截面积mm2
凝料体积q=320×10.5=3360mm3=3.36cm3
分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8μm～ 1.60μm，在此取1.60μm。
3.5.3 分流道的布置形式
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道分为平衡式与非平衡式。
该零件采用平衡式布置，一模四腔。如下图所示：

图7 分流道分布示意图

3.6 浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
3.6.1 浇口的选用
根据外部特征，外观要求不是很高，可以有浇口痕迹，圆周布满防滑直纹。因此采用点浇口。点浇口是截面形状小如针点的浇口。它是点浇口在特殊场合下的一种应用形式，具备点浇口的一切优点，因而已获广泛。
浇口设在塑料封头的顶端,这样不会对封头的外观影响很大,并且不影响封头的使用，浇口尺寸可按点浇口的经验公式计算。浇口的形式和尺寸如下（图8）
点浇口直径可以按下式计算：

式中 n—塑料系数；
K—浇口壁厚系数；
A—型腔表面积，mm2。
说明：此公式仅适用于塑件壁厚为0.7—0.55mm.
查手册：
n=0.6, =0.172;
分析计算A约为5500mm2。
计算： d=0.9mm；
由于塑件壁厚小于0.8mm点浇口直径推荐值为0.8～1.5mm，浇口长度推荐值为1.0mm。a=6.～15.
H=（3/4）
取d=1.0mm.

图8 点浇口示意图

3.6.2 浇口的位置
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口位置时，应注意以下几点：
（1）浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置；
（2）浇口应开设在塑件壁厚的部位，以利于补缩；
（3）浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除；
（4）浇口的位置应该在能避免制品产生熔合纹的部位；
（5）对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部位进料方式，以避免型芯受冲击变形；
（6）浇口应设在不影响制品外观的部位；
（7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
综合八点原则，同时结合所测绘塑件的实物所留下的浇口印，可以确定浇口的位置如装配图所示。
3.7 浇注系统的平衡
3.7.1 分流道平衡
对于多型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流道长度截面积，改变熔融塑料在各流道中的流量，达到浇注平衡的目的。对于非平衡浇注系统，流道的平衡受到型腔数目、制品形状和尺寸、模具结构与浇口形式等多种因素的影响，为使大小不同的型腔能同时充满，通常采用如下措施：加长较小模腔的流道长度；减少较小模腔流道的截面尺寸；改变进入模腔的浇口尺寸。
3.7.2 浇口的平衡
在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度不同或各型腔所需填充流量不同，也可以采用调整各浇口截面积尺寸的方法，使熔融塑料同时充满各型腔。
浇口平衡简称BGV，只要做到各型腔BGV值基本相同，基本上能达到平衡填充。
对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下：
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3.8 冷料穴的设计
冷料穴位于主流道正对面的动模上，或处于分流道末端，其作用是除去熔体流动前锋的冷料，防止冷料进入型腔而影响塑件的质量。对于主流道冷料井，开模时应该将主流道中的冷料拉出，所以冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径。
冷料穴主要有三种形式：
1、底部带有推杆的冷料穴，常有形状有Z形、倒锥形、槽形。
2、底部带有拉料杆的冷料穴，拉料杆位于型芯固定板上。拉料杆头部常做成带有侧凹的形式，常见的有球形、伪菌形、倒锥形、和圆锥形。
3、底部无杆的冷料穴，对于具有垂直分型面的注塑模，冷料穴置于左右两半模的中心线上，当开模时分型面左右分开，塑件与流道凝料同时取出，冷料穴底部不设杆件。
3.9 排气系统的设计
在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑料熔接不良而引起缺陷，影响成形周期，降低生产效率。
对于大中型模具，排气槽通常开在凹模的一边，处于熔体流动末端。一般情况下，排气槽尺寸以气体能顺利排出而不产生溢料为原则，排气槽宽度可取1.5～6mm，深度可取0.025～0.1mm，长度可取0.8～1.5mm；其中排气槽深度取值因材料的不同而产生差异。
对于小型模具，利用分型面排气，分型面须位于熔体流动末端。
利用模板和型芯的定位孔排气。
洗发水瓶盖属于中小型模具的简单型腔，所以可利用活动型芯以及固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为0.03～0.05mm。
利用分型面进行排气，其间隙为0.01～0.03mm。在排气槽在离开型腔约1.5～2.5mm后设计成开放的燕尾式，以使排气顺利、通畅
3.10 成型零件的设计
塑料在成型加工过程中，用来填充塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。而构成这个型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模、凸模、小型芯、螺纹型芯或型环等。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此要求它有足够的强度、刚度硬度耐磨性和较低的表面粗糙度。同时还应该考虑零件的加工性及模具的制造成本。在本设计中成型零件就是成形瓶盖外表面的凹模，成型内表面的螺纹型芯（凸模）。
3.11 凹模与凸模的结构设计
洗发水瓶盖的圆周上均匀分布着防滑直纹，若凹模制成整体式，则直纹用机械加工方法很困难（没有退刀位置），若制成一个电极来加工防滑制直纹，成本比较高。又整体模板都要用价格较昂贵的模具钢，维修起来也不方便。因此采用局部嵌入式凹模。
型芯是一个带有双螺纹的台阶式的圆柱形零件。
3.12成型零件材料的选择
成型零件钢材选用原则
对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：
1． 机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。
2． 抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra≤0.05μm。要求钢材硬度在HRC35～40为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。
3．耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。
4．具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。
由于瓶盖是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好，机械加工性能和抛光性能也应良好。因此构成型腔的嵌入式凹模钢材选SM1。型芯选用45Cr.
1.圆形型腔结构尺寸计算
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（2）刚度计算条件 刚度计算条件的主要依据是：
① 型腔变形量不能产生溢料。 高压塑料熔体注入型腔后，型腔的配合面由于弹性变形会产生溢料间隙。此时应根据不同塑料的粘度特性，决定不产生溢料的最大间隙，作为型腔允许变形量[]的范围。
② 保证塑件尺寸精度。高压熔体注入型腔后，型腔变形量导致尺寸扩大，将会影响塑件尺寸精度。型腔允许的弹性变形量[]，由塑件的尺寸及其公差值决定。
③ 保证塑件顺利脱模。型腔允许变形量[]应小于塑件壁厚的收缩值，以免脱模是擦伤塑件。
2．模具圆形型腔侧壁厚度的计算
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1mm
（2）按强度计算
S≥
=
0.3mm
取计算值较大作为设计数据；
取R=20mm
3．模具整体式圆形型腔底板厚度计算
底板支撑在圆环形支脚上，且支脚内径与型腔内径相等。可视为“周边嵌住、整个板面受均布载荷”的圆形平板，最大挠曲变形发生