瓶盖模具设计

瓶盖模具设计
瓶盖塑料模具设计
摘要
1 瓶盖塑料模具设计
1.1拟定模具的构造情势
1.1.1 塑件成型工艺性分析
该塑件是一塑料瓶盖，如图1所示，塑件壁厚属薄壁塑件，临盆批量大年夜，材料为聚乙烯（PE，在高密度聚乙烯中掺入了部分低密度聚乙烯，改良塑件的柔韧性），成型工艺性专门好，能够打针成型。

1.1.2 分型面地位切实事实上定
依照塑件构造情势，分型面选在瓶盖的底平面，如图2所示。

1.1.3 确信型腔数量和分列方法
(1) 型腔数量切实事实上定
该塑件精度要求不高，又是大年夜批大年夜量临盆，能够采取一模多腔的情势。

推敲到模具制造费用，设备运转费低一些，初定为一模八腔的模具情势。

(2) 型腔分列情势切实事实上定
该塑件有两圈内螺纹，要使螺纹型芯从塑件上脱出，必须设计一套主动螺纹的齿轮传动构造，同时型腔的分布圆直径和齿轮分布圆直径相吻合，若采取一模八腔，型腔分布圆直径就相昔时夜了，如许模具构造尺寸就比较大年夜，加上齿轮传动体系，模具构造复杂，制造费用也专门高。

但该塑件螺纹的牙型不高，
且呈圆弧形牙，内侧崛起与直径的比例约为5.26%（
6.
266.
26
28-⨯100% = 5.26%）。

因为所用材料为聚乙烯，材料弹性模量比较小，材质硬度不高，课采取强迫脱模的方法，这也是注塑厂成型这种类型瓶盖的常用方法。

是以本设计采取推件板推出的强迫推辞方法，型腔的分列方法采取双列直排，如图2所示。

1.1.4 模具构造情势切实事实上定
从上面分析中可知，本模具拟采取一模八腔，双列直排，推件板推出，流道采取均衡式，浇口采取埋伏式浇口或侧浇口，定模不须要设置分型面，动模部分须要一块型芯固定板和支撑板，是以全然上可确信模具构造情势为A型带推件板的单分型面打针模。

1.1.5 打针机型号的选定
(1) 打针量的运算
经由过程运算或Pro/E建模分析，塑件质量m
1为2.8g，塑件体积V
1
=
ρ
1
m
=
91
.0
8.2 = 3.077cm3,流道凝
料的质量m
2
照样个未知数，课按塑件质量的0.6倍来估算。

从上述分析中确信为一模八腔，所打针量为
M = 1.6nm
1
= 1.6 ⨯8⨯2.8 = 35.84g 。

(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的运算
流道凝料（包含浇口）在分型面上的投影面积A
2
,在模具设计前是个未知值，依照多型腔模的统计分析，
A 2是每个塑件在分型面上的投影面积A
1
的0.2倍～0.5倍，是以可用0.35nA
1
来进行估算，因此
A = nA
1
+ A
2
= nA
1
+ 0.35nA
1
= 1.35nA
1
= 8412.336mm2
式中A
1=
4
π
d2 = 0.785 ⨯ 31.52 = 778.92mm2。

F
m
= Ap
型
= 8412.336 ⨯ 30 = 252370N = 252.37KN
式中型腔压力p
型
取30MPa(因是薄壁塑件，浇口又是埋伏式浇口，压力损掉大年夜，取大年夜一些)。

(3) 选择打针机
依照每一临盆周期的打针量和锁模力的运算值，可选用SZ-60/450卧式打针机(上海第一塑料机械厂)，见表1。

表1 打针机重要技巧参数
(4) 打针机有关参数的校核
①由打针机料筒塑化速度校核模具的型腔数n 。

n≤
12
3600 /
m m
kMt-=
8.2
8.2
8
6.0
3600
/
30
3600
6.5
8.0⨯
⨯
-
⨯
⨯
⨯
=43.2>>8,
型腔数校核合格。

式中k──打针机最大年夜打针量的应用系数，一样取0.8；
M──打针机的额定塑化量（5.6g/s）;
t──成型周期，取30s 。

②打针压力的校核。

p e ≥k'p
= 1.3⨯130 = 169MPa,而p
e
= 170MPa,打针压力校核合格。

式中k'──取1.3；
p
──取130MPa(属薄壁窄浇口类)。

③锁模力校核。

F ≥KAp型= 1.2 ⨯252.37 = 302.84kN,而F = 450kN，锁模力校核合格。

其他安装尺寸的校核要待模架选定，构造尺寸确信今后才可进行。

1.2 浇注体系的设计
1.2.1 主流道设计
(1) 主流道尺寸
依照所选打针机，则主流道小端尺寸为
d = 打针机喷嘴尺寸 + （0.5～1）= 3.5+0.5 = 4mm
主流道球面半径为
SR = 喷嘴球面半径 + （1～2）= 20 + 2 = 22mm
(2)主流道衬套情势
本设计因此是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈照样设计成分体式，主流道长度取40mm，约等于定模板的厚度（见图3）。

衬套如图5所示，材料采取T10A钢，热处理淬火后别处硬度为53HRC～57HRC 。

(3) 主流道凝料体积
q 主 =
12
h
π
(D2 + Dd + d2) =
12
40π
(6.12 + 6.1 ⨯ 4 + 42) = 812mm3≈0.8cm3
(4) 主流道剪切速度校核
由体会公式
.
γ=
3
3.3
n
R
q
π
γ = 1840.19 = 1840s1- < 5 ⨯ 103s1-
式中 q
γ = q
主
+ q
分
+ q
塑件
= 0.8 + 2.772 + 8⨯3.077 = 28.188cm3
R n =
2
2
/)1.6
4(+ =
2
05
.5 = 0.2525cm
主流道剪切速度偏小主假如打针量小、喷嘴尺寸偏大年夜，使主流道尺寸偏大年夜所致。

1.2.2 分流道设计
(1) 分流道安排情势
分流道应能知足优胜的压力传递和保持幻想的填充状况，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分派到各个型腔，是以，采取均衡式分流道，如图4所示。

(2) 分流道长度
第一级分流道 L
1
= 50mm
第二级分流道 L
2
= 10mm
第三级分流道 L
3
= 15.5mm
(3) 分流道的外形、截面尺寸以及凝料体积
①外形及截面尺寸。

为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上定模一侧，截面外形采取加工工艺性比较好的梯形截面。

梯形截面对塑料熔体及流淌阻力均不大年夜，一样采取下面体会公式来确信截面尺寸，即
B = 0.2654m·4L= 0.26544
8.2⨯⨯50= 1.996mm
依照参考文献[1]取B = 4mm 。

H =
32B = 3
2
⨯4 = 2.67mm ,取H = 3mm 分流道L 1截面外形如图5所示。

从理论上L 2、L 3分流道可比L 1截面小10%，但为了刀具的同一和加工便利，在分型面上的分流道采取一样的截面。

② 凝料体积。

分流道长度 L =（50 + 10 ⨯ 2 + 15.5 ⨯ 4）⨯2 = 264mm
分流道截面积 A =
2
3
4+⨯3 = 10.5mm 2 凝料体积 q 分= 264 ⨯ 10.5 = 2772mm 3 = 2.772cm 3 (4) 分流道剪切速度校核 采取体会公式⋅
γ =
3
3.3n
R q π= 2.39 ⨯ 103S 1-在5⨯102～5⨯103
之间，剪切速度校核合格。

式中q =
t
v = 141v ⨯ = 4 ⨯ 3.077 = 12.3cm 3
R n = 3
2
2c
A π= 0.1755cm 式中 t ──打针时刻，取1s;
A ──梯形面积（0.105cm 2
）;
c ──梯形周长（1.3cm ）。

(5) 分流道的别处粗拙度
分流道的别处粗拙度Ra 并不要求专门低，一样取0.8µm ～1.6µm 即可，在此取1.6µm，如图5所示。

1.2.3 浇口的设计
依照外部特点，外不雅别处质量要求比较高，应看不到明显的浇口陈迹，圆周上布满了防滑直纹，是以采取埋伏式浇口，在开模时浇口自行剪断，几乎看不到浇口的陈迹。

关于这类小型薄壁塑件，几乎所有工厂差不多上如许做的（个别工厂在盖的顶部采取点浇口），若采取侧浇口，不太相符工程实践。

(1) 埋伏式浇口尺寸切实事实上定 由体会公式得
d = nk 4A = 0.6 ⨯ 0.2724A = 1.1mm
式中 A = dh π+ πr 2
= 2.69.456mm 2
(塑件的别处积)；
n ──塑料材料系数取0.6；
k ──塑件壁厚的函数值取0.272 。

浇口截面外形如图6所示，浇口先取φ0.8，在试模式依照填充情形再进行调剂。

(2)浇口剪切速度的校核
由点浇口的体会公式得
.
γ =
3
4R q π = 3)04.0(14.3077.34⨯⨯= 61244.488s 1-= 6.1 ⨯ 104s 1
-
.
γ为104s 1-～105s 1-,剪切速度校核合格。

1.2.4 冷料穴的设计
(1) 主流道冷料穴
如图7所示，采取半球形，并采取球形头拉料杆，该拉料杆固定在动模固定板上，开模时应用凝料对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。

(2) 分流道冷料穴
在分流道端部加长5mm(约1.5d 0)作分流道冷料穴。

1.3 成型零件的设计
模具中确信塑件几何外形和尺寸精度的零件称为成型零件。

在本设计中成型零件确实是成型盖外别处的凹模，成型表里面的螺纹型芯(凸模)。

1.3.1成型零件的构造设计
(1) 凹模（型腔）
瓶盖圆周上平均分布着防滑直纹，若凹模制成整体式，则直纹用机械加工方法专门困难(没有退刀地位)，若制成一个电极来加工防滑直纹，成本也比较高。

整体模板都要用价格较名贵的模具钢，修理也不便利。

是以，瓶盖圆周部分若采取局部嵌入式凹模，上述存在的问题能够或许专门便利地获得解决，如图8所示，嵌件外径尺寸按体会
]
2[，取44mm(壁厚7mm)。

(2) 型芯
型芯是一个带有两圈螺纹的、且牙型不高的整体式型芯，如图9所示。

1.3.2 成型零件钢材的选用
瓶盖是大年夜批量临盆，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲乏机能应当优胜；机械加工机能和抛光机能也应优胜。

是以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用SM1 。

定模板构成瓶盖顶部斑纹、文字部分，成型时有料流的冲刷，但没有脱模时塑件的摩擦，是以采取55钢调质(定模板材质可和模架厂协商)。

螺纹型芯因为是采取强迫脱模，磨损比较厉害，采取硬度比较高的模具钢Gr12MoV,淬火后别处硬度为58HRC ～62HRC 。

1.3.3 成型零件工作尺寸的运算
(1)型腔径向尺寸
L M = [(1 + s)L s -∆χ]z
δ+0
= 31.9860104
.00
+
式中 s ──塑件平均紧缩率s = 2
035
.0015.0+=0.025;
L s ──塑件外径尺寸（取31.5）； χ──修改系数（取0.58）；
∆──塑件公差值（查塑件公差表，取0.52）；
z δ──制造公差，(取∆/5)。

（2）螺纹型芯径向尺寸 ① 螺纹型芯大年夜径
d 大M = [(1 + s)d 大s + ∆中]o
z δ-= 28.850
03.0-
式中 d 大s ──塑件内螺纹大年夜径全然尺寸（取28）； ∆中──塑件内螺纹中径公差（取制造公差z δ的5倍）;
z δ──中径制造公差，依照参考文献[1]中的表9.4-10（取0.03）。

② 螺纹型芯小径
d 小M = [(1 + s)d 小s + ∆中]o
z δ-= 27.4150
03.0-
式中d 小s ──塑件内螺纹小径全然尺寸（取26.6）。

③ 螺距工作尺寸
T M = t S (1 + s) ±
2
z
δ = 4.61 ± 0.015
式中t S ──塑件内螺纹螺距（取4.5）。

(3) 型腔深度尺寸
H M = [(1 + s)h - ∆χ]0
z δ-= 18.72088
.00
+
式中 h ──塑件高度最大年夜尺寸（取18.5）；
χ──修改系数（取0.56）
； ∆──塑件公差值，查塑件公差表（取0.44）。

(4)型芯高度尺寸
h m = [(1 + s)H + ∆χ]0
z δ-= 17.6570
080.0-
式中H ──塑件高度最小尺寸（取17）； χ──修改系数（取0.58）
； ∆──塑件公差值，查塑件公差表（取0.40）。

注：瓶盖螺纹是一个非标准型螺纹，螺距4.5，牙型高度比较小，在螺纹构造设计上，合适于强迫脱模，
因此螺纹中径和标准相差专门大年夜，就不做运罢了，瓶盖在应用中知足要求。

1.3.4 成型零件强度及支撑板厚度运算
(1) 型腔侧壁厚度（按组合式圆筒形凹模运算）
]
1[
S = r (rp
E rp
E p p
25.175.0-+δδ)2
1= 15.75（30
75.1525.1101.2016.030
75.1575.0101.2016.05
5⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯⨯）21
= 18.24mm 式中 p ──型腔压力（取30MPa ）; E ──材料弹性模量（取2.1⨯105
MPa ）;
P δ──依照打针塑料品种，模具刚度运算许用变形量。

P δ = 25i 1 = 25⨯0.6232 = 15.58µm ≈0.016mm
式中i 1 = 0.35W 5
1 + 0.001W = 0.35 ⨯ 15.755
1 + 0.001⨯15.75 = 0.6232µm;
W ──型腔半径。

型腔侧壁是采取嵌件，嵌件单边厚选7mm,两型腔之间受力是大年夜小相等、偏向相反的，在和模状况下可不能产生变形，是以两型腔之间壁厚只要知足构造设计的前提就能够了。

型腔与模板周边的距离由模板外形尺寸来确信，因模板平面尺寸比型腔安排的尺寸要大年夜得多（（200-115）/2 = 42.5 > 18.24）,因此完全知足强度和刚度的要求。

(2) 支撑板厚度
支撑板厚度和所选模架两垫块之间的跨度有关，依照前面的型腔安排，模架应选在200⨯250那个大年夜类范畴之内，垫块之间的跨度大年夜约为140mm,依照型腔安排及型芯对支撑板的压力，就可运算获得支撑板的厚度，即
T = 0.54L （P EL l pl δ12
1）31
= 0.54 ⨯ 140（027
.0250101.252.4923305⨯⨯⨯⨯）31
= 35.5mm
式中p δ──支撑板刚度运算许用变形量，p δ= 25 i 1= 25⨯1.08 = 27µm = 0.027mm,
i 1= 0.35 ⨯ W 5
1 + 0.001 ⨯ W = 0.35 ⨯1405
1 + 0.001 ⨯ 140 = 1.08µm； L ──两垫块之间的距离（约为140）；
W ──阻碍模具变形的最大年夜尺寸，若圆筒形是r 或h,若矩形是L ； L 1──支撑板长度，取250mm;
1l 、2l ──8个型芯投影到支撑板上的面积。

单件型芯所受压力的面积为
A 1 =
4
π
d 21 = 0.785 ⨯ 282 = 615.44mm 2
8个型芯的面积为
1l ⨯ 2l = 8 A 1 = 4923.52 mm 2
此支撑板厚度运算尺寸为35.5，关于小型模具还能够减小一点，可应用两根推板导柱来对支撑板进行支撑，如许支撑板厚度可近似为
n T = 〔1
1+n 〕34T = (111+)3
4
⨯ 35.5 = 14mm
是以，支撑板厚度可取得稍薄一点，取标准厚度32 。

1.4 模架切实事实上定
依照型腔的构造可看出，型腔嵌件分布尺寸为115 ⨯ 195，有依照型腔侧壁最小厚度为18.24，再推敲
到导柱、导套及连接螺钉安排应占的地位和采取推件板推出等各方面问题，确信选用模架序号为5号（200 ⨯ L = 200 ⨯ 250），模架构造为A4的情势，如图10所示。

各模板尺寸切实事实上定。

1. A 板尺寸
A 板是定模型腔板，塑件高度18.5，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有必定的距离，是以A 板厚度取40mm 。

2.
B 板尺寸
B 板是凸模（型芯）固定板，凸模的成型部分直径为φ28，是以B 板厚度取32mm 。

3. C 板块尺寸
垫块 = 推出行程 + 推板厚度 + 推杆固定板厚度 + （5～10）= 18.5 + 20 + 15 +（5～10）=58.5～63.5 依照运算，垫块厚度C 取63。

上述尺寸确信之后，就能够确信模架序号为5号，模面为200 ⨯ 250，模架构造情势为A4的标准模架。

从选定模架可知，模架外形尺寸：宽⨯ 长⨯高 = 200 ⨯ 250 ⨯237。

模具平面尺寸200 ⨯ 250 < 280 ⨯250（拉杆间距），合格；模具高度237,100 < 237 < 300合格；模具开模所需行程 = 17.6（型芯高度）+ 18.5（塑件高度）+（5～10）= （41.1～46.1）< 200（打针机开模行程），合格；其他各参数在前面校核均合格，因此本模具所选打针机完全知足应用要求。

1.5 排气槽的设计
瓶盖成型型腔比较小，约为 3.1cm 3
,打针时刻约为1s,采取的是埋伏浇口向型腔顶部倾斜，塑料熔体先充斥型腔顶部，然后充斥周边下部，如许型腔顶部可不能造成憋气现象，气领会沿着分型面和型芯与推件之间的轴向间隙向外排出。

假如关于中大年夜型塑件必定要经由过程运算，开设必定量的排气槽，方可包管产品德量。

1.6 脱模推出机构的设计
推件板推出过程中，为了减小推件板与型芯的摩擦，采取如图11所示构造，推件板与型芯间留0.2mm ～0.25mm 的间隙，本设计中取0.2mm,并用锥面合营，以防止推件板因偏小而板溢料。

1.7 温度调剂体系的设计
冷却体系的运算专门苦恼，在此只进行简单的运算，在单位时刻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40℃。

1.7.1 冷却水的体积流量
V q = )(2111θθρ-c WQ = )
255.26(187.410104.60513.032-⨯⨯⨯⨯ = 0.00522m 3/min = 5.2 ⨯ 103
- m 3/min
式中 W ──单位时刻（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kg/min ）,按每分钟打针2次，即
28.188cm 3⨯0.91(g/cm 3
)⨯2次/min = 51.3g/min = 0.0513 g/min;
Q 1──单位质量的塑件在凝固时所放出的热量，PE 为6.4 ⨯ 102
kJ/kg;
ρ──冷却水的密度（1000kg/m 3）;
C 1──冷却水的比热容（4.187kJ/(kg ·℃)）; θ1──冷却水出口温度（26.5℃）； θ
2
──冷却水进口温度（25℃）。

1.7.2 冷却管道直径
为使冷却水处于湍流状况，查材料]3[取d = 8mm 。

1.7.3 冷却水在管道内的流速
由式 s m d q v V /72.160
)1000/8(14.3102.54423
2=⨯⨯⨯⨯==-π 大年夜于最低流速1.66m/s,达到湍流状况，所选管道直径合理。

1.7.4 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数
查参考文献[1]中的表9.8-5取f = 7.22（水温为30℃时），是以
22
.08
.032.08.0/(3.26463)
1000/8()72.110(22.76.3)(6.3m kJ d v f h =⨯⨯==ρ·h ·℃) 1.7.5 冷却管道的总传热面积
222
152********.0]
2/)255.26(40[3.26463104.60513.06060mm m h WQ A ==+-⨯⨯⨯⨯=∆=θ
1.7.6 模具上应开设的冷却水孔数
1250
148.35224
≈⨯==
dL A n π 从运算成果看，因塑件小，单位时刻打针量小，所需冷却水道也比较小，但必定水道对模具来说是弗成取的（冷却不平均）。

依照注塑厂的临盆体会，在强迫脱模的情形下，型芯必须冷却，型芯纵向分两排安排，若是采取串联水道，势必造成型芯温度较大年夜，是以两排型芯应分别采取两条进水道，在打针工艺过程中，依照具体情形确信采取并联水道照样串联水道。

在定模部分的流道凝料也应获得冷却，可开设一条往返水道，模外胶管串联，水道流量大年夜小可依照打针时具体工艺情形进行调剂，水孔开设见装配图。