瓶盖塑料模具设计说明书.doc
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1、塑料设计说明书朱叶明模具12212012051348 目 录1 塑件的分析31.1塑件成型工艺分析31.2 壁厚分析31.3 圆角分析 32塑件材料的选择及材料特性42.1材料的选择42.2 材料简介42.3基本特性42.4 物理性质42.5 成型特性53塑件的形状尺寸的计算64注射机的选择及型号和规格64.1 估算塑件的体积和质量64.2 选择注射机65 型腔数目的确定及排布85.1型腔数目85.2型腔的排布86分型面的选择97浇注系统的设计107.1导柱的设计107.2导套的设计107.3分流道设计107.4浇口的设计117.5冷料穴的设计127.6排气系统的设计128 塑料工艺尺寸的计算
2、138.1 凹模的的结构设计138.2 凸模的结构设计138.3 凹模径向尺寸计算138.4 凸模径向尺寸计算148.5 螺纹型芯的工作尺寸158.6型腔壁厚和底板厚度计算169 导向机构的设计169.1导柱导向机构的作用169.2开模过程设计169.3导柱导套的设计179.4导柱与导套的布置1810 脱模机构的设计1910.1脱模机构的组成1910.2设计原则1911温度调节系统的设计2011.1模具冷却系统的设计2011.2模具冷却时间的确定2011.3冷却系统的设计原则2011.4冷却系统的结构设计2111.5冷却系统的计算2112 模具工作过程211 塑件的分析 1.1塑件的成型分析此
3、次的塑件是瓶盖,整个塑件呈现半开状的圆筒形,该构件的表面的形状和整体的结构较其他塑件较为简单,经过对大量的饮料瓶盖的统计检验,整个瓶盖的外部轮廓高达15mm,外径28mm,壁厚1mm,作为对表面粗糙度要求不太高的塑件,而且较为实用性零件对其尺寸公差没有太严格的要求。且本身塑件壁厚较小、均匀,可以用大批量的注塑模具加以生产. 1.2壁厚分析各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度。塑件的壁厚对塑件质量的影响很大,如果壁厚过大,会浪费原料,而且使冷却时间增加,更重要的还会使塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷,一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以
4、节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率。因此,该塑件的壁厚均为1mm,在其最小壁厚范围内,塑件符合注塑的模具成型的厚度要求。1.3圆角分析 带有圆角的塑件,在成型时往往会在该处产生局部应力集中,在受力或冲击下会发生开裂,所以,为了避免应力集中,提高塑件的局部强度,减小应力集中,改善熔体的流动性能且便于脱模,在塑件各内外表面的过渡连接处,应采用过渡圆弧。采用圆弧过度可增加塑件的美观程度和增加塑件的强度,根据应力集中系数和圆角半径的关系可得,理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上,通常塑件内壁圆角半径应是壁厚的一半,而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍。这次设计要求该
5、塑件的2内外圆弧半径结合实际情况来设计,根据现有的生产力状况以及条件设备,此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm,适合注塑制品的结构和工艺要求。2 塑件材料的选择及材料特性2.1材料的选择:选择塑件的材料依据是它的使用性能要求及工作环境,以及生产商提供的材料性能数据;对于常温工作状态下的结构件来说,其考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性变形,表面硬度,弯曲强度,耐腐蚀性等。该塑件对材料的要求首先必须是密封性能好,而后是成型难易和经济性问题,模具成型也要考虑到材料的注射特性,好的成型特性是选择材料的主要标准,该塑件在尺寸上要求比较高,且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度,而且从经济
6、性上讲,在保证塑料制品的功能和性能的同时还应考虑到加工生产、成本。综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际情况,选用收缩率较小、综合性能优良、在工程技术中应用广泛的塑料LDPE(低密度聚乙烯)。 2.2材料简介:LDPE 中文名:低密度聚乙烯2.3基本特性:化学性质聚乙烯抗多种有机溶剂,抗多种酸碱腐蚀,但是不抗氧化性酸,在氧化性环境中聚乙烯会被氧化。2.4物理性质聚乙烯在薄膜状态下可以被认为是透明的,但是在块状存在的时候由于其内部存在大量的晶体,会发生强烈的光散射而不透明。聚乙烯结晶的程度受到其枝链的个数的影响,枝链越多,越难以结晶。聚乙烯的晶体融化温度也受到枝链个数的影响,分布于从90摄
7、氏度到130摄氏度的范围,枝链越多融化温度越低。聚乙烯单晶通常可以通过把高密度聚乙烯在130摄氏度以上的环境中溶于二甲苯中制备。(LDPE)- 低密度聚乙烯是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。 无毒、无味、呈乳白色。密度为0.940.965g/cm3,有一定的机械强度,具有良好的耐冲击性、柔软性及透明性,但和其他的大型塑料构件相比强度、刚度较差,表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异,在常温下聚乙烯不会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。适合做饮料、低腐蚀性液体的瓶盖。其透水气性能较差,而透氧
8、气、二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气等作用下会产生变脆和老化。一般使用温度约在80 oC左右。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。2.5成型特性:成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况,有无杂质的进行检验,并测试其热稳定性,流动性和收缩率等指标。低密度聚乙烯属于结晶形塑料,吸湿性小, 熔体粘度小,成型前可不预热,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。收缩率较大,方向性明显,易发生变形、翘曲,结晶度及模具冷却条件对收缩率有较大影响,应控制模温。冷却速度快,必须得到充分冷却,设计模
9、具时要设冷料穴和冷却系统宜用高压注射,料温要均匀,填充速度应快,保压要均匀。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,塑件有浅的侧凹可强行脱模。LDPE的注射工艺参数:表3-1 制品成型工艺参数初步确定特性 内容 特性 内容注射机类型 柱塞式 螺杆转速(r/min) 58喷嘴形式 直通式 模具温度 30-45喷嘴温度() 150170oC 后段温度() 140160中段温度() 前段温度() 170210注射压力 60100Mpa 保压力 4050注射时间s 04s 保压时间 s 1560s 冷却时间s 1560s 其他时间s 3成型周期
10、s 40140s 成型收缩(%) 0.8干燥温度() 6080 干燥时间() 13综合性能:压缩比: 1.842.50 抗拉屈服强度: 2240 MPa热变形温度: 1.88MPa- 48oC 压缩强度: 225 MPa0.46MPa- 6082oC 疲劳强度: 10 Mpa 拉伸弹性模量: 0.840.95GPa 弯曲弹性模量: 1.11.4 GPa 弯曲强度: 2540MPa 脆化温度: -70 3 塑件的形状尺寸的计算 瓶盖的工作环境对精度有较高要求,按LDPE的性能可选择塑件的精度等级为6级精度(查阅塑料成型工艺)。外径: 28mm 壁厚: 1mm内径: 16mm 壁厚: 1mm突起:
11、 9mm 查得LDPE(低密度聚乙烯)密度约为: ,代入公式.数据可得塑件的质量为:体积: 由体积计算公式可计算得塑件的近似体积得:V塑=S*H=2.83 mm3 质量: 由质量计算公式可计算得塑件的质量得W塑 =V塑r塑=2.6602(g)4 注射机的选择及型号和规格塑料成型设备依据成型工艺的不同而不同,塑料成型设备主要有用于注射成型工艺的注射机,用于压缩成型工艺和压注成型工艺的压力机,用于挤出成型的挤出机。本设计采用用于注射成型工艺的注射机作为成型设备。注射成型工艺是塑料成型的一种最常用的方法。它将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中,经过加热到流动状态,在注射机的柱塞或螺杆的推动下,
12、以一定的流速,通过喷嘴和闭合模具的浇注系统而充满型腔,经过一定的时间的冷却定型,打开模具,从模内取出成型的塑件。4.1估算塑件的体积和质量 估算塑件体积和质量 该产品材料是低密度聚乙烯,查有关数据得知其密度g/cm3。使用UG软件画出三维图建模,并可直接用软件进行分析,查询到塑件的体积V件=2.83 cm3。由=0.900.94g/cm3可得塑件质量m=v=2.66g。4.2选择注射机根据塑件制品的体积和质量,可选定注射机型号为XS-Z-30。注射机的参数如下:额定注射量:30 cm3 注射 压力:120Mpa 注射 行程:130mm 锁 模 力:250KN 最大成型面积:90cm2 最大 模
13、厚:180mm 最小 模厚:60mm 喷嘴圆弧半径:12mm 喷嘴孔径(mm):2 mm柱塞式成型机中,塑料熔化成黏流态的热量主要由筒外部的加热器提供。在柱塞的平稳推动下,料流是一种平缓的滞流态势。料筒内同一横截面上不同径距的质点有着梯度变化的流速,结果靠料筒轴心的流速快,靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的温度分布也有差异,靠近筒壁的料,因流速慢,又直接接受外壁的电热圈加热,所以温度高;而靠近轴心的料,因流动快,且又与料筒加热圈隔了一层热阻很大的塑料层,所以温度低。可见在柱塞式料筒内,塑料的塑化程度很不均匀。注射机的分类:按外形可分为:卧式、立式和直角式按传动方式可分为:机械式、液压式和液压
14、、机械联合式按用途又可分为:通用型和专用型所选注射机的型号为:XS-Z-30,属于卧式通用型注射机。5 型腔数目的确定及排布 5.1型腔数目注射模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素: (1)塑件的尺寸精度; (2)模具制造成本; (3)注射成型的生产效益; (4)模具制造难度。 为了提高生产效率和经济性并与注射机的生产能力相配合,保证塑件较高的精度, 模具设计时应确定型腔数目,常用的方法有以下塑料模具设计准则:1、根据经济性确定型腔数目。根据总成型加工费用最小的原则,仅考虑模具加工费和塑件成型加工费,并忽略试生产原材料费用。2、根据制品精度
15、确定型腔数目。根据经验,在模具中每增加一个型腔,制品尺寸精度要降低4-6%,高模具中的型腔数目为n,制品的基本尺寸为L,塑件尺寸公差为,单型腔模具注塑模具生产时可能性产生的尺寸误差为(不同的材料,有不同的值,如:尼龙66为0.3% ,聚甲醛为0.2%,聚碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为0.05%),则有塑件尺寸精度的表达式为: L%+ (n-1)L%4% 简化后可得型腔数目为:n 3、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。当成型大型表面积塑件时,常用这种方法。设注射机的额定锁模力大小为F(N),型腔内塑料熔体的平均压力为Pm,单个制品在分型面上的投影面积为A1,浇注系统在分型面上的投影面
16、积为A2,则: (nA1+A2)PmF即: n对于高精度制品,由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致,故通常推荐型腔数目不超过4个.4、根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目。设注射机的最大注射量G(g),单个制品的质量为W1(g),浇注系统的质量为W2(g),则型腔数目n为: n n 4.1 5.2型腔的排布:多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等。在设计时有以下原则: (1)尽量采用对称式排布,确保制品质量的均一和稳定。 (2)塑件结构简单,应尽量使型腔紧凑排列,而减小模具的外形尺寸。 (3)分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置,分流道的设计应尽可能短。
17、 (4)为了避免模具承受偏载而产生溢料现象,浇口开口部位与型腔布置应对称。因为该塑件属大批量生产的小型塑件,但对产品的精度、表面粗糙度还是有较高的要求,通过前面算出的单个产品的体积V和质量W, 综合考虑生产效率和生产成本及产品质量等各种因素,以及注射机的类型选择确定采用一模四腔对称排布。分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开设在分型面上,起分流和转向作用,分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置,分流道的设计应尽可能短,以减少压力损失,热量损失和流道凝料,参见塑料制品成型及模具设计P59表4-3部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围,分流道直径可选1.69.5mm【1】表6-1 分流道断面直
18、径选择塑料名称分流道断面直径塑料名称分流道断面直径ABS,AS 聚乙烯(PE)尼龙类(PA)聚甲醛(POM)抗冲击丙烯酸 4.79.5 1.69.5 1.69.5 3.510 812.5聚苯乙烯(PS)软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯聚苯醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 6.510根据塑件的壁厚(0.81.02.4)和外形因素和机械加工因素来确定浇注方式,确定为浇注方式,参见塑料制品成型及模具设计并采用对称平衡的排布方式。6 分型面的选择 分型面是决定模具结构形式的一个重要因素,它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺的有关,一副模具根据需要可能有一个或两个
19、以上的分型面,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。因此,分型面的选择是注射模设计中的一个关键。根据分型面的选择原则: (1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处; (2)在开模时尽量使塑件留在动模;(3)分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量;(4)有利于排气和模具的加工方便;(5)有助于避免侧抽芯或便于侧抽芯。该塑件为瓶盖对美观不太要求,无斑点和熔接痕,表面质量要求一般。在选择分型面时,根据分型面的选择原则,考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件,瓶盖属于薄壁壳小型塑件,塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上,所以,应有利于塑件滞留在动模一侧,以便于脱模,并不影响
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