瓶盖的塑料模具设计说明书要点.pdf
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1、塑料设计说明书 朱叶明 模具 1221 2012051348 1 目录 1 塑件的分析3 1.1塑件成型工艺分析3 1.2 壁厚分析3 1.3 圆角分析3 2 塑件材料的选择及材料特性4 2.1 材料的选择4 2.2 材料简介4 2.3 基本特性4 2.4 物理性质4 2.5 成型特性5 3 塑件的形状尺寸的计算6 4 注射机的选择及型号和规格6 4.1 估算塑件的体积和质量6 4.2 选择注射机6 5 型腔数目的确定及排布8 5.1型腔数目8 5.2型腔的排布8 6 分 型面 的选 择 9 7 浇注系统的设计10 7.1导柱的设计10 7.2导套的设计10 7.3 分流道设计10 7.4浇口
2、的设计11 7.5 冷料穴的设计12 7.6 排气系统的设计12 8 塑料工艺尺寸的计算13 8.1 凹模的的结构设计13 2 8.2 凸模的结构设计13 8.3 凹模径向尺寸计算13 8.4 凸模径向尺寸计算14 8.5 螺纹型芯的工作尺寸15 8.6 型腔壁厚和底板厚度计算16 9 导向机构的设计16 9.1导柱导向机构的作用16 9.2开模过程设计16 9.3导柱导套的设计17 9.4导柱与导套的布置18 10 脱模机构的设计19 10.1脱模机构的组成19 10.2设计原则19 11 温度调节系统的设计20 11.1模具冷却系统的设计20 11.2模具冷却时间的确定20 11.3 冷却
3、系统的设计原则20 11.4 冷却系统的结构设计21 11.5冷却系统的计算21 12模 具 工 作 过 程 21 1 1 塑件的分析 1.1 塑件的成型分析 此次的塑件是瓶盖,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
4、 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
5、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
6、。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 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
7、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/cm 3,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
8、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。
9、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
10、内容 3 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 ( ) 170 210 注射压力MPa60100Mpa保压力MPa4050 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 s 40140s成型收缩 (%) 0.8 干燥温度 ( ) 60 80 干燥时间 ( ) 1 3 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- 48 oC 压缩强度:225 MPa
11、 0.46MPa- 6082 oC 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:9mm 查得 LDPE( 低密度聚乙烯 )密度约为 : 33 /1094.0mmg,代入公式vw. 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
12、3 10mm 3 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 4 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,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
13、 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94.0g/cm 3。 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 cm 3。 由=0.90 0.94g/cm 3 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 cm 3 注射压力: 120Mpa 注射行程: 130mm 锁模力: 250KN 最大成型面积:90cm 2 最大模厚: 180mm 最小模厚: 60mm 喷嘴圆弧半径:12mm 喷嘴孔径(
14、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、机械联合式 按用途又可分为:通用型和专用型 所选注射
15、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 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、根据制品精度确定型腔数目。 根据
16、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 % s ( s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 s %+ (n-1)L s% 4% 简化后可得型腔数目为: n24 2500 L s 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
17、分型面上的投影面积为A1,浇注系统在分型面上的投影面积为 A2,则: (nA1+A2)PmF 即: n 1 2 AP APF m m 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 6 腔数目 n 为: n 1 2 8. 0 W WG 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
18、。 ( 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。 ( 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
19、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 分流道断面直径选择 塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径mm 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,
20、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; 7 (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
21、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,并不影响塑件的质量和尺寸精度,以及外观形状。 7浇注系统的设计 注射模的浇注系统是指从注流道的开始端到型腔之间的熔体流动通道。它由主流道,分流道, 冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传料,传热,传压情况决定着塑件的内在和外表质量,它的布置 和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度。 7.1 浇注系统设计原则: 浇注系统的设计应保证塑件熔体的流
22、动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防 止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。 7.2 主流道设计: 主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道,通常和注射机的喷嘴在同一轴线上,断面为圆 形,有一定的锥度,目的是便于冷料的脱模,同时也改善料流的速度,因为要和注射机相配,所以 其尺寸与注射机有关。 本塑件所用的材料为LDPE(低密度聚乙烯) ,根据其流动性特点,主流道设计的主要参数如 下: 主要参数:锥角 =4 ;内表面粗糙度Ra=0.08m; 主流道大端呈圆角,半径r=3mm,以减小料流转过渡时的阻力,小端直径d = D (12)mm 衬套与
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