矿泉水瓶坯注塑模设计

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矿泉水瓶坯注塑模设计

摘要：本课题主要研究矿泉水瓶坯注塑模具设计，具体是以PET材料制成的矿泉水瓶坯为例展开论述。作为矿泉水瓶制作工序中的一个重要环节，矿泉水瓶坯的制作也是相当重要。通过对其结构的分析，注塑工艺分析，给出合理的模具设计方案并且完成矿泉水瓶坯的模具设计，同时借助一些专业的三维软件辅助结构设计，从而达到产品的设计意图。本课题的重点和难点在于使用了热流道这项新技术，对其的了解和具体使用操作有一定的难度。本课题主要使用一些专业的三维软件进行优化设计，如solidworks，使得设计结果趋于理想状态。

关键词：矿泉水瓶坯；注塑；模具；热流道；

Mineral water preform injection mold design

Abstract:The main subject of mineral water preform injection mold design, specifically based on the mineral water preforms made of PET material, as a example to start on.As an important part of the mineral water bottles in their manufacturing processes, production of mineral water preforms is also very important.Through the analysis of its structure, the injection molding process, given a reasonable amount of mold design and completion of the mineral water preform mold design, and at the same time with the help of professional 3D software to optimize the structure design to achieve the design intent of the product. Emphasis and difficulty of this subject is the use of hot runner this new technology, it has a certain degree of difficulty of understanding and the specific use of operating.The main subject use professional 3D software to optimize the design, such as solidworks ,making the design result tends to the ideal state.

Keywords:Mineral water preforms;injection;mold;hot runner;

目录

1绪论 (1)

1.1设计背景和设计的意义 (1)

1.2管件注塑生产流程简介 (2)

2产品设计 (2)

2.1塑料产品材料介绍与选择 (2)

2.2设计软件介绍 (4)

3产品工艺分析 (4)

3.1塑件工艺性分析 (4)

3.2确定注塑成型工艺 (4)

4注塑机选择 (5)

4.1注塑机初选 (5)

4.2锁模力校核 (6)

5注塑模具设计 (6)

5.1注塑模具简介 (6)

5.2成型零件设计 (7)

5.2.1成型零件应具备的性能 (7)

5.2.2凹模（型腔）设计 (7)

5.2.3型芯的设计 (8)

5.3结构件设计 (8)

5.3.1模架设计 (8)

5.3.2定模板和动模板开框设计 (8)

5.3.3浇口套设计 (10)

5.3.4其他结构件设计 (10)

5.4导向定位系统设计 (10)

5.4.1一般常识 (10)

5.4.2导柱结构及技术要求 (11)

5.4.3导套结构及技术要求 (11)

5.5脱模系统设计 (11)

5.5.1推杆设计 (11)

5.5.2推板及顶板设计 (12)

5.6.3滑块的设计 (13)

5.6.4斜导柱的设计 (13)

5.6浇注系统、排气系统及冷却设计 (14)

5.6.1浇注系统设计 (14)

5.6.2排气设计 (15)

5.6.3冷却系统设计 (16)

5.7模具总装图绘制 (17)

6总结和展望 (19)

参考文献: (19)

致谢 (21)

矿泉水瓶坯注塑模设计

1绪论

注塑模是一种可以重复地大批量地生产塑料零件或制品的注塑模是一种可以重复地大批量地生产塑料零件或制品的一种生产工具。这种模具是靠成型零件在装配后形成的一个或多个型腔，来成型我们所需要的制品形状。注塑模是所有塑料模具中结构最复杂，设计、制造和加工精度最高，应用最普遍的一种模具。本课题研究的U型管件就是采用这种模具进行批量生产的。

1.1设计背景和设计的意义

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

并且，矿泉水瓶作为一个日常生活中的必需品，因为在各个生活领域中都能见到各式各样的矿泉水瓶的身影，而且矿泉水瓶除了可以灌装矿泉水，同样可以灌装其他液体，如可乐，果汁等饮料，也可以盛装其他非腐蚀性的液体，如各种各样的油液，溶剂等等。所以，市场对矿泉水瓶的需求量一直是有增无减。作为生产矿泉水瓶的重要原料之一的瓶坯的生产也非常的重要和必要。

为了确保矿泉水瓶坯高效高质量的成型，对于其模具的研究改进一直在进行中。要生产出好的瓶坯，必须要有设计合理、制造精良的模具，还需要有何该模具配套的先进的注射设备（注塑机）以及合理的加工工艺。因此人们常将，模具、注塑机以及工艺称之为注塑过程得以顺利进行的三个基本要素。

与其他机械行业相比，模具制造业主要有以下三个特点：

第一，模具不能像其他机械产品那样可作为基本定型的商品随时都可以在市场上买到。这是因为每副模具都是针对特定的塑料制品的规格而产生的，由于塑料制品的形状、尺寸各异，差距甚大，其模具结构也是大相径庭，所以模具制造不可能形成批量生产。换句话说，模具是单件生产的。因

此，模具的设计、制造成本都较高。

第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊订制的模具来说，其制造周期一定要短。

第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中的诸多先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产来说是非常重要的。

对于采用注塑成型加工方法生产塑料制品来说，合理的成型工艺既是三个基本要素中的加工工艺。所谓成型工艺，简单来说就是将压力、温度、时间（速度）三大要素组成最合理的搭配。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要想确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素很多，除制品的形状、模具结构、注塑设备、原材料等之外，电压的波动、环境温度的变化对成型都有一定的影响。到目前为止，建立最佳的成型工艺尚无简便可靠的办法，大多需要操作者具有很丰富的实践经验与耐心，根据塑料制品在成型过程出现的具体问体认真调查，才能确立一个理想的成型工艺，高效率、高质量地生产出合格的塑料制品。

1.2管件注塑生产流程简介

塑料管件包括给水用聚乙烯（PE）管件、燃气用聚乙烯（PE）管件、无规共聚聚丙烯（PP-R）管件。各自生产流程基本相同：自动上料→原料干燥→加热塑化→合模→注射→保压→冷却→定型→开模→制品顶出→检验→包装→抽检→产品入库。对于这一流程中，有相应的工艺要求：

1、原料方面，生产的管件所用的原料参考企业相关规定。为保证管件质量，每批新原料进厂由质检部门根据原料检验规则检验原料的熔融指数、水分含量及热稳定性等指标，各项指标符合标准要求时，方可投入生产。

2、成型工艺，包括温度，正常生产时，根据原料的加工性能，加工温度设定范围应在（160-230）℃；注塑速度和压力，管件生产时宜采用“中温、高压、低速”，从而保证管件饱满无气孔、花纹等缺陷；保压压力、冷却时间。一般保压压力应低于注塑压力，保压时间的长短以产品外观饱满与否为准。在保证产品质量的前提下，应尽量缩短冷却时间，从而提高产品生产效率。

2产品设计

2.1塑料产品材料介绍与选择

1、高分子塑料的分类：

高分子可以划分为热固性塑料、弹性体和热塑性塑料三大类，下面分别介绍：

（1）热固性塑料，热固性塑料是链状结构有交叉的聚合物，其最终的分子结构是在热和压力的作用下通过化学反应形成的。一旦这种反应完成，热固性塑料就不能通过热和压力的进一步作用而变化，也就是说，这种塑料的使用都是一次性的。常见的热固性塑料有：聚酯（UP）和环氧树脂（EP）等。热固性塑料一般不能通过注塑成型过程来成型，但它可以通过常温下的化学反应来成型。

（2）弹性体（人造橡胶），弹性体是链状结构有一定程度交联的高分子。这种塑料在应力作用下很容易变形，并且在应力作用下很容易变形，并且在应力去除后，很快恢复原来的形状。最常见的就是天然橡胶和人造橡胶。

（3）热塑型塑料，热塑性塑料由不互相交织在一起的长链分子组成。其特点是当温度超过其软化温度时，可以通过注塑来成型，当冷却到其凝固点一下时，可以成型出需要的形状来。这个过程在理论上是可以无限制地重复，但事实上，受到塑料老化等稳定性的影响。注塑成型常用的热塑性塑料有：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、ABS、尼龙（PA）等。

根据分子链结构形式和几何排列顺序的不同，高分子材料可以分为结晶性塑料和非结晶性塑料。分子随机缠绕和交织的塑料为非结晶型塑料。由于分子链排列的随机性，没有明显的方向性，塑料在各个方向上表现出的力学性能是相同的，即它们是各向同性的。结晶型塑料具有很规则的格子状的分子排列方式，在塑料分子的每个截面上的特定点处，重复出现特定的结构。然而没有任何一种塑料是完全晶体的。结晶型塑料的透明性很好。成型的透明塑料零件制品在光线下有发污的感觉。但也有例外，如聚4甲基戊烯是结晶性塑料，但透明。高度晶体化的分子有HDPE,PP,热固性高分子，尼龙等。

表2-1 常用塑料的名称和代号

序号塑料代号俗名性质

1 PE 聚乙烯结晶性

2 PP 聚丙烯结晶性

3 PA 尼龙（聚酰胺）结晶性

4 POM 聚甲醛结晶性

5 PC 聚碳酸酯非结晶性

6 PS 聚苯乙烯非结晶性

7 ABS 非结晶性

8 PVC 聚氯乙烯非结晶性

2、材料选择

本课题研究的是矿泉水瓶坯的注塑，查阅相关的资料和进行上网进行相关的检索，得到日常生

活中使用的矿泉水瓶的材料多为聚对苯二甲酸乙二醇酯（简称PET或PETP），其性能与特征如下：PET未干燥前呈透明状态，干燥后为乳白色，密度为1.30-1.38g/cm3，无定形玻璃态，温度为69℃，熔点为250-265℃，制品长期使用温度为120℃，吸水率低（约为0.13%），制品成型收缩率大（约为0.7%-1%），燃点高（着火点为480℃）；制品在热塑性制品中最强韧，而且在较宽的温度范围内有较好的物理力学性能，其薄膜的拉伸强度与铝膜相当，是PE膜的9倍，但撕裂强度不如PE 膜；透明率90%；电绝缘性能优良，在高温高频下，电性能仍然较好；耐化学性良好，在较高温度下也能耐高浓度的氢氟酸、磷酸和醋酸等，不耐碱，在热水中煮沸易水解。

PET树脂的性能参数见表2-2

表2-2 PET树脂的性能表

项目结晶型无定

形型

项目结晶型

无定形

型

密度/（g/cm3） 1.33-1.38 1.2硬度M83R108

拉升强度/MPa75 50 熔融温度(T)/℃250-255

冲击强度（缺口）/

（KJ/M2）

4 5 吸水率（%）0.08 0.2

断裂伸长率（%）50 200 成型收缩率（%） 1.5-2.0 0.2

2.2设计软件介绍

本课题设计矿泉水瓶坯注塑模，主要采用solidworks2010软件进行三维的造型设计，平面图的绘制主要通过autocad2007软件进行绘制。

3产品工艺分析

3.1塑件工艺性分析

图3-1塑件图

该塑件为日常生活中常用的矿泉水瓶吹塑之前的瓶坯，管状透明，塑件的结构形状如图3-1所示，详细的尺寸也已经在图中标注出。该塑件是一个规则的圆形壳体，最大高度达到110mm ，壁厚薄处为2.5mm ，厚处为4mm 。

3.2确定注塑成型工艺

鉴于PET 有以下三个特性：1．具有优良力学性能及化学性能，注射成型可以耐磨。薄膜可用于吹塑成型，透明度高。2．PET 塑料极易吸水，含水PET 塑料在高温下极易水解。当温度超过300℃时，PET 便会发生热分解。 3．PET 注射成型温度范围较窄，故需要采用热流道浇注系统来解决这个问题。所以，在查阅相关文献和资料后，得知PET 的成型条件。

表3-1 PET 成型条件

塑料名称

聚对苯二甲酸乙二酯醇

料筒温度℃

后段

240-260 中段 260-280 缩写 PET 前段 260-270

注射压力（MPa ） 80-120 密度（g/cm 3） 1.30-1.38

保压时间（s ） 20-50 比容（ml/g ） 1 冷却时间（s ） 20-30 收缩率（%）

1.2 注射时间（s ） 0-5 成型周期（s ） 50-90 喷嘴温度 250-260 保压力（MPa ） 30-50 模具温度 80-90

使用注射机类型

螺杆式

4注塑机选择