瓶盖塑料模具设计模具制造工技师论

饮料瓶盖的塑料模具设计及制造

摘要：本文以瓶盖塑料件为研究对象，在分析塑件结构特点基础上，对材料的选择和模具类型的选择做了详细的说明，提出了完善的模具设计方案，阐述了模具结构设计，介绍了模具工作过程，并以图示的方式模拟了模具的脱模过程。关键词：瓶盖、注射模、浇注系统

引言：在设计注塑模具过程中，模具结构尤其脱模结构是否合理，将直接影响模具的使用寿命、塑件的质量和生产效率。如何在保证塑件质量的前提下，使模具结构简单、紧凑，加工制造方便，成为注射模设计中要解决的重要问题。图1为一饮料瓶盖的塑料制品，该塑件属于大批量生产。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定后，塑料模设计对制品质量及产量就具有决定性的影响。首先，模腔形状、尺寸、表面粗糙度、分型面、浇口及排气的选择以及脱模方式的确定等，均对制品尺寸精度和形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表面质量及内在质量等起到十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中塑料模结构的合理性对操作的难易程度具有重要的影响。再次，塑料模对塑件的成本也有相当大的影响，一般制模费用是十分昂贵的，尤其是大型塑料模具更是如此。

我国塑料模的发展极其迅速。30年已走过国外90年的历程，现已具有相当规模。塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAM技术、CAE技术、CAPP 技术，已有相应的开发应用。我国在塑料模设计技术和制造技术上及发达国家也有相当的差距，专用模具钢品种少，规格不全，质量不稳定，且供应渠道不畅，是约制我国模具行业快速发展障碍。当前我国作为一个经济快速发展的国家，模具技术发展已是刻不容缓。

1．瓶盖塑件结构及工艺分析

1．1 瓶盖成型结构分析。

图1所示塑件为某饮料瓶瓶盖，材料为PE( 聚乙烯)—高压聚乙烯LDPE 。除螺纹处较厚外，瓶盖为壁厚为2mm的塑料制件，其余部位厚度则均匀一致。瓶盖外形结构为圆形，中间有抽芯结构。瓶盖内侧有凸起1mm半圆形的螺纹，内侧用圆弧过度，可以起到减少零件应力集中的效果。

图1 瓶盖零件图

1．2 瓶盖塑件材质及外观分析。

瓶盖属于外观产品，对外观要求较严格：①外观光泽；②材质为：聚乙烯（PE）—高压聚乙烯LDPE。塑件精度：按GB/T14486-1993，MT6级精度，查表未注公差的尺寸允许偏差为±074。收缩率：1.5%，无毒，价廉，加工方便，吸水性小，可不用干燥，流动性好等。吸湿性小，可能发生熔融破裂，模温不宜太高(80℃~90℃) ，冷却速度快，所以浇注系统及冷却系统应散热缓慢；其成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强，注射时应严格控制成型温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件不光泽，且易产生熔接不良、流痕；模具温度高于90℃以上时易发生翘曲、变形；要求塑件壁厚均匀，应避免缺口、尖角，防止成型时应力集中。模具应设计有足够的排气。

1．3 聚乙烯（PE）—高压聚乙烯LDPE料的特性和应用

聚乙烯（PE）按聚合时所采用压力的不同，可分为高压聚乙烯LDPE和低压聚乙烯HDPE。聚乙烯收缩率通常取2%，它是世界上产量取大的塑料。PE料的特点是软性，无毒，价廉，加工方便，吸水性小，可不用干燥，流动性好等。但其制件成型收缩率大，易产生收缩凹陷和变形。LDPE模温尽量前后一致，冷却水道离型腔不要太近，用PE料的塑件可强行脱模。

1．4 塑件及浇注系统质量计算

（1）塑件重量计算：塑件外形尺寸见插图1, LDPE的密度在0.91～

0.925g/㎝3之间；收缩率在1.5%～4%之间。

m1＝13.55cm3×0.9g/cm3＝12.2g

m2＝3.14×52×82÷1000×0.91＝5.8g

（3）注射模汪射一次塑料的重量为(一模1件计)： M ＝1×m1+m2=1×12.2+5.8＝18 g 2．塑件工艺分析

模具型腔的数理通常是客户或产品工程部根据产品的批量、塑料制品的精度、塑料制品的大小、用料以及颜色来确定的。但在设计过程中还须考虑到成型工艺、成型设备以及模具的制作等其他因素，确定合理的型腔数量。

注射模具每一次注射循环所能成型的塑件个数是由模具型腔的数目所决定的。表1列出单型腔模具和多型腔模具的优缺点及适用范围。

为了使模具及注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑精度，模具设计应合理确定型腔数量。

2．1 按注射机的最大注射量确定型腔数量n

（单件塑料制品总重+浇注系统凝料）≤注射机额定注射量×80% n ≤（0.8Vg-Vj ）/Vn 或 n ≤（0.8Mg-Mj ）/Mn 式中：

Vg （Mg ）---- 注射机最大注射量，cm 3或g ； Vj （Mj ）---- 浇注系统凝料量，cm 3或g ； Vn （Mz ）---- 单个塑件的容积或质量，cm 3或g 。 设n = 1 则得

112.2 5.8

22.50.8

0.8

z j

g m m m +⨯+=

=

=g 从计算结果，并根据塑料注射机技术规格，选用XS —ZY —125型注射机（螺

杆式注射机）。

根据塑件精度，由于生产条件和装备，故采用单型腔即n = 1。

生产批量，试制或小批量生产宜取单腔，大批大量生产宜取多腔，该塑件为试制产品，故宜采用单腔。当限定在某一设备上成型时（可根据工厂现有设备），则可根据塑件的体积和重量来确定型腔数，例如本塑件注射成型时，首先明确在125g 注射机上成型，则利用式4-5（模具结构设计.机械工业出版社）,计算型腔数。得

0.80.8125 5.8

7.7212.2

g j

z

m m n g g m -⨯-=

=

=

则取一模一腔。

2．2 校核注射机有关工艺参数

2．2．1注射量的校核 由前面计算得塑件重量为12.2g ， 浇注系统重量为5.8g ，则每次注射量为(按一模一腔)

M ＝1×m1+m2=1×12.2g+5.8g ＝18 g

注射机的最大注射量192g ×0.8 = 153.6g ＞18 g,能满足要求。 2．2．2锁模力及注射压力的校核 锁模力可按式4-9（模具结构设计.机械工业出版社）校核。

()m z j F P nA A ≥+

式中：F — 注射机额定锁模力，XS —YZ —125型注射机900kN 。 A Z — 塑件在分型面上的投影面积（㎝2）

A j — 浇注系统在分型面上的投影面积（㎝2），点浇口取 A j =0 P m — 注射压力查表4-11（塑料成型加工及模具.化学工业出版社）知P m = 100～120ＭPa ，取P m =100ＭPa ；投影面积计算：

22223.14353846.538.465Az r mm cm π==⨯==

代入式4-9

()10038.4653846.5m z j P nA A kN kN +=⨯=

由于F = 900kN 故满足()m z j F P nA A ≥+，同时XS —YZ —125的额定注射压力为150ＭPa 故也能满足 聚乙烯 PE 塑料成型的注射压力的要求。

2．2．3模具厚度H 及注射机闭合高度的校核min max H H H << 式中 H min — 注射机允许最小模厚（200㎜）

H max — 注射机允许最小模厚（300㎜）

则设计模具的闭合高度为H = 285．5㎜ 因为200285.5300<<；所以能满足要求。