牙膏瓶盖注塑模具设计

1、大连理工大学本科毕业设计牙膏瓶盖注塑模具设计Design of the injection mold for the cover of a toothpaste bottle学 院（系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连理工大学Dalian University of Technology摘 要进入21世纪以来，我国在模具行业发展迅猛。模具行业为推动我国的经济生活各领域的发展做出巨大贡献。随着我国进入“十二五”快速发展时期，在机械、汽车、家电、电子信息和建筑建材等领域对塑料模具的强烈市场需求

2、推动下，塑料模具的发展前景一片光明。其中复杂、高精度、多功能复合型模具成为未来模具行业发展的重点。我国从改革开放开始，对国外先进技术的消化吸收，特别是计算机技术在整个制造领域的成功应用更是大大地推动了模具行业的飞速发展。近年来我国在模具行业取得长足进步，新材料、新工艺、先进加工设备不断出现。模具零件的标准化、专业化和商品化已达到较高的水平。本文设计的内容是牙膏瓶盖注塑模具。塑件的材料为聚乙烯（PE）。根据牙膏盖的结构形状特点以及现有的注塑成型工艺，采用齿轮齿条脱螺纹机构，设计了高效的旋转自动脱螺纹注塑模具。脱螺纹机构有圆柱直齿轮、齿条、直齿锥齿轮、螺纹型芯组成。为实现塑件的快速成型、脱模，采用

3、点浇口的浇注方式以及二次分型的三板式模具结构。本文对注塑模具进行简要介绍，对于自动脱螺纹的过程以及原理进行了阐述。对齿轮齿条脱螺纹传动系统进行了设计与计算，对注塑模具中的主要零件进行了设计计算，并在设计过程中着重考虑了生产实际中的经济性和合理性。关键词：注塑模具；内螺纹；点浇口；齿轮齿条机构 Design of the injection mold for the cover of a toothpaste bottleAbstract In the 21st century, the mold industry of China has rapid development. Mold ind

4、ustry contributes greatly to promote Chinas economic development in all areas of life. As China into the second Five-Year period of rapid development in machinery, automobile, home appliances, electronic information and the field of building materials such as plastic mold, are driven by strong marke

5、t demand, and these give plastic mold industry bright prospects. The future development of the industry focuses on the complex, high precision, multi-functional composite mold. The reform and opening up of China for digestion and absorption of foreign advanced technology, especially in the field of

6、computer technology in the successful application of the entire manufacturing has greatly promoted the rapid development of the mold industry. In recent years, China has made great progress in the mold industry, new materials, new technology and advanced processing equipment. Mold parts standardizat

7、ion, specialization and commercialization have reached a higher level.The content of this paper is to design the injection mold for a toothpaste cap. The material is polyethylene plastic (PE). According to the shape characteristics of toothpaste cap structure and the existing injection molding proce

8、ss, the use of gear and rack as the screw-separating mechanism, this paper designs an efficient spin injection mold with auto-off thread. Unscrewing institutions include spur gears, the rack, straight bevel gears and the screw core. To achieve rapid forming of plastic parts and mold opening, a point

9、 gate and secondary mold opening structure of three-plate molds are used. This paper briefly describes the injection mold, the auto-off thread process and principles of mold design. Unscrewing of the gear and rack driving system for the mold design and the main parts of the plastic injection mold ar

10、e calculated, and the actual production of economic rationality is also considered in the design process.Key Words：Injection mold；Internal thread；Point gate；Gear rack mechanism目 录摘 要IAbstractII引 言11 塑料模具及塑料模具行业31.1 塑料模具简介31.2 塑料模具行业的现状及发展方向32 注塑成型工艺与设备72.1 注塑模的组成及各部分作用72.2 注塑成型过程72.3 注塑机93 模具分析与设计11

11、3.1 设计任务要求113.2 塑件介绍及塑件材料123.2.1 塑件介绍123.2.2 塑件材料分析介绍123.3 分型面选择133.4 型腔布置方案143.5 注塑机的选择153.6 浇注系统的设计153.6.1 主流道的设计163.6.2 定位环的设计173.6.3 分流道设计183.6.4 浇口的设计183.7 导向机构的设计193.8 脱螺纹机构设计203.8.1 脱螺纹机构种类203.8.2 旋转自动脱螺纹机构203.9 浇注冷却系统的设计223.10 模架的选择234 模具零件的设计计算244.1 齿轮齿条传动系统的设计计算244.2 定模板尺寸的设计计算254.3 动模板的尺寸

12、的设计计算274.4 流动比的校核284.5 注塑机的校核284.6 成型零件工作尺寸的确定295 经济性分析32结 论33参 考 文 献34致 谢35引 言本次毕业设计的题目是牙膏盖注塑模具的设计，设计中的注塑产品（牙膏盖）与实际生活息息相关。设计中关于内螺纹自动脱模的设计内容是注塑模具设计中的经典问题。此次毕业设计的设计要求和设计参数如下：一设计要求：（1） 塑件产品图1张，模具总体结构装配图1张，模具动作原理展开图1张；（2） 模具主要零件图68张；（3） 总体图量不少于4张零号图，全部设计图纸用CAD完成；（4） 外文资料翻译2万英文字符以上；（5） 模具设计计算说明书一份。二设计参数

13、：（1） 型腔数量：4；（2） 模具寿命：30万次；（3） 塑件材料：PE。对于带螺纹的塑件，脱螺纹的方式以及脱螺纹机构的设计是其整个模具设计过程中的重点。设计之初，在完成塑件产品图的绘制之后，查阅相关书籍及设计手册后发现对于脱螺纹的方式较多，有手动脱螺纹、拼块脱螺纹、强制脱螺纹以及旋转自动脱螺纹等方式。其中手动脱模机构结构简单但是需人工操作，劳动强度大，生产率低。拼块式脱螺纹机构主要应用于较大直径、分段螺纹的塑件而且对拼块以及型芯加工要求较高。强制脱螺纹需满足强制脱模的条件且强制脱模容易损伤塑件型腔。旋转自动脱螺纹机构应用于大多数带螺纹的盖类塑件，相比以上的脱螺纹机构它的特点是注射周期短，生

14、产效率高，可实现注射成型自动化生产 1。其脱螺纹原理是螺纹塑件一边旋转一边轴向移动离开型腔或型芯，或者是螺纹型芯一边旋转一边轴向移动脱离塑件。且在脱螺纹过程中塑件相对于型芯不能转动，所以塑件必须有止转结构。根据此次毕业设计所做牙膏盖的内螺纹的结构参数以及塑件的结构特点：有内螺纹，牙膏盖外侧有起止转作用的直纹并且止转直纹的长度大于牙膏盖内螺纹长度。所以此塑件的脱螺纹的方式采用旋转自动脱螺纹较为合适。确定下脱螺纹方式，接下来的问题就是采取何种旋转机构。由上述脱螺纹原理我们知道脱螺纹动作的实质就是把模具动模部分和定模部分之间相对的直线运动转换为螺纹型芯或者塑件的旋转运动，从而实现螺纹塑件的脱模。由此

15、本人想到齿轮齿条机构是机械传动把直线运动转换成旋转运动比较常见的传动机构，所以在设计之初就简单设想由齿条的直线移动转换成与之啮合的齿轮的旋转运动，再通过一定传动比的齿轮轮系最后传递到螺纹型芯，使螺纹型芯做旋转运动，并且螺纹型芯是随着动模部分一边移动一边旋转实现脱模。解决好总体脱螺纹思路之后在指导老师的指导下，开始完善齿轮齿条脱螺纹机构的初步设计。查阅过相关书籍文献后，选定了注塑模具行业中比较常用的“齿轮齿条+锥齿轮”的旋转机构方案。初步选定利用开模力驱动，将齿条导柱通过镶块与定模板固定在一起，塑件留在动模一侧随动模部分一起移动。完成齿轮齿条脱螺纹机构的大体结构设计后开始浇注系统的设计、型腔的布

16、置方案以及分型面的选择。结合上述浇注系统的设计、型腔的布置方案以及分型面的选择确定了模具的类型以及模架的初步选择。选择好模架后，根据模架已给的尺寸开始齿轮齿条传动系统的详细设计与计算。 1 塑料模具及塑料模具行业1.1 塑料模具简介塑料模具是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种以及成型方法的不同，塑料模具主要分为以下几大类 2-4：（1） 塑料注塑模具：主要用来成型热固性塑料。注塑模具由于其成型效率高，易于成型形状复杂的制品，并且容易在工业中实现自动化生产。因此在塑料工业中注塑模具发展较为迅速，目前在我国日益发展壮大，技术水平也得到了极大地提高和

17、发展 5-7。注塑模具的结构及基本零件： 成型零件，包括凹模、凸模、各种成型芯。 支承固定零件，包括模底座、固定板、支承板、垫块等。用于固定模具或支承压力。 导向零件，包括导柱和导套。用于确定模具或推出机构运动的相对位置。 抽芯零件，包括斜销、滑块等。在开模过程中用于抽出活动型芯或镶块，使塑件脱模。 推出零件，包括推杆、推管、推块、推件板、推板、推板固定板等。用于使塑件脱模。（2） 塑料压塑模具：主要用来成型热固性塑料。包括压缩成型模具和压注成型模具。（3） 塑料挤出模具：主要用来成型生产连续形状的塑料产品。（4） 塑料吹塑模具：主要用来成型塑料容器类中空制品。（5） 塑料吸塑模具：主要用来生

18、产一些日用品、食品类包装制品。（6） 高发泡聚苯乙烯成型模具：主要用来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料。1.2 塑料模具行业的现状及发展方向模具工业生产的基础工艺装备。模具是现代，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。所以模具行业在整个工业领域重要性不言。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力8-11。（1） 我国塑料模具行业的现状 80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅

19、速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等

20、要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02mm0.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地

21、在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%80%相比，差距较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Emg

22、ineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CA

23、E软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SM、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%80%相比，仍有差距。 长期以来，中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方，模具生

24、产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。其中长三角和珠三角个别企业的产品己达到相当高的水平，个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，这些企业的模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。同样在生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。 企业是模具创新的主体。长期以来我国塑模具企业存在着研发能力弱，创新意识薄弱。一方面是由于技术人员比例低、水平不够高，另一方面是由于科研开发投入少，更重要的是观念落后，对开发不够重视。使得我国大多数塑料模具企业长期处在中低档模塑制品加工链下游，难

25、以实现高附加值的企业利润。 一切竞争都可归结于人才的竞争。由于我国现行体制和教育培养体系问题。高质量模具研发人才缺口问题的解决尚待时日。在社会主义市场经济中，在经济全球化的过程中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户，需单件生产的行业，许多企业目前的体制和经营机制仍旧很难适应多变的市场。人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展。虽然各地都在努力解决这两个问题，但要得到较好解决尚待时日。（2） 我国塑料模具工业和今后的主要发展方向。 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 在塑料模设

26、计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的

27、原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准

28、件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。 应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 随着科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，

29、因而产生了新世纪产业需求的微机电系统技术。许多新兴制造技术随之产生，包括光刻，电铸及脱模技术(LIGA)、紫外光蚀刻技术(UV)、放电加工(EDM)、微注射成型、精密磨削和精密切削等。其中，微注射成型技术以容易实现低成本大规模生产具有精密微细结构零件的优点成为世界制造技术的研究热点之一。因此我国必须在现有的基础上加强对微注塑成型领域的理论及技术研究。2 注塑成型工艺与设备2.1 注塑模的组成及各部分作用（1） 塑件成型零件：赋予成型材料形状和尺寸的零件。通常由型芯、型腔以及其他辅助零件等。（2） 浇注系统：将熔融塑料从注射机喷嘴引向流入闭合的模腔，一般由主流道、分流道、浇口、冷井以及钩料杆等。

30、（3） 合模导向与定位零件：保证模具各结构件相互的移动精度，通常有导柱和导套以及定位环、锥面定位元件等。（4） 脱模机构：将塑件从模具中平稳可靠地脱出来的机构装置，称之为脱模机构或推出机构。脱模机构一般情况下设在动模一侧，主要有推杆、推杆固定板以及推杆电板等零件组成。（5） 复位机构：模具完成塑件推出动作后，需要将动、定模闭合以便完成下一次的注塑。合模时为避免推杆损伤型腔表面，一般采用复位杆带动推杆回到原先位置。（6） 温度调节系统：为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具应设有温度调节系统对模具温度进行调节。温度调节系统主要由加热和冷却系统组成。一般热塑性塑料成型时需要冷却，热固性塑料成型时需

31、要加热。（7） 排气系统：塑料熔体注入模具型腔时，会使型腔填充不满或因气体在高压力作用下快，快速升温而使塑件局部烧伤。所以在模具中应开有排气槽以保证气体迅速彻底排出模腔。（8） 侧向分型抽芯机构：当塑件侧向有凸凹及孔时，在塑件被顶出之前，需要先抽拔出侧向的型芯（或镶块），才能使塑件顺利实现脱模。（9） 模架：模具中各模板和导柱、导套以及复位杆、推杆等，通过螺钉连接组合成一起的装配体称之为模架。模架是实现模具基本功能的基础零件，模架的尺寸规格已实现系列化、标准化、商品化。在设计模具时可直接选用模架。2.2 注塑成型过程注塑成型是热塑性塑料的主要方法。它的注塑成型过程归纳起来是塑化、注射和模塑三个

32、过程。其注射工艺流程如图2.1所示。（1） 塑化过程：塑料在机筒内经过加热达到流动状态，经过螺杆旋转或者柱塞的推挤，达到组分均匀并具有良好可塑性的过程，即塑化过程是注塑过程的准备过程。图2.1 塑料注射成型工艺流程方框图（2） 注射过程：塑料在喷嘴的注射压力下由料筒克服一系列的流动阻力和运动阻力注射进入模腔的过程。一般喷嘴的注射压力常在80120MPa之间。（3） 模塑过程：从塑料熔体注射进入模具开始，经过模腔注满熔体冷却固化定型，一直到塑件制品从模腔内脱出的这一过程。模塑过程大体可以分为三个阶段。 冲模阶段：从柱塞或螺杆开始向前推动融料起直至塑料充满模腔时为止。在此过程中注射压力起决定作用。

33、 保压阶段：熔料充满模腔后，由于塑料熔体在模腔内受到冷却而发生收缩但因模腔内的塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压之下，料筒内的熔料必须向模腔内继续填充，才能补足因收缩而留出的空间。 固化阶段：在冷却系统和模体温度的作用下，塑件逐渐固化成型，开模后顶出。2.3 注塑机注塑机是塑料（主要是热塑性塑料）注射成型时所使用的主要设备。其结构主要是由注射装置、脱模装置、锁模装置、模板机架等部分所组成。注射成型时，将成型模具安装注塑机的动模固定板和定模固定板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒中被加热而呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入模具型腔之中，塑料件冷却固化后由锁模装置开模，并由推出装置将塑件推出。根据注

34、塑机的工作过程，一般可以将注塑机分为以下几个部分：（1） 注射装置：注射装置的主要作用是使固态的塑料颗粒均匀地塑化而呈熔融状态，并以足够的压力和速度将塑料熔体注入闭合的模具型腔中。注射装置包括料斗、料筒、加热器、计量装置、螺杆（柱塞式注塑机为柱塞和分流梭）、喷嘴及其驱动系统。（2） 锁模装置：锁模装置的功能有三点：第一是实现成型模具的开、合动作；第二是在成型过程中提供足够的夹紧力使模具锁紧；第三是开模时能够推出模具型腔中的塑料件。锁模机构可以是机械式的，也可以是液压式的，或者是液压与机械联合作用式的。推出机构也有机械推出式式和液压推出式两种。（3） 液压传动和电气控制：液压传动系统和电气控制系

35、统是保证注塑机注塑成型按照预定的工艺要求（压力、速度、温度和时间）和动作程序准确进行而设置的。液压传动系统是注塑机的动力系统，而电气控制系统则是控制各个动力液压缸完成开启、闭合及注射、推出与前进、后退等动作的系统。随着塑料工业飞跃的发展，注塑机的发展也快。类型不断增加，注塑机的分类方法较多，通常以下两种分类方法较为普遍。（1） 按塑化方式和注射方式，可分为以下两种。 柱塞式注塑机：通过柱塞在料筒内作反复运动，将塑料熔体注入模具型腔之中。塑料在料筒内的塑化主要依靠料筒外的加热器提供的热量使其塑化成黏流状态。由于塑料的导热性差，若料筒内塑料层过厚，则会导致塑料内外层塑化不均匀。因此，柱塞式注塑机的

36、注射量不宜过大，一般为3060g,而且不宜用来成型流动性差、热敏性强的塑料件。 螺杆式注塑机：通过螺杆在料筒内旋转，将料斗中的塑料卷入，并逐步将其塑化、排气、压实，不断地将塑料熔体推向料筒前端，积存在料筒顶部和喷嘴之间，螺杆本身受到熔体的反作用力而后退。当积存的熔体达到预定的注射量时，螺杆停止转动，并在液压油缸的驱动下向前移动，将熔体注入模具型腔。在螺杆式注塑机中螺杆的作用是送料、塑化、传递压力和压实物料。（2） 按外形特征分类可分为三类。 立式注塑机：立式注塑机的注射装置和定模固定板设置在设备的上部，而锁模装置、动模固定板、推出机构均设置在设备的下部。立式注塑机的优点是设备占地面积小，模具装

37、拆方便，安装嵌件和活动型芯方便可靠。其缺点是不易进行自动化操作，只适用于小注射量场合，注射量一般为1060g。 卧式注塑机：卧式注塑机的注射装置和定模固定板在设备的右侧，而锁模装置、动模固定板、推出机构等均设置在左侧。卧式注塑机的优点是机体较矮，易于操作，塑料件退出后能自动落下，便于实现自动化操作。其缺点是设备占地面积大，模具装卸比较麻烦。 直角式注塑机：此注塑机的注射装置为立式布置、锁模、定顶出机构以及动模固定板、定模固定板均按卧式排列，两者互为直角。直角式注塑机适用于中心部分不允许有浇口痕迹的塑料制品，其缺点是加料比较困难，嵌件或活动型芯安放不便，只适用于小注射量的场合，注射量一般为204

38、5g。立式注塑机和直角式注塑机的结构为柱塞式，而卧式注塑机的结构多为螺杆式。随着注塑机的成型范围的扩大，近年来出现了许多新型注塑机，如玻璃纤维增强塑料注塑机、发泡注塑机、热固性注塑机等。3 模具分析与设计3.1 设计任务要求（1） 塑件名称：牙膏盖（2） 塑件材料：PE（3） 型腔设置：一模四腔（4） 模具寿命：30万次（5） 尺寸要求：参见产品塑件图，单位mm个人工作重点：旋转自动脱螺纹机构设计分析，浇注系统设计分析，模具冷却系统设计分析。图3.1 塑件产品图3.2 塑件介绍及塑件材料3.2.1 塑件介绍所设计的产品为牙膏盖。零件尺寸较小，形状较规则。牙膏盖内部有连续的内螺纹，外侧有起止转作

39、用以及增大摩擦力的的直纹。由于塑件产品直接与手接触，要求塑件表面光滑、无明显毛刺。此外，牙膏盖内部的内螺纹需要经常与牙膏管头部的外螺纹配合使用，故对内螺纹的尺寸，形状有较高的精度要求。3.2.2 塑件材料分析介绍PE的化学名称为聚乙烯。聚乙烯是由乙烯聚合而成的属于烯烃累聚合物，是塑料工业中产量最大的塑料。聚乙烯无毒，无味，呈乳白色，密度为0.910.96。聚乙烯具有优良的绝缘性、耐化学腐蚀性及耐低温性能，此外还有很高的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。这种塑料很容易加工成各种形状（管、桶、袋、盆等）的塑料制件，已广泛应用于电器工业、化学工业、食品工业、机械制造工业、农业等各个方面。按照聚合

40、压力的高低来分，聚乙烯有低压聚乙烯、中压聚乙烯和高压聚乙烯。高压聚乙烯因密度和结晶度较低，质地柔软、透明性好，广泛用于制薄膜和日用品。又称之为低密度聚乙烯。而低压聚乙烯和中压聚乙烯由于密度和结晶度较高，所以刚性大大带，机械强度高，适于制作各种工业配件。又称之为高密度聚乙烯。（1）聚乙烯（PE）的成型特性： 结晶料、吸湿性小。 流动性极好，溢边值允许范围为0.0250.04mm左右，防止出飞边。 可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。 加热时间长则发生分解，烧伤。 冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模具应用冷却系统。 收缩率范围大，收缩值大、方向性明显，易变形，翘曲，结晶度及模具冷

41、却条件对收缩率影响大，应控制开模温度，保持冷却均匀、稳定。 宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分。 不宜用直接浇口，易增大内应力，或产生收缩不均匀，方向性明显增大变形，应注意选择进料口位置，防止产生缩孔、变形。 质软易脱模，塑料件有浅的侧凹槽时可强行脱模。（2）聚乙烯（PE）成型条件 注塑机类型：柱塞式、螺杆式均可。 计算收缩率：1.53.0。 模具温度：3555。 注塑压力：60100MPa 。 预热温度：7080。 预热时间：12h。 注射时间：1560s。 冷却时间：1560s。3.3 分型面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

42、脱模和模具的制造工艺有关，直接影响着成型塑件的质量以及注塑成型的效率。因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个重要环节。注塑模具分型面的选择，一般应考虑以下各项基本原则：（1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出，这是最基本的选择原则。（2） 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模。由于注塑机的顶出装置在动模一侧，所以分型面的选择应尽可能使塑件留在动模一侧，这样有助于在动模部分设置推出机构。（3） 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量。对于同轴度要求较高的塑件，选择分型面时尽量把有同轴度要求的部分放置在模具的同一侧。（4） 分型面的选择应有利于模具的加工。通常在模具设

43、计中，选择平直分型面居多。但是要依据实际情况而定。（5） 分型面的选择应有利于排气。分型面的选择与浇注系统的设计时应同时考虑，为了使型腔有良好的排气条件，分型面尽量设置在塑料熔体流动方向的末端。结合本次设计的零件，由于零件尺寸较小，结构对称，形状较为规则。初步拟定选择双分型面结构。根据最大轮廓原则，选择牙膏盖塑件最大轮廓处作为分型面，如图3.2所示。此外零件本身结构带有内螺纹、外侧直纹，故成型必须用到螺纹型芯和定模镶块，结合已初步选定的齿轮齿条脱螺纹机构，因此选择水平分型面才能顺利实现预想的塑件的脱模和型芯的脱螺纹动作。图3.2 分型面主视图3.4 型腔布置方案本模具设计为提高成型效率采用的是

44、一模四腔。考虑到采用的齿轮齿条脱螺纹机构以及平衡式浇注系统。型腔布局应为圆周形，在主流道周围呈行星式均布，如图3.3所示。图3.3 型腔布局3.5 注塑机的选择在模具设计时，必须根据塑件的具体情况，选择合适的注塑机。注塑机选择主要包括以下两方面的内容：（1）确定注射机的型号，使塑料，塑件，注射模及注射工艺等所要求的注射规格参数在所选注射机的规格参数可调的范围内；（2）调整注射机的技术参数至所需要的参数。根据塑料的类型，塑件的结构和注射模的大小，成型方法，生产批量以及现有设备及注射工艺进行注射机的选择。注射机规格的初选是根据以往的经验和注射模的大小。先预选注射机的型号，之后要进行校核。注塑机初选

45、：根据经验公式： （3-1）其中，是指注塑机的公称注射质量（g）；是指注塑机最大注射量的利用系数；是指塑件的质量（g）；是指浇注系统的废料质量。由于浇注系统的废料质量无法确定，所以先用塑件的注射容量进行估算，计算如下：塑件的注射容量即塑件的体积： 967.35 mm3此模具为一模四腔，所以有 考虑到理论注射容量为实际的75%，故实际注射容量为，根据相关参数选择XS-ZY-125型号的注塑机，其中，X：成型；S：塑料；Z：注射；Y：螺杆式；125：最大注射量125。3.6 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从接触注塑机喷嘴处开始，到其型腔为止的塑料熔体的流动通道。浇注系统分为普通浇注系统和无流道凝

46、料浇注系统两类。浇注系统设计是否合理，对于塑件的性能、表观质量以及成型的工艺性能影响很大。（1）普通浇注系统普通浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口（进料口）以及冷料穴四个部分组成。（2）普通浇注系统的设计原则： 适应塑件注射成型的工艺特性； 有利于型腔内气体的排出； 尽量减少塑料熔体的热量损失和压力损失； 避免塑料熔体直接冲击细小型芯或嵌件； 浇注系统应结合型腔的布局同时考虑流动距离和流动面积的校核。3.6.1 主流道的设计主流道的截面为原形，整体形状为内圆锥形，锥度为。主要是为了便于浇注凝料从主流道中取出。对于粘度较大的塑料熔体可以将锥度增大到。主流道的锥孔内壁必须光滑，其表面粗糙度应低于

47、。为了与注塑机浇注喷嘴相吻合，主流道的始端设计为一凹形球面状，球面半径R要根据所选用注塑机的喷嘴球面半径来确定。一般球面凹坑的半径要比喷嘴的球面半径要略大，才能保证熔融塑料从喷嘴完全进入流道而不溢出，同样主流道圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴的内孔直径。此球面凹坑的深度一般取35mm。由于主流道要与高温塑料熔体和喷嘴反复的地接触与碰撞，所以模具的主流道通常设计成可以拆卸与更换的衬套结构，故又称主流道衬套为浇口套。在模具零件的标准化中，已将浇口套（主流道衬套）作为标准零件。浇口套一般采用T8A或T10A材料，热处理硬度为5055 HRC。图3.4为本次注塑模具设计的浇口套。此浇口套是通过两个M5的小

48、螺钉固定在定模固定板上。采用的材料为40Cr。在开模过程中，因浇口套和脱流道板有相对位移滑动。浇口套与脱流道板孔的配合尺寸为H7/g6。图3.4 浇口套3.6.2 定位环的设计 定位环是模具体与注塑机定位装置，它保证浇口套与注塑机喷嘴对中定位。对于小型注塑模具来说，可直接利用浇口套的台肩作为模具的定位环；对于大中型模具，常常将模具定位环与浇口套分开设计。 本次毕业设计，因模具型腔布置的特点以及为了压紧拉料杆。设计了如图3.5所示的定位环。其中定位环的外径是与注塑机定位孔成间隙配合。图3.5 定位环3.6.3 分流道设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道的作用是改变

49、熔体的流向，使其平稳均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量塑料熔体在流动过程中的热量损失和压力损失。 分流道的截面形状常有的有圆形、半圆形、梯形和矩形等。 分流道横截面积越大，注射过程中压力损失越小；分流道的内表面积越小，热量损失也就越小。所以可以根据分流道横截面积和表面积的比值来表征流道效率。效率越高说明压力、热量损失越小，分流道设计的越合理。表3.1比较了不同流道截面形状的综合特征。表3.1 不同截面形状综合特征比较截面形状流道效率热量损失流动阻力加工性能选用情况圆形0.25D小小较难常用梯形0.195D较小较小易最常用半圆0.153D较小小易较常用矩形大大易不常用 根据上表中各截面形状的

50、综合特征，考虑到加工性能的难易，选用最为常用的梯形截面分流道。 梯形截面分流道的尺寸可按下面经验公式确定 （3-2） （3-3）上式中b为梯形最大底边宽度（mm），m为塑件的质量（g），L为分流道的长度（mm），h为梯形的高度（mm）。3.6.4 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否被完好地高质量注射成型。 模具设计中常用的浇口有直接浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口、点浇口、潜伏浇口等。本次设计采用的是点浇口。点浇口是一种截面尺寸很小的浇口，由于点浇口前后两端存在较大的压力差，导致熔体流动性增加，有利于型腔的填充。此外，

51、采用点浇口进料的浇注系统，在定模部分必须增加一个分型面，用于取出浇注系统的凝料。3.7 导向机构的设计 导向机构的作用： （1） 导向作用：模具在合模过程中，首先是导向零件的接触，引导动模部分和定模部分准确地闭合，避免型芯在先进入型腔过程中造成模具相关成型零件的损坏。 （2） 定位作用：模具闭合之后，导向机构还同时保证动模部分和定模部分进行正确的定位，也就是保证各分型面两侧型腔的形状和尺寸的准确。 （3） 增加模具相关零件的刚度：由于导向装置在模具工作的过程中，承受了一定的侧向压力，或者是由于成型设备精度的下降的影响，也会使导柱承受一定的侧向压力。 导柱导向机构是比较常用的一种导向机构，其主要

52、零件是导柱和导套。 导柱导向机构的设计要求有以下几点：（1） 导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度。（2） 为了使导柱顺利地进入导向孔，导柱的端面应制成锥形或半球形的先导部分。（3） 导柱的长度必须比凸模端面高出68mm，避免导柱未导准方向而型芯先进入型腔与其可能相碰而损坏。本次设计采用的是mm的导柱，固定在在定模一侧。数量是4个，均布在模具四周。具体结构形式如图3.6所示。图3.6 导柱导向机构3.8 脱螺纹机构设计 对于带螺纹的塑件，因其形状有特殊要求，其模具结构与一般的模具结构不同。模具的脱螺纹机构的设计是整个模具设计中的重点。通常塑件上的内

53、螺纹由螺纹型芯来成型，而其外螺纹则由螺纹型环来成型。3.8.1 脱螺纹机构种类 （1）手动脱螺纹机构：结构简单，但必须手工操作，劳动强度大，效率低。 （2）拼块式脱螺纹机构：将螺纹成型零件做成瓣合式。利用类似侧抽芯的方式脱模。要求拼块对合面接触严密、定位准确、螺纹不错口、无飞边。 （3）强制脱螺纹机构：当螺纹的高度和结构符合强制脱模的条件时，可采用简捷实用的强制脱螺纹方式。 （4）旋转自动脱螺纹机构：利用塑件和螺纹型芯或螺纹型环之间在相对转动的过程的相对轴向移动来实现自动脱螺纹。 本次设计采用的是旋转自动脱螺纹机构。3.8.2 旋转自动脱螺纹机构 这种机构是使模具的螺纹成型零件相对于塑件旋转并

54、做轴向移动实现脱模。这就要求塑件和螺纹型芯不能同时转动，为防止二者同时转动，塑件上必须有止转结构。通常塑件的止转部位有外侧止转、内侧只转和端面止转三种。 本次设计的塑件起止转作用的结构为塑件外侧止转直条纹。拟采用齿轮齿条脱螺纹机构脱模，将型腔设在定模，螺纹型芯设在动模，并通过齿轮齿条和锥齿轮传动使螺纹型芯旋转运动在塑件外侧直纹的止转作用下，脱出塑件内螺纹。结构如图3.7所示。图3.7 齿轮齿条脱螺纹机构1 浇口套；2 拉料杆；3定模固定板；4脱流道板；5齿条镶块；6齿条；7齿轮轴；8主齿轮；9主动锥齿轮；10螺纹型芯；11动模固定板；12动模垫块；13动模垫板；14动模板；15定模板；16主齿

55、轮轴；17轴承；18定模型腔镶块；19流道镶块 齿条通过镶块和螺钉固定在定模板的一侧，开模时，在塑件包紧力和拉料杆2的阻力作用下，模具首先从AA处分型，如图3.8所示，点浇口被拉断，浇注凝料附着在脱流道板4上。由于定模板15在尼龙套和动模板14的摩擦阻力下会和定模部分一起移动而齿条是固定在定模板上的，所以齿条和齿轮此过程中虽然啮合但是没有相对运动，螺纹型芯不会转动。在开模力的驱动下，动模部分和定模板继续后退，在定距拉杆的作用下，定距螺钉推动脱流道板4，模具从BB处分型，在脱流道板的作用下，浇注凝料脱离模体。与此同时，动模继续后移，此时尼龙套和动模板的摩擦阻力将不再起作用，动、定模分离，齿轮轴7在齿条6上滚动，带动锥齿轮9旋转，通过锥齿轮9与主齿轮轴7上的小锥齿轮的啮合传动，进而带动螺纹型芯10旋转，并与脱螺纹速度相匹配的开模速度，从CC处开模。由于塑件外侧有