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畢業(yè)設計（論文）
題 目 冰露礦泉水瓶蓋螺紋伺服脫模模具設計
學生姓名
專 業(yè)
班 級
指導教師
摘 要
正文重要概述完成冰露礦泉水瓶蓋塑料模具的目標。設計中查閱相關資料，根據我國最新工程（模具）標準以及歐美國家設計標準進行模架的選擇和設計。依據塑件的構造達到制作有關板的結構及增設有關零件。設計完后，利用UG去做三維模具的裝配。選用XS-ZY-60注塑機并校核相關設計數據。使用AUTOCAD軟件繪制模具二維總裝圖，繪制多個零件圖。又因為此螺紋在塑件里面，因此我們要選擇好塑件脫模方式，設計脫模機構的型腔，確定模腔數目的和其他問題。
關鍵詞：模具設計；冰露礦泉水瓶蓋；螺紋抽芯
ABSTRACT
his paper mainly introduces the design of plastic mould for ice Dew Mineral water bottle cap. In the design, consult the relevant information, and select and design the mold base according to the latest engineering (mold) standards of China and the design criterion of the West nations. Adopt the construction of the plastics portion, the structure of the related plate is redesigned and the related parts are increased. After the design, use UG to assemble the 3D mold. Elect xs-zy-60 injection molding machine and examine the related to design information. The 2D general assembly drawing and some parts drawing of the die are completed by AutoCAD software. Because of the screw thread inside the plastic part, it mainly solves the problems such as the selection of demoulding mode, the design of demoulding mechanism, Mold cavity design and cavity number determination
Keywords：Mold design; Ice water bottle cap; Thread core pulling
目 錄
第一章 緒論 1
1.1注塑模具簡介 1
1.2當前國內塑料模具發(fā)展概況及趨勢 1
1.3本文的背景、目的和意義 2
第二章 塑件成型工藝性分析 3
2.1冰露礦泉水瓶蓋的三維圖 3
2.2塑件的工藝性分析 3
2.3材料特性 3
2.3.1PP的性能及成型參數 3
2.4塑件體積和質量 4
第三章 注塑機的確定 5
3.1注射機型號的選擇 5
3.2型腔數量的確定 5
3.3最大注射量的校核 6
3.4鎖模力的校核 6
3.5注射壓力的校核 7
3.6模具與注射機安裝部份的校核 7
3.7開模行程校核 7
第四章 模具結構的設計 8
4.1排位及分型面的設計 8
4.1.1塑件在模具中的排布 8
4.2成型零部件的設計及尺寸的計算 9
4.2.1成型零部件的尺寸計算 9
4.3標準模架的選擇 10
4.4澆注系統(tǒng)的設計 11
4.4.1主流道的設計 11
4.4.2分流道的設計 11
4.4.3澆口的設計 11
4.4.4冷料穴的設計 12
4.5脫模機構的設計 12
4.5.1脫模機構 12
4.5.2推出機構 13
4.5.3 復位機構 13
4.6 冷卻系統(tǒng)的設計 13
4.7 排氣系統(tǒng)的設計 13
第五章 模具的裝配 15
5.1 裝配三維圖 15
5.2裝配二維草圖 15
結束語 17
致 謝 18
參考文獻 19
第一章 緒論
1.1注塑模具簡介
模具作為基礎工藝裝備在工業(yè)上使用很廣。在汽車、電器、電子、通信、家電等行業(yè)中，60%到80%之間的零件主要是模具成形[1]，使用模具生產制件有精度高、復雜性、一致性、生產效率高的特點，比另外一些加工制造方法更有優(yōu)勢[2]。又因為發(fā)展快速的塑料產業(yè)，塑料制品也開始充斥著我們的生活，現在大多用塑料成型的方法。它主要運用在所有熱塑性塑料和一些熱固性塑料，制造的塑料制品數量遠遠比其它成型方法多[3]。作為注塑成型主要使用的工具之一,注塑模具的質量好壞、精準、生產時間和速度在注塑成型的過程中會直接反映在產品的本錢和產品的升級，也在一定程度上能夠展現企業(yè)在市場競爭的反應的能力和速率[4]。
因為注塑模具的特性，使得模具設計另外一些行業(yè)有很大不同。注塑模具設計中要想到的一些關鍵因素[5]:
1．塑件的物理性能，塑料品種很多，都有自己的不同，在制作塑件時我們應該揚長避短。
2．塑料的成型工藝性，列如成型收縮率的各向差異、流動性等。塑件的形狀要能夠使熱塑性塑料制品具有有效、平均冷卻的效果。
3．塑件結構要簡化模具結構。
對于一些需要在特定情況使用的制品，我們要考慮到光學性能、耐腐蝕性能等。
1.2當前國內塑料模具發(fā)展概況及趨勢
現在，我們國家的模具制造技術發(fā)展快速，擁有制造巨大、精細、高壽命的模具的能力。在塑料模具的一些方面[6]，可以對汽車的保險杠進行很好的制造。塑料模使用計算機輔助分析(CAE)這種技術去對塑料注塑過程進行冷卻分析、應力分析、流動分析等，因此要選擇合適的尺寸、澆口位置、注塑工藝參數等，來優(yōu)化好模具的設計方案。如果采用CAE技術[7]，我們就可以不需要試模，CAE技術提供了一整套從制品設計到生產的完整方案，在沒進行模具制造加工之前，需要對整個注射成型過程進行模擬分析在電腦上[8]，正確的預估到熔體的保壓、填充、冷卻狀況，讓我們能夠快速發(fā)現問題并解決。這不僅是我們在傳統(tǒng)模具設計方法的重大突破[9]，同時也對減少模具返修報廢、提高制品質量等，有著很大的經濟作用。模具逆向工程技術、快速經濟模具制造技術、三維掃描測量技術和數控模具雕刻機的發(fā)展和應用，對提高模具制造能力也發(fā)揮了巨大作用[10]。因為國際上經濟全球化的趨勢，這為我們發(fā)展模具帶來了機會。
因為計算機技術的快速發(fā)展，制造技術和模具設計和都在向數字化方向升級。尤其是一些在模具成型零件方面的軟件[11]，通過計算機輔助設計，把數據交換到加工制造設備，來完成計算機的輔助制造。
1.3本文的背景、目的和意義
本次畢設課題之所以選擇冰露礦泉水瓶蓋塑料模具設計，是因為該模具對于本科所學知識要求較廣，可以讓我在做畢設時多思考、多研究、多請教,有利于拓展我的知識面，開發(fā)我的創(chuàng)新能力。
由于畢設內容來源是企、事業(yè)單位委托課題，這樣既可以為企業(yè)節(jié)省出成本開發(fā)其他項目，又可以檢驗我的知識的運用，為我以后進入企業(yè)工作積累了工作經驗。從更大的現實意義角度出發(fā)，設計的礦泉水瓶蓋塑料模具中具有大量的典型結構，比如螺紋抽芯機構，廣泛應用于瓶蓋塑料件中；材料選擇PP,他應用廣泛，占有塑料塑件材料的一半。這次設計為之后的相似產品設計作為素材，積累了一定的經驗。
2
第二章 塑件成型工藝性分析
2.1冰露礦泉水瓶蓋的三維圖
本塑件制品是礦泉水瓶蓋，結構不復雜，塑件為空心柱狀，塑件高13mm，厚2mm，外徑30mm。因為瓶蓋在我們的生活中消耗量很大，所以尺寸公差不大，因此適合用來大批量生產，如圖2.1。
圖2.1 冰露礦泉水瓶蓋
2.2塑件的工藝性分析
厚度對質量有大的影響。壁厚如果太小，那么成型時熔融塑料會產生流動阻力，是充模難以成功，尤其是一些大型和形狀復雜的塑件更容易出現。壁厚如果太大，既會過多使用原料，也會使冷卻時間延長，也會造成縮孔、氣泡、翹曲變形等缺陷。塑件的壁厚為2mm，沒超過它的限制。所以塑件滿足成型時的厚度要求。瓶蓋外側通過凹模形狀成型，內部螺紋凸模成型，可以用螺紋抽芯推出。
2.3材料特性
結合現實情況，我們可以選擇塑料聚丙烯（pp）。它有較小的收縮率和好的綜合性能。
2.3.1PP的性能及成型參數
PP的主要性能參數如表2.1。
表2.2 ABS的主要性能參數
PP的主要性能
性能參數
屈服強度/MPa
50
吸水率
0.03-0.04
拉伸強度/MPa
31-39
熱變形溫度/℃
56-67
彎曲強度/GPa
80
硬度
96-105
脆性溫度/℃
-35
斷裂伸長率（%）
200
成型收縮率
1.0-2.0
硬度密度/（g·cm-3）
0.90-0.91
2.4塑件體積和質量
塑件的工作條件對精度要求低，考慮到pp的性能，我們可以選擇精度等級6。用UG可知塑件的體積為2.07 cm，根據=0.9 g/㎝3，質量為1.863g。
第三章 注塑機的確定
3.1注射機型號的選擇
前文提到PP材料進行注射成型時，多用螺桿式注塑機，依據實際情況，綜合考慮，初選XS-ZY-60型號注射機。其主要的性能、技術參數如表3.1。
表3.1 XS-ZY-60注射機主要技術參數
項目
性能參數
噴嘴孔直徑/mm
4
螺桿直徑/mm
38
最大開合模行程/mm
180
注射行程/mm
170
注射壓力/MPa
122
模具最小厚度/mm
70
最大成型面積/cm2
130
注射方式
柱塞式
模具最大厚度/mm
200
鎖模力/kN
500
額定注射量/cm3
60
噴嘴圓弧半徑/mm
12
3.2型腔數量的確定
型腔數量的確定是模具進行模架選擇和整體結構設計首先需要考慮的問題，而型腔數量的確定方式多種多樣。有這里，我們主要根據注塑機的規(guī)格來設計型腔數量。利用注塑機的參數來確定型腔數量也有多種方式，下面根據注射機的額定塑化速率初步確定模具型腔的數量n。即按如下公式確定數量：
(3-1)
式中， n——型腔數量；
m1——單個塑件的體積，單位g；
m2——凝料的塑料體積，單位g；
K——注射機的最大注射量的有效系數，一般取0.8左右，根據設備新舊情況選擇合適的數值。
M——額定塑化量，單位g/h；
T——成型周期，單位s。
UG分析后，塑件質量大約為1.863g，如圖4.1所示。依據生產經驗，初步估計澆注系統(tǒng)凝料為3g左右。查表可知，初選成型周期為40s，額定塑化量為35000g/h。因為該塑件需要較大批量的生產，根據現實情況，一模一腔是不符合經濟技術要求的，考慮采取多模腔設計。通過計算和實踐應用，我們選擇并決定了一模四腔的設計方式。
3.3最大注射量的校核
確定型腔數之后，我們需要檢查注塑機的其它一些關鍵技術參數，包括注塑機的最大注射量。最大注射量就是用來滿足一次成型過程中所需要的所有熔料體積或質量，其中一般包括塑件用料和澆注系統(tǒng)的用料、注塑機本身設備相關用料等。那么最大注射量要滿足下列：
(3-2)
mn——最大注射量（cm3）；
m——單個塑件的體積（cm3）；
mj——系統(tǒng)凝料的體積（cm3）；
n——型腔數量（取4）。
k——注射量的利用系數，選擇0.8。
用UG處理后，單個塑件體積一般為2.07cm3，澆注系統(tǒng)凝料約為2.5cm3，通過計算后，校核通過。
3.4鎖模力的校核
鎖模力是注塑機的關鍵參數之一，它可以確保注塑機能夠供應足夠的壓力，讓模具不會在成型過程中出現脹開的問題。一般鎖模力的校核我們要用到下列公式：
(3-3)
Fn——注射機的額定鎖模力（KN）；
n——型腔數量，取2；
P——熔體對模腔平均壓力（MPa）,通常取注射壓力的80%；
Az——塑件在分型面上的投影面積（cm2）；
Aj——澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）。
經UG分析，塑件在分型面上的投影面積為12cm2，澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為2cm2，（）P=5000x30x1.1=165KN<500KN (3-4)
通過計算，校核通過。
3.5注射壓力的校核
注射壓力的校核是作為常規(guī)校核方式之一在注塑機規(guī)格中。注射壓力的校核方式比較簡單，主要依據所選用的材料、所成型塑件的形狀及結等方面進行考慮。查過資料之后，我了解PP注射成型時需要型腔壓力通常為30MPa，并且我選擇的注塑機的額定壓力是122MPa，遠遠超過30MPa，所以校核通過。
3.6模具與注射機安裝部份的校核
因為模具要安裝到注塑機上，所以注塑機有關模具的安裝參數的校核是一定要進行的。模具的閉合高度是注塑機安裝部分的主要校核參數之一，它主要按以下公式進行：
(3-5)
式中， Hmin——注射機標注最小模厚（mm）；
Hmax——注射機標注最大模厚（mm）；
H——模具閉合高度（mm）。
設計后，模具閉合高度為390mm。查閱資料后，注塑機的安裝模具的最大模厚為400mm，最小模厚為165mm。滿足，所以校核通過。
3.7開模行程校核
注塑機的開模行程關乎塑件和澆注余料是否可以被頂出和取出，所以其參數的是必須進行校核的。想到注射機是聯合作用合模機構，所以我們在校核開模行程時不需考慮到模具厚度的影響。這樣，注塑機的行程校核通常按以下公式進行：
(3-6)式中， S——最大開模行程（mm）；
H1——頂出距離（脫模距離）（mm）；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內塑件高度（mm）。
通過設計后，模具的頂出距離是22mm，凝料的高度是13mm，顯然，校核通過。
第四章 模具結構的設計
4.1排位及分型面的設計
4.1.1塑件在模具中的排布
使用平衡式的排方式分布，它可以讓主流道到各個型腔的澆口的分流道長度、截面形狀和大小均對應相同，促使熔料均勻地進入各個型腔并且同時充填完畢，以此使所成型的產品質量分布均勻，內在各處物理與力學性能一致。
圖4.1 塑件在模具中的排布位置
4.1.2分型面的設計
因為分型面受流道設計、塑件在模具中的位置、塑件技術與工藝性要求、塑件的推出方式、排氣系統(tǒng)設計等多方因素的影響，所以綜合各種情況，并且還需要保證分型面的一般設計原則，即設置在塑件外形最大截面處、模具加工工藝性良好、保證塑件相關技術要求、脫膜方式可靠易行等，設計如圖4.2
圖4.2分型面
4.2成型零部件的設計及尺寸的計算
4.2.1成型零部件的尺寸計算
塑件尺寸的精度受一些因素的影響，主要有塑件的材料的收縮率、塑件的結構和成型工藝、模具加工工藝、模具生產過程中的磨損等因素。在經過計算后，塑件成型后的尺寸誤差應該是上面所有影響因素所造成的誤差的總和，即：
(4-1)
式中， δ——塑件的成型總誤差；
δZ——零件加工制造誤差；
δS——成型材料收縮時的誤差；
δC——零件的使用而出現的磨損誤差；
δj——零件的配合間隙精度誤差；
δa——模具裝配誤差。
可以看出塑件誤差是累計誤差。為了使計算簡便，計算過程中多采用使塑件尺寸的公差值Δ大于或等于塑件的累積總誤差δ，即：
(4-2)
塑件制造精度等級是MT5。同時，計算方法要以平均磨損量、平均收縮率和平均制造公差作為基準的。
a. 型腔的尺寸計算
（1）型腔的徑向尺寸計算
(4-3)
Lr——型腔徑向尺寸（mm）；
Scp——塑件的平均收縮率；
LS——塑件徑向公稱尺寸（mm）；
δz——塑件公差值（mm）；
Δ——凹模制造公差（mm）。
（2）型腔的深度尺寸計算
(4-4)
Hm——型腔的深度尺寸；
Hs——塑件的凸起的高度尺寸；
b. 螺紋型芯的尺寸計算
（1） 型芯的徑向尺寸計算
(4-5)
式中， lm——型芯的徑向尺寸；
ls——塑件的徑向尺寸；
δz——制造公差，δz一般是Δ/5；
Δ——塑件徑向的公差值。
螺紋的大徑，中徑，小徑分別計算為;
(lM大)0-δz =[0.03+(1+2.5%)×30]0-0.03/5 (4-6)
=30.780-0.006
(lM中)0-δz =[0.03+(1+2.5%)×29]0-0.03/5 (4-7)
=29.7550-0.006
(lM小)0-δz =[0.03+(1+2.5%)×28]0-0.03/5 (4-8)
=28.730-0.006
4.3 標準模架的選擇
模具結構采用三板模，模架結構如圖4.3。
圖4.3 模架結構圖
4.4 澆注系統(tǒng)的設計
4.4.1主流道的設計
主流道的位置、截面形狀和長度布置對熔料流動過程的時間、速度等方面都有著影響，進而關系到產品的成型效果。本次設計采用將主流道到布置于澆口套中，并采取澆口套和定位圈為整體式的結構設計。主流道的始端直徑是2.5mm，末端直徑是6mm，錐角約為3°，長度大約為62mm。其結構形式如圖4.4。
圖4.4 澆口套和主流道結構形式
4.4.2分流道的設計
分流道用來改變主流道中熔料的流動方向，使熔料保持動態(tài)平穩(wěn)地進入各個型腔，達到充填效果良好的目的。本次設計用截面直徑設計長3.5mm圓形截面的分流道，結構形式如圖4.5。
圖4.5 分流道設計和截面形狀
4.4.3澆口的設計
設計合適的澆口和選擇好的位置非常關鍵，決定了塑件的成型的質量好壞的情況。考慮塑件最佳澆口的位置，模具的澆口形式為潛伏澆口，傾斜角45°，錐角15°，推桿上進料口的寬度為1mm，如圖4.6。
圖4.6 點澆口的結構形式
4.4.4冷料穴的設計
冷料穴的布置可以有效的改善塑件的局部質量，也在一定程度上起到降低熔料的流動不穩(wěn)定的作用，且冷料穴布置方便、結構簡單。冷料穴的布置有多種形式，結合模具結構，本次設計將冷料穴布置于主流道末端，如圖4.7所示，圖中右末端的半球體即為冷料穴。
圖4.7 冷料穴
4.5脫模機構的設計
4.5.1脫模機構
本次的蓋子產品有內螺紋，因此使用的是伺服電機驅動脫模方式，伺服電機驅動齒輪傳動方式脫模，脫模過程為電機轉動5圈，通過鏈傳動將動力傳遞到中間齒輪轉動5圈，進而帶動與其嚙合的四個尺寸，齒輪各轉動6圈，此四個齒輪是跟四個產品脫模機構結合的。相應的中間齒輪轉動一圈等于四個嚙合齒輪轉動1.2圈，因此最終實現產品的內螺紋脫模要求。如圖4.8
圖4.8伺服電機
第一次開模時，將兩個板子拉開，第2次開模的時候靠彈簧彈開6mm后被限位螺絲限位。第2次開模后才有空間讓絞牙芯子后退。開模后電機傳動鏈條帶動齒輪傳動絞牙芯子后退。后退6圈，每圈牙具為0.75*6圈=4.5mm+2.5mm的安全距離=開模時的7mm，絞牙用彈簧將模仁彈開1mm防止產品最后一圈牙在芯子上轉動拉花螺牙，之后再用推桿把塑件頂出。
4.5.2推出機構
設計推桿推出機構，因為推桿的布置靈活方便，其截面多設計為圓形，不論在其修補、制造過程中，還是在其安裝配合精度要求上，都容易滿足工程需要。另一方面，推桿運動過程中的阻力較小，動作簡單穩(wěn)定。推桿數量設計為一個塑件1個，長度為240mm，特別之處在于頂部有螺紋，推出時直接與抽芯機構相互配合來推出，它的形狀設計如圖4.9所示。
圖4.9推桿形狀
4.5.3 復位機構
設計使用彈簧式先復位機構，在使用推桿固定板上開始安裝推桿的時候，一起安裝復位桿。它的原理是在推桿固定板與動模支撐的連接處裝上彈簧，再通過它的彈力使得推桿能夠及時復位在還未進行合模之前。
4.6 冷卻系統(tǒng)的設計
模具的溫度大小會對模具的注射周期造成直接的作用。在注射的成型時，我們應該使模具的溫度的不會產生非常大的起伏。模具的溫度假如太高，那么就會使產品發(fā)生很嚴重的變形，使的生產速率急速下降。但如果模具的溫度太低，就會使得熔體的流動變得非常緩慢，使得塑件成型更加困難。所以需要設計冷卻系統(tǒng)來調節(jié)模具的溫度，避免成型過程中模具溫度的大幅度波動。本次設計選擇了直流式冷卻水道，在每個型芯距離塑件側面12mm處設置兩條一樣的水路，水路直徑長10mm。
4.7 排氣系統(tǒng)的設計
為了使塑件達到良好的成型效果，及時的排出模具內部的氣體將會起到很大的積極作用。模具中的氣體產生的方式往往有多種多樣的，有的是模具本身在閉合和注塑過程中氣體被熔料帶入型腔中，有的是熔融塑料遇到較冷的流道產生的水蒸氣，有的是保壓壓力不夠造成內部氣壓過大，從而在塑件內部產生壓力泡。這些氣體的存在對塑件的質量有著致命性的影響，可能會產生氣泡、凹穴、表面質量極差等現象。另外氣體不能及時的排出模具，也會影響到塑件的成型周期，內部壓力偏大造成熔料的流速、充型能力達不到要求，所以要有個合適的排氣系統(tǒng)讓氣體快速排出。在本次模具設計中，將模具中的氣體排出的方式主要為利用模具中各個零件之間存在裝配間隙，將氣體從這些間隙中排出。
第五章 模具的裝配
5.1 裝配三維圖
模具三維實體裝配圖如圖5.1所示。
圖5.1 裝配三維圖
5.2裝配二維草圖
模具二維裝配草圖如圖5.2所示。
圖5.2 模具二維裝配草圖
結束語
本次論文是關于對冰露礦泉水瓶蓋進行注塑模設計，對于我來說，是非常具有挑戰(zhàn)性。因為瓶蓋在生活經常出現，這有利于我們能夠很好的把知識與現實結和在一起。
剛開始我顯得很迷茫，通過查閱資料和老師的指導，我開始慢慢走上正軌，思路也開始清晰了起來，這讓我了解到如何開模和分型面的選擇等等一些問題，知道做好一件東西需要考慮充分。
通過這次畢業(yè)設計，讓我們了解認識到如何做好一套模具設計是不容易的，我們需要擁有對各種零件的選擇與應用以及裝配非常熟練，同時要有精通的CAD和UG等一些電腦技術。
這次讓我們真正領會到到學習的知識變成了實物，給我們最直接的感觀，為我們積累了信心和能夠走進社會的勇氣。
致 謝
畢業(yè)設計將要結束，在此，我非常感謝幫助過我完成畢業(yè)設計的老師和同學們。正是因為他們的幫助，我才能及時完成我的畢業(yè)設計，給大學生活一個完美的句號。
因為疫情，我們的指導基本上多是網上進行的，但是在網上，王老師會經常直播，會為我們耏心解決解決我們的問題，即使時間過了很久，也沒有一絲不耐煩，因此我們才能順利的進行我們的論文并完成它。
論文的進行的每一步，都有著舍友和同學的指引。論文的每個階段也都有老師的教導。老師在教導中每次都能夠指出問題，指出重點，讓我知道怎么做下一步。老師的一絲不茍、認真的治學態(tài)度和對工作的熱情，都將使我受用一生。在此，我真誠的感謝學校能給予我們的這次機會。同時，我也要感謝我們的前輩，沒有他么走過的路，我們也不會能夠尋找到足夠的參考文獻，來讓我們完成我們大學的最后一次的設計。
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