保溫瓶內(nèi)蓋塑料模具設(shè)計(jì),保溫瓶,塑料,模具設(shè)計(jì)
邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
前 言
大學(xué)三年時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝。在驚嘆時(shí)光飛逝的同時(shí)，我們也面臨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的來臨。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為專科三年的學(xué)業(yè)安排，是對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的一場(chǎng)大檢測(cè)，是對(duì)大學(xué)三年專業(yè)知識(shí)的一次全面總結(jié)，也是在參加工作前對(duì)理論知識(shí)的進(jìn)一步加強(qiáng)和鞏固，并進(jìn)行的一次全面實(shí)踐 ，對(duì)模具設(shè)計(jì)的全過程的學(xué)習(xí)。
模具是工業(yè)生產(chǎn)中極為廣泛的主要工藝裝備，采用模具生產(chǎn)零部件，具有高效、節(jié)材、成本低、保證質(zhì)量等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科技水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。因此，模具工業(yè)以成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)之一。隨著中國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的日趨好轉(zhuǎn)，在“實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興”口號(hào)的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，模具工業(yè)能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽(yù)為“進(jìn)入富裕的原動(dòng)力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”。可見模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中重要地位。我國對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關(guān)于當(dāng)前國家產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，就把模具技術(shù)的發(fā)展作為機(jī)械行業(yè)的首要任務(wù)。
塑料以成為在鋼鐵、木材、水泥之后的第四代工業(yè)基礎(chǔ)材料，越來越廣泛地在各行各業(yè)應(yīng)用。其中注塑成型在塑料的各種成型工藝中所占的比例也越來越大。隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)注塑成型的制品質(zhì)量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接于模具設(shè)計(jì)和制造有關(guān)系，對(duì)注塑制品的要求就是對(duì)模具的要求。有人說，模具是現(xiàn)代工業(yè)之母。新的世紀(jì)已經(jīng)到來了，世界各國對(duì)模具生產(chǎn)技術(shù)非常重視，出現(xiàn)許多新工藝、新技術(shù)。從而促進(jìn)模具制造技術(shù)的不斷提高和發(fā)展。一個(gè)國家模具生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱、水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。
塑料制品生產(chǎn)中先進(jìn)合理的成型工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少的重要因素。塑料模具對(duì)實(shí)現(xiàn)塑料成型工藝要求和塑件使用要求起著十分重要的作用。任何塑件的生產(chǎn)和更新?lián)Q代都是以模具更新為提前的，由于目前工業(yè)和民用塑件的產(chǎn)量猛增，質(zhì)量要求越來越高，因而導(dǎo)致了塑料模具研究、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的迅猛發(fā)展。近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動(dòng)化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的推動(dòng)下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是紅酒保溫瓶內(nèi)蓋注塑模具的設(shè)計(jì)。也就是設(shè)計(jì)一個(gè)注塑模具來生產(chǎn)保溫瓶內(nèi)蓋產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高產(chǎn)量。針對(duì)保溫瓶內(nèi)蓋的具體結(jié)構(gòu)，通過此次設(shè)計(jì)，使我對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)有了較深的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，通過查閱大量資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合教材上的知識(shí)也對(duì)注塑模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、推出機(jī)構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，拓寬了視野，豐富了知識(shí)，為將來獨(dú)立完成模具設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
此次設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下通過同學(xué)的熱情幫助進(jìn)行的首次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，衷心感謝羅玉梅老師的悉心指導(dǎo)和身邊同學(xué)的熱心幫助！對(duì)于此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，肯定難免存在很多的錯(cuò)誤和漏洞，還敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)給予耐心指正。謹(jǐn)表示感謝！
1 塑件的工藝性分析
1.1 產(chǎn)品技術(shù)要求
(1) 使用性能
此為保溫瓶內(nèi)蓋，對(duì)于表面粗糙度的要求不高，但也不能有粗糙感。
(2) 外觀
平整，光滑，不能有制造缺陷，如氣泡、凹陷、燒焦、疤痕、銀紋等。
圖1-1 工件簡圖
1.2 塑件工藝分析
1.2.1. PE材質(zhì)簡介
據(jù)《注塑制品與注塑模具設(shè)計(jì)》（化學(xué)工業(yè)出版社 付宏生 劉京華 主編2003年辦版）介紹。聚乙烯無味，無毒、呈乳白色。密度為0.91～0.96g/cm3為結(jié)晶型塑料。聚乙烯有一定的機(jī)械強(qiáng)度，但和其他塑料相比其機(jī)械強(qiáng)度低，表面硬度差。
聚乙烯的絕緣性能優(yōu)異，常溫下聚乙烯不溶于任何一種已知的溶劑，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何濃度的其他酸以及各種濃度的堿、鹽溶液。
聚乙烯有高度的耐水性，長期接觸水其性能可保持不變。聚乙烯透水氣性能較差，而透氧氣和二氧化碳以及許多有機(jī)物質(zhì)蒸汽的性能好。
聚乙烯在熱、光、氧氣的作用下會(huì)產(chǎn)生老化和變脆。一般高壓聚乙烯的使用溫度約在80℃左右，低壓聚乙烯為100℃左右。
聚乙烯能耐寒，在-60℃時(shí)仍有較好的機(jī)械性能，-70℃時(shí)仍有一定的柔軟性。
聚乙烯成型時(shí)，在流動(dòng)方向與垂直方向的收縮率差異較大。注射方向的收縮率大于垂直方向的收縮率，易產(chǎn)生變形，并使塑件澆口周圍部位的脆性增加；聚乙烯收縮率的絕對(duì)值較大，成型收縮率也較大，易產(chǎn)生縮孔；冷卻速度慢，必須充分冷卻，且冷卻速度要均勻；質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)凹時(shí)可強(qiáng)行脫模。
1.3 材料收縮率
據(jù)《塑料注射模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》（宋于恒 主編 航空工業(yè)出版社 1994） 表2－1聚乙烯（PE）1.5%～3.5%。
2 注塑模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
PE塑料它是屬于通用塑料，該產(chǎn)品是通過注塑成型的。它的原理是將顆?；蚍蹱钏芰蠌淖⑺軝C(jī)的料中送進(jìn)加熱器中，經(jīng)加熱熔化，在受壓的情況下，把它注到成型的型腔中，再冷卻成型。注塑成型它的周期短，能成型復(fù)雜的、尺寸精確的制件。它的成型工藝過程包括如下：成型前的準(zhǔn)備，注塑過程，塑件后處理。注塑過程它是一個(gè)比較關(guān)鍵的進(jìn)程，各個(gè)步驟都要控制好，這對(duì)塑件的質(zhì)量和形狀起著至關(guān)重要的作用。注塑成型的核心問題是：就是采用措施得到良好的塑料熔體，并把它注塑到型腔中去，在控溫下，使塑件達(dá)到所要求的質(zhì)量。溫度、注塑壓力、時(shí)間是其最關(guān)鍵的工藝參數(shù)。
注塑模包括：成型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支承零部件。只有處理好各個(gè)環(huán)節(jié)的制約關(guān)系，才能設(shè)計(jì)出一副較好的模具來，一副模具設(shè)計(jì)出來，把它裝在注塑機(jī)上，還要通過校核，才能投入生產(chǎn)。因此注塑模與注塑機(jī)的關(guān)系也是至關(guān)重要。
3 注塑模的設(shè)計(jì)
3.1 注射模與注射機(jī)的關(guān)系
注射模具是安裝在注射機(jī)上使用的。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，除了應(yīng)掌握注射成型工藝過程外，還應(yīng)對(duì)所選用注射機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)有全面的了解，以保證設(shè)計(jì)的模具與使用的注射機(jī)相適應(yīng)。
3.1.1. 注塑機(jī)的選用
塑件體積和質(zhì)量的確定：
V圓頂=πr2h=3.14×13×2×13=1061.32mm3
V圓柱1=πr12h=3.14×9×9×30=7630.2 mm3
V圓柱2=πr22h=3.14×8.2×8.2×30=6334 mm3
V蓋=V圓頂+V圓柱=1061.32+（7630.2～6334）=1061.32+1296.2=2357.5 mm3
m=ρv=2.358×（0.91～0.96）=2.15g～2.26g
根據(jù)前面的分析，塑件的形狀大小，塑件的結(jié)構(gòu)特征及模具最小厚度、最大厚度的估算值選用XS-ZS-22型注射機(jī)，該注射機(jī)的基本參數(shù)如下：
額定注射量為20cm3,
螺桿直徑D=20mm,
注射壓力75MPa
鎖模力 F=250KN，
拉桿內(nèi)間距 d=235mm,
開模行程 s=160mm,
模具最大厚度 d=180mm,
模具最小厚度 d=60mm,
噴嘴球半徑 d=SR12.
3.1.2. 型腔數(shù)目的確定
(1) m1澆注系統(tǒng)凝量的計(jì)算
該注射模采用點(diǎn)澆口
d=0.5～1.5mm， L=0.5～2mm， α=6°～15°， β=60°～90°，
V小圓柱=4.71 mm3
V圓臺(tái)=43.75 mm3
V澆=2×V圓臺(tái)+ V小圓柱=2×43.75+4.71=92.1 mm3
(2) 按注射機(jī)最大注射量確定型腔數(shù)量n得：
n≤(Kmp-m1)/m （3.1）
n≤(0.8×22-0.092)/2.358≤7
其中n是型腔數(shù)目，K是注射機(jī)的最大注射量的利用系數(shù)，取0.8，m是注射機(jī)的最大注射量(cm)，m1 是澆注系統(tǒng)的塑料的質(zhì)量體積。根據(jù)對(duì)塑件的精度要求及型腔的排布，n=4
3.1.3. 最大注射量的校核
nm+m1≤kmp （3.2）
4×2.358+0.092=9.5〈17.5
式中mp 是注射機(jī)充許的最大注射量(g或cm3)。
滿足nm1+m2≤80%mp，所以能保證注射模內(nèi)所需熔體總量在注射機(jī)的最大注射范圍內(nèi)。
3.1.4. 鎖模力的校核
當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生使模具分型面漲開的力，這個(gè)力的大小等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔的壓力，它應(yīng)小于注射機(jī)的額定鎖模力Fp，才能保證注射時(shí)不發(fā)生溢料現(xiàn)象即：
Fz=p(nA+A1)
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