1、大連理工大學本科畢業設計牙膏瓶蓋注塑模具設計design of the injection mold for the cover of a toothpaste bottle學 院（系）： 機械工程學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 大連理工大學dalian university of technology牙膏瓶蓋注塑模具設計摘 要進入21世紀以來，我國在模具行業發展迅猛。模具行業為推動我國的經濟生活各領域的發展做出巨大貢獻。隨著我國進入“十二五”快速發展時期，在機械、汽車、家電、電子信息和建筑建材等領域對塑

2、料模具的強烈市場需求推動下，塑料模具的發展前景一片光明。其中復雜、高精度、多功能復合型模具成為未來模具行業發展的重點。我國從改革開放開始，對國外先進技術的消化吸收，特別是計算機技術在整個制造領域的成功應用更是大大地推動了模具行業的飛速發展。近年來我國在模具行業取得長足進步，新材料、新工藝、先進加工設備不斷出現。模具零件的標準化、專業化和商品化已達到較高的水平。本文設計的內容是牙膏瓶蓋注塑模具。塑件的材料為聚乙烯（pe）。根據牙膏蓋的結構形狀特點以及現有的注塑成型工藝，采用齒輪齒條脫螺紋機構，設計了高效的旋轉自動脫螺紋注塑模具。脫螺紋機構有圓柱直齒輪、齒條、直齒錐齒輪、螺紋型芯組成。為實現塑件的

3、快速成型、脫模，采用點澆口的澆注方式以及二次分型的三板式模具結構。本文對注塑模具進行簡要介紹，對于自動脫螺紋的過程以及原理進行了闡述。對齒輪齒條脫螺紋傳動系統進行了設計與計算，對注塑模具中的主要零件進行了設計計算，并在設計過程中著重考慮了生產實際中的經濟性和合理性。關鍵詞：注塑模具；內螺紋；點澆口；齒輪齒條機構- i -牙膏瓶蓋注塑模具設計 design of the injection mold for the cover of a toothpaste bottleabstract in the 21st century, the mold industry of china has ra

4、pid development. mold industry 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, a

5、re driven by strong market 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, es

6、pecially in the field of 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

7、. mold parts standardization, 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 existin

8、g injection molding process, 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

9、and mold opening, a point 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

10、plastic injection mold are 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- iv -目 錄摘 要iabstractii引 言11 塑料模具及塑料模具行業31.1 塑料模具簡介31.2 塑料模具行業的現狀及發展方向32 注塑成型工藝與設備72.1 注塑模的組成及各部分作用

11、72.2 注塑成型過程72.3 注塑機93 模具分析與設計113.1 設計任務要求113.2 塑件介紹及塑件材料123.2.1 塑件介紹123.2.2 塑件材料分析介紹123.3 分型面選擇133.4 型腔布置方案143.5 注塑機的選擇153.6 澆注系統的設計153.6.1 主流道的設計163.6.2 定位環的設計173.6.3 分流道設計183.6.4 澆口的設計183.7 導向機構的設計193.8 脫螺紋機構設計203.8.1 脫螺紋機構種類203.8.2 旋轉自動脫螺紋機構203.9 澆注冷卻系統的設計223.10 模架的選擇234 模具零件的設計計算244.1 齒輪齒條傳動系統的設

12、計計算244.2 定模板尺寸的設計計算254.3 動模板的尺寸的設計計算274.4 流動比的校核284.5 注塑機的校核284.6 成型零件工作尺寸的確定295 經濟性分析32結 論33參 考 文 獻34致 謝35牙膏瓶蓋注塑模具設計引 言本次畢業設計的題目是牙膏蓋注塑模具的設計，設計中的注塑產品（牙膏蓋）與實際生活息息相關。設計中關于內螺紋自動脫模的設計內容是注塑模具設計中的經典問題。此次畢業設計的設計要求和設計參數如下：一設計要求：（1） 塑件產品圖1張，模具總體結構裝配圖1張，模具動作原理展開圖1張；（2） 模具主要零件圖68張；（3） 總體圖量不少于4張零號圖，全部設計圖紙用cad完成

13、；（4） 外文資料翻譯2萬英文字符以上；（5） 模具設計計算說明書一份。二設計參數：（1） 型腔數量：4；（2） 模具壽命：30萬次；（3） 塑件材料：pe。對于帶螺紋的塑件，脫螺紋的方式以及脫螺紋機構的設計是其整個模具設計過程中的重點。設計之初，在完成塑件產品圖的繪制之后，查閱相關書籍及設計手冊后發現對于脫螺紋的方式較多，有手動脫螺紋、拼塊脫螺紋、強制脫螺紋以及旋轉自動脫螺紋等方式。其中手動脫模機構結構簡單但是需人工操作，勞動強度大，生產率低。拼塊式脫螺紋機構主要應用于較大直徑、分段螺紋的塑件而且對拼塊以及型芯加工要求較高。強制脫螺紋需滿足強制脫模的條件且強制脫模容易損傷塑件型腔。旋轉自動脫

14、螺紋機構應用于大多數帶螺紋的蓋類塑件，相比以上的脫螺紋機構它的特點是注射周期短，生產效率高，可實現注射成型自動化生產 1。其脫螺紋原理是螺紋塑件一邊旋轉一邊軸向移動離開型腔或型芯，或者是螺紋型芯一邊旋轉一邊軸向移動脫離塑件。且在脫螺紋過程中塑件相對于型芯不能轉動，所以塑件必須有止轉結構。根據此次畢業設計所做牙膏蓋的內螺紋的結構參數以及塑件的結構特點：有內螺紋，牙膏蓋外側有起止轉作用的直紋并且止轉直紋的長度大于牙膏蓋內螺紋長度。所以此塑件的脫螺紋的方式采用旋轉自動脫螺紋較為合適。確定下脫螺紋方式，接下來的問題就是采取何種旋轉機構。由上述脫螺紋原理我們知道脫螺紋動作的實質就是把模具動模部分和定模部

15、分之間相對的直線運動轉換為螺紋型芯或者塑件的旋轉運動，從而實現螺紋塑件的脫模。由此本人想到齒輪齒條機構是機械傳動把直線運動轉換成旋轉運動比較常見的傳動機構，所以在設計之初就簡單設想由齒條的直線移動轉換成與之嚙合的齒輪的旋轉運動，再通過一定傳動比的齒輪輪系最后傳遞到螺紋型芯，使螺紋型芯做旋轉運動，并且螺紋型芯是隨著動模部分一邊移動一邊旋轉實現脫模。解決好總體脫螺紋思路之后在指導老師的指導下，開始完善齒輪齒條脫螺紋機構的初步設計。查閱過相關書籍文獻后，選定了注塑模具行業中比較常用的“齒輪齒條+錐齒輪”的旋轉機構方案。初步選定利用開模力驅動，將齒條導柱通過鑲塊與定模板固定在一起，塑件留在動模一側隨動

16、模部分一起移動。完成齒輪齒條脫螺紋機構的大體結構設計后開始澆注系統的設計、型腔的布置方案以及分型面的選擇。結合上述澆注系統的設計、型腔的布置方案以及分型面的選擇確定了模具的類型以及模架的初步選擇。選擇好模架后，根據模架已給的尺寸開始齒輪齒條傳動系統的詳細設計與計算。 1 塑料模具及塑料模具行業1.1 塑料模具簡介塑料模具是塑料加工工業中和塑料成型機配套，賦予塑料制品以完整構型和精確尺寸的工具。由于塑料品種以及成型方法的不同，塑料模具主要分為以下幾大類 2-4：（1） 塑料注塑模具：主要用來成型熱固性塑料。注塑模具由于其成型效率高，易于成型形狀復雜的制品，并且容易在工業中實現自動化生產。因此在塑

17、料工業中注塑模具發展較為迅速，目前在我國日益發展壯大，技術水平也得到了極大地提高和發展 5-7。注塑模具的結構及基本零件： 成型零件，包括凹模、凸模、各種成型芯。 支承固定零件，包括模底座、固定板、支承板、墊塊等。用于固定模具或支承壓力。 導向零件，包括導柱和導套。用于確定模具或推出機構運動的相對位置。 抽芯零件，包括斜銷、滑塊等。在開模過程中用于抽出活動型芯或鑲塊，使塑件脫模。 推出零件，包括推桿、推管、推塊、推件板、推板、推板固定板等。用于使塑件脫模。（2） 塑料壓塑模具：主要用來成型熱固性塑料。包括壓縮成型模具和壓注成型模具。（3） 塑料擠出模具：主要用來成型生產連續形狀的塑料產品。（4

18、） 塑料吹塑模具：主要用來成型塑料容器類中空制品。（5） 塑料吸塑模具：主要用來生產一些日用品、食品類包裝制品。（6） 高發泡聚苯乙烯成型模具：主要用來成型各種所需形狀的泡沫塑料包裝材料。1.2 塑料模具行業的現狀及發展方向模具工業生產的基礎工藝裝備。模具是現代，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、醫療器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業必不可少的工藝裝備。所以模具行業在整個工業領域重要性不言。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發能力8-11。（1） 我國塑料模具行業的現狀 80年代以

19、來，在國家產業政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業發展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業產值為245億，至2002年我國模具總產值約為360億元，其中塑料模約30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。我國塑料模工業從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星.k模具有限

20、公司制造多腔vcd和dvd齒輪模具，所生產的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02mm0.05mm，表面粗糙度ra0.2m，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達1030萬次，淬火鋼模達501000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創新方面也取得較大進展。氣體輔助注射

21、成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在2934英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了c-mold氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%80%相比，差距較大。 在制造技術方面，cad/cam/cae技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業為代表，陸續引進了相當數量的cad/cam系統，如美

22、國eds的ug、美國parametric technology公司的pro/emgineer、美國cv公司的cads5、英國deltacam公司的doct5、日本hzs公司的crade、以色列公司的cimatron、美國ac-tech公司的c-mold及澳大利亞moldflow公司的mpa塑模分析軟件等等。這些系統和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業中，實現了cad/cam的集成，并能支持cae技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具cad/cam技術的發展。近年來，我國自主開發的塑料模cad/cam系統有了很大發展，主要有北航華

23、正軟件工程研究所開發的caxa系統、華中理工大學開發的注塑模hsc5.0系統及cae軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具cad/cam技術創造了良好條件。近年來，國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：p20，3gr2mo、pms、sm、sm等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛得到應用，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統元件。但目前我國模具標準化程度的商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業國家已達到70%80%相比，仍有差距。 長期以來，中國模具工業的發展在

24、地域分布上存在不平衡性，東南沿海地區發展快于中西部地區，南方的發展快于北方，模具生產最集中的地區在珠江三角和長江三角地區，其模具產值約占全國產值的三分之二以上。其中長三角和珠三角個別企業的產品己達到相當高的水平，個別企業的部分產品已達到或接近國際水平，但總體來看，這些企業的模具的精度、型腔表面粗糙度、生產周期、壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距。同樣在生產方式和企業管理在內的總體水平與國外工業發達國家相比尚有10年以上的差距。 企業是模具創新的主體。長期以來我國塑模具企業存在著研發能力弱，創新意識薄弱。一方面是由于技術人員比例低、水平不夠高，另一方面是由于科研開發投入少，更重要的是觀念落

25、后，對開發不夠重視。使得我國大多數塑料模具企業長期處在中低檔模塑制品加工鏈下游，難以實現高附加值的企業利潤。 一切競爭都可歸結于人才的競爭。由于我國現行體制和教育培養體系問題。高質量模具研發人才缺口問題的解決尚待時日。在社會主義市場經濟中，在經濟全球化的過程中，競爭性行業，特別是像模具這樣依賴于特殊用戶，需單件生產的行業，許多企業目前的體制和經營機制仍舊很難適應多變的市場。人才的數量和素質水平也跟不上行業的快速發展。雖然各地都在努力解決這兩個問題，但要得到較好解決尚待時日。（2） 我國塑料模具工業和今后的主要發展方向。 提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是由于塑料模成型的制品

26、日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產率要求而發展的一模多腔所致。 在塑料模設計制造中全面推廣應用cad/cam/cae技術。cad/cam技術已發展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具cad/cam技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業普遍可以接受的程度，為其進一步普及創造良好的條件；基于網絡的cad/cam/cae一體化系統結構初見端倪，其將解決傳統混合型cad/cam系統無法滿足實際生產過程分工協作要求的問題；cad/cam軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3d設計與成型過程的3d分析將在我國塑料模具工業中發揮越來越重要的作用。 推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注

27、射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節省塑料制件的原材料和節約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產價廉高質量的元器件，是發展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續研究開發高壓注射成型工藝與模具也非常重要。 開發新的成型工藝和快速經濟模具。以

28、適應多品種、少批量的生產方式。 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業的發展，為提高模具質量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規模生產，提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件的規格品種。 應用優質材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現逆向工程是塑料模cad/cam的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調整、廉價的

29、檢測設備是實現逆向工程的必要前提。 隨著科學技術的進步，產品不斷向微型化方向發展，因而產生了新世紀產業需求的微機電系統技術。許多新興制造技術隨之產生，包括光刻，電鑄及脫模技術(liga)、紫外光蝕刻技術(uv)、放電加工(edm)、微注射成型、精密磨削和精密切削等。其中，微注射成型技術以容易實現低成本大規模生產具有精密微細結構零件的優點成為世界制造技術的研究熱點之一。因此我國必須在現有的基礎上加強對微注塑成型領域的理論及技術研究。2 注塑成型工藝與設備2.1 注塑模的組成及各部分作用（1） 塑件成型零件：賦予成型材料形狀和尺寸的零件。通常由型芯、型腔以及其他輔助零件等。（2） 澆注系統：將熔融

30、塑料從注射機噴嘴引向流入閉合的模腔，一般由主流道、分流道、澆口、冷井以及鉤料桿等。（3） 合模導向與定位零件：保證模具各結構件相互的移動精度，通常有導柱和導套以及定位環、錐面定位元件等。（4） 脫模機構：將塑件從模具中平穩可靠地脫出來的機構裝置，稱之為脫模機構或推出機構。脫模機構一般情況下設在動模一側，主要有推桿、推桿固定板以及推桿電板等零件組成。（5） 復位機構：模具完成塑件推出動作后，需要將動、定模閉合以便完成下一次的注塑。合模時為避免推桿損傷型腔表面，一般采用復位桿帶動推桿回到原先位置。（6） 溫度調節系統：為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具應設有溫度調節系統對模具溫度進行調節。溫度

31、調節系統主要由加熱和冷卻系統組成。一般熱塑性塑料成型時需要冷卻，熱固性塑料成型時需要加熱。（7） 排氣系統：塑料熔體注入模具型腔時，會使型腔填充不滿或因氣體在高壓力作用下快，快速升溫而使塑件局部燒傷。所以在模具中應開有排氣槽以保證氣體迅速徹底排出模腔。（8） 側向分型抽芯機構：當塑件側向有凸凹及孔時，在塑件被頂出之前，需要先抽拔出側向的型芯（或鑲塊），才能使塑件順利實現脫模。（9） 模架：模具中各模板和導柱、導套以及復位桿、推桿等，通過螺釘連接組合成一起的裝配體稱之為模架。模架是實現模具基本功能的基礎零件，模架的尺寸規格已實現系列化、標準化、商品化。在設計模具時可直接選用模架。2.2 注塑成型

32、過程注塑成型是熱塑性塑料的主要方法。它的注塑成型過程歸納起來是塑化、注射和模塑三個過程。其注射工藝流程如圖2.1所示。（1） 塑化過程：塑料在機筒內經過加熱達到流動狀態，經過螺桿旋轉或者柱塞的推擠，達到組分均勻并具有良好可塑性的過程，即塑化過程是注塑過程的準備過程。圖2.1 塑料注射成型工藝流程方框圖（2） 注射過程：塑料在噴嘴的注射壓力下由料筒克服一系列的流動阻力和運動阻力注射進入模腔的過程。一般噴嘴的注射壓力常在80120mpa之間。（3） 模塑過程：從塑料熔體注射進入模具開始，經過模腔注滿熔體冷卻固化定型，一直到塑件制品從模腔內脫出的這一過程。模塑過程大體可以分為三個階段。 沖模階段：從

33、柱塞或螺桿開始向前推動融料起直至塑料充滿模腔時為止。在此過程中注射壓力起決定作用。 保壓階段：熔料充滿模腔后，由于塑料熔體在模腔內受到冷卻而發生收縮但因模腔內的塑料仍然處于柱塞或螺桿的穩壓之下，料筒內的熔料必須向模腔內繼續填充，才能補足因收縮而留出的空間。 固化階段：在冷卻系統和模體溫度的作用下，塑件逐漸固化成型，開模后頂出。2.3 注塑機注塑機是塑料（主要是熱塑性塑料）注射成型時所使用的主要設備。其結構主要是由注射裝置、脫模裝置、鎖模裝置、模板機架等部分所組成。注射成型時，將成型模具安裝注塑機的動模固定板和定模固定板上，由鎖模裝置合模并鎖緊，塑料在料筒中被加熱而呈熔融狀態，由注射裝置將塑料熔

34、體注入模具型腔之中，塑料件冷卻固化后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將塑件推出。根據注塑機的工作過程，一般可以將注塑機分為以下幾個部分：（1） 注射裝置：注射裝置的主要作用是使固態的塑料顆粒均勻地塑化而呈熔融狀態，并以足夠的壓力和速度將塑料熔體注入閉合的模具型腔中。注射裝置包括料斗、料筒、加熱器、計量裝置、螺桿（柱塞式注塑機為柱塞和分流梭）、噴嘴及其驅動系統。（2） 鎖模裝置：鎖模裝置的功能有三點：第一是實現成型模具的開、合動作；第二是在成型過程中提供足夠的夾緊力使模具鎖緊；第三是開模時能夠推出模具型腔中的塑料件。鎖模機構可以是機械式的，也可以是液壓式的，或者是液壓與機械聯合作用式的。推出機構也有

35、機械推出式式和液壓推出式兩種。（3） 液壓傳動和電氣控制：液壓傳動系統和電氣控制系統是保證注塑機注塑成型按照預定的工藝要求（壓力、速度、溫度和時間）和動作程序準確進行而設置的。液壓傳動系統是注塑機的動力系統，而電氣控制系統則是控制各個動力液壓缸完成開啟、閉合及注射、推出與前進、后退等動作的系統。隨著塑料工業飛躍的發展，注塑機的發展也快。類型不斷增加，注塑機的分類方法較多，通常以下兩種分類方法較為普遍。（1） 按塑化方式和注射方式，可分為以下兩種。 柱塞式注塑機：通過柱塞在料筒內作反復運動，將塑料熔體注入模具型腔之中。塑料在料筒內的塑化主要依靠料筒外的加熱器提供的熱量使其塑化成黏流狀態。由于塑料

36、的導熱性差，若料筒內塑料層過厚，則會導致塑料內外層塑化不均勻。因此，柱塞式注塑機的注射量不宜過大，一般為3060g,而且不宜用來成型流動性差、熱敏性強的塑料件。 螺桿式注塑機：通過螺桿在料筒內旋轉，將料斗中的塑料卷入，并逐步將其塑化、排氣、壓實，不斷地將塑料熔體推向料筒前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受到熔體的反作用力而后退。當積存的熔體達到預定的注射量時，螺桿停止轉動，并在液壓油缸的驅動下向前移動，將熔體注入模具型腔。在螺桿式注塑機中螺桿的作用是送料、塑化、傳遞壓力和壓實物料。（2） 按外形特征分類可分為三類。 立式注塑機：立式注塑機的注射裝置和定模固定板設置在設備的上部，而鎖模裝置

37、、動模固定板、推出機構均設置在設備的下部。立式注塑機的優點是設備占地面積小，模具裝拆方便，安裝嵌件和活動型芯方便可靠。其缺點是不易進行自動化操作，只適用于小注射量場合，注射量一般為1060g。 臥式注塑機：臥式注塑機的注射裝置和定模固定板在設備的右側，而鎖模裝置、動模固定板、推出機構等均設置在左側。臥式注塑機的優點是機體較矮，易于操作，塑料件退出后能自動落下，便于實現自動化操作。其缺點是設備占地面積大，模具裝卸比較麻煩。 直角式注塑機：此注塑機的注射裝置為立式布置、鎖模、定頂出機構以及動模固定板、定模固定板均按臥式排列，兩者互為直角。直角式注塑機適用于中心部分不允許有澆口痕跡的塑料制品，其缺點

38、是加料比較困難，嵌件或活動型芯安放不便，只適用于小注射量的場合，注射量一般為2045g。立式注塑機和直角式注塑機的結構為柱塞式，而臥式注塑機的結構多為螺桿式。隨著注塑機的成型范圍的擴大，近年來出現了許多新型注塑機，如玻璃纖維增強塑料注塑機、發泡注塑機、熱固性注塑機等。3 模具分析與設計3.1 設計任務要求（1） 塑件名稱：牙膏蓋（2） 塑件材料：pe（3） 型腔設置：一模四腔（4） 模具壽命：30萬次（5） 尺寸要求：參見產品塑件圖，單位mm個人工作重點：旋轉自動脫螺紋機構設計分析，澆注系統設計分析，模具冷卻系統設計分析。圖3.1 塑件產品圖3.2 塑件介紹及塑件材料3.2.1 塑件介紹所設計

39、的產品為牙膏蓋。零件尺寸較小，形狀較規則。牙膏蓋內部有連續的內螺紋，外側有起止轉作用以及增大摩擦力的的直紋。由于塑件產品直接與手接觸，要求塑件表面光滑、無明顯毛刺。此外，牙膏蓋內部的內螺紋需要經常與牙膏管頭部的外螺紋配合使用，故對內螺紋的尺寸，形狀有較高的精度要求。3.2.2 塑件材料分析介紹pe的化學名稱為聚乙烯。聚乙烯是由乙烯聚合而成的屬于烯烴累聚合物，是塑料工業中產量最大的塑料。聚乙烯無毒，無味，呈乳白色，密度為0.910.96。聚乙烯具有優良的絕緣性、耐化學腐蝕性及耐低溫性能，此外還有很高的耐水性，長期與水接觸其性能可保持不變。這種塑料很容易加工成各種形狀（管、桶、袋、盆等）的塑料制件

40、，已廣泛應用于電器工業、化學工業、食品工業、機械制造工業、農業等各個方面。按照聚合壓力的高低來分，聚乙烯有低壓聚乙烯、中壓聚乙烯和高壓聚乙烯。高壓聚乙烯因密度和結晶度較低，質地柔軟、透明性好，廣泛用于制薄膜和日用品。又稱之為低密度聚乙烯。而低壓聚乙烯和中壓聚乙烯由于密度和結晶度較高，所以剛性大大帶，機械強度高，適于制作各種工業配件。又稱之為高密度聚乙烯。（1）聚乙烯（pe）的成型特性： 結晶料、吸濕性小。 流動性極好，溢邊值允許范圍為0.0250.04mm左右，防止出飛邊。 可能發生熔融破裂，與有機溶劑接觸可發生開裂。 加熱時間長則發生分解，燒傷。 冷卻速度慢，因此必須充分冷卻，宜設冷料穴，模

41、具應用冷卻系統。 收縮率范圍大，收縮值大、方向性明顯，易變形，翹曲，結晶度及模具冷卻條件對收縮率影響大，應控制開模溫度，保持冷卻均勻、穩定。 宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度應快，保壓充分。 不宜用直接澆口，易增大內應力，或產生收縮不均勻，方向性明顯增大變形，應注意選擇進料口位置，防止產生縮孔、變形。 質軟易脫模，塑料件有淺的側凹槽時可強行脫模。（2）聚乙烯（pe）成型條件 注塑機類型：柱塞式、螺桿式均可。 計算收縮率：1.53.0。 模具溫度：3555。 注塑壓力：60100mpa 。 預熱溫度：7080。 預熱時間：12h。 注射時間：1560s。 冷卻時間：1560s。3.3 分型面選擇

42、分型面是決定模具結構形式的一個重要因素，它與模具的整體結構、澆注系統的設計、塑件的脫模和模具的制造工藝有關，直接影響著成型塑件的質量以及注塑成型的效率。因此，分型面的選擇是注塑模具設計中的一個重要環節。注塑模具分型面的選擇，一般應考慮以下各項基本原則：（1） 分型面應選在塑件外形最大輪廓處，否則塑件會無法從型腔中脫出，這是最基本的選擇原則。（2） 分型面的選擇應有利于塑件的順利脫模。由于注塑機的頂出裝置在動模一側，所以分型面的選擇應盡可能使塑件留在動模一側，這樣有助于在動模部分設置推出機構。（3） 分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度和表面質量。對于同軸度要求較高的塑件，選擇分型面時盡量把有同軸度

43、要求的部分放置在模具的同一側。（4） 分型面的選擇應有利于模具的加工。通常在模具設計中，選擇平直分型面居多。但是要依據實際情況而定。（5） 分型面的選擇應有利于排氣。分型面的選擇與澆注系統的設計時應同時考慮，為了使型腔有良好的排氣條件，分型面盡量設置在塑料熔體流動方向的末端。結合本次設計的零件，由于零件尺寸較小，結構對稱，形狀較為規則。初步擬定選擇雙分型面結構。根據最大輪廓原則，選擇牙膏蓋塑件最大輪廓處作為分型面，如圖3.2所示。此外零件本身結構帶有內螺紋、外側直紋，故成型必須用到螺紋型芯和定模鑲塊，結合已初步選定的齒輪齒條脫螺紋機構，因此選擇水平分型面才能順利實現預想的塑件的脫模和型芯的脫螺

44、紋動作。圖3.2 分型面主視圖3.4 型腔布置方案本模具設計為提高成型效率采用的是一模四腔。考慮到采用的齒輪齒條脫螺紋機構以及平衡式澆注系統。型腔布局應為圓周形，在主流道周圍呈行星式均布，如圖3.3所示。圖3.3 型腔布局3.5 注塑機的選擇在模具設計時，必須根據塑件的具體情況，選擇合適的注塑機。注塑機選擇主要包括以下兩方面的內容：（1）確定注射機的型號，使塑料，塑件，注射模及注射工藝等所要求的注射規格參數在所選注射機的規格參數可調的范圍內；（2）調整注射機的技術參數至所需要的參數。根據塑料的類型，塑件的結構和注射模的大小，成型方法，生產批量以及現有設備及注射工藝進行注射機的選擇。注射機規格的

45、初選是根據以往的經驗和注射模的大小。先預選注射機的型號，之后要進行校核。注塑機初選：根據經驗公式： （3-1）其中，是指注塑機的公稱注射質量（g）；是指注塑機最大注射量的利用系數；是指塑件的質量（g）；是指澆注系統的廢料質量。由于澆注系統的廢料質量無法確定，所以先用塑件的注射容量進行估算，計算如下：塑件的注射容量即塑件的體積： 967.35 mm3此模具為一模四腔，所以有 考慮到理論注射容量為實際的75%，故實際注射容量為，根據相關參數選擇xs-zy-125型號的注塑機，其中，x：成型；s：塑料；z：注射；y：螺桿式；125：最大注射量125。3.6 澆注系統的設計澆注系統是指模具中從接觸注塑

46、機噴嘴處開始，到其型腔為止的塑料熔體的流動通道。澆注系統分為普通澆注系統和無流道凝料澆注系統兩類。澆注系統設計是否合理，對于塑件的性能、表觀質量以及成型的工藝性能影響很大。（1）普通澆注系統普通澆注系統一般是由主流道、分流道、澆口（進料口）以及冷料穴四個部分組成。（2）普通澆注系統的設計原則： 適應塑件注射成型的工藝特性； 有利于型腔內氣體的排出； 盡量減少塑料熔體的熱量損失和壓力損失； 避免塑料熔體直接沖擊細小型芯或嵌件； 澆注系統應結合型腔的布局同時考慮流動距離和流動面積的校核。3.6.1 主流道的設計主流道的截面為原形，整體形狀為內圓錐形，錐度為。主要是為了便于澆注凝料從主流道中取出。對

47、于粘度較大的塑料熔體可以將錐度增大到。主流道的錐孔內壁必須光滑，其表面粗糙度應低于。為了與注塑機澆注噴嘴相吻合，主流道的始端設計為一凹形球面狀，球面半徑r要根據所選用注塑機的噴嘴球面半徑來確定。一般球面凹坑的半徑要比噴嘴的球面半徑要略大，才能保證熔融塑料從噴嘴完全進入流道而不溢出，同樣主流道圓錐孔的小端直徑則應大于噴嘴的內孔直徑。此球面凹坑的深度一般取35mm。由于主流道要與高溫塑料熔體和噴嘴反復的地接觸與碰撞，所以模具的主流道通常設計成可以拆卸與更換的襯套結構，故又稱主流道襯套為澆口套。在模具零件的標準化中，已將澆口套（主流道襯套）作為標準零件。澆口套一般采用t8a或t10a材料，熱處理硬度

48、為5055 hrc。圖3.4為本次注塑模具設計的澆口套。此澆口套是通過兩個m5的小螺釘固定在定模固定板上。采用的材料為40cr。在開模過程中，因澆口套和脫流道板有相對位移滑動。澆口套與脫流道板孔的配合尺寸為h7/g6。圖3.4 澆口套3.6.2 定位環的設計 定位環是模具體與注塑機定位裝置，它保證澆口套與注塑機噴嘴對中定位。對于小型注塑模具來說，可直接利用澆口套的臺肩作為模具的定位環；對于大中型模具，常常將模具定位環與澆口套分開設計。 本次畢業設計，因模具型腔布置的特點以及為了壓緊拉料桿。設計了如圖3.5所示的定位環。其中定位環的外徑是與注塑機定位孔成間隙配合。圖3.5 定位環3.6.3 分流

49、道設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道的作用是改變熔體的流向，使其平穩均衡地分配到各個型腔。設計時應注意盡量塑料熔體在流動過程中的熱量損失和壓力損失。 分流道的截面形狀常有的有圓形、半圓形、梯形和矩形等。 分流道橫截面積越大，注射過程中壓力損失越小；分流道的內表面積越小，熱量損失也就越小。所以可以根據分流道橫截面積和表面積的比值來表征流道效率。效率越高說明壓力、熱量損失越小，分流道設計的越合理。表3.1比較了不同流道截面形狀的綜合特征。表3.1 不同截面形狀綜合特征比較截面形狀流道效率熱量損失流動阻力加工性能選用情況圓形0.25d小小較難常用梯形0.195d較小

50、較小易最常用半圓0.153d較小小易較常用矩形大大易不常用 根據上表中各截面形狀的綜合特征，考慮到加工性能的難易，選用最為常用的梯形截面分流道。 梯形截面分流道的尺寸可按下面經驗公式確定 （3-2） （3-3）上式中b為梯形最大底邊寬度（mm），m為塑件的質量（g），l為分流道的長度（mm），h為梯形的高度（mm）。3.6.4 澆口的設計 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好地高質量注射成型。 模具設計中常用的澆口有直接澆口、側澆口、環形澆口、輪輻式澆口、點澆口、潛伏澆口等。本次設計采用的是點澆口。點澆口是一種截面尺寸很小的澆口

51、，由于點澆口前后兩端存在較大的壓力差，導致熔體流動性增加，有利于型腔的填充。此外，采用點澆口進料的澆注系統，在定模部分必須增加一個分型面，用于取出澆注系統的凝料。3.7 導向機構的設計 導向機構的作用： （1） 導向作用：模具在合模過程中，首先是導向零件的接觸，引導動模部分和定模部分準確地閉合，避免型芯在先進入型腔過程中造成模具相關成型零件的損壞。 （2） 定位作用：模具閉合之后，導向機構還同時保證動模部分和定模部分進行正確的定位，也就是保證各分型面兩側型腔的形狀和尺寸的準確。 （3） 增加模具相關零件的剛度：由于導向裝置在模具工作的過程中，承受了一定的側向壓力，或者是由于成型設備精度的下降的

52、影響，也會使導柱承受一定的側向壓力。 導柱導向機構是比較常用的一種導向機構，其主要零件是導柱和導套。 導柱導向機構的設計要求有以下幾點：（1） 導柱應合理均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具強度。（2） 為了使導柱順利地進入導向孔，導柱的端面應制成錐形或半球形的先導部分。（3） 導柱的長度必須比凸模端面高出68mm，避免導柱未導準方向而型芯先進入型腔與其可能相碰而損壞。本次設計采用的是mm的導柱，固定在在定模一側。數量是4個，均布在模具四周。具體結構形式如圖3.6所示。圖3.6 導柱導向機構3.8 脫螺紋機構設計 對于帶螺紋的塑件，因其形狀有特殊要求，其模具結構

53、與一般的模具結構不同。模具的脫螺紋機構的設計是整個模具設計中的重點。通常塑件上的內螺紋由螺紋型芯來成型，而其外螺紋則由螺紋型環來成型。3.8.1 脫螺紋機構種類 （1）手動脫螺紋機構：結構簡單，但必須手工操作，勞動強度大，效率低。 （2）拼塊式脫螺紋機構：將螺紋成型零件做成瓣合式。利用類似側抽芯的方式脫模。要求拼塊對合面接觸嚴密、定位準確、螺紋不錯口、無飛邊。 （3）強制脫螺紋機構：當螺紋的高度和結構符合強制脫模的條件時，可采用簡捷實用的強制脫螺紋方式。 （4）旋轉自動脫螺紋機構：利用塑件和螺紋型芯或螺紋型環之間在相對轉動的過程的相對軸向移動來實現自動脫螺紋。 本次設計采用的是旋轉自動脫螺紋機

54、構。3.8.2 旋轉自動脫螺紋機構 這種機構是使模具的螺紋成型零件相對于塑件旋轉并做軸向移動實現脫模。這就要求塑件和螺紋型芯不能同時轉動，為防止二者同時轉動，塑件上必須有止轉結構。通常塑件的止轉部位有外側止轉、內側只轉和端面止轉三種。 本次設計的塑件起止轉作用的結構為塑件外側止轉直條紋。擬采用齒輪齒條脫螺紋機構脫模，將型腔設在定模，螺紋型芯設在動模，并通過齒輪齒條和錐齒輪傳動使螺紋型芯旋轉運動在塑件外側直紋的止轉作用下，脫出塑件內螺紋。結構如圖3.7所示。圖3.7 齒輪齒條脫螺紋機構1 澆口套；2 拉料桿；3定模固定板；4脫流道板；5齒條鑲塊；6齒條；7齒輪軸；8主齒輪；9主動錐齒輪；10螺紋

55、型芯；11動模固定板；12動模墊塊；13動模墊板；14動模板；15定模板；16主齒輪軸；17軸承；18定模型腔鑲塊；19流道鑲塊 齒條通過鑲塊和螺釘固定在定模板的一側，開模時，在塑件包緊力和拉料桿2的阻力作用下，模具首先從aa處分型，如圖3.8所示，點澆口被拉斷，澆注凝料附著在脫流道板4上。由于定模板15在尼龍套和動模板14的摩擦阻力下會和定模部分一起移動而齒條是固定在定模板上的，所以齒條和齒輪此過程中雖然嚙合但是沒有相對運動，螺紋型芯不會轉動。在開模力的驅動下，動模部分和定模板繼續后退，在定距拉桿的作用下，定距螺釘推動脫流道板4，模具從bb處分型，在脫流道板的作用下，澆注凝料脫離模體。與此同時，動模繼續后移，此時尼龍套和動模板的摩擦阻力將不再起作用，動、定模分離，齒輪軸7在齒條6上滾動，帶動錐齒輪9旋轉，通過錐齒輪9與主齒輪軸7上的小錐齒輪的嚙合