淺析塑料瓶蓋的模具設(shè)計與加工

1、    淺析塑料瓶蓋的模具設(shè)計與加工    王德泰摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高精度塑料模具的使用數(shù)量也日益增加，且用戶對塑料模具的使用要求也越來越高，該文就塑料瓶蓋的模具設(shè)計、加工工藝方法和常見質(zhì)量問題作了簡明的闡述，并提出了一些較合理的解決方法，以提高塑料瓶蓋的模具的使用效率，提高塑料瓶蓋的整體質(zhì)量。關(guān)鍵詞：塑料瓶蓋 模具設(shè)計 加工工藝：tq32 ：a ：1674-098x（2014）02（c）-0087-02伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代塑料成型技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，其中影響塑料成型生產(chǎn)最關(guān)鍵的三大因素是：高精度的模具、合理的加工工藝方法、高

2、效快速的成型設(shè)備。高精度的塑料模具是保證合理的加工工藝方法的實現(xiàn)、保證塑料件的質(zhì)量的關(guān)鍵因素。先進(jìn)的制造設(shè)備只有配備高精度且合理的模具才能完全發(fā)揮設(shè)備的效能，當(dāng)今一般塑料產(chǎn)品的更新?lián)Q代都以生產(chǎn)模具的更新為基礎(chǔ)的。該文將以塑料瓶蓋的模具設(shè)計為重點，闡述當(dāng)今模具設(shè)計的一些技術(shù)特點。在塑料瓶蓋的模具設(shè)計中以完整內(nèi)螺紋式瓶蓋最常見，其對模具設(shè)計要求也較高，由于其內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度也較高，需使用先進(jìn)cad/cae技術(shù)，配合高精度的加工設(shè)備才能達(dá)到設(shè)計要求。1 塑料件結(jié)構(gòu)分析該設(shè)計為完整內(nèi)螺紋式瓶蓋，其效果圖如圖1所示，其塑件總高50 mm，整體壁厚2.5 mm，外徑為30 mm，內(nèi)外壁有拔模斜度，內(nèi)

3、徑螺距為5 mm?？蛇x用較常用的聚乙烯（pe）材質(zhì)制造。內(nèi)螺紋式瓶蓋與瓶身配合時需具有良好的密封性能，不會產(chǎn)生泄漏。對于完整內(nèi)螺紋式瓶蓋一般有以下幾種成型方法：（1）采用強(qiáng)制脫模的形式，此方法會導(dǎo)致脫模困難，且內(nèi)螺紋變形嚴(yán)重，產(chǎn)品的合格率也會隨之降低。（2）采用活動螺紋型芯的模具進(jìn)行手動脫模，此方法形式結(jié)構(gòu)較簡單，但生產(chǎn)效率較低，人工成本較高，不適用于大批量生產(chǎn)。（3）采用自動脫螺紋技術(shù)，此方法結(jié)構(gòu)適中，生產(chǎn)效率高，人工成本低，可適用于大規(guī)模批量生產(chǎn)。完整內(nèi)螺紋式瓶蓋設(shè)計屬于大批量生產(chǎn)，一般都采用一模多腔。綜合開始模具的加工費用等因素，采用一模16腔的模具形式來制造。澆注采用熱流道澆注模式，點

4、澆口進(jìn)料，在動模裝置那需設(shè)置型芯固定板和推板。2 塑料瓶蓋的模具設(shè)計在做模具設(shè)計時，一般應(yīng)使設(shè)計基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)一致，這樣可減少由于尺寸的累積而造成的加工誤差。如關(guān)鍵的加工尺寸的定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一，在加工制造過程中需確定加工基準(zhǔn)，需進(jìn)行相應(yīng)的尺寸精度換算，消除在加工工程產(chǎn)生的誤差，一般要求機(jī)械設(shè)計員需了解相應(yīng)的加工工藝。根據(jù)客戶的需求和上文所述的塑料件的結(jié)構(gòu)分析，模具設(shè)計裝配圖如圖2所示。2.1 澆注口設(shè)計由于此模具采從模具中心進(jìn)料，從而利于塑膠填充性能增腔，排氣性也較好，在分模時較易實現(xiàn)現(xiàn)有澆注系統(tǒng)冷凝料與塑澆件的切斷功能，此方法生產(chǎn)效率較高，所以澆鑄系統(tǒng)采用點澆口澆注。因為塑料瓶蓋的全螺紋部位需

5、與瓶身上部的螺紋口相配合，為保證螺紋的高強(qiáng)度性，需增加螺紋部分的壁厚來滿足性能，為防止在注塑過程出現(xiàn)氣泡、表面變型等缺陷，需將相應(yīng)的點澆口設(shè)置在塑膠件的底部中心的位置，此方法可提高塑膠件的流動性，提高注塑件的尺寸穩(wěn)定性，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。2.2 限位機(jī)構(gòu)設(shè)計此拉桿限位機(jī)構(gòu)比較常用，其是利用螺紋的連接性能來實現(xiàn)定距分模的，結(jié)構(gòu)工藝性較好，其常用來分模時的定距定量。工作時，上卸料板（3）與流道板（4）分開，動模部分也隨之往后移動，在拉桿的作用下使上定模板（2）與上卸料板（3）也隨之 分離，將流道里的一些冷凝料取出，動模部分將隨之往后移，在小拉桿端面限位的作用下，使上定模板4（2）與墊板（10）分

6、開，完成相應(yīng)的脫模動作。2.3 螺紋旋轉(zhuǎn)分離結(jié)構(gòu)設(shè)計螺紋旋轉(zhuǎn)分離結(jié)構(gòu)設(shè)計是利用塑料零件上的螺紋旋轉(zhuǎn)從而帶動軸向移動的方法實現(xiàn)塑件脫模的，在推板的作用下將塑件自然頂出。其工作過程是：在主軸（17）軸向移動下，其連接的太陽輪（15）也隨之轉(zhuǎn)動，從而嚙合行星輪（9）轉(zhuǎn)動，通過行星輪（9）的轉(zhuǎn)動從而帶動行輪軸的傳動，在導(dǎo)向螺紋套（12）的作用下，使塑件與向配合的螺紋分離，達(dá)到塑件脫模的目的。3 塑料瓶蓋的加工工藝分析3.1 加工工藝對模具質(zhì)量的影響選擇合理的加工工藝對模具質(zhì)量有著極其重要的影響，如加工細(xì)長軸、薄厚較薄的支撐件時、若裝夾的位置不當(dāng)，在加工時會導(dǎo)致工藝的變形，從而導(dǎo)致尺寸超差，影響模具的質(zhì)

7、量。以下闡述的是模具加工過程中常出現(xiàn)的幾個典型問題。（1）在加工模具型腔和型芯倒圓角時，若進(jìn)給量過大時會留下較深的粗刀痕，這些刀痕一般會產(chǎn)生應(yīng)力集中，在淬火加回火時會形成微小裂紋，在裝配至注塑機(jī)上工作時，由于使用時間較長會產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象，從而導(dǎo)致工件斷裂。（2）工件的熱處理工藝對模具質(zhì)量的影響也較大，如在工件淬火會影響工件的尺寸，在精加工時需考慮其淬火變形的導(dǎo)致的余量不足問題。如在切割t10等碳鋼工件時，由于其材料本身的淬透性能較差，其淬火的位置對工件整體的精度影響比較大，選擇不合適的淬火位置會導(dǎo)致工件變形嚴(yán)重大。3.2 塑料瓶蓋模具材料的選用選擇模具材料時需綜合考慮模具的使用工況和加工工藝

8、，一般此類熱作模具的材料常選用5crmnmo和5crnimo等材料，但由于其材料的合金含量不高，當(dāng)工件模具的尺寸大于300 mm時，其淬透性較差，心部會出現(xiàn)不能淬透的情況，所以此類材料一般適用于尺寸較小的模具中，若模具尺寸較大，且形狀較復(fù)雜一般選用5cr2nimovs和3cr2movni等材料。3.3 塑料瓶蓋模具的合理加工工藝塑料瓶蓋模具加工工藝的基本要求是減少工件變形和加工誤差，避免由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的裂紋。如在加工細(xì)長軸或薄壁零件時應(yīng)增加支撐點來保持工件的加工剛度。其他需要注意的情況如下。endprint（1）在加工塑料瓶蓋模具的型芯倒圓角時，一般在粗加工后留有足夠的余量，一般余量取0.

9、51 mm，再進(jìn)行后續(xù)半精加工和精加工。留有足夠的余量是保證工件在熱處理后能夠有足夠的尺寸余量來精加工。（2）在精磨加工時一般選用粘結(jié)性差和切削力強(qiáng)的精砂輪，在砂輪機(jī)上空跑幾次后清磨；減小磨削進(jìn)刀量和使用合適冷卻劑，在精磨后一般需進(jìn)行回火處理，保證工件的尺寸穩(wěn)定性。4 塑料瓶蓋的常見質(zhì)量問題分析塑料瓶蓋在注塑模加工過程中，常由于模具、材料和設(shè)備等原因?qū)е铝慵霈F(xiàn)飛邊、缺料等現(xiàn)象，增加零件的不合格率。常見的質(zhì)量問題如下。4.1 缺料一般在塑料加工過程中，由于模具的型腔填充不滿，從而造成零件的外形與設(shè)計不符的現(xiàn)象叫缺料。（1）工藝方法導(dǎo)致塑膠件缺料的工藝因素很多，其中最重要的原因是填充壓力小，注射

10、時間短和模具溫度低三個因素造成的。填充壓力小時，注塑機(jī)在注塑成型時，會導(dǎo)致型腔的壓力不足，塑膠很難填充滿整個型腔，從而導(dǎo)致零件缺料；注射時間短也會導(dǎo)致塑膠未完全充滿型腔，導(dǎo)致零件缺料；模具溫度低，會加速塑膠凝固，液體流動性減小，也會導(dǎo)致塑膠不能充滿整個型腔，造成缺料現(xiàn)象。（2）設(shè)備原因?qū)е滤苣z件缺料的設(shè)備原因主要是射嘴部分，一般為射嘴堵塞，一般方法是清理射嘴可以解決；射嘴漏膠也會導(dǎo)致缺料，此類故障一般需更換射嘴。（3）模具原因一般由于模具內(nèi)部排氣不通暢造成的，由于型腔內(nèi)積累的空氣無法排出，會造成塑膠填充量不足，從而導(dǎo)致缺料，采取的措施是降低塑膠的充填速度或在模具上增加相應(yīng)的排氣孔。由于熱流道堵

11、塞或流動不平衡造成塑膠熔料流動不順暢，造成零件的缺料，一般采取的措施是提高缺料產(chǎn)品相對應(yīng)的熱澆流道溫度，并使用精致且干凈的原料。4.2 飛邊飛邊一般發(fā)生在模具的分型位置上，如：模具的分型面、滑塊的配合位置、鑲件的側(cè)隙、推桿的孔隙等地方。當(dāng)溢料問題不及時解決將會飛邊擴(kuò)大。鑲件側(cè)隙和推桿孔隙產(chǎn)生的溢料會使塑膠件卡在模具上，影響分模。（1）工藝方法一般由于注塑機(jī)的注塑壓力過大或注塑的速度較快的原因造成的。由于其模具型腔內(nèi)的高壓高速導(dǎo)致模具的張力增加產(chǎn)生溢料的現(xiàn)象。一般解決的措施是延長注塑的時間和保壓時間。（2）設(shè)備方面機(jī)器自身合模力不夠。導(dǎo)致模具不能正常壓緊，一般在選擇注塑機(jī)型號時，機(jī)器所標(biāo)定的的額

12、定合模力一般須大于注射成型件軸向橫截面積在注射時所形成的張力，否則將造成脫模，形成飛邊。當(dāng)注塑機(jī)的合模裝置調(diào)節(jié)不合適會產(chǎn)生合模不均衡、模具自身的平行度不夠也會造成飛邊現(xiàn)象。（3）模具原因一般是由于模具的設(shè)計不合理所造成，此問題很難解決，需重新設(shè)計模具。4.3 縮水塑料縮水現(xiàn)象主要是因為由于體積收縮，壁厚處的表面原料被拉入，冷卻后在成品表面出現(xiàn)凹陷痕跡。縮水是成品表面所發(fā)生的不良現(xiàn)象中最多的，大多發(fā)生于壁厚處。（1）工藝方法注塑機(jī)注塑的速度和保壓時間較少，使得塑膠件的的流動性不足，首先進(jìn)入模具型腔的塑膠件冷卻較快，無足夠的保壓時間來進(jìn)行補(bǔ)縮，一般解決的措施是采用更高的注塑壓力。（2）模具原因塑料

13、瓶蓋的模具內(nèi)部的排氣不通暢，也會導(dǎo)致型腔內(nèi)有多余空氣不能排除，需要補(bǔ)縮的塑膠也較少，零件的收縮較大，一般措施為對模具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和增加排氣口。5 結(jié)語該文著重介紹了塑料瓶蓋的模具設(shè)計與加工，其模具結(jié)構(gòu)比較簡單，緊湊且加工成本較低，其合理的限位結(jié)構(gòu)和螺紋旋轉(zhuǎn)分離結(jié)構(gòu)是該文的設(shè)計亮點，通過相應(yīng)的可靠性分析，此模具結(jié)構(gòu)適用于大批量生產(chǎn)，且經(jīng)濟(jì)效率較高。對塑料瓶蓋的加工工藝分析和典型的質(zhì)量問題分析進(jìn)行闡述，合理的運用這些成熟的加工工藝方法可提高塑料瓶蓋模具生產(chǎn)效率，也是公司持續(xù)發(fā)展，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的前提條件。也對提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)制造成本有著深刻的意義。參考文獻(xiàn)1 王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)m.

14、北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.2 王興天.注塑工藝與設(shè)備m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.3 劉曉艷，趙素芬.塑料瓶蓋在加工過程中常見的質(zhì)量故障分析j.塑料包裝，2013（2）：32-34.4 張杰，吳濤.螺紋型芯自動收縮式注塑模設(shè)計j.模具工業(yè)，2000（2）：37-38.endprint（1）在加工塑料瓶蓋模具的型芯倒圓角時，一般在粗加工后留有足夠的余量，一般余量取0.51 mm，再進(jìn)行后續(xù)半精加工和精加工。留有足夠的余量是保證工件在熱處理后能夠有足夠的尺寸余量來精加工。（2）在精磨加工時一般選用粘結(jié)性差和切削力強(qiáng)的精砂輪，在砂輪機(jī)上空跑幾次后清磨；減小磨削進(jìn)刀量和使用合適冷卻劑，在精

15、磨后一般需進(jìn)行回火處理，保證工件的尺寸穩(wěn)定性。4 塑料瓶蓋的常見質(zhì)量問題分析塑料瓶蓋在注塑模加工過程中，常由于模具、材料和設(shè)備等原因?qū)е铝慵霈F(xiàn)飛邊、缺料等現(xiàn)象，增加零件的不合格率。常見的質(zhì)量問題如下。4.1 缺料一般在塑料加工過程中，由于模具的型腔填充不滿，從而造成零件的外形與設(shè)計不符的現(xiàn)象叫缺料。（1）工藝方法導(dǎo)致塑膠件缺料的工藝因素很多，其中最重要的原因是填充壓力小，注射時間短和模具溫度低三個因素造成的。填充壓力小時，注塑機(jī)在注塑成型時，會導(dǎo)致型腔的壓力不足，塑膠很難填充滿整個型腔，從而導(dǎo)致零件缺料；注射時間短也會導(dǎo)致塑膠未完全充滿型腔，導(dǎo)致零件缺料；模具溫度低，會加速塑膠凝固，液體流動

16、性減小，也會導(dǎo)致塑膠不能充滿整個型腔，造成缺料現(xiàn)象。（2）設(shè)備原因?qū)е滤苣z件缺料的設(shè)備原因主要是射嘴部分，一般為射嘴堵塞，一般方法是清理射嘴可以解決；射嘴漏膠也會導(dǎo)致缺料，此類故障一般需更換射嘴。（3）模具原因一般由于模具內(nèi)部排氣不通暢造成的，由于型腔內(nèi)積累的空氣無法排出，會造成塑膠填充量不足，從而導(dǎo)致缺料，采取的措施是降低塑膠的充填速度或在模具上增加相應(yīng)的排氣孔。由于熱流道堵塞或流動不平衡造成塑膠熔料流動不順暢，造成零件的缺料，一般采取的措施是提高缺料產(chǎn)品相對應(yīng)的熱澆流道溫度，并使用精致且干凈的原料。4.2 飛邊飛邊一般發(fā)生在模具的分型位置上，如：模具的分型面、滑塊的配合位置、鑲件的側(cè)隙、推

17、桿的孔隙等地方。當(dāng)溢料問題不及時解決將會飛邊擴(kuò)大。鑲件側(cè)隙和推桿孔隙產(chǎn)生的溢料會使塑膠件卡在模具上，影響分模。（1）工藝方法一般由于注塑機(jī)的注塑壓力過大或注塑的速度較快的原因造成的。由于其模具型腔內(nèi)的高壓高速導(dǎo)致模具的張力增加產(chǎn)生溢料的現(xiàn)象。一般解決的措施是延長注塑的時間和保壓時間。（2）設(shè)備方面機(jī)器自身合模力不夠。導(dǎo)致模具不能正常壓緊，一般在選擇注塑機(jī)型號時，機(jī)器所標(biāo)定的的額定合模力一般須大于注射成型件軸向橫截面積在注射時所形成的張力，否則將造成脫模，形成飛邊。當(dāng)注塑機(jī)的合模裝置調(diào)節(jié)不合適會產(chǎn)生合模不均衡、模具自身的平行度不夠也會造成飛邊現(xiàn)象。（3）模具原因一般是由于模具的設(shè)計不合理所造成，

18、此問題很難解決，需重新設(shè)計模具。4.3 縮水塑料縮水現(xiàn)象主要是因為由于體積收縮，壁厚處的表面原料被拉入，冷卻后在成品表面出現(xiàn)凹陷痕跡。縮水是成品表面所發(fā)生的不良現(xiàn)象中最多的，大多發(fā)生于壁厚處。（1）工藝方法注塑機(jī)注塑的速度和保壓時間較少，使得塑膠件的的流動性不足，首先進(jìn)入模具型腔的塑膠件冷卻較快，無足夠的保壓時間來進(jìn)行補(bǔ)縮，一般解決的措施是采用更高的注塑壓力。（2）模具原因塑料瓶蓋的模具內(nèi)部的排氣不通暢，也會導(dǎo)致型腔內(nèi)有多余空氣不能排除，需要補(bǔ)縮的塑膠也較少，零件的收縮較大，一般措施為對模具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和增加排氣口。5 結(jié)語該文著重介紹了塑料瓶蓋的模具設(shè)計與加工，其模具結(jié)構(gòu)比較簡單，緊湊且加工

19、成本較低，其合理的限位結(jié)構(gòu)和螺紋旋轉(zhuǎn)分離結(jié)構(gòu)是該文的設(shè)計亮點，通過相應(yīng)的可靠性分析，此模具結(jié)構(gòu)適用于大批量生產(chǎn)，且經(jīng)濟(jì)效率較高。對塑料瓶蓋的加工工藝分析和典型的質(zhì)量問題分析進(jìn)行闡述，合理的運用這些成熟的加工工藝方法可提高塑料瓶蓋模具生產(chǎn)效率，也是公司持續(xù)發(fā)展，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的前提條件。也對提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)制造成本有著深刻的意義。參考文獻(xiàn)1 王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.2 王興天.注塑工藝與設(shè)備m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.3 劉曉艷，趙素芬.塑料瓶蓋在加工過程中常見的質(zhì)量故障分析j.塑料包裝，2013（2）：32-34.4 張杰，吳濤.螺紋型芯自

20、動收縮式注塑模設(shè)計j.模具工業(yè)，2000（2）：37-38.endprint（1）在加工塑料瓶蓋模具的型芯倒圓角時，一般在粗加工后留有足夠的余量，一般余量取0.51 mm，再進(jìn)行后續(xù)半精加工和精加工。留有足夠的余量是保證工件在熱處理后能夠有足夠的尺寸余量來精加工。（2）在精磨加工時一般選用粘結(jié)性差和切削力強(qiáng)的精砂輪，在砂輪機(jī)上空跑幾次后清磨；減小磨削進(jìn)刀量和使用合適冷卻劑，在精磨后一般需進(jìn)行回火處理，保證工件的尺寸穩(wěn)定性。4 塑料瓶蓋的常見質(zhì)量問題分析塑料瓶蓋在注塑模加工過程中，常由于模具、材料和設(shè)備等原因?qū)е铝慵霈F(xiàn)飛邊、缺料等現(xiàn)象，增加零件的不合格率。常見的質(zhì)量問題如下。4.1 缺料一般在

21、塑料加工過程中，由于模具的型腔填充不滿，從而造成零件的外形與設(shè)計不符的現(xiàn)象叫缺料。（1）工藝方法導(dǎo)致塑膠件缺料的工藝因素很多，其中最重要的原因是填充壓力小，注射時間短和模具溫度低三個因素造成的。填充壓力小時，注塑機(jī)在注塑成型時，會導(dǎo)致型腔的壓力不足，塑膠很難填充滿整個型腔，從而導(dǎo)致零件缺料；注射時間短也會導(dǎo)致塑膠未完全充滿型腔，導(dǎo)致零件缺料；模具溫度低，會加速塑膠凝固，液體流動性減小，也會導(dǎo)致塑膠不能充滿整個型腔，造成缺料現(xiàn)象。（2）設(shè)備原因?qū)е滤苣z件缺料的設(shè)備原因主要是射嘴部分，一般為射嘴堵塞，一般方法是清理射嘴可以解決；射嘴漏膠也會導(dǎo)致缺料，此類故障一般需更換射嘴。（3）模具原因一般由于模

22、具內(nèi)部排氣不通暢造成的，由于型腔內(nèi)積累的空氣無法排出，會造成塑膠填充量不足，從而導(dǎo)致缺料，采取的措施是降低塑膠的充填速度或在模具上增加相應(yīng)的排氣孔。由于熱流道堵塞或流動不平衡造成塑膠熔料流動不順暢，造成零件的缺料，一般采取的措施是提高缺料產(chǎn)品相對應(yīng)的熱澆流道溫度，并使用精致且干凈的原料。4.2 飛邊飛邊一般發(fā)生在模具的分型位置上，如：模具的分型面、滑塊的配合位置、鑲件的側(cè)隙、推桿的孔隙等地方。當(dāng)溢料問題不及時解決將會飛邊擴(kuò)大。鑲件側(cè)隙和推桿孔隙產(chǎn)生的溢料會使塑膠件卡在模具上，影響分模。（1）工藝方法一般由于注塑機(jī)的注塑壓力過大或注塑的速度較快的原因造成的。由于其模具型腔內(nèi)的高壓高速導(dǎo)致模具的張力增加產(chǎn)生溢料的現(xiàn)象。一般解決的措施是延長注塑的時間和保壓時間。（2）設(shè)備方面機(jī)器自身合模力不夠。導(dǎo)致模具不能正常壓緊，一般在選擇注塑機(jī)型號時，機(jī)器所標(biāo)定的的額定合模力一般須大于注射成型件軸向