吹塑成型说明书

课程设计

中空吹塑成型模具设计

姓名郭胜

学号 11051021032 院系机电工程学院

专业材料成型及控制工程年级 2011级

指导教师贾焕丽

2015年1月15日

目录

摘要 (1)

1 吹塑件结构与材料分析 (3)

1.1 软件简介 (3)

1.2 模具设计与制造的一般流程 (3)

1.3吹塑件结构分析 (5)

1.4吹塑件材料分析 (7)

2 吹塑模具的结构与材料分析 (8)

2.1吹塑模结构分析 (8)

2.2 吹塑模具的材料分析 (9)

3 挤出吹塑机头尺寸计算 (11)

3.1出模膨胀系数选择 (11)

3.2 挤出机头设计原则 (11)

4 吹塑模具的型腔的设计 (14)

4.1分型面选择 (14)

4.2型腔表面处理 (14)

4.3型腔尺寸计算 (14)

5 吹塑模具的颈部及底部嵌块设计 (16)

6 吹塑模具的夹坯口与余料槽设计 (18)

6.1剪口尺寸 (18)

6.2剪口部位 (19)

7 吹塑模具的冷却系统设计 (20)

7.1 冷却系统设计原则 (20)

7.2 开设冷却系统 (21)

8 吹塑模具的排气系统设计 (22)

9 成型设备选择 (23)

参考文献 (24)

致谢 (25)

摘要

根据矿泉水瓶的用途和使用要求进行分析，合理设计矿泉水瓶的形状造型结构，包括容积、壁厚、外形、底部和瓶口螺纹等的设计，并根据吹塑工艺选择制矿泉水瓶的材料。

矿泉水瓶吹塑模设计，采用平行移动式模具，设计内容包括模具材料选择、模具型腔、模具主体、冷却系统、切口部分、嵌块部分、排气孔槽和导向部分等。

根据本次设计的矿泉水瓶的功能、材料及各个工艺特点，吹塑工艺采用挤出吹塑，矿泉水瓶的成型包括成型设备和成型工艺条件等的分析设计。

关键词：矿泉水瓶;吹塑模;挤出吹塑；模具设计

Abstract

Based on the analysis of the function and usage requirements of mineral water bottles, properly designed its shape and modeling structure, including the design of its volume, wall thickness, shape,the bottom and mouth thread, etc. Meantime, chose its material according to the blow mould process of mineral water bottles.

The mineral water bottle blow mould design selected parallel move mold. The design included mould material selection, molud cavity, mould main body, cooling system, incision, embedded block, vent groove, orientation and so on.

According to the function, material and process characterists of mineral water bottles, the blow process used extrusion blow in this paper, The forming of mineral water bottles contained the analysis and design of moulding equipments, moulding process conditions, etc.

Keywords:mineral water bottles; blow molding;Extrusion blow molding;mould design

1吹塑件结构与材料分析

1.1软件简介

C ro/E（Cro/Engineer操作软件，以下简称Cro/E）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。

Cro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用[4]。

1.2模具设计与制造的一般流程

在模具设计与制造过程中，从产品设计、模具设计到模具制造一般按照以下的流程来进行：

使用Pro/E 进行中空塑料吹塑模具设计的流程如下图2所示.

1.2.1 模具设计

(1)饮料瓶零件分析

在对制品设计之前，充分了解制品的用途及特性和设计参数及要求，根据用途与特性和设计参数确定制品工艺条件，如表1所示。

表1 饮料品制品工艺表

（2）饮料瓶零件设计

应用Cro/E 进行产品零件设计的流程如图3所示.

1.3 吹塑件结构分析

塑件主要根据使用要求设计，由于塑料有其特殊物理机械性能，因此在塑件设计时必须充分发挥其性能上的优点，避免和补偿其缺点，在满足要求的前提下，塑件设计应尽可能简化模具结构，符合成型工艺要求。

a ．塑件设计尽量壁厚均匀，无过薄过厚的部分。外径设计应考虑吹胀比(图1中B ／d=B R ) B R =2.1～4.1，多取B R =2:1。这样可缩小机头尺寸。

b ．塑件长度也应考虑延伸比S R (图1中S R =

c ／b)，S R 越大塑件强度越高，但也要结合保证塑件的实用剐度和实用壁厚，因此延伸比取S R ·B R =4～6较合适。

c ．瓶盖与瓶口部分应采用螺纹结合，也有采用凸缘或凸环结合的如图2，一般采用梯形螺纹，不选用细牙螺纹，为了使合模面上的飞边不致影响螺纹旋合，螺纹可设计成断续状。

d ．塑件侧壁与底部的交接部分，一般不允许设计成尖角，二界面角采用圆

弧过渡，三界面角可用球面过渡。（R=0.3×2B )只有造型装饰部分可采甩尖角。 e.塑件支承面，特别注意要减少结合缝与支承面的重合部分。因切口的存在

将影响塑件放置的平稳性。同时也要增加底部刚度。

f ．塑件的外表面，在无特殊的要求时，应做粗糙的外表面。尖似磨沙玻璃，或做成绒面，木纹面，皮革面等。

容积：

V=500ml

容器的平均壁厚：

t=0.5mm

外形：

采用椭圆形容器，这种形状的吹塑制品是针对圆形和方形制品的缺点进行改

进的。它综合了它们的优点，在强度和刚度、变形性等力学性能方面都较好；外观造型好，开发应用颇多。

吹塑制品的外形的几何外形设计除了考虑其实用性外，还应注意美术造型、装饰图案、花纹，以增加制品的直观美.

底部：

通常很少以整个平面作为制品的支承面，并要尽量减小支承面。对于瓶类制品来说，一般采用环形支承面，若以整个平面作为支承面。在钳贴熔接部分因存在钳切毛边而凸起，制品放置不稳，采用环形支承面，情况大为改善，且增加了制品底部的刚度。

从生产工艺可知，挤出吹塑制品的底部，一般都是型坯的夹断处，是制品力学性能的薄弱部位。制品在底部夹缝处的壁厚，比其他部位厚，收缩率也较大，故容易产生翘曲现象，影响制品的直立。因此，制品底部应设计成内凹形。制品

的转角处及内凹处，均作较大的圆弧过渡。

口部：

为使容器口部能更好地与盖及密闭器配合，容器口部有螺纹结构设计。在挤出吹塑成型中，容器口部的外直径是由吹塑模具的模腔尺寸决定的；容器口部的内直径由吹塑模具的吹气型芯的外直径尺寸决定的。这时，容器口部的厚度是由型坯压缩形成的。若型坯壁的厚度发生变化，容器口部的内径也会发生变化。生产时，容器口部还会产生收缩、凹陷等不良现象。为使容器口部与密封盖或封闭器配合紧密，需对容器口部进行二次切削加工。挤压式的柔性瓶，如眼药水瓶、滴液瓶，其容器孔口的直径很小，可采用吹气针方式。

图4 矿泉水瓶结构图

1.4 吹塑件的材料分析

表2 吹塑用塑料的性能比较

材料密度刚度耐冲击强度耐热性透明性POM 1 1 6 6 12 ABS 6 7 6 7 7 CA 3 8 11 7 1 PC 3 6 3 2 4 LDPE11 11 1 4 17 HDPE9 10 3 3 10 PP12 9 6 1 7 PS 6 5 9 8 10 PVC249 12 1

聚丙烯（PP）是塑料中的后起之秀。是由丙烯单体（CH

3—CH＝CH

2

）聚合

而成。是无毒、无味、半透明塑料。具有质轻的特点，其密度为0.90～0.91g/cm3，是通用塑料中密度最低的一种。

聚丙烯具有优良的耐热性，长期使用温度可高达100～120℃，短期使用温度为140℃，无载荷时使用温度可达150℃，聚丙烯是通用塑料中唯一能在水中煮沸，并能经受135℃的消毒温度的品种。以PP为基材的多层容器可在温度高达90℃条件下进行热灌装或消毒处理。

聚丙烯的耐低温性不如聚乙烯，力学强度、刚性和耐应力开裂性都超过高密度聚乙烯，聚丙烯是一种非极性塑料，具有优良的化学稳定性，并且结晶度越高，化学稳定性越好。聚丙烯具有有优良的耐弯曲疲劳性，很适宜制造盖体合一的容器，带铰链的双层壁的吹塑工具箱等。

聚丙烯的成型性能：

聚丙烯的熔点较高，冷却速率较大，型坯热封性差，易在闭模时夹断。聚丙烯的收缩率较大，约为1.0%～2.5%，收缩会随制品壁厚、成型工艺、填料加入量的不同而变化。

聚丙烯可采用挤出吹塑、注射吹塑、注射拉伸吹塑等方法制成中空容器。

2 吹塑模具的结构与材料分析

2.1 吹塑模具结构分析

2.1.1平行移动式模具

该种结构由两半个相同模腔构成，通过合模机使之闭合。模具(如图5)的安装采用直接安装法为好，即在模具上做出螺纹孔，用螺钉穿过合模机安装板直接紧固。目前生产几乎都采用该种结构形式。

图5 平行移动式模具图

综合考虑，采用平行移动式模具，其基本结构包括两半部分。它是由模具型腔、模具主体、冷却系统、切口部分、排气孔槽和导向部分等组成。

与注射成型模具相比，挤出吹塑模具有以下特点：

吹塑模具型腔受到的压力为型坯的吹胀压力，而注射模具型腔内的压力要高得多（10～40 MPa）。因此，吹塑模具对材料的要求较低，选择范围较宽。

吹塑模具只有凹模，且其型腔一般不需经硬化处理，除非要求长期生产。而注射模包括型芯与型腔。

注射模腔内熔体通过流动来成型，吹塑模腔内型坯则通过膨胀来成型，这可减小制品上的流痕与结合缝及模腔的磨损等问题。

由于没有型芯，吹塑制品上较深的凹陷也能脱模，不需设置像注射模所广泛采用的滑块、顶杆或凸轮等。

另外，吹塑模与真空成型模有相似之处，但其造价较低。

2.2 吹塑模具的材料分析

吹塑模具材料的选择要综合考虑导热性能、强度、耐磨性能、抛光性能、成本以及所用塑料与生产批量等因素。例如，对会产生腐蚀性挥发物的塑料（PVC），要采用耐腐蚀性材料来制造模具或最在模腔上镀耐腐蚀金属。

下面介绍吹塑模具采用的几种材料。

（1）铝；铝是挤出吹塑模具较早采用也是目前普遍采用的材料。铝的导热性能高、机械加工性与可延性好、密度低，但硬度低、易磨损，当然铝合金的耐磨性会高些。铝模具的使用寿命约为1×106~2×106次。

（2）铜基合金；铜铍合金是吹塑模具较常用的一种材料，具有很好的导热性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性与机械韧性，主要缺点是成本高、机械加工性能比铝差。铜铍合金可通过机械加工、铸造与热挤压来制造模具。

铜铍合金多数用于制造夹料嵌块，与铝模具配合使用。有时（尤其是对腐蚀性塑料），整套吹塑模具均由铜铍合金制成。铜铍合金模具易于通过焊接或镶嵌法来修补。

除铜铍合金外，还有Ni/Si/Cu、Cr/Cu与铝/青铜合金。

（3）钢主要用于制造PVC与工程塑料的吹塑模具，这是因为钢的硬度、耐磨性与韧性极高，通过蚀刻可取得极好的表面花纹。钢的主要缺点是导热性能差，要通过冷却系统的设计及冷却流体的温度与流动状态等来补偿。对腐蚀性塑料（如PVC），要采用不锈钢。钢模具可采用机械加工、冷挤压、铸造或焊接来制造。钢模具的使用寿命可达107次。

普通工具钢还用于制造要承受磨损的吹塑模具零件，如夹料嵌块、拉杆、导柱、导套等。

但总的来说，钢在制造吹塑模具方面用得较少。

（4）其他材料：锌合金的导热性良好、成本低，可用于铸造大型模具或形状不规则模具，还可通过机械加工来制造模具。锌镍合金也用作吹塑模具材料。

中空吹塑模用材料有：铸铁、钢、铝、镀铜、锌等。铸铁用于手动铰链模及小批量生产中，大批量生产中一般不用，因它传热慢、刚性低、不适批量生产。铝制模有重量轻、传热快、易加工等优点，巳广泛应用，由于其硬度低、耐久性差，故在必要部分采用铜质嵌件。钢材适用于大批量生产，一般采用碳素结构钢。

在要求较严时采用合金结构钢，目前采用较少，铍铜强度低、传热快、耐磨，适于大批量生产，但成本高．一般用于冷却系统。锌基台金易于铸造成型、传热快、适于大型精细模具。

3 矿泉水瓶挤出吹塑机头尺寸计算

3.1 出模膨胀系数选择

日前各种资料所列的材料的出模膨胀系数均有差异，有的差异较大，与实际生产也有出入。一方面，这种系数受到加工温度、螺杆的性能、螺杆转速、机头的性能等多方面因素的影响。加上实际生产中往往采用混合材料，因此，具体某种材料的系数在生产中摸索。校正是必要的。表2为总结出来的系数。聚丙烯的出模膨胀系数取1.6。

表3 材料的出模膨胀系数

塑料名称

代号 出模膨胀系数 高密度聚乙烯

HDPE 1.04～1.90 低密度聚乙烯

LDPE 1.30～1.65 聚氯乙烯

PVC 1.05～1.10 聚丙烯

PP 1.55～1.80 聚苯乙烯

PS 1.30～1.60 聚对苯二甲酸乙二酯 PET 1.10～1.35

3．2 挤出机头设计原则

从各类日化用品瓶及药葫瓶的整体外形、各种瓶体统计来看，一般瓶体直径是瓶口的2.5倍，这种比值正好是吹胀比的中间值。因此设计机头时，就以瓶口螺坟外径或瓶口外径为基础，再以使用材料的出模膨胀系数计算，得出机头口模的计算公式。机头口模内径的计算公式：

D=〔m D 1+b 〕0

z δ-

=（6.136+3）0

072.0-

=25.50

072.0-

式中

D 1—— 模具型腔瓶口的外径(最大尺寸)，取D 1=36mm.

D ——机头口模内径

m ——材料的出模膨胀系数。取1.6

b —— 修正系数，取3.

z —— 口模内径公差,取0.072

模口：吹塑中空容器时，模口部分即是吹管部分。在吹塑时，因它是戚型塑件口部，

故要保证尺寸也要保证切断余料。(如图6)。

图6 模口

型坯尺寸：

塑料制品最大直径与型坯直径的比值称为吹胀比，吹胀比f 可表示为 f=d

D 式中，

D---制品最大直径(mm);取D=120mm.

d---型坯直径(mm)。

吹胀比要选择适当,过大容易造成制品壁厚不均匀,根据经验,通常取吹胀比f=2～4。

取f=2 则 d=f

D =2120=60mm 型坯设计成圆管形状

一般要求型坯横截面形状与制品外形轮廓相似。例如,若吹塑圆形横截面的

瓶子,型坯应为圆管形状;若吹塑方桶,则型坯为方管形状.这样做的目的是使型坯各部位塑料的吹塑的吹胀比一直,从而使制品壁厚均匀。另外,还要注意塑料的收缩率,对于尺寸精度要求不高的容器类塑料制品,成型收缩率对制品的影响不大;但对于有刻度的定量容器类和瓶口有螺纹的制品,要注意收缩率对制品精度的影响。

机头芯捧外径：

当吹胀比确定后,便可采用如下经验公式计算挤出机挤头的口模缝隙(成型机头口模与芯棒之间的间隙)。

b=ksf

=1.25×1×2

=2.5mm

式中,

b---机头的口模缝隙(mm);

s---制品壁厚(mm),取s=1mm;

k---修正系数,一般取1.0～1.5,对与粘度大的塑料,k 取小值。

取k=1.25

生产实践证明，用以上公式计算得到的机头、口模内径、芯棒外径挤出来的半熔坯管，经吹塑成型后，瓶口的纵向飞边少，有时基本上没有飞边，同时瓶底的切口线最短，强度最好。

4 吹塑模具的型腔

4.1分型面选择

设计吹塑模具时首先要考虑的一个问题是分型面的选择，其位置由吹塑制品的形状确定。对横截面为圆形的容器，分型面通过其直径设置；对椭圆形容器，分型面通过椭圆形的长轴；矩形容器的分型面可通过中心线或对角线，其中后者可减小吹胀比，但与分型面相对的拐角部位壁厚较小。对某些制品，要设置多个分型面。

本塑件为圆柱型容器，分型面通过圆柱形的长轴。

4.2 型腔表面处理

对许多吹塑制品的外表面都有一定的质量要求，有的要雕刻文字图案，有的要做成镜面、绒面、皮革纹面等，因此，要针对不同的要求对型腔表面采用不同的加工方式，如采用喷砂处理将型腔表面做成绒面，采用镀铬抛光处理将型腔表面做成镜面，采用电化学腐蚀处理将型腔表面做成皮革纹面等。

本塑件在外表面上雕刻图案以增强制品的刚度和强度

4.3 型腔尺寸的计算

容器类的制件一般要求不严格，成型收缩率影响不大，但对有刻度的部分或螺纹处，收缩率就有相当的影响，体积越大影响也越显著。各种塑料的吹塑成型收缩率见表4。聚丙烯的收缩率取2%。

表4 塑料吹塑成型时收缩率

塑料名称

收缩率（%） 塑料名称 收缩率（%） 聚缩醛及其共聚物

1～3 聚丙烯 1.2～2 尼龙6

0.5～2 聚碳酸酯 0.5～0.8 低密度聚乙烯

1.2～2 聚苯乙烯及其改性品 0.5～0.8 高密度聚乙烯 1.5～3.5 聚氯乙烯 0.6～0.8

D=〔d(1+S cp )-△/2〕z δ+0=320

H=〔120(1+2%)-0.68/2〕136.00+

=(120×102%-0.34)136.00+

=200136.00+

B=〔90(1+2%)-0.68/2〕22.00+

=(90×102%-0.34) 22.00+

=20022.00+

D ——模具型腔长尺寸；

H ——模具型腔高度尺寸，设计要求得到的产品尺寸；

B ——模具型腔宽度尺寸，设计要求得到的产品尺寸；

型芯结构如下图7所示：

图7 型腔

5 吹塑模具的颈部嵌块及底部嵌块设计

成型容器颈部的嵌块主要有模颈圈与剪切块，剪切块位于模颈圈之上，有助于切去颈部余料，减小模颈圈的磨损。模颈圈与剪切块由工具钢制成。如图8所示定径进气杆插入型坯内时，进气杆端部则可成型容器颈部的内表面。

本次矿泉水瓶螺纹镶块设计采用锥形结构，如下图8所示：

图8 螺纹镶块

吹塑模具底部一般设置单独的嵌块，以挤压、封接型坯的一端，并切去尾料。

设计模底块时应主要考虑夹料口刃与尾料槽，它们对吹塑制品的成型与性能有重要影响。因此，对它们有四方面要求。

（1）要有足够的强度、刚度与耐磨性，以在反复的合模过程中承受挤压型坯熔体产生的压力。

（2）夹料区的厚度一般比制品壁的大些，积聚的热量较多。为此，夹料嵌块要选用导热性能高的材料来制造。同时要考虑夹料嵌块的耐用性，铜铍合金是一种理想的材料。当然，由钢制成的夹料嵌块使用寿命会更长，但导热性能较差。对软质塑料，夹料嵌块一般可用铝做成，并与模体做成一体。

（3）接合缝通常是吹塑容器最薄弱的部位，故要在合模后但未切断尾料前把少量熔体挤入接合缝，以适当增加其厚度与强度。

（4）应能切断尾料，形成整齐的切口。

本次矿泉水瓶谷肚设计如下图9所示：

图9 谷肚

6 矿泉水瓶吹塑模具的夹坯口与余料槽设计

挤出吹塑模摸底部分的作用是挤压、封接型坯尾部、切去余料,并要求不留明痕迹,同时保证塑件底部具有一定壁厚。图11所示为模底部分结构示意图.图8中夹坯刃口2及余料槽1为摸底部分的关键部位.。夹坯刃口宽度b值的选取要适