塑料碗模具设计.docx

课程设计说明书
设计题目： 塑料碗模具设计
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学 号：
指导教师：
完成日期：2012年10月12日
题目：17 塑料碗塑模设计
要求：材料PP 、 一模四腔
目录
题目 2
一.塑料的工艺性设计 4
注塑模工艺 4
化学和物理特性 5
塑件的尺寸与公差 5
二.注射成型机的选择 6
三.型腔布局与分型面设计 6
型腔数目确定 6
型腔的布局 7
分型面的设计 7
四.浇注系统设计 8
主流道设计 8
主流道衬套的固定 9
分流道设计 10
浇口的设计 11
五.成型零件的设计 12
成型零件结构设计 13
成型零件尺寸计算 15
六.合模导向机构的设计 18
导柱的结构 18
导套的结构 19
七.脱模机构的设计 20
推出方式的选择 20
推杆设计 20
推板设计 21
八.模架及注射机的选择 22
模架的选择 22
注射机有关参数校核 22
九.设计总结 23
十.参考文献 23
一、塑料的工艺性设计
1、注塑模工艺
干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理;
熔化温度：220~275℃,注意不要超过275℃;
模具温度：40~80℃,建议使用50℃;结晶程度主要由模具温度决定;
注射压力：可大到1800bar;
注射速度：通常,使用高速注塑可以使内部压力减小到最小;如果制品表面出现了缺陷,那么应使用较高温度下的低速注塑;
流道和浇口：对于冷流道,典型的流道直径范围是4~7mm;建议使用通体为圆形的注入口和流道;所有类型的浇口都可以使用;典型的浇口直径范围是1~1.5mm,但也可以使用小到0.7mm的浇口;对于边缘浇口,最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍;PP材料完全可以使用热流道系统;
成型时间：注射时间 20s~60s
高压时间 0s~3s
冷却时间 20s~90s
总周期 50s~160s
2、化学和物理特性
PP是一种半结晶性材料;它比PE要更坚硬并且有更高的熔点;由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆,因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物;共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度100℃、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有更强的抗冲击强度;PP的强度随着乙烯含量的增加而增大;PP的维卡软化温度为150℃;由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好;PP不存在环境应力开裂问题;通常,采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性;PP的流动率MFR范围在1~40;低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低;对于相同MFR的材料,共聚物型的强度比均聚物型的要高;由于结晶,PP的收缩率相当高,一般为~%;并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多;加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到%;均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性;然而,它对芳香烃如苯溶剂、氯化烃四氯化碳溶剂等没有抵抗力;PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性;
3、塑件的尺寸与公差
1、塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
a) 取决于用户的使用要求;
b) 受制于塑件的流动性;
c) 受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力;
2、塑件尺寸公差标准
a) 影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收缩率及其波动;
b) 塑件结构的复杂程度;
c) 模具因素含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等;
d) 成型工艺因素模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等;
e) 成型设备的控制精度等;
其中,塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差;
题中没有公差值,则我们按未注公差的尺寸许偏差计算,查表取MT5;
3、塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度,其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关;
模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级;
二、注射成型机的选择
单个碗质量 m1 =58.5g
制品的正面投影面积A1=103.81cm2
单个碗体积V塑=85cm3
估算流道凝料体积V凝=35cm3
模具所需注射量m = nm1+m2=374g
估算所需锁模力Fm = nA1+A2P型 = 4+10225=140x104N
注射机为上海橡塑机厂的XS-ZY-500卧试注塑机;查表注射压力为104MPa,合模力为350×104N,注射方式为螺杆式,喷嘴球半径R为18mm,喷嘴口直径为7.5mm一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机;中等型号的占大部分,小型和大型的只占一小部分;所以我们不必过多的考虑注射机型号;具体到这套模具;
三、型腔布局与分型面设计
1、型腔数目的确定
型腔数目的确定,应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑;
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n ,即
n
式中 F——注射机额定锁模力N
P——型腔内塑料熔体的平均压力MPa
A1、A2——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积mm2
大多数小型件常用多型腔注射模,面高精度塑件的型腔数原则上不超过4个,而题目要求采用一模四腔;
2、型腔的布局
考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计,模具的型腔排列方式如下图所示：
图1
3、分型面的设计
分型面位置选择的总体原则,是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构,分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择;
a) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处;
b) 便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边;
c) 保证塑件的精度要求;
d) 满足塑件的外观质量要求;
e) 便于模具加工制造;
f) 对成型面积的影响;
g) 对排气效果的影响;
h) 对侧向抽芯的影响;
图2
四、浇注系统设计
1、主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触,可看作是喷嘴的通道在模具中的延续,另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道;形状结构如图3所示,其设计要点：
图3
a) 主流道设计成圆锥形,其锥角可取2°~6°,流道壁表面粗糙度取Ra=μm,且加工时应沿道轴向抛光;
b) 主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大1~2 mm；球面凹坑深度3~5mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大~1mm；一般d=~5mm;
c) 主流道末端呈圆无须过渡,圆角半径r=1~3mm;
d) 主流道长度L以小于60mm为佳,最长不宜超过95mm;
e) 主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A,热处理淬火后硬度53~57HRC;
2、主流道衬套的固定
因为采用的有托唧咀,所以用定位圈配合固定在模具的面板上;定位圈也是标准件,外径为Φ150mm,内径Φ31.5mm;
具体固定形式如图4所示：
图4
3、分流道的设计
a) 分流道是脱浇板下水平的流道;为了便于加工及凝料脱模,分流道大多设置在分型面上,分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等,工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大,一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：
式1
式2
式中 B―梯形大底边的宽度mm
m―塑件的重量g
L―分流道的长度mm
H―梯形的高度mm
质量大约58.5g,分流道的长度预计设计成110mm长,且有4个型腔,
所以
取B为27mm
=18 取H为18mm
梯形小底边宽度取21mm,其侧边与垂直于分型面的方向约成10°;分流道必须做成梯形截面,便于分流道和主流道凝料脱模;
如下图5所示：
图5
b) 分流道长度
分流道要尽可能短,且少弯折,便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗,减少压力损失和热量损失;将分流道设计成直的,总长190mm;
c) 分流道表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低,一般取μm左右既可,这样表面稍不光滑,有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定,从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热;
d) 分流道表面粗糙度
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的布置形式,但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡;
本模具的流道布置形式采用平衡式, 如图1所示;
4、浇口的设计
浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道,除直接浇口外,它是浇注系统中截面最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大;
a 浇口的选用
它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用点浇口：
² 浇口在成形自动切数断,故有利于自动成形;
² 浇口的痕迹不明显,通常不必后加工;
² 浇口之压力损失大,必须高之射出压力;
² 浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹;
它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中,也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件;
b) 浇口位置的选用
模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构;总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,如图6所示;
通常要考虑以下几项原则：
² 尽量缩短流动距离;
² 浇口应开设在塑件壁厚最大处;
² 必须尽量减少熔接痕;
² 应有利于型腔中气体排出;
² 考虑分子定向影响;
² 避免产生喷射和蠕动;
² 浇口处避免弯曲和受冲击载荷;
² 注意对外观质量的影响;
图6
c) 浇注系统的平衡
对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式,设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型;一般在塑件形状及模具结构允许的情况下,应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同型腔布局为平衡式的形式,否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致,这就是浇注系统的平衡;显然,我们设计的模具是平衡式的,即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等,形状及截面尺寸都相同;
d) 排气的设计
由于此塑料碗尺寸加工精度要求不高,所以此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气;
五、成型零件的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等;成型零件工作时,直接与塑料接触,塑料熔体的高压、料流的冲刷,脱模时与塑件间还发生摩擦;因此,成型零件要求有正确的几何形状,较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度,此外,成型零件还要求结构合理,有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能;
设计成型零件时,应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求,确定型腔的总体结构,选择分型面和浇口位置,确定脱模方式、排气部位等,然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计,计算成型零件的工作尺寸,对关键的成型零件进行强度和刚度校核;
1、成型零件的结构设计
1、凹模结构设计
凹模是成型产品外形的主要部件;
其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化;
镶拼的组合方式的优点：
对于形状复杂的型腔,若采用整体式结构,比较难加工;所以采用组合式的凹模结构;同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料,避免了整体式凹模采用一样的材料不经济,由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气,减少母模热变形;对于母模中易磨损的部位采用镶拼式,可以方便模具的维修,避免整体的凹模报废;
组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺,有利于模具成型零件的热处理和模具的修复,有利于采用镶拼间隙来排气,可节省贵重模具材料;
图7
2、型芯结构设计
整体嵌入式型芯,适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中;最常用的嵌入装配方法是台肩垫板式;
图8
2、成型零件工作尺寸计算
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸,其直接对应塑件的形状与尺寸;鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂,塑件本身精度也难以达到高精度,为了计算简便,规定：
Ø 塑件的公差
塑件的公差规定按单向极限制,制品外轮廓尺寸公差取负值“”,制品叫做腔尺寸公差取正值“”,若制品上原有公差的标注方法与上不符,则应按以上规定进行转换;而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算,即取;
Ø 模具制造公差
实践证明,模具制造公差可取塑件公差的~,即δz=,而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号,型腔尺寸不断增大,则取“+δz”,型芯尺寸不断减小则取“-δz”,中心距尺寸取“”;现取,查表得Δ=;
Ø 模具的磨损量
实践证明,对于一般的中小型塑件,最大磨损量可取塑件公差的,对于大型塑件则取以下;另外对于型腔底面或型芯端面,因为脱模方向垂直,故磨损量δc=0;
Ø 塑件的收缩率
塑件成型后的收缩率与多种因素有关,通常按平均收缩率计算;
=%=2%
Ø 模具在分型面上的合模间隙
由于注射压力及模具分型面平面度的影响,会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙;一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时,塑件产生的飞边也小;飞边厚度一般应小于是~0.1mm;
1、 型腔尺寸mm
图9
根据公式 ： LM=
D1M=
=
=
D2M=
=
=
根据公式 ： HM=
H1M=
=
=
H2M=
=
=
2、 型芯尺寸mm
根据公式 ： M=
1m=
=
=
2m=
=
=
根据公式 ： M=
1M=
=
=
2M=
=
=
六、合模导向机构的设计
导柱导向机构设计要点：
Ø 小型模具一般只设置两根导柱,当其元合模方位要求,采用等径且对称布置的方法,若有合模方位要求时,则应采取等径不对称布置,或不等径对称布置的形式;大中型模具常设置三个或四个导柱,采取等径不对称布置,或不等径对称布置的形式;
Ø 直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具；Ⅰ型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中；Ⅱ型带头导套主要应用于推出机构的导向中;
Ø 导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；导柱中心到模板边缘的距离δ一般取导柱固定端的直径的1~倍；其设置位置可参见标准模架系列;
Ø 导柱常固定在方便脱模取件的模具部分；但针对某些特殊的要求,如塑件在动模侧依靠推件板脱模,为了对推件板起到导向与支承作用,而在动模侧设置导柱;
Ø 为了确保合模的分型面良好贴合,导柱与导套在分型面处应设置承屑槽；一般都是削去一个面,或在导套的孔口倒角,
Ø 导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出6~8mm,以确保其导向作用;
Ø 应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行,以及同轴度要求,否则将影响合模的准确性,甚至损坏导向零件;
Ø 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7低精度时可采用H8/f8或H9/f9；导柱固定部分的配合精度采用H7/k6或H7/m6;导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合,再用侧向螺钉防止其被拔出;
Ø 对于生产批量小、精度要求不高的模具,导柱可直接与模板上加工的导向孔配合;通常导向孔应做志通孔；如果型腔板特厚,导向孔做成盲孔时,则应在盲孔侧壁增设通气孔,或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排气槽；导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取,长度超出部分应扩径以缩短滑配面;
1、导柱的结构
带头导柱如图10所示：
2、导套的结构
带头导套如下图：
七、脱模机构的设计
1、推出方式选择
对于一些深腔、薄壁和不允许有推杆痕迹的塑件,如尺寸较大的壳体或一模多腔的小壳体时,可采用推板形式;用推板脱模脱件平稳,推力均匀,推出面积大;根据透明塑件的外观质量要求,模具不能采用顶杆顶出机构脱模,以避免有顶杆顶出痕迹,只能采用推板推出成型;
推件推出的机构中,为减少推件板与型芯之间的摩擦,推件板与型芯之间的间隙为～㎜,并用锥面配合,锥角为10°,以防止推件板因偏心而溢料.
2、推杆设计
1、推杆的形状
如图12所示
图12
2、推杆的位置与布局
a) 应设在脱模阻力大的部位,均匀布置;
b) 应保证塑件被推出时受力均匀,推出平衡,不变形；当塑件各处脱模阻力相同时,则均匀布置；若某个部位脱模阻力特大,则该处应增加推数目;
c) 推杆应尽可能设在塑件厚壁、凸缘、加强等塑件强度、刚度较大处；当结构特殊,需要推在薄壁处时,可采用盘状推杆以增大接触面积;
d) 推杆的设置不应影响凸模强度与寿命;当推在端面则距型芯侧壁δ10.13mm；当推杆设置在型芯内部推在塑件内部时,推杆孔距型芯侧壁δ23mm;
e) 在模内排气困难的部位应设置推杆,以利于用配合间隙排气;
f) 若塑件上不允许有推杆痕迹时,可在塑件外侧设置溢料槽,从而靠推杆推在溢料槽内的凝料上而带塑件;
3、推件板设计
a) 推件板与型芯应呈3°~10°的推面配合,以减少远动摩擦,并起辅助定位以防止推件板偏心而溢料；推件板与型芯侧壁之间应有~0.25mm的间隙,以防止两者间的擦伤而或卡死,推件板与型芯间的配合间隙以不产生塑料溢料为准,塑料的最大溢料间隙可查表,推件板与型芯相配合的表面粗糙度可以取~μm;
b) 推件板可用经调质处理的45钢制造,对要求比较高的模具,也可以采用T8或T10等材料,并淬硬到53~55HRC,有时也可以在推件板上镶淬火衬套以延长寿命;
c) 当用推件板脱出元通孔的大型深腔壳体类塑件时,应在型芯上增设一个进气装置,以避免塑件脱模时在型芯与塑件间形成真空;
d) 推件板复位后,在推板与动模座板间应留有为保护模具的2~3mm空隙;
4、浇注系统凝料脱模机构
流道凝料的脱模方式,这里采用三板式定距拉杆脱模,点浇口时料的浇注系统能够利用开模动作实现塑件与流道凝料的自动分离,同时利用塑件对凸模的包紧力将塑件与流道凝料拉断;
八、模架及注射机的选择
1、模架的选择
考虑一模四腔,点浇口、导柱、导套及连接螺钉布置的位置和采用推件板推出等问题,选用DA型标准点浇口模架,动模定模均为两板式模具;根据55 55系列选取;
W=550mm L=700mm
A=80mm B=90mm C=150mm
H1=35mm H2=70mm H3=40mm H4=70mm H5=25mm H6=30mm
W1=650mm W2=100mm W3=340mm W4=270mm W5=310mm W6=444mm W7=450mm
综上所述选定模架外形尺寸：650mm×700mm×575mm
2、 注射机有关参数的校核
a 开模行程与推出机构的校核
对双分型面注射模,开模行程为：
S机H=H1+H2+a+5~10mm
式中,H1——为塑件推出距离
H2——包括浇注系统在内的塑件高度
S机——注射机移动板最大的行程
H——所需开模行程
a——中间板与定模分开距离
其开模行程H应小于动模移动板与定模固定板之间的最大距离S0减去模具厚度H1,即,HS0-H1
对于双分型面注射模
HS0-
模板最大行程S=300mm
≥2++5～10
=2×57+0+10=114mm
=300mm＞114mm
因此模具所选的模架完全符合使用要求;
九、设计总结
在这次的课程设计中,我综合了两年多来所学的所有专业知识,使我受益匪浅;不仅使自己的专业技能有所发挥并且掌握的更为熟练,也加强了在大学阶段所学专业理论知识的巩固;
在做这次设计的过程中,在设计和绘图都遇到方面遇到了很多问题,看似简单的东西,实际操作中会出现各种各样的问题,经过老师和同学的指导帮助,再加上自身的努力,问题得到了及时解决;这次的课程设计使我对塑模设计有了一定的认识,在模具设计过程中,不仅把大学三年所学到知识加深了,还学会了查有关书籍和资料,能够把各科灵活的运用到设计中去;
这次的毕业设计不仅是对自己大学三年的考核,也是在工作之前对自身的一次全面、综合型的测试;这为以后的毕业设计做好了铺垫和奠定了一定的基础;
十、参考文献
材料成型工艺与磨具设计——高等教育出版社 屈华昌主编
塑料模具设计指导——国防工业出版社 伍先名主编
实用注塑模设计手册——中国轻工业出版社贾润礼, 程志远主编
塑料模具设计——机械工业出版社 陈志刚主编;