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塑料成型工艺和模具设计
课程设计说明书
牙签盒上盖注塑模具设计
办学单位：班 级：学 生
指导老师：
提交日期：
第一部份：设计题目
（1） 塑料制品名称：牙签盒上盖
（2） 成型方法和没备：TWX-800型注塑机
（3） 塑料原料：丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）
（4） 生产批量：300万件
（5） 塑件图;图1-1为该制品二维图样和三维图样。
图1-1
第二部份：塑件材料分析
1， 塑料件材料分析：ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成。这三种组分各自特征，使ABS含有良好综协力学性能。丙烯腈使ABS有良好耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好加工性和染色性能。ABS综合性能很好，抗冲击强度较高，化学稳定性及电性能良好；可制成双色塑件，且可表面镀铬，也可进行涂装处理。柔韧性好，流动性比PMMA、PC等塑料好。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型塑件有很好光泽。密度为1.02 ～1.05g /cm3。ABS含有极好抗冲击强度，且在低温下也不快速下降。ABS有良好机械强度和一定耐磨性、耐寒性、耐油性，耐水性，有良化学和稳定性和电器性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎没影响，但在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但和烃长久接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等到化学药品侵蚀会引发应力开裂。ABS有一定硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度为93度左右，且耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
2， 塑料成型特征：ABS在升温时粘度较高增高，所以成型压力较高，故塑件上脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前必需进行充足干燥处理，ABS流动性中等到，易产生熔接痕，模具设计时应注意尽可能降低浇注系统对料流阻力，宜取高料温，高模温但料温过高易分解（分解温度大于270度）；在正常成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。在要求塑件精度高时；模具温度可控制在50～60度，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60～80度。依据ABS成型特点，在生产实际中，其注射模工艺条件以下：
（1） 干燥处理。ABS材料吸收性较强，要求在加工之前进行干燥处理。通常干燥条件为80～90度下最少干燥2小时。
（2） 熔化温度。210～280度；通常温度：245度。模具温度25～70度。
（3） 注射压力。50～100Mpa。
（4） 注射速度。中高速度。
第三部分：塑件结构工艺性
1， 塑件尺寸精度分析：因为该塑件是同牙签筒配合，其内孔尺寸和沟槽尺寸有一定公差，其尺寸均为自由尺寸，可按MT7级精度查取公差。
2， 塑件表面质量分析：该塑件为牙签筒上盖，其表面没有特殊要求，通常情况下外表面要求光洁，表面粗糙度Ra能够取1.6um，没有特殊要求塑件内部表面粗糙度Ra能够取3.2um.
3， 塑件结构工艺性分析:从图纸上分析,该塑件外型基础上为回转体,内表面有一沟槽,图中尺寸[(A-B)/B≤5%]可许可强制脱模,强行脱模时不会引发变形。
综合来看，该塑件结构简单，无特殊结构要求和精度要求，在注射成型生产时只要工艺参数控制适宜，该塑件是比较轻易成形。
第四部分：塑件生产批量
该塑件生产类型是大批量生产，所以在模具设计中要提升塑件生产率，倾向于用多型腔、高寿命、自动脱模模具，方便降低生产成本。
第五部分：相关注射机
1，依据塑件结构选择甬华Twx—800型注射机，据查相关资料可列出该注射机关键技术参数，以下：
2,计算塑件体积和质量
(1)塑件体积计算：由UG分析/体测量得到塑件体积V≈4459.4793mm3。
(2)塑件质量计算：查相关手册，取ABS密度为ρ=1.05g/cm3。所以塑件质量为w=Vρ=4459.4793*1.05*10-3g≈4.682g
(3)确定型腔数量 考虑到甬华TWX-800型注射机额定注射量为130cm3,本设计中塑件结构简单,单个塑件体积为4.6 cm3,注射机额定注射量限制成型该项塑件最多数量为2,而该塑件生产批量为大批量生产,为尽可能提升生产率,决定取有一模两件模具结构,型腔平衡部署在型腔板两侧,这么有利于浇注系统排列和模具平衡。
即使塑件体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上低密度聚乙烯比热容大、冷却速度慢，成型时必需充足冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采取冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提升生产率。
3、注射压力校核
该项工作是校核所选注射机公称压力P能否满足塑件所成型时需要注射压力P0，其值通常为70～150MPa，通常要求P> P0。我们这里选70MPa。
4、锁模力校核
锁模力是指注射机锁模机构对模具所施加最大夹紧力，当高压塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大胀型力。为此，注射机额定锁模力必需大于该胀型力，即：
F锁 F胀 = A 分 × P型
F锁—注射机额定锁模力（N）；
P分—模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）；通常为注射压力0.3～0.65倍，通常取20～40MPa。我们这里选P型=30MPa。
A分—塑料和浇注系统在分型面上投影面积之和（mm2）
由UG分析/面测量，可得投影面积为70cm2，浇注系统投影面积不超出10cm2
∴ F锁 F胀 = A 分 × P型
= 80×200×30=4.8×105（N）
而锁模力为800KN，大于480KN，符合要求。
5、开模行程和推出机构校核
开模行程是指从模具中取出塑料所需要最小开合距离，用H表示，它必需小于注射机移动模板最大行程S。因为注射机锁模机构不一样，开模行程可按以下两种情况进行校核：一个是开模行程和模具厚度无关；二种是开模行程和模具厚度相关。我们这里选择是开模行程和模具厚度无关，且是单分型面注射模具。
1、当开模行程和模具厚度无关时
这种情况关键是指锁模机构为液压-机械联合作用注射机，其模板行程是由连杆机构做大冲程决定，而和模厚度是无关。此情况又两种类型：
⑴ 对单分型面注射模，所需开模行程H为：
S H = H1 + H2 + （5～10） mm
式中，H1—塑件推出距离（也能够作为凸模高度） （mm）；
H2—包含浇注系统在内塑高度 （mm）；
S —注射机移动板最大行程 （mm）；
H —所需要开模行程 （mm）。
而我们这里经过资料可得出（结构见图六）：
H = 15 + 95 + 8 = 118（mm）。
⑵ 对双分型面注射模，所需开模行程为：
S机 H = H1 + H2 + a +（5～10） mm
式中，a—中间板和定模分开距离 （mm）。
2、推出机构校核
多种型号注射机推出装置和最大推出距离各不一样，设计模具时，推出机构应和注射机相适应，具体可查资料。
第六部分：注射模设计
1，分型面选择：
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料可分离接触表面。一副模具依据需要可能有一个或两个以上分型面，分型面能够是垂直于合模方向，也能够和合模方向平行或倾斜，我们在这里选择和合模方向平行。
（1）分型面形式：
分型面形式和塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等相关，我们常见形式有以下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。
（2）分型面选择标准：
a）、便于塑件脱模：
Ⅰ、 在开模时尽可能使塑件留在动模内
Ⅱ 、应有利于侧面分型和抽芯
Ⅲ、应合理安排塑件在型腔中方位；
b）、考虑和确保塑件外观不遭损坏
c）、尽力确保塑件尺寸精度要求（如同心度等）
d）、有利于排气
e）、尽可能使模具加工方便
2，浇注系统设计
（1）浇注系统组成
图2 浇注系统组成
所谓注射模浇注系统是指从主流道始端到型腔之间熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以取得组织致密、外形轮廓清楚塑件。所以，浇注系统十分关键。而浇注系统通常可分为一般浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选择一般浇注系统，它通常是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，图四所表示：
（2）浇注系统各部件设计
A、主流道设计：
主流道是连接注射机喷嘴和分流道一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定锥度，其关键设计点为：
⑴ 主流道圆锥角α=2o～6o，对流动性差塑件可取3 o～6o，内壁粗糙度为Ra0.63μm。
⑵主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡时阻力。
⑶在模具结构许可情况下，主流道应尽可能短，通常小于60mm，过长则会影响熔体顺利充型。
⑷对小型模具可将主流道衬套和定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套和定模座板采取H7/m6过渡配合，和定位圈配合采取间隙配合。
⑸主流道衬套通常选择T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。
B、冷料穴设计
冷料穴通常在主流道对面动模板上。其作用就是存放料流前峰“冷料”，预防“冷料”进入型腔而形成接缝；另外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴尺寸宜稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。冷料穴形式有三种：一个是和推杆匹配冷料穴；二种是和拉料杆匹配冷料穴；三种是无拉料杆冷料穴。我们这里选择和推出杆匹配倒锥形冷料穴，其结构图3：
图3 冷料穴
1 — 定位圈 2 — 冷料穴
3 — 推 杆 4 — 动模板
C、分流道设计
分流道就是主流道和浇口之间通道，通常开设在分型面上，起分流和转向作用。多型腔模具肯定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
①分流道截面形状：通常分流道断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。为了降低流道内压力损失和传热损失，提升效率，我们这里就选择圆形分流道，图六。因为圆形截面
分流道效率是分流道中效率最高，固选它。
②分流道尺寸：因为多种塑料流动性有差异， 图4 圆形流道
所以能够依据塑料 品种来粗略地估量分流道直径，常见塑料分流道直径推荐值以下表一。
但对于壁厚小于3mm，质量在200g以下塑料，可用此经验公式确定其流道直径：
式中 ， m—流经分流道塑料量（g）；L—分流道长度（mm）；D—分流道直径（mm）。对于黏度较大塑料，可按上式算得 D值再乘以1.2~1.25系数。我们这里取m=60*1.05=63g，L=50mm。固分流道尺寸为1.2D，即D`=1.2D=1.2×0.265×√63×=8（ mm）。所以S=Л×8*8/22×1.22=72.4（mm2）
③分流道部署：分流道部署取决于型腔布局，二者相互影响。分流道部署形式分平衡式和非平衡式两类，这里我们选择是平衡式部署方法。
④分流道和浇口连接：分流道和浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体流动及充填。
D、浇口设计：
浇口是连接分流道和型腔之间一段细短通道，它是浇注系统关键部分。浇口形状、位置和尺寸对塑件质量影响很大。
浇口理想尺寸极难用理论公式计算，通常根
据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。 通常浇口截面积为分流道截面积3%～9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.5～2mm，表面粗糙度Ra不低于0.4μm。
浇口结构形式很多，根据浇口形状能够分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。而我们这里选择是点浇口。简图以下
浇口截面通常只取分流道截面积3％～9％，浇口长度约为0.5mm～2mm，现在可算出我们需要浇口面积S=5％×s=3.9。
浇口位置选择直接影响到制品质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：
①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满位置。
②浇口应设在制品壁厚较厚部位，以利于补缩。
③浇口位置选择应有利于型腔中气体排除。
④浇口位置应选择在能避免制品产生熔合纹部位。
⑤对于带细长型芯模具，宜采取中心顶部进料方法，以避免型芯受冲击变形。
⑥浇口应设在不影响制品外观部位。
⑦不要在制品承受弯曲载荷或冲击部位设置浇口。
3，型腔布局
因为塑件外形是圆形，各方向尺寸一致，且塑件结构简单，不需要侧向分型，所以型腔排列方法只有一个即左右对称分布在模板两侧，以下图所表示：
4．成型零件结构
（1） 模具型腔取用整体式 整体式型腔是直接加工在型腔板上，有较高强度和刚度，使用中不易发生变形。因为塑件尺寸较少，且形状简单，型腔加工轻易实现，故能够采取整体式结构。
（2） 模具型芯采取整体镶嵌式 整体镶嵌式型芯能够节省珍贵模具钢，便于加工和热处理，修理更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。
5．推出机构确实定
根椐塑件形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。塑件成形开模后，塑件和型芯一起留在动模一侧。该塑件有一沟槽，因为成型塑件塑料（ABS）有很好弹性，能够取用强制脱模，但需要较大脱模力，故采取推件板推出机构。
6．合模导向机构设计
该塑件精度要求不是很多高，塑件形状、型腔分布对称，无显著单边注射侧向力，可采取最为常见导柱导向定位机构。在动模板、推件板，定模板之间使用四对导柱导套，导柱长度要确保推件板推出塑件后不脱落。在定模座板和定模板之间采取四对限距拉杆。
7．冷却系统设计论证
（1）冷却系统设计
塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调整系统以抵达理想温度要求。
通常注射模内塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必需对模具进行有效冷却，方便使塑件可靠冷却定型并快速脱模，提升塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性比很好塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，如我们塑件，则模具可简单进行冷却或可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型制品时，则需要对模具进行人工冷却，以
（2）冷却时间确实定
在注射过程中，塑件冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到能够开模取出塑件时止这一段时间。这一时间标准常以制品已充足固化定型而且含有一定强度和刚度为准，这段冷却时间通常约占整个注射生产周期80%。因为我们所需要塑件比较薄，固用此公式：
式中，a — 塑料热扩散系数 （m2/s）； S — 制品壁厚 （mm）；
现我们依据已知条件知道PPTS=260℃，TM=60℃，TE=100℃，而塑件厚度为2mm：
∴
=4.5s
（3）冷却系统设计标准
①、尽可能确保塑件收缩均匀，维持模具热平衡
②、冷却水孔数量越多，孔径越大，则对塑件冷却效果越均匀。
③、尽可能使冷却水孔至型腔表面距离相等。
④、浇口处加强冷却。
⑤、应降低进水和出水温差。
⑥、合理选择冷却水道形式。
⑦、合理确定冷却水管接头位置。
⑧、冷却系统水道尽可能避免和模具上其它机构发生干涉现象。
⑨、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。
（4）冷却系统结构形式
依据塑料制品形状及其所需冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还能够相互配合，组成多种冷却回路。其基础形式有六种，我们这里选择是简单流道式。
简单流道式即经过在模具上直接打孔，并经过以冷却水而进行冷却，是生产中最常见一个形式。其结构以下图：
（5）冷却系统计算
由塑料成型工艺及模具设计查阅可得，ABS单位质量成型时放出热量为300KJ~400KJ/Kg。放出热量为60*1.05/1000*350KJ=22.05KJ
其中，1/3热量被凹模带走，2/3由型芯带去。
8.关键零部件设计计算
（1）成型零件成型尺寸计算 查阅相关资料：ABS收缩率为0.3%-0.8%.取其平均收缩率为S=0.3%+0.8%/2=0.55%=0.0055 依据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δZ=Δ／３。型腔径向尺寸（以46.5mm为例进行计算）为
=[（1+0.0055）*46.5-0.75*0.57]=46.33
一样方法，可计算出成型零件全部工作尺寸，以下表：
尺寸类型
塑件尺寸
计算公式
型腔和型芯工作尺寸
径向尺寸
型腔径向尺寸
46．5
46．33+00.19
型芯径向尺寸
44.2
44.5-0.04
45
45.35-0.04
轴向尺寸
型腔轴向尺寸
18
17.81+00.13
2
1.73+00.06
型芯轴向尺寸
16.85
17.23-0.13
2
2.15-0.06
课程设计总结
1.塑料注塑模含有哪些设计步骤，经过课程设计在哪方面有了提升？
1）了解塑件技术要求
2）依据塑件形状、尺寸、估算塑件体积和质量
3）分析塑件确定成型方案
4)初步绘制方案草图
5）设计计算
6）绘制模具设计总装图
7）绘制零件工作图
8）经过全方面审核后投产加工
在这段时间，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。学到很多原本学不到但不是很懂知识，了解了部分设计原理和过程。在这次设计中，我总结了：要学会亲自去尝试，不要害怕失败，失败也是一个经验。
2.经过课程设计你掌握了哪些方法和技巧？
经过课程设计，我锻炼了：①塑料制品设计及成型工艺选择；②通常塑料制品成型模具设计能力；③塑料制品质量分析及工艺改善、塑料模具结构改善设计能力；④了解模具设计常见商业软件和同实际设计结合。
3.分析自己设计你认为有哪些优缺点，对于缺点怎样改善？
优点：
1》因为成型物料熔融塑化和流动造型是分别在料筒和模腔中进行，模具可一直处于使熔体很快冷凝或交联固化状态，从而有利于缩短成型周期。
2》成型时要先锁模紧模具后才熔料注入，加之含有良好流动性熔料对模腔磨损很小，所以一套模具可生产大批量注塑制品。
3》一个操作工常可管理两台或多台注塑机，尤其是当成型件能够自动卸料时还可管理更多台机器，所以，所需要劳动力相对较低。
4》成型过程合模、加料、塑化、注射、开模和脱模等全部成型过程均由注塑动作完成，从而使注塑工艺过程易于全自动化和实现程序控制。
5》因为成型时压力很高，所以可成型形状复杂，表面图案和标识清楚和尺寸精度高塑件。
6》能过共注可成型多于一个以上材较，可有效地成型表面硬而心部发泡材料，能够成型热塑性塑料和纤维增强塑料。
7》因为成型可采取精密模具和精密液压系统，加之使用微机控制所以能够得到精度很高制品。
缺点：
1》注塑成型关键器具是模具，但模具设计、制造和试模周期很长、投产缓慢。
2》因为冷却条件限制，所以对于厚壁且改变又大塑件成型较困难。
.
3》因为注塑机和注塑模造价全部比较高，所以开启投资大，故不适合小批量塑件生产。
4》成型制品质量受多个原因限制，所以对技术要求较高，掌握难度较大。
4)在以后学习中，应该注意哪些问题，才能提升学习设计质量？
塑料制品成型及模具设计还是个很专业性、实践性很强技术，而它关键内容全部是在以后生产实践中逐步积累和丰富起来。所以，我们要学好这项技术光靠书本上点点知识还是不够，我们更多还应该将理论和实际结合起来，这还需要我们到工厂里去实践。我相信在未来我一定能走在未来最前头。
经过这次设计，我不仅把以前没有掌握知识得以掌握，而且将学了快要十二个月塑料模具作了一个贯穿性复习，还学到了很多书本上没有知识。使我含有了一定塑料模分析能力。
我对模含有了一个新认识，它是一个精密，追求尽善尽美过程，任何一点疏忽，全部可能造成工件报废。
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