PP塑料盒模具设计项目说明指导书.doc

广东白云学院
塑料成型工艺及模具设计

 PP塑料盒模具设计说明书

学生姓名
学生学号
所在系别 机电工程系
所学课程 塑料成型工艺及模具设计
任课老师

二O一O年六月二十一日
目录
一 、塑件成型工艺分析 3
二、塑件分型面位置分析 4
三、塑件型腔数量及排列方法确实定 4
四、注射机选择及相关参数校核 4
五、零件成型尺寸计算 7
六、浇注系统形式选择及工艺参数校核 9
七、成型零件强度及支承板厚度计算 11
八、模架选择 13
九、导向机构设计 14
十、脱模推出机构设计 14
十一、排气系统设计 17
十二、温度调整系统设计 17
十三、模具开合模动作过程 20

任务书
一．任务和要求
（1）给定塑件零件图一张，按模具设计要求将塑件相关公差进行变换
（2）完成模具装配图一张用手工绘制成A0~A1图幅，按制图标准。
（3）完成模具成型零件（凸模，凹模）图2张~3张。
（4）编写设计说明书
（5）个人答辩后利用业余时间CAD绘图装配图
二．设计时间及进程安排
时间
内容
时间
内容
设
计
前
准
备
绘制塑件三维图
设
计
周
脱模力计算推出元件尺寸确定
绘制塑件平面图
各模板厚度及其它零件尺寸
注射机选择及计算
确定绘制手工装配图及制订技术要求
结构方案分析及确定
装配图修改
型腔工作尺寸及计算
非标准零件图绘制，制订技术要求，零件图修改

说明书

答辩及纠错
课余时间
CAD绘图
班上交流
三．设计题目

一 、塑件成型工艺分析
1.塑料性能分析
本塑件材料为聚丙烯，代号为PP。聚丙烯是塑料中最青，机械强度比PE高。耐水耐热，电性能和弯折性号。通常见于电器绝缘制品，包装容器，打包带，编织袋等。
2.成型工艺分析
PP工艺参数以下：
收缩率
1.0～3.0%
熔点
164～170℃
热变形温度
105～116℃
模具温度
40～60℃
喷嘴温度
190～220℃
中段温度
220～240℃
后段温度
180～210℃
注射压力
40～80MPa
（注：以上数据来自《塑料模具设计》学习指导第41页，下面简称文件①）
3.塑件结构分析
塑件结构图1所表示，塑件壁厚大致均匀，除底部厚度为4mm外，其它壁厚全部在2mm左右。表面粗糙度没有尤其要求，无需进行尤其处理便可达成要求。在尺寸精度方面，塑料盒盒壁中心距精度较高，所以对模具型芯精度要求较高，另外考虑型芯工艺性凸模采取镶嵌式。
（注：以上分析纯属个人意见，如有类同纯属巧合）

图1
二、塑件分型面位置分析
分析塑件最大截面在尺寸L处，图1所表示。所以分型面设置在尺寸L处复合模具开模要求，避免了在塑件表面留下分型线痕迹，另外塑件对型芯产生包紧力足以确保塑件留在动模一侧，使得产品推出并无太大阻碍。考虑塑件收缩率问题，可设置脱模斜度和表面粗糙度处理。（注：以上分析参考《塑料成型工艺及模具设计》，下面简称文件②，第81页）
三、塑件型腔数量及排列方法确实定
依据设计要求，模具结构为单型腔模具，型腔设置在模具中心，所以不存在排列问题。
四、注射机选择及相关参数校核
1.注射量计算
塑料盒外壳：

塑料盒格子：

侧凸缘：

底面：

底面凸缘：

所以塑件体积：

另外，流道凝料可按塑料体积0.6陪来估算（注：该结论摘自《塑料模具设计指导》）

2.塑件和流道凝料在分型面上投影面积及所需胀型力计算
因为该塑件为单型腔模具，依据塑件形状得悉塑件在分型面上投影面积A包含流道冷凝料投影面积，所以

胀型力：

3.初选注射机
依据每一生产周期注射量和胀型力值，选择型号为HTF86X-C注射成型机。其具体参数以下：
标称注射量/
165
注射压力/MPa
149
注射方法
螺杆式
合模力/N

模板最大行程/mm
310
模板最大厚度/mm
360
模板最小厚度/mm
150
推出形式
中心推出
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
定位圈尺寸/mm
100
4.注射机校核
(1)注射量校核
为确保成型过程顺利进行，模具需要实际注射量应该小于或等于某注射机标称注射量80%即：

式中n为型腔个数；为单个塑件容积；为浇注系统容积。
代入数据得：

(2)注射压力校核
为确保成型过程顺利进行，注射机标称注射压力应小于塑件成型所需注射压力查文件①附录2得PP料注射压力

(3)锁模力校核
注射机标称合模力必需大于塑件胀型力即：。依据前面数据

(4)开模行程校核
确定该塑件采取单分型面模具。要求注射机最大行程大于模具实际开模所行程。
模具开模所需行程

总而言之，注射机满足本塑件使用要求。
五、零件成型尺寸计算
塑件尺寸通常公差精度为MT3；未注公差为MT5。（GB/T14486-1993）

单位：mm

通常公差:MT3
未注公差:MT5
A类尺寸
C
F
H
L
D
E
I
P
Q
H'
尺寸
67
17
22
70
5
4
14
2
2.5
22
公差
0.46
0.2
0.24
±0.43
±0.12
±0.12
±0.16
±0.1
±0.1
0.44
B类尺寸
A
B
尺寸
35
40
公差
0.52
±0.38

尺寸1：

尺寸2：

尺寸3：

尺寸4：

尺寸5：

尺寸6：

尺寸7：

尺寸8：

尺寸9：

尺寸10：

尺寸11：

尺寸12：

其中——塑料收缩率，前面已查得收缩率，计算中取2%。——型腔制造公差,为该塑件尺寸公差（按GB/T14486——1993查取），计算中取。计算公式参考文件①
计算正确到小数点后两位。
六、浇注系统形式选择及工艺参数校核
1.主流道设计
本塑件型腔壁薄，结构复杂含有多腔结构，对塑料熔体形成较大阻力，适合使用直接浇口。使用直接浇口能够增大浇口横截面积，降低流动阻力，有利于排气及消除熔接痕，而且其强大保压补缩能力更轻易确保塑件完整成型。另外，塑件底部两个凸缘降低了对塑件底部平整度要求，所以直接浇口留下冷凝料对塑件使用要求影响较小。于是本塑件采取直接浇口。
(1)为了预防浇口套和注射机喷嘴对接处溢料，主流道和喷嘴对接处应设计成半球形凹坑，凹坑深度为，其球面半径SR应比注射机喷嘴头球面半径大1~2mm；主流道小端直径大0.5~1mm，以预防主流道口部积存凝料而影响脱模。
已知已选机台喷嘴孔直径为4mm，喷嘴球半径为12mm，则主流道小端直径为5mm，球面半径为14mm，凹坑深度取。
(2)为了降低对塑料熔体阻力及顺利脱出主流道凝料，浇口套内壁表面粗糙度应加工到。
(3)主流道圆锥角设得过小，会增加主流道凝料脱出难度；设得过大，又会产生湍流或漩涡，卷入空气，所以，通常取。本塑件主流道圆锥角取。
(4)主流道大端圆角半径，以减小料流转向过渡时阻力。本塑件主流道大端圆角半径取。
(5)在模具结构许可情况下，主流道长度应尽能短，通常取，过长则会增加压力损失，使塑料熔体温度下降过多，从而影响熔体顺利充型。依据顶模座板厚度而定。
(6)为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成份体式主流道长约等于模板厚度。衬套以下图所表示材料采取T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC～57HRC。

图2
2.主流道凝料体积

3.主流道剪切速率校核
由经验公式

其中——模具体积流量

——主流道平均半径

七、成型零件强度及支承板厚度计算
理论分析表明，对于大尺寸型腔刚度不足是关键矛盾，应按刚度条件计算零件结构尺寸。而小尺寸型腔在发生足够大弹性变形前往往因强度不足而破坏，所以应按强度条件进行计算。因为没有具体资料对大尺寸型腔和小尺寸型腔进行区分，一下将按强度条件和刚度条件进行计算然后取其较大者。
对于模具型腔刚度条件校核，依据模具成型特殊情况，必需考虑一下多个方面问题：
(1)不发生溢料 避免高压塑料熔体注模具型腔体后，侧壁或底板发生变形，使配合面产生溢料间隙，应该依据不一样塑料最大溢料间隙来决定其刚度条件。本塑件材料PP属于低粘度塑料，其许可间隙为0.025~0.04mm.(数据参考《塑料模具设计和制造》，下文简称文件③第139页)
(2)确保制造精度 塑件尺寸精度要求模具型腔含有良好刚性，即塑料注入时不产生过大弹性变形，最大弹性变形值能够取制件许可公差值五分之一左右。本塑件型腔最大尺寸为68.69mm,其公差值为0.46，所以从确保尺寸精度角度出发，许可弹性变量为0.092mm。
(3)确保制件顺利脱模 避免因为模具刚度不足，塑料熔体压力使模具变形过大，即变形值大于制件收缩率时，成型后制件周围将被型腔壁包紧。脱模时，塑件因摩擦而划伤或因脱模力过大而顶坏。所以型腔许可弹性变形值应小于或等于制件收缩值。已知PP料收缩率为1%~3%,则本塑件最大收缩值为0.67~2.01mm。
总而言之，当以不溢料间隙作为许可变形量进行刚度计算时，能够同时满足以上三个要求。
考虑到模具型腔工艺性，依据本塑件结构特点，若用整体式型腔塑件很多深腔结构会大大增加材料成本，所以本模具凹模采取组合式结构。
1.型腔最小侧壁壁厚计算
(1)按刚度条件计算型腔壁厚
两端固定承受均布载荷矩形梁，其最大变形发生在梁中点，于是依据刚度条件有：

其中，
——型腔内成型压力，已知PP料注射时型腔平均压力；
——型腔内高度，本塑件内高；
——型腔外高，为确定时可按计算；
——模具许用变形量，依据上文分析取；
——材料弹性模量，碳钢。
所以，按刚度条件确定侧壁壁厚S公式为

(2)按型腔强度条件计算型腔壁厚S
对两端固定，承受均布载荷矩形梁，其最大应力发生在梁端点，依据强度条件

其中——材料许用应力，碳钢。
所以按强度条件确定侧壁壁厚S公式为

于是得到型腔最小壁厚为15.2mm。
2.型腔最小底板厚度计算
(1)按刚度条件计算底板厚度h
成型压力作用在区域内，假如支架间距也取L，则底板力学模型能够简化为受均布载荷作用，长为L矩形截面简支梁，其最大变形量发生在梁跨度中心处，依据刚度条件有

由此按刚度条件确定底板厚度公式为：

(2)按强度条件计算底板厚度h
对于受均布载荷作用矩形截面间支梁，其最大应力发生在梁端点处，依据强度条件有

由此按强度条件计算底板厚h公式为：

于是得到型腔最小底板厚度为19.06mm。
（注：以上计算过程参考文件③第138页）
八、模架选择
1.各模板尺寸确实定。
由前面型腔布局和相互位置尺寸，在依据成型零件尺寸结合标准模架，选择结构形式为BI型、模架尺寸为标准模架，可符合要求。
(1)A板尺。A板是定模固定板，塑件成型高度为40.29mm，故A板厚度取50mm。
(2)B板尺寸。是型芯固定板，考虑力学稳定性，B板厚度应该和型芯高度相约，故B板厚度取35mm。
(3)C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5~10）mm=（35+20+15+5~10）mm=75~80mm，初步定C板厚度为80mm。经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定为模架序号为5号，板面为，模架结构形式为BI型标准模架。其外形尺寸：。
2.模架尺寸校核
模架高度尺寸255.29mm，150mm<255.29mm<360mm(模具最大尺寸和最小尺寸)，校核及格。
九、导向机构设计
注射模导向机构用于动、定模之间开合模导向和脱模机构运动导向。按作用分为模内定位和模外定位。
1.模外定位：本模具经过定位圈使模具浇口套能和注射机喷嘴正确定位；具体尺寸图2。
2.模内定位：
本模具模内定位经过导柱导套进行合模定位，导柱位置按标准模架设置。
十、脱模推出机构设计
1.推出力估算
(1)因塑件对型芯包紧产生摩擦力

L——型芯周长，单位mm；
h——型芯高度，单位mm；
——单位面积正压力，通常取7.8～11.8MPa，计算中取11.8Mpa；
f——摩擦系数，通常取0.1～0.2，计算中取0.2;
a——脱模斜度，计算中取1°
(2)因真空产生包紧力

A——垂直脱模方向上面积，单位
注大气压取0.09Mpa

参考《塑料成型模具设计手册》
有计算结果得悉，该塑件脱模力较大，
为提供充足且均匀脱模力，本模具对塑件周围采取推板脱模，对塑件中心采取推杆脱模机构进行脱模，降低脱模板制造难度。
2.推杆尺寸、数量和部署
(1)圆形推杆直径d，可由公式：

推算。
其中L——推杆长度，单位mm；
——塑件脱模力，单位N，计算中取；
E——材料弹性模量，碳钢。
n——推杆数量；
k——是安全系数，取k=1.5
(2)推杆部署
依据推杆部署通常标准，推杆必需部署在需要排气而又不能靠分型面排气区域，依据本塑件特殊结构，在肋和肋相交点上部署四根直径为2mm阶梯推杆，避免了对型芯摩擦。在中央方块部署直径为12mm推杆提供关键脱模力。

3.推板设计及厚度确实定
为降低脱模过程中脱模板和和型芯之间摩擦，依据溢料间隙，二者之间应有0.2~0.3mm间隙，并采取锥面配合，一预防脱模板偏斜溢料。锥面斜度约取5°~10°。另外在脱模板上安装矩形嵌件，深入提升脱模板耐磨性，减小热处理带来变形。
对于脱模板厚度计算，依据刚度条件

其中L——矩形件长度，单位mm，本模具取150mm；
B——矩形件宽度，单位mm，本模具取84mm；
——模具许用变形量，依据上文分析取；
——塑件脱模力，单位N，计算中取；
——材料弹性模量，碳钢。
十一、排气系统设计
在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有空气外，还有塑料受热或凝固产生低分子挥发气体和塑料中水分在注塑温度下汽化形成水蒸气。这些气体若不能顺利排出，则有可能因填充时气体被压缩而产生高温引发塑件局部碳化烧焦，同时这些高温高压气体页可能挤入塑料熔体内而使塑件产生气泡、空洞或填充不足等缺点。所以有必需在分型面设计排气槽进行改善。
参考《塑料成型工艺及模具设计》表4-14，得PP排气槽深度为0.01~0.03mm，取0.02mm；导气沟深度为0.8~1.5mm，取1.5mm。依据塑件
结构排气槽位置以下：

十二、温度调整系统设计
1.冷却介质
PP属低黏度材料，其成型温度及模具温度为
105～116℃和40～60℃，所以，模具温度初步选定40℃，用常温水对模具进行冷却。
2.冷却系统简单计算
(1)单位时间内注射入模具中塑料熔体总质量
1)塑件制品体积前面已算得

2)塑料制品质量
已知PP密度，取则塑料制品质量

3)塑件平均壁厚为3.1mm，可查《塑料成型工艺及模具设计》表4-34得。
塑件冷却时间为，取注射时间，脱模时间，则注射周期：。由此得每小时注射次数

4)单位时间内注入模具中塑料熔体总质量：

(2)确定单位质量塑件在凝固时所放出热量
查《塑料成型工艺及模具设计》表4-35直接可知PP单位热流量
(3)计算冷却水体积流量
设冷却水道入水口水温为22℃，出水口水温为25℃，取水密度为，水比热容。
则依据公式可知得：

(4)确定冷却水道直径
当初，查《塑料成型工艺及模具设计》表4-30可知，为了使冷却水处于稳定湍流状态，取模具冷却水孔直径8mm。
(5)冷却水在管内流速

(6)求冷却管壁和水交界面膜传热系数h
因为平均水温为23.5℃，查《塑料成型工艺及模具设计》表4-31可得，则有：

(7)计算冷却水通道导热总面积

(8)计算模具所需冷却水管总长度

(9)冷却水路根数x
设每条水路长度为，则冷却水路根数为
根
由上述计算能够看出，三条冷却水道对于模具来说显然是不合格，所以应依据具体情况加以修改。为了提升生产效率，凹模和型芯全部应得到充足冷却，具体部署以下图。

3.凹模嵌件和型芯冷却水道设置
为确保开模时塑胶留在动模侧，要求凹模需要冷却充足，故在凹模采取采取井字形冷却。同时把凹模设置成镶块式，最大程度地降低冷却水道对模具强度减弱。对于凸模冷却水道设计，依据型芯特殊结构，本模具适合采取点冷却以提升模具冷却效果。
十三、模具开合模动作过程
模具装配试模完成以后，模具进入正式工作状态，基础工作过程以下.
(1)对塑料PP进行烘干，并装入料斗。
(2)清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行合适预热。
(3)合模、锁紧模具。
(4)对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。
(5)注射过程包含充模、保压、倒流、浇口冻结后冷却和脱模。
(6)脱模过程。开模时，因为塑件对型芯包紧力式塑件留在动模一侧。开模到一定距离后，推出机构动作，推板在注射机顶干作用下，带动推杆和脱模板动作。伴随脱模板和推杆推出，塑件进而从型芯动模上型芯中脱出。最终将塑件取出。
(7)塑件后处理。切掉塑件上浇注系统凝料，对塑件进行调湿处理。
参考文件：
[1] 吴生绪《塑料成型模具设计手册》；
[2] 叶久新 王群《塑料成型工艺及模具设计》 ，机械工业出版社；
[3]伍先明 王群主 庞佑霞 张厚安《塑料模具设计指导》，国防工业出版社；
[4]杨占尧《复杂·精密·高效·长寿命注塑模具经典结构图例》，化学工业出版社；
[5]王永平《注射模具设计经验点评》，机械工业出版社；
[6]王栓虎《塑料模具设计和制造》，东南大学出版社。