心形塑料杯注塑模具设计本科毕业论文.doc

目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 塑件分析31.1 塑件材料的选用及分析31.2 塑件结构分析41.3 塑件体积计算5第2章 注塑机选用62.1 注塑机的确定62.2 注塑机参数的校核62.2.1 最大注射量的校核62.2.2 注射压力的校核72.2.3 锁模力的校核82.2.4 喷嘴尺寸的校核8第3章 模具结构设计103.1 模具型腔数目的确定103.2 分型面的选择103.2.1 分型面的选择原则103.2.2 分型面的确定103.3 浇注系统的设计113.3.1 浇注系统设计原则113.3.2 主流道设计123.3.3 浇口的设计123.4 推出机构的设计123.4.1 推出机构的设计原则133.4.2 利用成型零件的脱模机构133.4.3 浇注系统凝料推出机构143.5 成型零件设计143.5.1 成型零部件的磨损14 3.5.2 成型零部件的制造误差143.5.3 成型零部件的计算153.6 斜滑块的设计163.7 导向机构的设计173.8 冷却系统设计183.8.1 冷却系统的设计原则183.8.2 冷却系统设计193.8.3 冷却回路的总面积计算193.8.4 冷却回路的总长度计算203.8.5 水道直径的确定20第4章 模架的选取及材料的确定224.1 注射模标准模架224.2 模具材料的选用22第5章 结论22参考文献24附 录25致 谢30新乡学院本科毕业论文（设计） 摘 要塑料种类繁多，性能优良，日益受到人们的青睐，塑料制品在诸如建材、包装、机械、电子、仪器仪表、汽车、家电、石化等行业得到广泛应用，与人们生活更是密不可分。本设计是对心形塑料杯进行注塑模具设计，设计内容包括：塑料杯材料的选取，开模方向及壁厚的确定，注塑机的选用及校核，分型面及型腔的确定，浇注系统的设计，推出机构的设计，斜滑块抽芯机构的设计，冷却系统设计及模架的选取等。本设计中心形塑料杯的材料选用PP材料，考虑到制造成本及生产精度，模具结构确定为一模一腔形式。采用Auto-CAD、Pro/E等专业软件完成模具三维结构的设计以及装配图和零件图的绘制，并采用Pro/E软件的Plastic-Advisor模块进行塑料充型过程的模流分析。关键词：塑料模具；浇注系统；斜滑块1ABSTRACTThe plastic is various and excellent performance, drawing increasing attention. Plastic products are widely applied in many industries, such as building materials, packaging, machinery, electronics, instrumentation, automotive, appliance, petrochemical, and they are inseparable from peoples life. The object of this design is the injection mold design of heart shaped plastic cup, and the content of the design includes: selection of material, the determination of the wall thickness and the determination of the parting direction, the selection and verification of the injection machine, the determination of the parting surface and the cavity, the design of gating system, of the design of push mechanism, the core-pulling mechanism with a slide, the design of mold cooling system and the selection of the mold base . The material of heart shaped plastic cup is selected as PP. Considering the manufacturing cost and production precision, the die mold structure is designed as the form of one cavity. Professional softwares, AutoCAD and Pro/E, are used to complete the design of the three-dimensional structure of mould, assembly drawing and parts drawing. In addition, the Plastic-Advisor module of Pro/E software is used to analyze the mold filling process of plastic.Keywords: Plastic mold; Gating system; Slanting slide第1章 塑件分析1.1 塑件材料分析心形塑料杯以低成本和漂亮外观且具有一定实用性为目的，不需要很高的性能，选材比较容易。本设计选用PP（聚丙烯），常见塑料的性能和用途如表1所示1-2。表1 常用塑料的性能和用途塑料品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成形特点主要用途聚乙烯线型结构结晶型P=100MPa故所选注射机合适。2.2.3 锁模力的校核锁模力又称合模力，是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，为此，注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积，即 100 （4）式中 注射机的公称锁模力（N）； 模内平均压力（型腔内的熔体平均压力MPa），见表46； 塑件、通道、浇口在分型面上的投影面积之和（cm2）； F注射压力在型腔内所产生的作用力（N）。表4 模内的平均压力制品特点模内平均压力（MPa）举例容易成型制品24.5PP、PE、PS等壁厚均匀的日用品，容器类制品一般制品29.4在模温较高下成型的薄壁容器类制品中等粘度塑料和有精度要求的制品34.3ABS、PMMMA等有精度要求的工程结构件，如壳件、齿轮等加工高粘度塑料、高精度、充模难的制品39.2用于机器零件上高精度的齿轮或凸轮等将本设计中数据代入上式 =900KNF=24.550100=122.5KN 故所选注射机合适。2.2.4 喷嘴尺寸的校核塑料注塑成型模具主流道衬套的小端孔径D（mm）和球面半径R(mm)要与塑料注射成型机喷嘴前端孔d(mm)和球面半径r(mm)满足下列关系7： R=r+(12) （5） D=d+(0.51) （6）此时可以保证注射成型时在主流道衬套处不形成死角，无熔料积存，并便于主流道凝料的脱模。本设计中，所选注射机的喷嘴尺寸r=12mm，d=4mm，而设计的主流道尺寸为R=14mm，D=5mm，完全符合设计要求。 图3 主流道和喷嘴关系第3章 模具结构设计3.1 模具型腔数目的确定模具的型腔数目可根据塑件的产量、精度高低、模具制造成本，以及所选用注射机的最大注射量和锁模力大小等因素确定8。小批量生产，采用单腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。按注射机的最大注射量确定型腔数目，可按下式计算。 （7）式中 单个塑件的质量（g）； 模具浇注系统中凝料质量（g）。将本设计中数据代入上述公式，得 所以，此设计确定为一模一腔合适。3.2 分型面的选择分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，常见的有水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面。3.2.1 分型面的选择原则9便于塑件脱模，在开模时尽量使塑件留在动模内，应有利于侧面分型和抽芯；应合理安排塑件在型腔中的方位。考虑和保证塑件的外观不遭损坏。尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）。有利于排气。尽量使模具加工方便。浇注系统、特别是进料口能合理的安排。使塑件易于脱模。3.2.2 分型面的确定由于所设计的是塑料杯子，在杯子底部进行注塑，考虑到底部若是选在两板相接处会产生飞边。所以本设计将分型面确定为下图所示。图5 分型面3.3 浇注系统的设计3.3.1 浇注系统设计原则浇注系统是注射成型中塑料熔体进入型腔的通道，它起着传质、传压、传热的作用，为了能将塑料熔体顺利引入型腔，从而形成合格的塑料制件，应对浇注系统提出一定要求：充模过程快而有序，以保证在很短时间内平稳而均衡地充满型腔；压力损失小，以保证塑料熔体的充模压力；热量损失小，以保证热塑性塑料充模时的流动性；排气顺利，以避免气体滞留于型腔而产生缺陷；流道凝料易于与制件分离切除。浇注系统设计包括两个方面的内容：一方面是浇注系统的结构与尺寸；另一方面是浇注系统的位置。浇注系统的开设不仅与制件的结构、尺寸、技术要求有关，与塑料材料特性有关，还与模具中的型腔数以及注射机的种类有直接的关系。浇注系统设计的主要原则如下10： （1）应与塑料的成型特性相适应； （2）应有利于排气与补缩； （3）应使熔体的流程尽量短； （4）应避免塑料熔体直接冲击型芯和嵌件； （5）流道凝料与塑件易于分离； （6）要保证塑件外观质量； （7）应防止制品变形和翘曲； （8）合理设计冷料穴； （9）尽量减少浇注系统的用料量； （10）应同时考虑型腔布局。3.3.2 主流道设计主流道为直接与注射机的喷嘴连接的部分。熔体从喷嘴喷出流入模具的空腔内时，其体积必然要胀大，流速略微减小。主流道为圆锥体，由于本设计浇注系统为点浇口，所以锥度为12o30o，本设计定为28o。计算主流道直径的经验公式11： （8）式中 D主流道大端直径（mm）； V流经主流道的熔体容积（包括各个型腔、各个分流道、主流道， 以及冷料穴的容积）（cm3）； K因熔体材料而异的常数。3.3.3 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，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。一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度Ra不低于0.4m12。本设计综合考量，选择点浇口比较合适，浇口如图6所示。图6 浇口结构与尺寸3.4 推出机构的设计3.4.1 推出机构的设计原则 设计推出机构时，应遵循以下原则：（1）结构可靠，机械运动准确、灵活，并有足够的刚度和强度。（2）保证塑件不变形、不损坏。（3）保证塑件外观良好。（4）尽量使塑件留在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。3.4.2 利用成型零件的脱模机构某些塑件由于结构形状和所用塑料的缘故，需要利用成型镶件或型腔来脱模。在本设计中，根据塑件的结构，采用推杆脱模机构。推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。它是由推杆、推板、推杆固定板组成，如图7所示。图7 推杆脱模机构推杆分为普通推杆和成型推杆两种。前者只作推出塑件之用，其截面形状有圆形、方形和其他各种类型；而后者除了推出塑件之外，还参与塑件局部成型，既可成型塑件某一部分的形状，也可作为型芯用。本设计中采用后者，如图8所示。图8 推杆3.4.3 浇注系统凝料推出机构点浇口浇注系统凝料，一般可由人工、机械手取出，但生产效率低。为适应自动化生产的需要，可采取定距拉杆而自动使浇注系统凝料脱落的方法。如图9所示。图9 浇注系统凝料推出机构3.5 成型零件设计成型零部件的设计计算主要指成型部分与塑件接触部分的尺寸计算。对于塑件尺寸精度的影响因素，除了塑件的收缩外，主要考虑成型零部件的磨损和制造误差。3.5.1 成型零部件的磨损成型零部件的磨损主要是指塑料熔体在成型腔中流动以及脱模时塑件与型腔或型芯的摩擦，主要以后者为主。为简化设计计算，一般只考虑与塑件脱模方向平行的磨损量，对于垂直方向的不予考虑而忽略不计。对于小型塑件取磨损量1/613。3.5.2 成型零部件的制造误差 成型零部件的制造包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个方面，设计时一般将成型零部件的制造误差控制在塑件相应公差的1/3左右，即=1/3,成型零件的制造公差可取塑件公差的1/31/6,由于塑件公差等级为MT6，所以成型零件的制造公差取IT12。3.5.3 成型零部件的计算1.型腔径向尺寸 （9） = =mm （10） = =mm 2.型腔深度 （11） = =94.39mm3.型芯径向尺寸 （12） = =91.84mm （13） = =mm4.型芯高度尺寸 （14） = =mm成型零件的结构如图10所示：图10 成型零件3.6 斜滑块的设计斜滑块利用推出机构的推力驱动斜滑块沿斜导槽运动，在侧向分型的同时完成部分脱模。结构简单，运动平稳、可靠，抽芯力较大，常用于塑件侧凹较浅，所需抽芯距不大的情况。本设计中采用滑块外侧分型机构，如图11所示。图11 斜滑块外侧分型机构开模时，塑件包在动模型芯上和斜滑块一起向动模一侧运动，而后在推杆的作用下，斜滑块沿模套的导滑槽运动，在实现侧向分型的同时，使塑件从动模型芯上脱出。斜滑块的组合形式及导滑形式如图12、13所示。 图12 斜滑块的组合形式 图13 斜滑块的导滑形式3.7 导向机构的设计为了保证模具能够顺利地开合模，并在合模后保持型腔的正确形状，塑料模一般都设有导向机构。导向机构的作用是：(1)导向作用；(2)定位作用；（3）承重作用；（4）承受侧压作用。对导柱尺寸和结构有以下几点要求14：（1）直径和长度 导柱的直径在1263mm之间时，按经验其直径d和模板宽度B之比为d/B0.060.1，调整后选标准值。导柱无论是固定段的直径还是导向段的直径，其形位公差与尺寸公差的关系应遵循包容原则，即轴的作用尺寸不得超过最大实体尺寸，而轴的局部实际尺寸必须在尺寸公差范围内才合格。导柱长度应该比凸模端面的高度高出68mm。（2）公差配合 安装段与模板间采用过渡配合H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合（间隙配合）H7/f7。（3）材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此多采用中碳钢（45号钢），碳（表面渗碳0.50.8mm深），经淬火处理（HRC5660）或碳素工具钢（T8A，T10A）经淬火或表面处理（HRC5055）。对导套尺寸和结构设计有以下几点要求：（1）公差配合与表面粗糙度 导套内孔与导柱之间采用动配合H7/f7。外表面与模板孔为较紧的过度配合H7/n6，其前端可设计长3mm的引导部分。（2）材料 导套的材料可用耐磨材料，采用45号碳钢淬火，其表面硬度为HRC5660，但其硬度最好比导柱低5度左右。本注塑模选带头的导套，导套、导柱与模板间均采用过渡配合的固定方式。导柱和导套的结构如图14、15所示。图14 导套图15 导柱3.8 冷却系统设计3.8.1 冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则如下：1、 冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大；2、 合理设计冷却水道的直径、间距以及与型腔表面距离；3、 浇口处加强冷却；4、 冷却水道出、入口温差应尽量小；5、 冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置。3.8.2 冷却系统设计在注射过程中，适宜的模具温度可保证塑料熔体的流动性、充型性和制件质量。PP的注射温度在250270oC，模具温度在5090oC。由于粘度低、流动性好的塑料，成型工艺要求模具温度不太高，为防止熔体反复注入模具而使模具温度升高，采用常温水对模具冷却13。冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大；冷却水道的入口应设置在塑件附近，冷却水道出入口温差也应尽量小。同时，冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置，避免接近塑件的熔接部位，避免产生熔接痕而降低塑件强度。3.8.3 冷却回路的总面积计算冷却回路所需总面积可按下式计算： （15）式中 A冷却回路总表面积，m2 M单位时间内注入模具中塑料的质量，kg/h q单位质量塑料在模具内释放的热量，J/Kg，q值可查表 冷却水的表面传热系数，W/(m2.K) 模具成型表面的温度，oC 冷却水的平均温度，oCPP成型时放出的热量q=5.9J/Kg。故 =0.007 （16）冷却水的表面传热系数可用下式计算： （17）式中 冷却水的表面传热系数，W/(m2.K) 冷却水在该温度下的密度，Kg/m3 v冷却水的流速，m/s d冷却水孔直径，m 与冷却水温度有关的物理系数，其值查表5。表5 水的值与其温度的关系平均水温/oC5101520253035404556值6.166.607.067.507.958.408.849.289.6610.05故 3.8.4 冷却回路的总长度计算冷却回路总长度可用下式计算： （18）式中 L冷却回路总长度，m； A冷却回路总表面积，m2； d冷却水孔直径，mm。故 =1.3m 3.8.5 水道直径的确定冷却水在管道中的流动状态对冷却效果有显著影响。资料表明，在湍流下的热传递效果比层流高1020倍。而要使冷却水流完全处于湍流状态，应保证水的雷诺系数Re满足下式： 600010000 （19）式中，V为流速（m/s）；为运动粘度（m2/s）,温度为10oC时，=1.3077m2/s；d为管道内径（m）14。表6 冷却水在完全湍流状态下的流速和体积流量管道直径/mm最低流速/(ms-1)体积流量/(m3min-1)管道直径/mm最低流速/(ms-1)体积流量/(m3min-1)81.665.0200.6612.4101.326.2250.5315.5121.107.4300.4418.7150.879.2注：Re=104，温度为10oC。在本设计中，经计算，冷却水管直径d=10mm。图16 冷却水道第4章 模架的选取及材料的确定4.1 注射模标准模架采用标准模架，只要在其中增添一些必要的成型零件、浇注系统、推出脱模机构、侧向分型或侧向抽芯机构、排气结构和温度调节系统等功能结构之后，便可以得到一副完整的注射模。即使是较为复杂的双分型面模具、三分型面模具，也只是在二板式模具的基础上增加了一块或两块模板，结构的相似性并未改变15。因此，选用标准模架的优越性十分明显。本设计中选用的模架如图17所示12。图17 模架4.2 模具材料的选用模具材料的选择以其工作条件为主要依据，并结合技术和经济两方面进行考虑。大批量生产塑料制件时，应选用较好的模具材料和必要的热处理或其他强化措施，以保证模具具有较长的使用寿命；而在生产批量较小的情况下，只要满足制件成型质量即可，不必考虑模具寿命，故用尽量选用价格低廉的模具材料。成型工艺对模具材料的要求：（1） 良好的力学性能；（2）良好的耐腐蚀性；（3）良好的耐热性和耐热疲劳性；（4）较小的热膨胀系数。本设计中模具材料的选用如表7所示16。表7 模具材料的选用类别零件名称材料牌号热处理方法硬度说明模体零件动、定模座板浇道推板45正火160200HBW正火硬度一般指进货状态调质230270HBW推板45正火160200HBW推杆固定板45正火160200HBW垫块45、Q235进货状态浇注零件浇口套45淬火+回火4852HRCT8A、T10A淬火+回火4650HRC导向零件大导柱T8A淬火5256HRC大导套T8A淬火5055HRC复位杆小导柱小导套T8A、T10A淬火+回火5256HRCGCr15或SUJ2淬火+回火5662HRC抽芯零件滑块40Cr正/退火175230HBW渗氮700800HV斜滑块45正火170220HBW渗氮600800HV顶出零件推杆T8A淬火+回火5060HRC定位零件定位圈45正火160200HBW定距螺钉45淬火+回火3338HRC其他零件弹簧65Mn、50CrVA淬火+回火4550HRC中温回火冷却水螺塞45淬火+回火3338HRC表面发黑处理第5章 结论通过本设计，掌握了模具设计的方法和步骤，并结合具体的零件进行了具体的设计工作，包括确定型腔的数目为一模一腔、开模方向、壁厚的确定、选择分型面为侧向分型、确定浇注系统为点浇口、斜滑块的设计、模架的选取、脱模方式、温度调节系统的设计、注射模成型零件尺寸的计算等。本设计完成了塑件三维图的绘制、注射模具结构方案的设计和相关的设计计算、模具装配图和零件图的设计与绘制，通过本设计掌握了完整的注塑模具设计流程以及相关软件的使用方法。参考文献1田萍.塑料性能与选材关系的探讨J.太原科技，2008,(11):2728.2齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2006.3杨永顺.塑料成型工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2011.4冷真龙，莫盛秋.塑料成型工艺与模具设计M.成都：电子科技大学出版社，2013.5谭雪松，林晓新，温丽.新编塑料模具设计手册M.北京：人民邮电出版社，2007.6张维合.注塑模具设计实用手册M.北京：化学工业出版社，2011.7卜建新.塑料模具设计M.北京：中国轻工业出版社，1999.8孙玲.塑料成型工艺与模具设计M.北京：清华大学出版社,2008.9李俊文，陈玉莲，钟奇.基于UG的注塑模具设计分模方法J.模具工业，2011,(1):7779.10张伟，张海波.塑料模具浇注系统的设计浅析J.机电信息，2011，(18).177179.11黄虹.塑料成型加工与模具