塑料碗注射模具设计方案.docx
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塑料碗注射模具设计方案
塑料碗注射模具设计方案
第一章塑件结构及成形工艺性分析
1.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征
该塑件材料选用PP
PP聚丙烯典型应用围:
汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：
挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。
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1.8~2.5%。
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0.7%。
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。
聚丙烯（PP）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。
PP属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率（1.0％-1.5％）。
PP在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。
因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。
PP成型各阶段所需压力及熔体流动过程：
PP成型主要包括充模阶段、增密阶段、保压阶段和冷却阶段，每个阶段所需压力各有不同，熔体流动情况也有所不同。
（1）充模阶段
PP在注塑机机筒经预塑受热熔融。
注塑开始，螺杆头部产生注塑压力到熔体充满模腔这一阶段是在动压作用下的高压高速充模过程。
此时高温熔体在模腔的流动情况很大程度上决定着制品表面质量和物理性能，而熔体流动情况是受注塑压力和熔体自身影响的。
当注塑压力过低时，熔体进入模腔缓慢，紧贴在模腔壁表面的那一层熔体会因温度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔体的流动通道在很短时间变得十分狭窄，大大削弱了进入模腔的熔体流量，结果使制品表面出现波纹、缺料、气泡。
当注塑压力过高时，熔体充模过快，在浇口附近以湍流形式进入模腔，且发生自由喷射，模腔气体来不及排出，于是制品表面呈现云雾斑等缺陷，制品脱模残余应力大，易产生飞边使脱模困难。
虽然高的注塑压力在注塑过程中能提高注射速率而获得大的剪切作用。
从而降低熔体粘度，但从物理意义上说，过高的压力会使熔体粘度增大，这是因为随着压力的增大，分子链之间的距离被压缩，分子链间的错动更加困难，熔体流动困难，粘度也就增大了。
因此，在充模阶段应注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不应一味地提高注塑压力。
对一些高档的壁厚变化大、有较厚突缘和筋的制品，应采用多级注塑来控制剪切速率。
在实际生产中，一般先调成低速低压，使熔体平稳进入模具；再用两级不同的高速高压使熔体接近充满模腔，并防止发生涡流；最后用一级低速中压，避免溢边产生，以便顺利完成充模过程。
（2）增密阶段
充模结束后，PP熔体的快速流动停止，模腔压力开始增加，与此同时注塑压力也迅速增加。
当注塑压力达到最大值时，模腔压力并没有达到最大值，模腔压力的极值要滞后于最大注塑压力一段时间，此间熔体的流动过程为增密过程。
在这段很短的时间，熔体要充满模腔的各部分缝隙，本身要受到压缩，熔体流速很小，温度变化也不明显，这时注塑压力也被熔体传递到模腔表面，产生模腔压力（传递的难易程度取决于熔体的流动性）。
可以说注塑压力的最大值在注塑增密过程中决定了模腔压力所能达到的最大值。
随着注塑压力迅速提高，模腔压力也达到最大值，模腔产生很大的动能冲击，使注塑机合模机构及模具系统发生变形，并微胀开模具。
在正常变形条件下，模具微动胀开有放气作用，因此要以偏高的压力注塑，这样既能压紧熔体，又能使从不同方向先后充满模腔的粘流态熔体熔成一个整体。
但注塑压力也不能过大，否则会造成制品粘模，出模后制品有溢边、尺寸胀大，影响成型质量。
（3）保压阶段
保压阶段PP熔体在模腔的压力和比容积不断变化（PP的比容积变化为16％），并一直维持到浇口封闭为止。
影响保压过程的主要因素是压力。
保压压力能使模腔熔体在完全凝固前始终获得充分的压力和补料，从而出现熔体的流动，特点是流速慢，原因是熔体因降温而收缩。
因为PP熔体从注塑温度降低到模具温度时，熔体分子会松弛、结晶，体积收缩较大，所以必须以足够大的保压压力来克服浇口阻力以进行补料。
保压压力的增大还会令制品的密度增加，出模后的制品表面自由变化程度减小，获得接近模面的表面租糙度，减少成型收缩，增进熔体各部分之间的熔合，提高制品的力学性能。
一般保压压力可取最高注塑压力值的60-70％，为改善制品成型质量，也可采用分段保压进行压力控制。
（4）冷却阶段保压结束后，保压压力解除，流道的压力随之急剧下降，大大低于模腔的压力。
这时浇口虽然封闭，但尚未完全凝固，在模腔压力的反作用下，模腔熔体将向浇注系统回流，模腔压力迅速下降，直至模腔与流道之间的通道被逐渐凝固的熔体阻断（阻断时模
腔的压力和温度称为封口压力和封口温度），回流方停止。
这时，模腔中熔体的物料量虽不再发生变化，但却产生了两个相反效应，一个是熔体的冷却收缩，一个是释压膨胀，两个效应是相互矛盾的。
如果收缩占优势，制品很快与模腔表面脱离，在残余热量作用下，制品表面出现雾霾、麻点、无光泽等缺陷；如果膨胀占优势，会造成制品粘模、开模拉伤等缺陷。
生产实践证明，当封口温度一定时，封口压力越高，制品密度越大，释压膨胀越明显；当封口压力一定时，封口温度越高，制品密度越小，冷却收缩效应越明显。
为了避免这两种效应的产生，应延长保压时间，目的在于控制封口压力，降低封口温度，以获得高质量的制品。
1.2分析塑件的结构工艺性该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。
除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选
一般精度等级：
5级。
1.3工艺性分析为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用点浇口。
该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口纵向开设在模具的型腔处，从塑料碗的底部进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
注塑模工艺条件:
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。
1.4初步确定型腔数目
根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:
一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。
这里拟采用第一种方式，1模2件的结构。
第二章塑件基本参数的计算及注射机选用
2.1塑件体积的计算
塑件：
零件塑件的体积V=83.4cm浇注系统的体积：
V2=5.09cm3
V=83.4*2+5.09=171.89cm
2.2计算塑件的质量：
查手册取密度
ρ=0.904g/cm
塑件体积：
V=83.4cm3
塑件质量：
根据有关手册查得：
ρ=0.904g/cm
所以，塑件的重量为：
M=V×ρ=83.4cm3×0.904=75.39g
2.3按注射机的最大注射量确定型腔数目
k注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;
mp注射机最大注射量，cmз或g;
m1浇注系统凝料量，cmз或g；
m单个塑件体积或质量，cmз或g；
根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模2腔
2.4计算浇注系统的体积:
其初步设定方案如下浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。
浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。
浇注系统设计的容包括：
根据塑件大小和形状进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇
口的数量、位置、形式进行优化。
本模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成
浇注系统示意图
根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=7.09cm3
2.5注塑机的选择
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有
（1）按设备外形特征分类:
卧式,立式,直角式,多工位注塑机；
（2）按加工能力分类:
超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。
常用的注射速率如表3-4所示。
表:
注射量与注射时间的关系
3
注射量/CM3125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
查表文献4、2得选用CJ80NC3型号注射机，其参数如下：
注塑机型号
CJSONC3
射胶部分
154
克
注射重星
注射容星
173
乂方厘米
注射压力
113
MPa
L
注射行程
125
mm
喷嘴半径
10
mm
喷嘴孔径
4
mm
定位环克径
100
mm
喷嘴深入模具距离
•
mm
锁模部分
800
KN
锁模力
锁模行程
270
mm
开模行程
570
mm
模扳尺寸OfXV）
540X490
mm
导柱间距OtXV）
355X300
mm
摄小容模厚度
130
mm
最大客模厚度
300
mm
顶出力
18
O
顶出行程
60
mm
第三章模具结构及主要零部件的设计
3.1浇注系统的设计
浇注系统的设计原则：
浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔气体的排出。
3.2主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止塑料熔体流动通道根据选用的CJ80NC3型号注射机的相关尺寸得
喷嘴前端孔径：
d0=4.0mm；
喷嘴前端球面半径：
R0=10m；m
根据模具主流道与喷嘴的关系:
RR01:
2mm
dd00.5:
1mm
取主流道球面半径：
R=11m；m
取主流道小端直径：
d=4.5mm为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2:
6o，此处选用6°，经换算得主流道大端直径为8.4MM。
主流道示意图
3.3分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。
常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。
表:
流道断面尺寸推荐值
塑料名称
分流道断面直径mm
塑料名称
分流道断面直径mm
ABS，AS
4.8~9.5
聚苯乙烯
3.5~10
聚乙烯
1.6~9.5
软聚氯乙烯
3.5~10
尼龙类
1.6~9.5
硬聚氯乙烯
6.5~16
聚甲醛
3.5~10
聚氨酯
6.5~8.0
丙烯酸
8~10
热塑性聚酯
3.5~8.0
抗冲击丙烯酸
8~12.5
聚苯醚
6.5~10
醋酸纤维素
5~10
聚砜
6.5~10
聚丙烯
5~10
离子聚合物
2.4~10
异质同晶体
8~10
聚苯硫醚
6.5~13
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。
要减少流道的压力损失，
希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长
的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困
难，所以一般是制成梯形流道。
在该模具上取梯形与圆锥形断面形状。
流道表面粗糙度Ra1.6m
分流道示意图
3.4分型面的选择设计原则
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
一、分型面的形式该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。
二、分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
1分型面应选在塑件外形最大轮廓处
2确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
3保证塑件的精度
4满足塑件的外观质量要求
5便于模具制造加工
6注意对在型面积的影响
7对排气效果
8对侧抽芯的影响
在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。
其分型面如图:
分型面示意图
3.5浇口的设计
根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。
采用点浇口可以保持产品外观精度。
本设计采用点浇口设计。
浇口设计如图:
浇口示意图
3.6导向机构的设计
导向机构的作用：
1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力
3.6.1导柱的设计
长度导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。
形状导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。
材料导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的芯，因此多采用20钢（经
表面渗碳淬火处理），硬度为50—55HRC。
3.6.2导套的结构设计
材料用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。
形状为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。
导向孔作成通孔，以利于排出孔的空气。
3.7推出机构的设计注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔或型芯上自动的脱出模外。
推杆脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。
合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位。
推杆脱模机构的设计要点如下：
1）推出位置的确定、推杆数量和断面形状的设计。
推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方。
2）推杆及其力学设计。
包括推杆形状尺寸设计，受力计算和材料选用等。
推杆最常见的为直杆式圆柱形推杆，常用直径为1.5～25mm，高度不大于600mm，与推杆孔的配合段可用H7/f7或H8/f8，对细长的推杆可设计成台阶形。
3）推杆复位装置。
设计中脱模机构多用复位杆复位，采用对称布置，常取2～4根。
4）推出导向装置。
中小型模具常采用2根导柱导向，可以设置或不设置导向套。
为了加工方便，导向孔与导柱的配合部位一般只设计在推板上，而与推杆固定板间采用较大的配合间隙，采用导套时，导向套也仅与推板上的装配孔采用过渡配合，而与推杆固定板间采用较松动的配合。
根据塑件的形状特点，模具型腔在定模部分，型心在动模部分。
其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。
由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时不影响外观，设立五个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。
注：
推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm。
采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。
结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到，在推出机构中采用厂组合式推杆，如图中，这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也易于更换。
这里采用设计推杆，全部固定在顶杆固定板。
推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。
根据推杆本身的刚度和强度要求，推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或搞出型腔0.05—0.1cm。
3.7.1推件力的计算
对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）：
QLhpfcossin（3-7-1）
式中L--型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）;
h--被包紧部分的深度（cm）;
p--由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取7.8——11.8MPa；
f--磨擦系数，一般取0.1~1.2；
--脱模斜度
L=424.46MMH=52.32MQ=424.46MM*52.32MM*10MPA（0.1*COS0.5-SIN0.5）*2
=4441.55（N）
3.7.2推杆的设计
①推杆的强度计算查《塑料模设计手册之二》由式5-97得
d——圆形推杆直径cm
推杆长度系数≈0.7
l——推杆长度cmn——推杆数量
E——推杆材料的弹性模量N/cm2（钢的弹性模量E=2.1107N/cm2）
Q——总脱模力
取D=8MM。
4Q
②推杆压力校核查《塑料模设计手册》式5-98
（8-3）
s取320N/mm2
3.8冷却系统的设计
3.8.1冷却系统设计原则注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具的塑料熔体的温度为200～300℃，而塑件固化后从模具中取出的温度为60～80℃以下，视塑料品种不同有很大差异。
为了调节型腔的温度，需在模具开设冷却水通道，通过模温调节机构调节冷却介质的温度。
高温塑料熔体在模具型腔凝固并释放热量，模具存在着一个合适的温度分布，使制品的质量达到最佳。
模具温度调节对制品质量的影响主要表现在以下几个方面：
1）变形，模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小制品的变形；
2）尺寸精度，利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定，能减小制品成形收缩率的波动，提高制品尺寸精度的稳定性；
3）力学性能，从减小制品应力开裂的角度出发，降低模温是有利的；
4）表面质量，提高模具温度能够改善制品表面质量，过低的模温会使制品轮廓不清晰并产生明显的融接痕，导致制品表面粗糙度过大。
为了提高冷却效率，获得质量优良的产品，模具的冷却系统按下述原则设计：
1）冷却水道的设置动定模和型腔的四周应均匀地布置冷却水道，不可只布置在模具的动模边或定模边，否则脱模后的制品一侧温度高一侧温度低，在进一步冷却时会发生翘曲变形；
2）冷却水孔的设置冷却水孔间距越小，直径越大，则对塑件冷却越均匀；
3）水孔与相邻型腔表面距离相等；
4）采用并流流向，加强浇口处的冷却，熔体充模时浇口附近温度最高，流动末端温度较低，因此在浇口部位应加强冷却，而采用与塑件熔体大致并流的流动方式，将冷却回路的入口设在浇口附近，出口设在流动末端。
浇注系统中的分流道布置如图所示，采用非平衡式布置，从主流道末端到每个浇口的距离不相等，但是分流道的截面形状和尺寸大小完全相同，这样的设计可以使进人每—型腔的流程最短，减少了热量散失，缩小了模具的体积，对于该小型什的注射成型来说，并不影响制品的使用性能。
分流道的横截面形状为梯形，浇口的类型采用侧浇口。
冷却系统的设计对于成型小型件的1模多腔模具来说是十分重要的。
如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀，特别是非平衡式分流道的结构。
放为了使冷却效果好，在模具的定模型腔板和动模利腔板开没了如图所示的水道，横向穿过这两块模板，这样使塑件各处的冷却均匀，模具的模温均匀。
3.8.2确定冷却水道直径
本塑件在注射成型机时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。
设定模具平均工作温度为60o/C，用常温20o/C的水作为模具冷却介质，其出口温度为30o/C。
查表3-26得PP的单位流量,依据塑件体积可知所需的冷却水管直径较小。
设计冷却水道直径为12mm。
冷却水示意图：
3.9模具排气槽的设计
当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统的空气及塑料受热而产生的气体。
如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。
特别是对大型塑件、容器类和精密塑件，排气槽将对它们的品质带来很大的影响，对于在高速成行中排气槽的作用更为重要。
我们的塑件并不是很大，而且不属于深型腔类零件，因此本方案设计在分型面之间、推杆预模板之间及活动型芯与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值取0.04㎜。
3.10标准模架的选择
注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大
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