家庭塑料碗注塑模具设计.docx
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家庭塑料碗注塑模具设计
摘要
根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，考量塑件制件尺寸。
本模具采用一模两腔，直浇口进料，注射机采用80XB型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。
附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计。
关键词：
模具设计；CAD绘制二维图；UG绘制3D图；塑件
Abstract
Tounderstandtheuseofplasticpartsinaccordancewiththerequirementsoftheplasticproducts,analysisofthetechnicalrequirementsoftheplasticpartsoftheprocess,dimensionalaccuracy,selecttheworkpiecesizeoftheplasticparts.ThemoldusingatwosubgatefeedinjectionmachineadoptsHTF160XBmodels,andsetacoolingsystem,CADandUGdrawingtwo-dimensionalassemblydiagramandpartsdiagram,reasonablemoldprocessingmethods.Attachamanual,usebrieftext,aconcisediagramandcalculatedanalysisofplasticparts,inordertomakeareasonablemolddesign.
Keywords:
mechanicaldesign;molddesign;CADdrawingtwo-dimensionalmap;UGdraw3Dmaps,injection
第一章前言
1.1课题背景
模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。
在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%～80%的零件都依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。
用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比拟的。
随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，越来越普遍地采用塑料成型。
注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。
定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。
注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。
一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。
1.2课题分析
本课题內容是对家庭塑料碗进行测绘。
基于生产实践之上的对产品进行模具设计，模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺分析等。
根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，本模具采用一模四腔布局，侧入式浇口进料，注射机采用80XB型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算分析，从而作出合理的模具设计。
选择合理的加工方法。
模具方案确定后进行工艺分析。
根据此方案可以达到设计的预期效果大大提高了注塑模的质量。
第二章塑件分析
2.1产品分析及其技术条件
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
课题目标产品是一个生活中常见的家庭塑料碗，其零件外形如图所示。
具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
产品2D/3D视图
塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。
为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。
由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差等级确定精度等级。
根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT5级精度，未注采用MT8级精度般为Ra0.02～1.25
之间，模腔的表面粗糙度为塑件的1/2，即Ra0.01～0.63
。
模具在使用中。
由于型腔磨损，使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。
该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为Ra0.8
，内部为Ra1.2
。
2.2塑件材料的确定
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。
可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。
塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。
另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。
此产品壁厚均匀，PP性能优良，成本低廉，符合需求生产量大的要求，容易成型，对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料。
2.3塑件材料的性能分析
PP是由聚乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使PP具有良好的综合理学性能。
丙烯腈使PP有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使PP坚韧，聚乙烯使PP有良好的加工性和染色性能。
PP价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。
是一种良好的热塑性塑料。
PP无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02--1.05g/cm3。
既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性。
水、无机盐、碱、酸类对PP几乎没有影响，PP不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。
PP表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，PP有一定的硬度，他的热变形温度比聚聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70
左右，热变形温度约为93
耐气候性差，在紫外线作用下PP易变硬发脆。
PP的性能指标：
密度1.05（
），收缩率1.016，熔点
，弯曲强度80Mpa，拉伸强度35
49Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度18
39Mpa，缺口冲击强度11
20
，硬度62
86HRR，体积电阻系数
。
PP的热变形温度为93
118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
PP在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40
100℃的温度范围内使用。
第三章成型布局及注塑机选择
3.1注塑机的选择和校核
3.1.1注射胶量的计算
模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。
校核公式为：
式中：
--型腔数量
--单个塑件的重量（g）
--浇注系统所需塑料的重量（g）
本设计中：
n=4
3g
=4.1g
m≥（4x3+4.1）/0.8即m≥20.1g
因而预选注塑机额定注塑量最少为20.1g以上
3.1.2锁模力的计算
选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。
塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。
成型投影面积
=
式中n--型腔数目
--单个塑件在模具分型面上的投影面积
--浇注系统在模具分型面上的投影面积
n=4
=795
=628
本设计中
=4x795+628=3808
锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定：
式中
—锁模力，kN；
—型腔压力，MPa；
A—成型投影面积，mm2；
一般熔料经喷嘴时其注射压力达60～80MPa，经浇注系统入型腔时型腔压力通常为20-40MPa，这里取30MPa。
计算：
×A/1000=30×3808/1000=114.24kN（取整115kN）
得出预选注塑机额定注塑压力为115kN以上。
3.1.3注塑机选择确定
综合考虑以上因素，选定注射机为80XB。
其相关性能符合成型方案要求，以下相关参数：
型号
单位
80×A
80×B
80×C
参数
螺杆直径
mm
34
36
40
理论注射容量
cm3
111
124
153
注射重量PS
g
101
113
139
注射压力
Mpa
206
183
149
注射行程
mm
122
螺杆转速
r/min
0~220
料筒加热功率
KW
5.7
锁模力
KN
800
拉杆内间距（水平×垂直）
mm
365×365
允许最大模具厚度
mm
360
允许最小模具厚度
mm
150
移模行程
mm
310
移模开距（最大）
mm
670
液压顶出行程
mm
100
液压顶出力
KN
33
液压顶出杆数量
PC
5
油泵电动机功率
KW
11
油箱容积
l
200
机器尺寸（长×宽×高）
m
4.3×1.25×1.8
机器重量
t
3.22
最小模具尺寸（长×宽）
mm
240×240
表<1>HTF80XB注塑机参数
第四章注塑模具设计
4.1模架的选用
4.1.1模架基本类型
注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下：
单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。
4.1.2模架的选择
根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可选择CI型的模架，其基本结构如图所示：
模架结构图
CI型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫两板模，大水口模架，适合直浇口的注射成形模具。
由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正装。
根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸，以此分析计算：
模架的长L=型腔长度（190）+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚
300mm
综上所述所选择的模架的型号为：
CI-2330-A60-B60-C80。
4.1.3导向与定位机构设计
导向机构的作用：
保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向和位置。
导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱和导套等。
导柱的设计
（1）有单节与台阶式之分
（2）导柱的长度必须高出公模端面6…8mm
（3）导柱头部应有圆锥或球形的引导部分
（4）固定方式有铆接固定和螺钉固定
（5）其表面应热处理，以保证耐磨。
导套和导向孔
（1）无导套的导向孔，直接开在模板上，模板较厚时，导向孔必须做成盲孔，侧壁增加排气孔。
（2）导套有套筒式`台阶式`凸台式
（3）为了导柱顺利进入导套孔，在导套前端应倒有圆角r。
一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到合模导向的作用.
4.2浇注系统的设计
浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通直浇口浇注系统。
正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。
浇注系统组成：
普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。
1－主浇道2－第一分浇道3－第二分浇道4－第三分浇道
5－浇口6－型腔7－冷料穴
4.2.1主流道设计
所选用80XB型注射剂喷嘴有关尺寸如下：
喷嘴前段孔径d0=3mm
喷嘴圆弧半径R0=12mm
为了使凝料能够顺利拔出，主流道的小段直径d应稍大于喷嘴直径。
d=d0+（0.5~1）=3.5mm
4.2.2分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。
其作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔，分流道的长度应该尽可能短，折弯少，尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失，节约塑料的原材料和降低能耗。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取Ra为1.6m，本设计选择矩形截面的分流道，d=6mm。
4.2.3浇口的设计
直浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般开设在分型面上，一般塑料熔体从外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。
直浇口的宽度和深度尺寸作如下取值：
宽度b=2.5m深度t=1mm
4.3分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。
选择分型面时，应从以下几个方面考虑：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；
2）使塑件在开模后留在动模上；
3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；
4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；
5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；
6）使塑件易于脱模。
综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图所示。
分型面的选择
4.4成型零部件的设计
模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。
构成模具型腔的零部件称成型零部件。
一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。
成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。
4.4.1成型零部件结构
成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。
型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，了解其结构与制品的形状、尺寸、使用要求。
本设计中采用嵌入式型腔及型芯，如图所示。
型腔的结构简单，成本低廉。
不过模具加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。
型腔3D图
型芯3D图
4.4.2成型零部件工作尺寸的计算
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。
在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。
影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。
这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。
由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。
塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定PP材料的平均收缩率为0.5%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：
A=B+0.005B
式中A—模具成型零部件在常温下的尺寸
B—塑件在常温下实际尺寸
4.4.3凹模宽度尺寸的计算
塑件尺寸的转换：
LS1=20±0.05=20.1-0.70MM,相应的塑件制造公差
，
LM1=[（1хSCP）
+LS1+
X1ХP1]00.22=[（1Х0.005）
+20+
0.6Х0.7]00.22=20.100.22mm
式中，
是塑件的平均收缩率，PP的收缩率为1%~2%,所以平均收缩率
；
、
是系数，
一般在0.5~0.8之间，此处取
；
分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；
是塑件上相应尺寸制造公差对于中小型零件取
（下同）。
塑件尺寸的转换：
LS=18±0.05=18.0900.7MM，相应的塑件制造公差0.7mm
LM=[（1+SCP）
+LS+
XХP]=[（1+0.005）
+18+
0.6х0.7]0.1170=18.091170MM
式中，
是系数，一般在0.5~0.7之间，此处取
。
塑件尺寸的转换LS=49±0.05=49.2501.02MM：
，相应的塑件制造公差1.02mm
LM=[（1+SCP）
+LS+
XХP]=[（1+0.005）
+49+
0.65х1.02]-0.170=49.25-0.170MM
式中，
是系数，知一般在0.5~0.7之间，此处取
。
塑件尺寸的转换11.44±0.02=11.490O.4MM，相应的塑件制造公差o.4mm
HM=[（1+SCP）
+HS+
XХP]=[（1+0.005）
+11.44+
0.6х0.4]-0.170=11.49.0670MM
式中，
是系数，可知一般在0.5~0.7之间，此处取
。
4.5脱模及推出机构
4.5.1脱模力
脱模力的产生范围：
①（脱模）塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，产生包紧力。
②不带通孔壳体类塑件，脱模时要克服大气压力。
③机构本身运动的磨擦阻力。
④塑件与模具之间的粘附力。
初始脱模力，开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。
相继脱模力，后面防需的脱模力，比初始脱模力小，防止计算脱模力时，一般计算初始脱模力。
脱模力的影响因素：
a．脱模力与塑件壁厚，型芯长度，垂直于脱模方向塑件的投影面积有关，各项值越大，则脱模力越大。
b．塑件收缩率，弹性模量E越大，脱模力越大。
c．塑件与芯子磨擦力俞大，则脱模阻力俞大。
d．排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素，则型芯斜角大到，塑件则自动脱落。
4.5.2推出机构
塑件从模具上取下以前有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。
主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。
脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。
根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、推管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。
考虑到塑件的特征等要求不高，决定选用简单推出机构中最简单、使用最广泛的推杆推出机构。
推杆将塑件从动模的型芯推出脱模，由于设置推杆的自由度较大，而且设计推杆截面为圆形，这样制造、修配方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便更换，因此选择推杆机构推出是最合理的。
该塑件采用了推杆，其分布情况如图所示，这些推杆的作用，使制品受推出力从而脱模。
推杆与推杆孔配合一般为
，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，PP塑料的溢料间隙为
。
推杆布局
结论
本次毕业设计的题目是家庭塑料碗注塑模具的设计，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于家庭塑料碗注塑模具的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是家庭塑料碗注塑模具的设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。
回忆过去，展望未来，我感概良深，觉得以后还有很长一段路要走，我必须努力工作，用自己的实际行动来回报社会和父母。
致谢
在为期三个月的毕业设计过程中，我深深地感觉到基础知识的重要，通过这次设计我又重新温故，受益非浅。
在设计中对AutoCAD、UG等绘图软件的应用更加熟悉，但是对于某些方面还是运用不够灵活。
在模具设计中，参照模具设计手册，设计出了较为合理的模具，但在一些细节问题的处理上仍欠缺考虑，掌握了简单零件的分型，对于比较复杂的平面的模具设计仍需要继续学习。
整个毕业设计过程中，我学到了很多东西，对待设计的严谨，工作态度的严肃认真。
设计中承蒙老师的悉心指导和帮助，在毕业设计过程中提供了很多宝贵的资料、设计和方向、设计思路，以及模具结构原理方面的知识，在此向他表示衷心的感谢。
因本人工程实践经验与理论水平有限，时间较短，设计过程中难免存在错误，恳请广大老师不吝批评指正。
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