塑料饭盒盒盖注射模具设计doc 40页Word文档格式.docx
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3.4冷料穴和拉料杆的设计16
3.5成型零部件的设计16
3.5.1凹模、凸模结构的确定16
3.5.2型腔和型芯结构设计计算17
3.6模架的选择19
3.7结构零部件设计20
3.7.1导柱结构设计20
3.7.2导套结构设计21
3.8推出机构设计22
3.8.1推出机构的设计原则22
3.8.2推出力的计算22
3.8.3推杆的结构设计23
3.8.4复位杆的结构设计24
3.9冷却系统的设计24
4注塑模的校核计算27
4.1注射机有关工艺参数的校核28
4.1.1最大注射量的校核28
4.1.2锁模力的校核29
4.1.3开模行程的校核29
4.2矩形型腔侧壁和底板厚度校核31
4.2.1整体式矩形型腔侧壁厚度校核32
4.2.1整体式矩形型腔底板厚度校核33
结论34
附录35
致谢37
第一章绪论
1.1国内外模具的发展状况及发展趋势
随着中国当前的经济形势的日趋好转，中国的制造业也日趋蓬勃发展；
而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。
这些年来，中国模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，年模具生产总量仅次于日、美之后位居世界第三位。
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其各类模具约占11%。
近年来，塑料模具保持25%以上速度发展。
在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将进一步提高，其发展速度将高于其他模具。
虽然我国模具的产销增速很高，但国内模具的产出总体上仍不能满足市场需求，国产模具对本国市场的满足度每年都不足80%，2005年为76.2%。
中国模具自产自配比例在50%以上，而国外70%以上是商品模具。
国内模具总量中属精密、大型、复杂、长寿命模具的比例只有30%左右，还不能满足国内发展的需要，尚需从国外大量进口，而国外其比例在50%以上。
然而我国部分中低档模具却有些供过于求。
我国模具在精度、寿命、型腔表面粗糙度、模具的复杂程度、生产周期等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距。
欧洲模具设计和生产的时间要分别比中国快44％和61％左右，但中国模具设计和生产的成本却只有欧洲同行的91％，但我们的模具寿命值相当于工业先进国家的1/5到1/3。
此外，模具的标准化、专业化、商品化程度也比国外低，模具配料及模具相关技术还比较落后。
我国每年消耗模具钢6到10万吨左右，进口模块一万多吨，模具钢的消耗量与日本大致相当，但日本的产品却高出我国几十倍。
CAD／CAM／CAE一体化技术、三维设计技术、ERP和IM3等信息管理技术以及高速加工、快速成型、虚拟仿真及网络技术等许多高新技术已在许多企业得到应用，但要得到推广和普及还需要很长一段时间。
国内外模具竞争程度也不相同，欧洲及世界各国之间的模具竞争相应加剧，像德国近两年半内的模具整体价格就下降了25％左右。
前些年全球58％的模具是由德国等西欧国家生产，中国等亚洲国家的比例只占到1％，但今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长，而亚洲国家的生产比例将提高至22％左右。
而我国的生产比例将有更一步的提升。
当前全球制造业转移的规模不断加大，速度也不断加快，并正向深度和广度延伸，而我国的模具制造业正是承接转移的较为理想之地。
加之“十一五”期间，国家将继续大力支持我国模具工业的发展，又鉴于中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势头，在多重有利条件下，中国模具发展的前景将十分广阔。
我国未来的走向将是模具日趋大型化，模具精度将大幅度提高，多功能复合模具进一步发展。
塑料模具的比例会逐渐增大，热流道、气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展，并且热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。
压铸模的比例也将不断提高，并且对压铸模的寿命和复杂程度要求亦越来越高。
快速经济模具前景十分广阔，模具的标准化和模具标准件将广泛运用，模具技术含量会不断提高，中高档模具比例将不断增大。
优质模具材料及先进表面处理技术会得到更多的重视。
1.2国内外饭盒材料的发展现状及发展趋势
国内外使用的塑料饭盒材料主要是聚丙烯（PP），耐一定高温，可经微波炉短时间加热，在特定条件下分解，其方法有:
生物降解法、光/生物降解法、氧化/生物降解法、填埋法、焚烧法、循环再生法、超临界水降解和回收利用等。
但是生物降解法效率太低，完全被微生物同化降解需要200～400年；
填满法简单但是耗费土地；
焚烧法虽彻底但是会产生大量有毒气体，污染大气；
循环再生法和回收法因处理成本的经济问题难得以推广运用。
美国推出了tritan（Eastman公司开发的新一代共聚酯）塑料饭盒，在清洗耐久性、韧性、防污垢、防异味性都比PP塑料强。
从原料到生产不会产生BPA,不会危害人体健康。
美国开发出一种化学名称为“聚乳酸树脂”的可降解生物塑料，其主要成分为乳酸，系人体内的固有物质，对人体无害，也便降解。
美国还开成功开发一种全新生物降解塑料——玉米塑料，将玉米加工得到朊（一种呈象牙色的蛋白质物质），再加工成可降解塑料。
玉米朊塑料对人体无害，在水和细菌的作用下会很快分解成含氮物质，可作为上好肥料。
日本在塑料回收方面着手，成功将PE、PP等废旧塑料转化为石化原料。
中国也在做一些实验，试图让塑料饭盒更健康、更环保。
如在PP塑料饭盒制造过程中保证经生物活性剂及稀土配合物复合光敏剂表面处理过的复合无机粉体填充量为30%，则其使用性能得到提高，又具有良好的光/生物降解性能，焚烧时有害气体减少。
针对塑料制品而言，对环境的无污染性，对人体的无害性逐渐成为了各国研究的主题，以可降解性的“生物塑料”前景最为广阔。
但塑料的多途径循环运用亦不可小觑。
1.3选题目的与意义
塑料饭盒因产品颜色洁白、质地均匀、手感好、强度高，盒轻易携带，使用寿命长，耐腐蚀老化，制作方便，价格又低廉而受广大消费者的喜爱。
合理的选择材料即保证其优越性，又保证其对人体无害性，对环境无污染性成为了一个极其重要的话题。
究其生产成本而已，最大限度的提高生产效率、降低次品率、降低生产成本是极其重要的，而合理的进行塑料模具的开发与设计具有重要的现实意义。
通过本次毕业设计，学会对手册、标准、期刊等相关资料的收集和整理，在自己所学知识的基础上，使自己综合利用专业知识，并在此基础上更进一步理解塑料模具的设计步骤、要点和工艺技术特点及塑料成型制件的结构工艺性，从而培养自己实际动手能力和分析解决问题的能力，并对塑料饭盒的加工工艺过程做一个全面的分析和了解。
再者，用三维软件来建立各个零件的三维模型，然后根据零部件的位置特征建立模具的三维模型、分模等，最后做到对一款三维软件的掌握和熟练运用。
1.4主要研究内容
此次设计将完成塑料乐扣饭盒盒盖的造型设计，从而完成模具型腔的设计。
型腔采用一模，塑件的成型工艺参数可以通过利用计算机辅助分析功能完成对塑件注塑工艺参数的分析。
一腔的设计。
设计过程注重分型线的选择与分型面的选择，浇注系统、导向、推出机构、排气系统等的设计。
完成模架的选型与设计。
除了结构的设计问题，在整个模具的制造过程中，塑件的成型工艺参数可以通过利用计算机辅助分析功能完成对塑件注塑工艺参数的分析。
1.5设计思路路线
此次设计的思路路线图见附录。
第二章塑料塑件的工艺性分析及注射机初选
2.1塑件的原材料及其性能分析
本塑件饭盒为日常生活中所常见的塑料制品，主要用于盛装食品。
考虑其使用的特殊性，综合分析各种塑料的性能，选用材料为聚丙烯（PP）。
聚丙烯（PP塑料）是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。
未着色时呈白色半透明，蜡状；
比聚乙烯轻。
透明度也较聚乙烯好。
此外，聚丙烯的密度小，比重为0.9~0.91克/立方厘米，屈服强度、弹性、硬度及抗拉、抗压强度都高于聚乙烯。
其成型温度为160~220℃，可在100度左右使用，并且具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响。
其吸水率比聚乙烯低，但易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解、老化。
流动性好，但成型收缩率为1.0~2.5%，收缩率大，易导致成型加工出来的制件缩孔、凹痕、变形等缺陷。
聚丙烯因冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度。
塑件壁厚要均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
2.2塑件成型工艺分析
2.2.1塑件结构分析
查文献[1]表3.6，取聚丙烯小型塑件壁厚推荐值为：
1.45mm；
饭盒基本尺寸设计为：
180mm×
120mm×
15mm；
取饭盒盖内壁尺寸为：
107mm；
内外壁之差则为：
5mm；
取外壁圆角为：
10mm，内壁圆角为：
10/3mm；
盒盖的一角有一个半径为4mm的环形凸台。
因为塑件为薄壁容器，为了防止其刚度、强度不足而引起塑件变形，故塑件顶部设计为一个高5mm的弧形圆，如图2—1所示：
图2—1塑料饭盒盒盖的两面
2.2.2塑件尺寸精度分析
饭盒盒盖的两个尺寸有精度要求，即尺寸107mm和120mm，精度要求为MT3，因塑件的外形尺寸受模具活动部分影响尺寸的公差（如飞边），故公差种类选为B级。
公差等级无要求的选为MT5，查文献[1]表3.1得：
塑件如图2—2所示:
图2—2塑料饭盒俯视图和剖视图
2.2.3塑件表面质量分析
饭盒盒盖表面精度要求不高，查文献[2]表4—3得表面粗糙度Ra为：
0.100~0.16um，故保证其表面精度可采用浇口流道的单分型面型腔注塑模。
2.2.4塑件材料属性和体积与质量
在SolidWorks中查询PP塑料的材料属性如下表2—1所示：
表2—1塑件的材料属性
属性
数值
单位
弹性模量
896000000
N/
泊松比
0.4103
不适应
密度
890
Kg/m3
张力强度
27600000
X压缩强度
——
屈服强度
X热膨胀系数
/K
热导率
0.147
W/（m¤
K）
比热
1881
J/（Kg¤
材料阻尼比热
不适用
使用SolidWorks软件计算出塑件的各项数据如表2—2所示：
表2—2塑件各项数据
数据名称
质量
41.88
g
体积
47058.16
mm3
表面积
62317.51
mm2
重心
X
-0.07
mm
Y
0.05
Z
0.19
2.3塑件成型工艺参数确定
在注塑成型过程中料筒温度、喷嘴温度会影响塑料的塑化和流动，模具温度会影响塑料的流动和冷却定型，注射成型过程中的压力将直接影响塑料的塑化和塑件质量。
生产中在保证塑件质量的情况下会尽力缩短塑件的成型周期，其中注射时间和冷却时间对塑件质量有决定性的影响。
查文献[1]表4—1，PP的成型工艺参数可做如下表2—3选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。
表2—3PP塑料注射工艺参数
参数项目
数值或类型
注塑机类型
螺杆式
无
螺杆转速
30~60
r·
min-1
预热温度
80~100
℃
料筒温度
前段温度
180~200
中段温度
200~220
后段温度
160~170
喷嘴
形式
直通式
温度
170~190
模具温度
40~80
注射压力
70~120
MPa
保压压力
50~60
注射时间
0~5
s
保压时间
20~60
冷却时间
15~50
成型周期
40~120
设计时应考虑的问题：
1）适当使用稳定剂、润滑剂等保证PP塑料的工艺性能和塑件的使用性能。
2）设计时应防止缩孔、凹痕、变形等缺陷的产生。
3）因冷却速度快，注意浇注系统及冷却系统的散热问题，并注意控制成型温度。
模具温度低于50度时，塑件会不光滑，将出现熔接不良，留痕等现象；
大于90度时易发生翘曲变形等现象。
4）塑件壁厚须均匀，避免应力集中。
2.4初选注塑机的型号和规格
根据塑件的成型工艺参数查文献[1]表5—1，初步选择国产G54—S200/400型号的注塑机，其规格和性能如下表2—4所示：
表2—4国产G54—S200/400型号注塑机规格和性能
规格项目
额定注射量
200~400
cm3
螺杆直径
55
cm
109
注射行程
160
注射方式
锁模力
2540
kN
最大开合模行程
260
模具最大厚度
406
模具最小厚度
165
喷嘴圆弧半径
18
喷嘴孔直径
4
顶出形式
动定模固定板尺寸
532×
634
拉杆空间
290×
368
合模方式
液压-机械
液压泵流量
170,12
L·
液压泵压力
6.5
PMa
电动机功率
18.5
KW
螺杆驱动功率
5.5
加热功率
10
机器外形尺寸
4700×
1400×
1800
第三章注塑模的结构设计
3.1分型面的确定
3.1.1分型面的设计原则
由于分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，其类型、形状及位置的选择与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，分型面的合理性将直接关系到模具结构的复杂性程度和塑件的成型质量，因此在选择分型面时应综合分析比较，在多种方案中选择最优的方案。
分型面的基本形式有平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面和瓣合分型面。
实际选择分型面时应考虑塑件的基本形状和塑件的脱模情况。
分型面的设计原则如下：
1．分型面应选在塑件外形最大轮廓处这是最基本的原则，分型面的目的就是为了塑件能够从型腔中脱落出来。
2．分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模由于注塑机的顶出装置设置在动模一侧，因此分型面的选择应尽可能的使塑件在开模后能留在动模一侧，便于在动模部分设置推出机构，降低模具的复杂程度。
3．分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量及其使用要求同轴度要求高的塑件在选择分型面时最好把有同轴度要求的部分放置在模具的同一侧，与分型面有关的合模方向尺寸，其尺寸精度在注射过程中会有胀开的趋势而受到影响。
动、定模配合的分型面上稍有间隙，熔体就会在制品上产生飞边，因此。
在制品光滑平整的表面或圆弧曲面上应尽量避免选择分型。
在注射成形过程中，制品上会产生一些很难以避免的工艺缺陷，如脱模斜度、飞边及推杆与浇口痕迹等，因此，在分型面设计时，应从使用角度考虑避免这些工艺缺陷影响制品的使用功能。
4．分型面的选择应有利于模具的加工、简化当安排制品在型腔中方位时，应尽可能避免侧向分型或抽芯，特别硬避免在定模一侧的侧向抽芯。
模具设计分型面的选择多为平面，在选择非平面分型时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便，并根据模具的实际情况合理的选择分型面。
5．尽量减小制品在合模方向上的投影面积，其目的是为了减小所需锁模力。
6．长型芯应置于开模方向当制品在相互垂直的两个方向都需要设置型芯时，应将较短的型芯置入侧抽芯方向，以便减小抽拔距。
7．分型面的选择应有利于排气分型面的选择和浇注系统的设计应同时考虑型腔有良好的排气条件，分型面应尽量的设置在塑料融体流动方向的末端，以便气体能从分型面上的空隙逸出。
故综上所述，为了保证塑件的顺利脱模和塑件的技术要求及模具的制造简单，分型面选择为饭盒盒盖下表面。
如下图3—1所示：
图3—1分型面示意图
3.2型腔数目的确定和配置
确定型腔数目的方法有：
根据锁模力确定，根据最大注射量确定，根据塑件几何结构特点及尺寸精度确定，根据生产经济性确定。
而此次根据塑件设计说明书的设计要求、塑件的几何结构特点及尺寸精度要求和生产的经济性要求，确定采用一模一腔。
3.3浇注系统设计
3.3.1浇注系统设计原则
浇注系统是模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道。
普通的浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等组成。
此次设计采用普通浇注系统，其设计原则如下：
1）流程要短，目的是为了减少压力和热量损失及塑料消耗量，并且还缩短了充模时间。
2）排气要良好，使料流平稳顺利的充满型腔。
3）防止型芯变形和嵌件位移，应避免料流直冲较小的型芯和嵌件。
4）防止塑件翘曲变形和表面形成冷疤，冷斑等缺陷。
应减轻浇口附件应力集中，合理选择冷料穴。
3.3.2主流道设计
主流道是指浇注系统中从注塑机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流到通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间都有较大影响，因此要求浇注系统对塑料的温度降和压力损失最少。
主流道的设计通常在模具浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计为圆锥形，锥角α为2o~6o，取α=3o。
流道的表面粗糙度Ra≤0.8µ
m，主流道出口处为圆角过渡，以减小料流转向过渡时的阻力，圆角半径r=1~3mm，取为1mm。
主流道设计如下图3—2所示。
图3—2主流道的设计
浇口套一般采用碳素工具钢制造，热处理猝火硬度为53~57HRC。
浇口套的结构形式有两种，一是浇口套与定位圈设计成一个整体，用螺钉固定于定模座板上，二是浇口套与定位圈设计成两个零件，以台阶的形式固定在定模座板上。
现采用第二种形式。
浇口套小端直径比喷嘴直径大0.5~1mm，取为1mm。
由于小端的前面是球面，其深度为3~5mm，取为3mm。
由于注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并贴合，故要求主流道球面直径比喷嘴球面直径大1~2mm，取为2mm。
浇口套的使用形式和参数如下图3—3所示。
图3—3浇口套的使用形式极其参数
浇口套与模板间配合采用H7/m6的过渡配合，浇口套与定位圈采用H9/f9的配合，定位圈在模具安装调试时插入注射机固定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位，定位圈外径比注射机定模板上的定位孔小0.2mm一下，取为0.2mm。
浇口套的固定形式和定位圈尺寸如上图3—4所示。
图3—4浇口套的固定方式和定位圈的尺寸
3.3.3分流道设计
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。
分流道的作用是改变熔体的流向，使其以平稳的流态均衡的分配到各个型腔中。
设计时应尽量减少在流动过程中的热量与压力损失。
由于此次设计是一模一腔，分型面为盒盖底面，而浇口选择为点浇口直接式，故分流到不必设计。
3.3.4浇口设计
浇口是连接分流道与型腔的熔体通道。
浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否被完好高质量的注射成型。
此次设计，选择点浇口，浇口将是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，浇口由于前后两段存在较大的压力差，能较大地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，使熔体的表面粘度下降，流动性增加，利于型腔的充填，接着浇口处塑料首先冷凝，封闭型腔，防止熔料倒流。
成形后浇口处凝料最薄，利于与塑件的分离。
以直径为d的圆锥形的小端直接与塑件相连接的直接式浇口或者圆锥形的小端有一段直接为d，长为的
点浇口与塑件相连。
后者浇口的直径不能太小，浇口长度不能太长，否则脱模时浇口因浇口凝料断裂而堵塞。
这两种浇口制造方便，但是去除浇口时易损伤塑件，浇口也易磨损。
在圆锥形的小端有一段直径为d，长度有
的的基础上把小端变为带有半径为R的圆角。
其截面积相应增大，塑料冷却减慢，注射时型芯受到的冲击力要小些，但是加工不如上述两种方便。
在第二类点浇口的底部增加一个小凸台的形式的浇口，保证了脱模时浇口断裂在凸台小端处，使塑件表面不受损伤，但是塑件表面会遗留高起的凸台，影响其表面质量。
为了防止这种缺陷，可让小凸台低于塑件的表面。
综上所述，考虑塑件的成型要求、浇口的加工方便与否和实际使用情况，故此次点浇口为直接式点浇口。
浇口的开设位置对塑件的成型性能和成型质量有很大的影响，浇口的位置需要根据塑件的几何形状、结构特征，技术和质量要求及塑件原料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动性等来选择。
浇口的选择原则如下：
1．尽量缩短流动距离其能保证熔体迅速和均匀的填充模具型腔
2．避免熔体破裂现象产生引起塑件缺陷
3．浇口应开设在塑件壁厚处
4．考虑分子定向影响：
塑料熔体在流动方向上会出现聚合物分子和填料取向，垂直于流向的方位强度比平行于流向的低，易产生应力开裂。
5．减少熔接痕提高熔接强度。
考虑塑件的成型要求和模具的加工方便与否及实际的使用情况，故此次设计浇口的位置选为饭盒盖顶部中心。
点浇口直径通常为0.5~1.5mm，取为0.5mm，角度α通常为6o~15o，取为14o。
浇口的设计如下图3—5所示：
图3—5浇口的设计
3.4冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴是容纳浇注系统流道中料流前锋的冷料，避免冷料进入型腔影响熔体充填速度和塑件成型质量，常设在主流道或分流道末端。
拉料杆的作用是在开模时，将主流道凝料从定模中拉出。
因此次设计采用的是一模一腔，点浇口直接式浇注，故冷料穴和拉料杆不必设计。
3.5成型零部件的设计
3.5.1凹模、凸模结构的确定
整体式凸、凹模是直接在整块模板上分别加工出凹模、凸模。
其特点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。
但是其加工却困难，热处理不方便，并且消耗模具钢多、浪费材料等。
所以整体式凹、凸模结构常用于形状简单的单个型腔中、小型模具或工艺试验模具。
组合式凹、吐模简化了复杂成型零件的加工工艺，减少了热处理变形，拼合处因有间隙又有利于排气，还便于模具的维修，很有经济效益。
但是其对镶块的尺寸、形位公差要求很高，机械加工工艺性要好，组合结构必须牢固。
镶拼组合的结构必须合理，保证型芯和镶块的强度，防止热处理时变形，还须避免尖叫镶拼。
因为是小型塑件，一模一腔，又
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