模具专业毕业论文水杯盒盖注塑模设计Word格式文档下载.docx
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杯盖的外表要求高，表面粗糙度应越低。
一般来说，模具表面粗糙度要比塑料件的要求低1～2级。
[1]塑料制件的表面粗糙度Ra为0.8～0.2μm，模具在使用过程中，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时给以抛光复原。
1.2.3拔模斜度
为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度，称为脱模斜度。
塑件本身有522斜度，易于脱模，所以不必再设脱模斜度。
1.2.4加强筋、支承面
塑件内有凸起,所以可不设加强筋；
塑件不承受压力，所以可不设支承面。
1.2.5圆角
杯盖上转角处采用R8的圆角过渡，不仅避免了应力集中，提高强度，而且还使塑件变得美观有利于充模时的流动。
第二章初步选择注射机
2.1成型前的准备
a.由于ABS吸湿性大，为保证产品质量，将制备好的物料放入烘箱，在80±
5℃下干燥2～3小时（视料层的厚度而定），[2]以达到树脂加工规定的含水率。
b.塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具形腔成型，其过程可以分为充模、压模、保压和冷却4个阶段。
2.2制品ABS的注塑成型参数
注射机：
螺杆式
螺杆转速（r/min）：
30～60
料筒温度：
前200～210℃
中210～230℃
后180～200℃
模具温度：
60～80℃
注射压力（MPa）：
70～90
成型时间注射时间（s）：
35；
高压时间：
15～30；
冷却时间：
40～70；
总周期：
90-135
2.3塑件的形状估算其体积和质量
塑件的体积:
a、锥体上圆体积:
其中r=83.2×
（37-22.5）×
sin5°
22′=77.43mm3
锥形部分体积：
V1=3.14×
29.88×
（83+77.43）×
2/2=15052.4mm3
b、平底部分:
V2=3.14×
（77.43-2×
8×
cos5°
22′）×
2/2=5939.1mm3
L=3.14×
5°
22′/180=0.749mm
V3=3.14×
2×
（77.435×
0.749+2×
7.25）=1092.69mm3
V=V1+V2+V3=22084.2mm3
ABS的密度:
1.02～1.05g/cm3（取1.03g/cm3）。
所需原料质量=22084.2×
10-3×
1.03g=22.75g
2.4确定型腔数量
由于制件要采用内抽芯结构,比较复杂,且制件表面积较大,不宜采用多型腔,以免锁模力不够,并且随着型腔增多，而且杯盖的表面质量、形状尺寸要求较高，且内含有凸台，为了保证工艺参数易于控制，形状、尺寸一致，采取单型型腔模具，另外单型型腔还具有制造成本低，制造周期短的优点。
[3]
塑件重为22.75g,初选注射机为卧式XS-Z-60注射机。
2.5注射机有关参数
XS-Z-60型注射机的主要参数：
额定注射量：
60cm3
柱塞直径:
38mm
注塑压力：
122MPa
模具最大厚度：
200mm
最大开模行程：
180mm
最大成型面积：
130cm2
注射时间：
2.9s
锁模力：
500KN
喷嘴球头直径：
12
动定模固定板尺寸：
330×
440mm
注塑机定位孔直径：
Φ50mm
模具最小厚度：
70mm
2.6分型面选择
结合分型面原则：
分型面应该设计在杯盖最大轮廓处，以及满足杯盖的外观质量要求（需要考虑分型面出产生的飞边是否容易清除）所以分型面选在最底处。
[3]
第三章CAE分析
3.1网格划分
全局网格边长为3.5mm，采用Fusion网格进行划分，见图3-1：
图3-1修改前的网格
通过插入节点和合并节点使纵横比>
6的全部修补，修改后的结果见图3-2：
图3-2修改后的网格
3.2浇注系统设计
3.2.1模具材料的选择
模具材料选用工具钢P-20，其性质有：
密度为7.8g/cm3;
弹性模数为2×
105MPa.
3.2.2最佳浇口位置预分析
浇口设计主要包括浇口的数目、位置、形状和尺寸的设计。
浇口的细微变化都会对塑料熔体的充填产生很大的影响。
运用molodflow分析最佳浇口位置，如图3-3：
图3-3最佳浇口位置
图3-3浇注位置显示
选择节点1547为浇口位置，位于零件顶端的中心位置。
如图3-4所示：
图3-4最佳浇口位置
3.2.3MoldingWindow分析
通过moldingwindow分析最佳工艺，参数如图3-5如下：
图3-5最佳工艺参数
3.2.4流变分析结果
采用moldingwindow推荐工艺参数，进行计算后结果分析如下。
3.2.4.1填充时间
填充时间是指熔融体填满整个型腔所需的时间，分析结果如下：
图中显示了熔融体的填充位置。
其中每种颜色轮廓代表制件被填充所需要的时间。
在开始浇注时用蓝色表示，填充结束则用红色表示。
如图3-6所示：
图3-6充填时间
从图中可以看出，该方案填充性能良好。
填充时间t=0.7739s.从图可以看出，其填充均匀性比较好，收缩程度较少，不易发生变形。
3.2.4.2气穴位置
气穴是指塑料熔融体注射填充过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等。
气穴位置的分析是在可能形成气穴的位置用粉红线勾画出来。
根据分析图可以看出气穴出现的严重与否。
如果所生产的制件对表面质量的要求不是很高则有些表面气穴的形成还可以接受。
图3-7气穴位置
从图3-7中可以看出，形成的气穴位置位于制件下端面，且比较集中，这样既不影响制件表面美观也易于设置排气装置；
本课题的研究对象的分型面正好在下端面，排气可以靠分型面的间隙进行排出。
3.2.4.3熔接痕
在塑料制件成型中，当熔融体由分流状态再次合流时便会形成熔接痕。
熔接痕多产生在多浇口或有凸台的制件中，是注射成型常见的缺陷之一，它是注塑件的薄弱环节，不但影响制品的美观，影响制件的总体强度。
图3-8熔接痕
从图3-8中可以看出，熔接痕位于制件的凸台处，进行注塑分析时，熔接痕的形成是难以避免的，图中显示比较少，容易接受。
3.2.4.4流动前沿温度
熔融前沿温度是模具中任意点前沿到达的时间，熔融体流动前沿温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温度。
在制件厚度比较薄的部分，如果这一温度太低，则会造成滞流、短射现象的发生。
如果这一温度太高，则会使熔融聚合体发生降解，造成制件的表面缺陷。
所以，在成型过程中要确保熔融流动前沿的温度保持在塑料聚合体所要求的使用范围内。
图3-9流动前沿温度
从图3-9中可以看出，塑料熔融体前沿的温度是271.7℃～272.5℃，合理的熔体流动前沿温度分布应该是均匀的,即模型的温度变化较平稳。
整个充填过程中,熔体流动前沿温度变化基本控制在注射温度的20℃以内,表明此模型由传热散失的热量和因摩擦而产生的热量基本平衡,避免了热衰变的可能性，此注射温度范围为
200～280℃，符合要求。
3.2.5.5分析计算[4]
1填充分析过程信息
图3-10保压分析过程信息
如图3-10所示V/p转换发生在型腔99.14%被充满的时候，此时的填充压力在30MPa左右,0.78s的时间型腔填充完成。
2保压分析过程信息
如图3-11所示保压阶段从时间0.79s开始，保压压力线性降低，在10.79s压力降为0，保压结束。
图3-11保压分析过程信息
冷压阶段从12.18s，到30.93s结束，历时18.75s如上所示。
3.3冷却系统分析
3.3.1冷却水道温度
冷却水道温度的是冷却水道内部的温度变化。
分析结果显示了入水口到出水口的温度变化。
通常，如水口到出水口的温度变化不得超过2℃至3℃，因为温度增长值太大会导致制件表面温度范围大，容易引起制件翘曲变形严重。
在平行的水道系统中，从入口到出水口的温度变化比较小，但是冷却水道可能会在某一部分出现高温。
从图3-12中可以看出，冷却方式从入水口到出水口的温度增长为0.24℃没有超过2℃～3℃符合规定。
图3-12回路冷却介质温度
3.3.2制件冷却时间
制件冷却时间是指制件上的每一个原温度冷却到顶出温度所需要的时间。
理想情况下，制件应该尽可能最短时间内均匀的冷却。
如果在同一制件上不同元冷却时间的差距太大，那么就要考虑增加最后冷却部分的冷却水道的差距太大，那么就要考虑增加最后冷却部分的冷却管道的数目或者是重新设计制件。
图3-13制品冻结时间
从图3-13中分析结果可以看出，冷却所需最长时间为7.71s,最短冷却时间为
4.482s,冷却时间为3.228s,浇口附近的冷却时间要长一点。
3.3.3翘曲分析
翘曲是由于材料的内应力不同而导致其收缩率不一致，从而引起的变形。
通常，制件冷却不均匀是引起翘曲的主要原因，当制件一侧的温度不同于另一侧的温度时，就会使之间两层面之间不同的冷却和收缩，从而产生内应力，引起变形。
以下分析结果可以看出，总体变形为0.3630mm其中：
X所有因素变形0.3356mm；
Y所有因元素变形0.1595mm；
Z所有因元素变形0.2878mm，总体变形很大而Y方向却很小，主要是由X和Z变形引起,在模具设计时，调节冷却系统，使塑件均匀收缩。
总体变形为0.3630mm（如图3-14）：
图3-14总变形量的显示
X所有因素变形0.3356mm（如图3-15）：
图3-15X轴方向的总变形量的显示
Y所有因元素变形0.1595mm（如图3-16）：
图3-16Y轴方向的总变形量的显示
Z所有因元素变形0.2878mm（如图3-17）：
图3-17Z轴方向的总变形量的显示
第四章浇注系统
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。
它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、浇口。
4.1主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。
主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
4.1.1主流道尺寸[3]
主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+（0.5～1）
=4+（0.5～1），取D=5
主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1～2）
=12+（1～2），取SR=13
球面配合高度h=3～5mm，取h=4mm
主流道长度L=20mm
主流道大端直径D′=D+2Ltanα=5+2×
20×
tan2°
=6.4，取D′=6.4mm
浇口套总长LO=L+h=24mm
4.1.2主流道衬套的形式
主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如
T8A、T10A等，热处理硬度为HRC54～58，主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合,采用间隙配合。
由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。
4.1.3主流道衬套的固定
主流道衬套采用压入式固定。
4.2定位圈
为使浇口套和注射机喷嘴对正定位，可设定位圈。
定位圈尺寸由注射机的定位孔直径确定，一般比定位孔直径小0.1～0.3mm，以便于装模。
XS-Z-60注射机的定位孔直径为55，所以定位圈直径为54.7。
如图4-1所示：
图2.
图4-1定位圈
定位圈一般用45钢或A5钢制造。
4.3分流道设计
由于塑件在分型面上的投影是连续的，可以不设计分流道.[5]
4.4浇口设计
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、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。
塑料杯盖对外观质量要求特别高，如果采用侧浇口，那么容易产生熔接痕、缩孔、凹陷等缺陷，此外注射压力损失较大。
所以采用点浇口，点浇口的显著特点：
浇口位置限制小，去除浇口后残留痕迹小，不影响外观。
开模后易于拉断，浇口附近补料造成的应力小，但对于薄壁塑件因剪切速率高，由于分子高度定向而造成局部应力，甚至开裂。
为了改善这一情况，可局部增加浇口处塑件壁厚，以圆弧过
渡[3]，具体尺寸如图4-2所示：
图4-2主流道和浇口尺寸
=902.9mm3
GJ=902.9×
1.03g=0.93g
式中：
VJ----主流道、浇口的体积
GJ----主流道、浇口的质量
4.5流动比的校核[1]
Φ=∑
=
+
=9
ABS允许的流动比为240～260，所以流动比满足要求。
4.6排溢系统
杯盖的模具为中小型模具可之际利用推杆、活动抽芯与模板的配合间隙进行排气，其间隙为0.03～0.05mm.[5]
第五章成型零件设计
5.1凹模
用整体嵌入式凹模，加工效率高，装拆方便，可以保证精度。
用螺钉定位，且拼合处有间隙，利于排气。
便于模具维修，节省贵重的模具钢。
与凹模固定孔的配合为
。
5.2凸模和滑块
由于采用内抽芯结构，所以应在凸模上设导滑槽，以放置滑块，凸模采用整体嵌入式结构，放在动模垫板上，型芯与固定孔的配合为
5.3型腔、型芯径向尺寸
ABS的平均收缩率
％
由SJ1372-78[6]表2-37公差数值表得
5.3.1型腔径向尺寸[3]
=
----型腔的最小基本尺寸
----塑件的最大基本尺寸
------塑件的平均收缩率
Δ-------塑件的公差；
由SJ1372-78公差数值表，Δ=1.8
-------模具制造公差
5.3.2型芯径向尺寸
-----型腔的最大基本尺寸
-----塑件孔深最小基本尺寸
Δ------塑件的公差由SJ1372-78公差数值表，Δ=1.8
------模具制造公差
5.4型腔深度和型芯高度尺寸
SJ1372-78公差数值表得
5.4.1型腔深度尺寸
-------型腔深度的最小基本尺寸
Hs-------塑件的最大基本尺寸
-------塑件的平均收缩率
Δ-------塑件的公差,Δ=1
-------模具制造公差,
5.4.2型芯高度尺寸
----型腔的最大基本尺寸
hs----塑件孔深最小基本尺寸
----塑件的平均收缩率
Δ----塑件的公差Δ=1
5.5凹模侧壁厚度和底板厚度的计算
本模具采用整体嵌入式圆形凹模型腔，根据经验值，圆形型腔壁直径2r=83mm，整体式型腔壁厚S=45mm，型腔壁厚应以最大型腔压力为准。
一副模具要能正常生产，既不能允许型腔强度不足，也不允许其刚度不足，因此型腔壁厚应该同时考虑其强度条件和刚度条件。
据分析大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度计算；
小尺寸型腔，在发生大的弹性变形钱，其内应力已超过许用应力，因此强度不足是主要矛盾，应按强度计算，本设计的塑料杯盖是小尺寸，应按强度计算。
[6]
5.5.1型腔壁厚计算[6]
S=r[
]
=41.5×
[
=22mm
5.5.2型腔深度计算
H=
=0.87×
r
=18mm
Δ----型腔壁厚（mm）；
H----型腔深度（mm）；
----模具强度计算的许用应力（MPa）,一般中碳钢为160MPa；
r----型腔内半径（mm）；
p----模腔内最大熔体压力（MPa）,一般为30～50MPa;
底板厚度应至少为18mm，根据型腔深度及浇注系统的分布,中间板厚度可选为
63mm。
5.6合模导向结构机构设计
采用导柱和导套构成导向机构，主要作用：
定位作用，模具闭合后保证上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸准确；
导向作用，合模时，首先是导向零件接触，引导上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏；
承受一定的侧压力，塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，使导柱承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。
导柱应合理地均匀分布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心至模具边缘通常为直径的1～1.5倍，所选用导柱直径为25mm，距模具边缘距离为长30mm,宽40mm,符合要求）；
导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢经渗碳淬火处理或T8、T10经淬火处理，硬度为HRC50～55。
导柱固定部分表面粗糙度为0.8。
导向部分表面粗糙度为0.8～0.4。
导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或者H7/k6的过渡配合，导向部分采用H7/f7或者H7/f8的间隙配合。
具体尺寸如图5-1所示：
图5-1导柱
导套应配合导柱进行选择，导套用于导柱相同的材料或者铜合金得耐磨材料，其硬度一般应低于导柱硬度，减轻磨损，防止导柱、导套拉毛。
导柱固定部分与导向部分采用Ra=0.8m,导套采用H7/m6或者H7/k6配合入模板。
5.7推出机构的复位
为了使推出元件合模后能回到原来的位置，固定板上同时装有复位杆，常见的复位杆均用圆形截面，一般每副模具设置四根复位杆，位置应尽量设计在固定板的四周，以便推出机构合模时复位平稳，复位杆端面与所在分型面对齐，具体尺寸如图5-2：
图5-2复位杆
5.8二级推出机构
利用弹簧力的作用实现第一次推出，然后再由复位杆实现第二次推出，弹簧应采用四根，分布在限位螺钉上，弹簧的选择如下：
M=
G=M*g,F=
—塑料在热状态时对钢的摩擦系数一般为0.15～0.2
所以：
F=
=0.2
7.85
250
63
9.8=90.87N
查手册选择弹簧具体尺寸：
验证弹簧选取是否正确：
=16.8
符合要求。
5.9侧向分型与抽芯机构设计
=52.8N
式中：
c——侧型芯成型部分的截面平面周长
h——侧型芯成型部分的高度
p——塑料件对侧型芯的收缩应力其中，模内冷却为0.8～1.2
，模外冷却为2.4～3.9
—侧型芯的脱模斜度或倾斜角
计算所得的抽芯力非常小，原因是侧向凸起较少，仅仅是克服塑件与侧型腔的粘附力和侧型腔滑块移动时的摩擦阻力，设计时可以忽略不计。
5.10导滑槽设计
导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用H8/f8，配合部分的表面要求较高，表面粗糙度为Ra≤0.8。
导滑槽与滑块还要保持一定的配合精度，滑块完成抽拔动作后，其滑动部分应全部或有部分留在导滑槽内，滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1.5倍，而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合部分的2/3，[3]所以滑块的行程为10mm,否则滑块开始复位时容易倾斜，甚至破坏模具。
斜滑块的上端为侧向抽芯，它安装在凸模的斜孔中，一般采用H8/f7或者H8/f8的配合，其下端与导滑座上的转销联接（转销可以在滑槽内左右移动），并能绕转销转动，滑座用螺钉固定在固定板内。
5.11模架专用零件选取
5.11.1中间板
B×
L=250×
250mm,H=63mm。
用于固定型芯、型腔以及弹簧，所以必须具有足够的强度（HRC40-44）。
5.11.2定模板
L=315×
250，H=25mm。
用于固定浇注系统、浇口套和弹簧，所以得具有足够的强度（HRC40-44）。
5.11.3动模垫板
250mm,H=20mm。
5.11.4动模板
250mm,H=25mm。
5.11.5推板
L=140×
250mm,H=12mm。
5.12推出行程的校核
出浇注系统所必须的长度25mm
H=10+63+25+10=113mm
注射机允许的最大开模行程为180mm，开模行程满足要求.
5.13注射机有关参数校核和最终选择
5.13.1确定型腔数量[3]
5.13.1.1按注射机的最大注射量确定型腔数量
=（0.8×
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