中空桶盖注塑模具设计.docx

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中空桶盖注塑模具设计

中空桶盖塑料模具设计

摘要

本次设计主要对中空桶盖注射模的设计，提出了模具设计的关键点，设计了模具的整体结构。

根据塑件分型面的位置，设计了推件板推出结构，零件采用了单分型面的侧浇口，提高了注射的质量。

通过对塑件进行工艺的分析及其结构分析，从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、注射机的选择及有关参数的校核都有详细的设计。

该模具一模四腔经过生产验证，该模具结构合理，动作可靠。

关键词：

注射模；脱模机构；结构设计

1绪论

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，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。

在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：

“模具就是黄金”。

可见模具工业在国民经济中重要地位。

我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。

注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

本次课程设计的主要任务是对中空桶盖的设计，也就是设计一副注塑模具来生产中空桶盖的塑件产品，以实现自动化提高产量。

该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。

通过模具设计表明该模具能达质量和加工工艺要求。

中空桶盖的具体结构，通过此次设计，使我对模具的设计有了较深的认识。

同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。

2塑件成型工艺的可行性分析

2.1塑件分析

中空桶盖工件如图2-1所示，它是工业用品，要求大批量生产，对尺寸，外观和光洁度无具体要求，根据该塑件结构特点，模具设计采用脱模板顶出结构，也是工厂里比较简单，实用，常见的顶出结构。

为了使模具与注射机相匹配以提高生产力和经济性、保证塑件精度，并考虑模具设计时应合理确定型腔数目，由于体积比较大，该模具选择一模四腔。

图2-1塑件尺寸

2.2塑件的原材料分析

该塑件的原材料为PE（聚乙烯），耐腐蚀性，电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良可以氯化,辐照改性，可用玻璃纤维增强，低压聚乙烯的熔点，刚性，硬度和强度较高，吸水性小，有良好的电性能和耐辐射性；高压聚乙烯的柔软性，伸长率，冲击强度和渗透性较好；超高分子量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，低压聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件；高压聚乙烯适于制作薄膜等；超高分子量聚乙烯适于制作减震，耐磨及传动零件。

成型特性：

（1）结晶料，吸湿小，不须充分干燥，流动性极好流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分，不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大，注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。

（2）收缩范围和收缩值大，方向性明显,易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。

（3）加热时间不宜过长，否则会发生分解，灼伤。

（4）软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。

（5）可能发生融体破裂，不宜与有机溶剂接触，以防开裂。

表2-1PE注射成形的工艺参数

注射机类型

螺杆转速/（r/min）

喷嘴

料筒温度℃

模具温度

注射压力/Mpa

保压压力/Mpa

注射时间/s

保压时间/s

冷却时间/s

成形周期/s

形式

温度℃

前段

中段

后段

螺杆式

30～60

直通式

170～190

180～200

200～220

160～170

40～80

70～120

50～60

0～5

20～60

15～50

40～120

柱塞式

－

直通式

170～190

180～200

190～220

150～170

50～70

70～100

40～50

0～5

15～60

15～50

40～120

2.3成型工艺分析如下

2.3.1精度等级

影响塑件精度的因素很多，塑料的收缩、注塑成型条件（时间、压力、温度）等，塑件形状、模具结构（浇口、分型面的选择），飞边、斜度、模具的磨损等都直接影响制品的精度。

按GB/T14486-1993标准，塑料件尺寸精度分为7级，本塑件精度取MT4级。

2.3.2脱模斜度

由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。

为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。

制品设脱模斜度为0.5°。

3注射成型机的选择与成型腔数的确定

3.1注射成型机的选择

3.1.1估算零件体积和投影面积

用三维建模分析知塑件体积为体积：

V=54.7cm3，单侧投影面积为：

A=42206.3mm2，由于此模具浇注系统采用侧浇口，其浇注系统凝料较小，估计浇注系统的体积为10cm3，由于采用的是一模四腔

V总=4×V塑+V浇=4×5476+10=245.4cm3（3-1）

PE的体积是0.9-0.91克/立方厘米。

所以总体质量0.9×245.4=220.86g

3.1.2锁模力

计算其所需锁模力为：

F锁=A·P型=42206.3×45Mp=10.49KN（3-2）

3.1.3选择注射机及注射机的主要参数

由此考虑塑件大批量生产，以及以上的从温度、压力、时间方面考虑，查表附录

D（塑料成型工艺与模具设计）初步选用注射机SX-ZY-125。

表3-1XS-ZY-125型注射机主要参数

名称

大小

名称

大小

注射量/cm3

125

最大开模行程/mm

300

螺杆直径/mm

42

模具厚度/mm

最大

300

注射压力/MPa

60～100

最小

200

注射行程/mm

130

喷嘴球径/mm

SR12

注射时间/s

20～90

喷嘴孔径/mm

Φ4

锁模力/KN

900

锁模方式

螺杆式

3.2注塑机的校核

（1）最大注塑量校核。

材料的利用率为500/840=0.60，符合注塑机利用率在0.3～0.80的要求。

（2）注射压力的校核。

所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注射压力，PE塑件的注塑压力一般要求为30～100MPa，所以该注塑机的注塑压力符合条件。

（3）锁模力效核。

高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分形面分开的胀模力，此力的大小等于塑件和流道系统在分形面上的投影等于型腔压力的成积。

胀模力必须小于注塑机额定锁模力。

型腔压力Pc可按下式粗略计算：

Pc=kP（3-3）

式中：

Pc-为型腔压力（MPa）；

P-为注射压力（MPa）；

K-为压力损耗系数，通常在0.25～0.5范围内选取。

所以，Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔压力决定后，可按下式校核注塑机的额定锁模力：

T>KPcA（3-4）

式中：

T-为注塑机的额定锁模力（KN）；

A-为塑件和流道系统在分形面上的投影面积（mm2）；

K-为安全系数，通常取1.1～1.2；

KpcA=1.2×45×23306.3=12.59KN（3-5）

所以T=900KN>KPcA成立，即该注塑机的锁模力符合要求。

3.3成型腔数的确定

以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%计算：

（3-6）

=4.08

式中：

N-型腔数；

S-注射机的注射量（g）；

W-浇注系统的重量（g）；

W件-塑件重量（g）；

因为，N=4.08>2

所以，此模具型腔为一模4腔结构合理。

4浇注系统的设计

4.1浇注系统的作用

浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利的引导熔体迅速有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在质量优良的塑件。

对浇注系统设计的具体要求是：

对模腔的填充迅速有序；

可同时充满各个型腔；

对热量和压力损失较小；

尽可能消耗较少的塑料；

能够使型腔顺利排气；

浇注道凝料容易与塑料分离或切除；

不会使冷料进入型腔；

浇口痕迹对塑料外观影响很小。

4.2浇注系统的组成

浇注系统组成是：

主流道、分流道、浇口、冷料井。

浇注系统设计应注意的几个问题：

（1）首先根据塑料制品的结构分析其充填过程，以保证塑料制品的内在质量和尺寸稳定。

这一点在大型塑料模具制品及其功能性塑料制品上尤为重要。

（2）在设计浇系统时，应当非常注意浇注系统对制品外观的影响。

在设计过程中经常会遇到这样的情况，某一塑料制品的浇口影响制品外观，只能将浇口该设在其他部位。

若实在无法处理时，可通过改变制品的结构来解决。

上述问题，对有外观质量要求的塑料制品尤为重要。

（3）在设计浇注系统时，应考虑到模具在注射时，是否能适应全自动操作。

要达到全自动操作，必须保证在开模时，制品与浇注系统能自动脱落，浇口与制品亦要尽可能自动分离。

（4）浇注系统的设计，必须考虑到塑料制品的后续工序。

如因后续工序在加工、装配、管理上需要，往往须设置辅助流道，将多件制品联成一体。

（5）在设计浇注系统时，应留有一定的余地，这样在使用是即使有些不足，亦可以比较方便的解决。

（6）多观察分析各类塑件制品的浇注系统和浇口位置的选择，吸取其成功之处，提高浇注系统的可靠性。

（7）设计浇注系统时，其主流道进口应尽量与模具中心重合。

4.3垂直式主流道设计

下图是主流道的形式及设计参数。

式中：

D=注射机喷嘴的孔径+（0.5～1）=3mm

d-主流道小端直径，既主流道与注射机喷嘴接触处的直径。

L-主流道长度：

根据模具的具体结构，在设计时确定。

α-主流道的锥度：

α一般在1到3度对粘度较大的塑料，尽量选用标准度值，故取α=2°。

4.4定位圈的设计

定位圈也是标准件，外径为Φ100mm，内径Φ36mm。

具体固定形式如下图所示：

图4-4定位圈和浇口套结构简图

4.5浇口设计

浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。

一般情况下，浇口采用长度很短而截面很窄的小浇口。

当熔融塑料通过狭小的浇口时，流速增高，并因摩擦使料温也增高，有利于填充型腔。

同时，狭小的浇口适当保压补缩后首先凝固封闭型腔，使型腔内的熔料即可在无压力状态下自由收缩凝固成型，因而塑件内残余应力小，可减小塑件的变形和破裂。

狭小的浇口便于浇道凝料与塑件的分离，便于修整塑件，成型周期较短。

但是，浇口截面尺寸不能过小。

过小的浇口，压力损失大，冷凝快、补给困难，会造成塑件缺料、缩孔等缺陷，甚至还会产生熔体破裂形成喷射现象，使塑件表面出现凹凸不平。

此设计采用侧浇口：

（1）浇口截面较大，流程较短，流动阻力小，适用于深腔，壁厚，材料流动性差的壳类塑件。

（2）模具结构简单紧凑，便于加工，流程短，压力损失小。

（3）保压补缩作用强，易于完全成型。

（4）有利于排气及消除熔接痕。

如图4-5：

图4-5浇口形式结构简图