水杯模具设计说明书1Word格式.docx
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1.2×
4cm3=389.4cm3
图
（2）型腔布置形式
（3）选择注射机
每一次注入模具型腔的塑料总体积V总=389.4cm3,注射机V机=V总/0.8=389.4/0.8=486.75cm3，查表2.24初选定注射机型号为XS—ZY—1000，其主要技术参数见表1.1.
表1.1注射机主要技术参数
理论注射量/cm3
1000
最大模具厚度/mm
700
螺杆直径/mm
85
最小模具厚度/mm
300
注射压力/MPa
121
模具定位孔直径/mm
150
锁模力/KN
4500
喷嘴球半径/mm
18
拉杆内间距/mm
650×
550
喷嘴口孔径/mm
7.5
最大开模行程/mm
（4）注射机的相关参数校核
1）注射压力校核
一般塑件的成型压力在70~150MPa范围内，该注射机的公称注射压力P公=121MPa，所以注射压力合格。
2）锁模力校核
如图（3）所示，分型面选择在端盖截面积最大且有利于开模取出塑件的顶平面上。
图（3）分型面选择
塑件在分型面上的投影面积A塑为：
A塑=π/4×
802mm2=5024mm2
该浇注系统在分型面上的投影面积A浇，包括流道凝料和浇口在分型面上的投影面积，通常A浇取每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，这里取A浇=0.2塑，则塑件和浇注系统在分型面上总的面积A总为：
A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+0.2A塑）=4×
1.2A塑=4×
5024mm2=24115.2mm2
模具型腔内的胀型力F胀为：
F胀=A总P模=12057.6×
30N=723.456kN
P模通常取25~40MPa。
对于粘度较大的塑件取较大值，PP属于较小粘度，故P模取30MPa。
因为F胀<
F锁，所以注射机锁模力合格。
4、浇注系统设计
（1）主流道设计
根据XS—ZY—250注射机的主要技术参数，得：
主流道小端直径D=d+0.5mm=7.5+0.5=8mm；
主流道球面半径SR=r+1mm=18+1=19mm；
球面的配合高度h=3mm；
主流道长度一般尽量小于60mm，本次设计中初取33mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度取4°
，经换算得主流道大端直径D≈10mm；
为了使熔融塑料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=3mm的圆弧过渡。
主流道浇口套的结构如图（4）所示。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触易磨损，为了便于拆卸更换，将主流道浇口套与定位圈分开来设计。
设计中采用碳素工具钢（T8A）或（T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC。
图（4）主流道浇口套
（2）分流道设计
分流道长度因为制品的形状不算太复杂，熔融塑料填充型腔比较容易，为了减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，减小分流道的容积，分流道长度尽量短，现单边长度取155mm，如图
（2）所示。
1）分流道当量直径
塑件的质量m塑=ρV塑=0.905×
81.125cm3=73.418g<
200g，根据经验公式D分=0.2654m1/2L1/4得分流道的当量直径D分=0.2654×
73.4181/2×
1551/4mm=8.02mm。
2）分流道截面形状
分流道截面形状采用梯形截面，其加工工艺性好，便于凝料的脱模，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。
3）设梯形的下底宽度为x，底面圆角的半径R=1mm，并根据表2.5设置梯形的高H=5mm，分流道的斜度取8°
，则该梯形的截面积为
A分=（x+x+2×
5tan8°
）h/2=（x+5tan8°
）×
5
再根据该面积与当量直径为8.02mm的圆面积相等，可得
（x+5an8°
5=πD²
分=3.14×
8.02²
/4得，x≈7.58，则上底约为8mm，
根据表2.5采用标准分流道截面尺寸上底B=8mm，高H=5mm
如图（5）所示。
图（5）分流道截面形状
（3）浇口设计
根据制品的成型要求及型腔的布置方式，选用点浇口。
点浇口的直径根据点浇口的直径d的计算公式2.2得
d=n（t²
A）1/4=（0.14~0.20）×
（3²
×
5356.3951）1/4mm=2.07~2.96mm，取d=2.5mm.。
点浇口的长度点浇口的长度L浇一般选用0.5mm~2.0mm,这里取L浇=2mm.
即点浇口的尺寸：
直径×
长=2.5mm×
2mm.
（4）冷料穴的设计
冷料穴结构为球头形拉料杆冷料穴，开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。
5、成型零件结构设计及计算
（1）成型零件结构设计
该塑件的型芯有一个，成型零件底部内表面，考虑加工难易程度和材料的价值利用等因素，采用整体镶嵌式结构。
如图（6）所示。
图（6）凸模、凹模装配结构
（2）成型零件工作尺寸的计算
根据塑料平均收缩率计算凹模、型芯的工作尺寸，PP塑料平均收缩率取为2%，δz取值（1/3~1/6Δ），取δz=1/5Δ。
主要成型零件工作尺寸见表1.2。
表1.2型腔、型芯主要工作尺寸计算
类别
制件原尺寸
制件转换
计算公式
凹模或型芯的工作尺寸
凹模的计算
径向尺寸
60±
0.5
60.5-10
LM=[Ls+LsS-3/4Δ]+δz0
60.96+0.20
80±
80.5-10
81.36+0.20
高度尺寸
125±
1
126-20
HM=[Hs+HsS-2/3Δ]+δz0
126.19+0.20
型芯的计算
74±
73.5+10
lM=[ls+lsS+3/4Δ]-δz0
76.47-0.40
54±
54.5+10
57.09-0.40
5±
0.2
4.8+0.40
hM=[hs+hsS+2/3Δ]-δz0
6.23-0.080
12±
11.8+0.40
12.303-0.080
110±
109+20
112.513-0.40
（4）成型零件图
尺寸标注后的凹模及型芯如图（7）、（8）所示。
图（7）凹模尺寸标注
图（8）凸模尺寸标注
6、成型零件侧壁厚度及动模垫板厚度计算
（1）凹模侧壁厚度的计算凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选500×
500mm人标准模架，其厚度由刚度公式计算得
S=（3PH4/2Eδp）1/3=[3×
30×
1254/（2×
2.1×
105×
0.04）]1/3mm=50.76mm
式中，p是型腔压力，取30（MPa），E是材料弹性模量，常取2.1×
105（MPa），H是型腔深度，δp是模具刚度计算许用变形量，可查表得，此处取0.04。
凹模是镶嵌体，为结构紧凑，单边厚度选30mm。
由于型腔采用直线、对称结构布置，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了，型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模模板平面尺寸选用560×
560mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。
图（9）所示为凹模板结构图。
图（9）凹模板
（2）动模垫板的厚度的计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在560×
560这个范围之内，垫块之间的跨度大约为560mm-100mm-100mm=360mm。
那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即
H=0.54L（PA/EL1δP）1/3=0.54×
360×
[30×
20096/（2.1×
560×
0.04）]1/3mm=45.5mm
式中，L是垫块的跨度，L1是动模垫板的长度，A是四个型芯投影到动模垫板上的面积。
模具如果增加2根支承柱来进行支撑，动模垫板厚度可以再小些，故动模垫板可按照标准厚度取50mm。
7、模架的确定
根据模具型腔布局在中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为400mm×
400mm，又考虑凹模最小壁厚，导柱、导套有布置等，查表2.23可确定选用模架序号为18号（W×
L=560mm×
560mm）,模架结构为P9型。
（1）各模板尺寸的确定
1）A板尺寸A板是定模型腔板，塑件高度为125mm，，又考虑在模板上还要开设冷却管道，还需留出足够的距离，故A板厚度为160mm。
2）B板尺寸B板是型芯的固定板按模架架板厚取50。
3）C板（支承板）尺寸支承板=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）mm=（110+40+25+5~10）=180~185mm，初步选定C板尺寸为180mm。
经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号18号，板面为560×
560mm，模架结构形式为A4型的标准模架。
其尺寸：
宽×
长×
高=560mm×
560mm×
615mm,如图（10）所示。
图（10）H9型的标准模架
（2）注射机与模架各尺寸的校核
根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。
1）模具平面尺寸400mm×
400<
650mm×
550mm（拉杆内间距），校核合格。
2）模具高度尺寸615mm，由于300mm<
615mm<
700mm（700mm是最大模具厚度,300mm是最小模具厚度），校核合格。
3）模具的开的开模行程S=H1+H2+a+（5~10）mm=110mm+125mm+25mm+（5~10）=265mm~270mm<
700mm,开模行程校核合格。
XS—ZY—1000型注射机满足使用要求，故可采用。
8、排气机构的设计
该塑件由于采用点浇口进料，其配合间隙可作为气体排出的方式，不会在顶部产生憋气现象，而底部的气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排气，不用专门设计排气槽。
9、脱模推出机构的设计
由于塑件壁薄，尺寸大，型腔深，故采用推管和脱模板的综合推出方式。
10、导向与定位结构的设计
注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。
考虑本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此采用模架本身所带的导柱导套定位机构定位。
11、冷却系统的设计
基于时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量，进行冷却系统的设计。
（1）PP的成型温度为160°
C~260°
C及模具温度为40°
C~60°
C取50°
C，用常温水对模具进行冷却。
1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W
塑件的体积V=V主+V分+nV塑=（1.487+22.621+4×
81.125）cm3=348.608cm3
塑件的质量m=Vρ=348.608cm3×
0.905/cm3=315.49g=0.31549
查表2.21得，当塑件壁厚为3mm时，得t冷=25.5s。
设注射时间t注=5s，脱模时间t脱=10s，则注射周期：
t=t注+t冷+t脱=（5+25.5+10）s=40.5s,由此得每小时注射次数：
N=（3600/40.5）次=88次
单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：
W=Nm=88×
0.31549kg/h=27.76kg/h
2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q1
查表4.12，知PP的单位热流量Q1的值的范围在5.9×
10²
kJ/kg。
3）计算冷却水的体积流量qv
设冷却水道入水口的水温为θ2=22°
C,出水口的水温θ1=25°
C，根据公式2.19得：
qv=WQ1/（60ρC（θ1-θ2）=27.76×
590/（60×
1000×
4.187×
（25-22）m3/min=0.02173m3/min
4）确定冷却水孔的直径d
当qv=0.02173m3/min=21.73×
10-3m3/min时，查表2.19可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=35mm。
5）冷却水在管内的流速v
根据公式2.22得：
V=4qv/（60πd2）=4×
0.02173/（60×
3.14×
0.035²
）m/s=0.3766m/s
6）求冷却管壁与水交界的膜传热系数h
根据公式2.21：
因为平均水温为23.5°
C，查表2.22可得f=6.47，则有：
h=4.187f（ρv）0.8/d0.2=4.187×
6.47×
（1000×
0.3766）0.8/0.0350.2kJ/（m²
*h*°
C）=6.091×
10³
kJ/（m²
C）
7）计算冷却水道的导热总面积A
A=WQ1/（hΔθ）=27.76×
590/{6.091×
[50-（22+25）/2]}m²
=0.01015m²
8、计算模具所需冷却水管的总长度L
L=A/πd=0.01015/（3.14×
0.035）m=0.09236m=92.36mm
9、冷却水道的数量x
设每条水道的长度为l=560mm,则冷却水道的条数为n=L/l=92.36/560条≈0.16条
由上述计算看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此应根据具体情况加以修改。
（2）凹模与型芯冷却水道的设置
凹模嵌件采用两条冷却水道进行冷却，一条在圆周上，另一条在端面上。
型芯采用隔片式冷却水道。
冷却水道的布置如图（11）所示。
图（11）冷却水道布置
12、模具总装图
经过上述计算和分析，模具总装图结构如图（12）所示。
13、设计小结
经过近一个星期的努力，终于将水杯模具的设计做完了，通过这次设计我学到了很多东西，最重要的是我深刻的认识到平时的知识积累是非常重要的，并且解决一个问题需要多方面的知识，我们需要拓宽学习的范围。
14、参考资料
1 《塑料模具系统过程及分析》庞祖高2011.2
2 《塑料成型工艺及模具设计》叶久新王群2010.1
3 《简明塑料大全》邢玉清2002.9
水杯模具设计
设计者：
****
学校：
广西大学材料学院
班级：
材控081
学号：
08011001**
1、塑件分析……………………………………………………1
2、PP的性能分析………………………………………………2
3、初步选定注射机……………………………………………2
4、浇注系统设计………………………………………………5
5、成型零件结构及计算………………………………………8
6、成型零件侧壁厚及动模垫板厚度计算……………………12
7、模架的确定…………………………………………………14
8、排气机构的设计……………………………………………17
9、脱模推出机构的设计………………………………………17
10、导向与定位结构的设计…………………………………17
11、冷却系统的设计…………………………………………17
12、模具总装图………………………………………………20
13、设计小结…………………………………………………21
14、参考资料…………………………………………………21
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