电热水壶塑料上盖注射成型设计.docx
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电热水壶塑料上盖注射成型设计
诚信声明
本人郑重声明：
本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：
签字时间：
2012年月日
毕业设计任务书
设计（论文）题目：
电热水壶塑料上盖注射成型模具设计
系部：
材料工程系专业：
高分子材料与工程学号：
*********
学生：
程超指导教师（含职称）：
刘新明讲师专业负责人：
翟燕
1．设计（论文）的主要任务及目标
（1）电热水壶塑料下盖产品的设计（或在原产品的基础上改进）。
（2）根据题目要求，查阅收集电热水壶塑料下盖产品及类似产品的该类模具设计相关的文献资料或进行实际调查，达到搜集论文证据资料的目的。
（3）通过对该类模具文献资料的分析提出你创新构想的最佳设计方案，并用相关软件对成型模具进行设计，同时，重点对该类模具内外侧抽芯结构进行分析研究，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的模具。
2．设计（论文）的基本要求和内容
（1）论文格式要严格按系规定的格式编写（查看《本科毕业环节工作规定》）。
（2）论文要求：
论理论据正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明，把实践的结果上升到理论认识或应用的高度，并提出自己的见解与观点。
设计绘图要严格按国家制图标准，并利用计算机打印。
（3）查阅文献15篇以上，其中外文原文5篇以上。
（4）论文格式要严格按系规定的格式编写（查看《本科毕业环节工作规定》）。
（5）论文要求：
论理论据正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明，把实践的结果上升到理论认识或应用的高度，并提出自己的见解与观点。
设计绘图要严格按国家制图标准，并利用计算机打印。
（6）设计过程要借助CAD、PROE、UG等软件分析研究。
3．主要参考文献
（一）参考书
[1]塑料模具设计导主编齐晓杰东北林业大学出版社
[2]塑料成型工艺及模具设计主编屈华昌机械工业出版社
[3]塑料成型模具主编申开智中国轻工业出版社
[4]塑料注射模具设计实用手册主编宋玉恒中国轻工业出版社
[5]塑料注射模设计102例（北京）国防工业出版社
[6]塑料注射模具零件标准及术语GB4169、1-11。
北京国家技术监督局
（二）杂志
[1]《模具技术》
[2]《塑料技术》
[3]《塑料工业》
[4]《模具工业》
[5]《模具制造》
（三）网址
[1]《中国模具网》www.M
[2]《中国模具工业信息网》
[3]《中国学术期刊》中文www.E，帐号K10100密码cnkikw
4．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
下达任务书
2011年12月10日
2
设计前准备资料阶段
2012年2月26日--3月1日
3
确定设计方案并画装配草图
3月2日--3月16日
4
交开题报告
3月15日--3月16日
5
画装配工作图
3月16日--4月6日
6
画零件图
4月7日--4月27日
7
写论文
4月28日--6月13日
8
交论文并装订并
6月14日
9
讨论毕业答辩有关事项
6月15日
10
交图纸及光盘
6月18日
11
毕业答辩
6月19日--6月22日
电热水壶塑料上盖注射成型模具设计
摘要
毕业设计的重点是塑料水壶上盖注射成型模具的结构设计。
该模具设计中的注塑模具的设计流程，涵盖了设计原则，计算，校核等多个方面。
并且，以该模具结构的研究作为基础，重点分析了模具抽芯机构的设计。
关键词：
注射模，分型脱模，抽芯
ThedesignforinjectionmoldingofthePlasticuppercoverofElectrickettle
Abstract
Thegraduationproject'skeypointisthestructuraldesignforinjectionmoldingofthePlasticuppercoverofElectrickettleframe.Inthisproject,ithasacomprehensivesetofdesignprocessforinjectionmolding,whichhascoveredmanyaspectssuchasprincipleofdesign,computation,examination,etc.Andbasedonthestudyofstructuraldesign,thepassagesalsoemphasisesonanalysingthestructuraldesignforcore-pulling
Keywords:
injectionmolding,step-by-steppartingdemoulding,core-pulling
4.5合模导向机构和定位机构20
4.9冷却系统的优化设计23
4.10模具材料例表26
5模具装配27
5.1塑料模具装配的技术要求27
5.2塑料模具装配过程27
总结29
参考文献30
致谢31
1绪论
1.1我国塑料模具业发展现状及方向
从整体上看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。
由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/5～1/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。
进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。
出口的塑料模具以中低档产品居多。
由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。
虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差逐年增大。
这一状况在2007年已得到改善，逆差已有减少。
模具外贸逆差增大主要有两方面原因：
一是国民经济持续高速发展，特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口；但也确实有一些模具国内可以生产，也在进口。
这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。
二是对模具出口鼓励不够。
现在模具与其它机电产品一样，出口退税率只有13%，而未达17%。
从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。
随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。
1.2塑料模具的发展水平与市场趋势
近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。
大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。
在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。
另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。
中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题。
（1）发展不平衡，产品总体水平较低。
虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。
包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
（2）工艺装备落后，组织协调能力差。
虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。
更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。
（3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。
一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。
模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。
（4）供需矛盾短期难以缓解。
近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。
同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。
市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。
（5）体制和人才问题的解决尚需时日。
在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。
人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。
1.3塑料模具的一些新的发展方向
（1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。
要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。
企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。
（2）大力提高开发能力，将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。
目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。
这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。
（3）随着模具企业设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。
这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。
这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。
中国模具行业目前已有10多个国家级高新技术企业，约200个省市级高新技术企业。
与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。
（4）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。
在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。
目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。
向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。
（5）随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。
现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。
因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。
2电热水壶的盖子设计及其成型工艺的分析
2.1塑件分析
图2.1电热水壶的盖子
上图2.1所示是电热水壶的盖子零件。
2.1.1结构分析如下
该塑件为壳体，壳体具有一定的深度，表面光滑，在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，确保成型零件具有一定的光洁度。
壳体内部凹下的胶位是为了插入时能配合紧密，所以必须具备一定的制造精度。
2.1.2成型工艺分析
采用一般精度等级5级，大量生产。
该塑件壁厚约为1.5mm左右，考虑到壳体较浅，塑件内表面不设脱模斜度。
由于有斜顶，型腔将被做成镶拼式所以塑件外形没有放脱模斜度。
2.2塑料的选材及性能分析
该壳用于手机底壳，经常用手触摸，必须耐酸、对电绝缘，化学稳定性要好；抗拉强度、硬度、耐磨性要突出，综合机械性能要好。
具备这些条件的塑料首选：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名称:
AcrylonitrileButadieneStyrene，简称：
ABS）。
2.2.1使用特点：
（1）综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。
（2）与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。
（3）有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
（4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好[3]。
2.2.2成型特性：
（1）无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。
（2）宜取高料温,高模温,但料温过高易分解（分解温度为>270度）.对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度。
（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。
（4）如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。
2.2.3ABS的主要性能指标[4]
ABS的技术指标见下表2.1
密度
1.02～1.16
比体积
0.86～0.98
吸水率
0.2～0.4
收缩率s
0.4～0.7
熔点
130～160
硬度HB
9.7
R121
抗拉屈服强度
50
拉伸弹性模量
体积电阻率
弯曲强度
80
热变形温度
t/c
0.46MP
90～108
冲击韧度
无缺口
261
0.185MP
83～103
缺口
11
2.3ABS塑料的注射过程及工艺
2.3.1注射成型过程
（1）成型前准备，对ABS进行干燥。
ABS是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%-0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。
ABS的干燥方法:
常压热风干燥80-85℃2-4小时；真空热风干燥80℃1-2小时。
（2）注射过程.塑料在注射机内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，起过程可分为充模、压实、保压、倒流、和冷却5个阶段。
2.3.2ABS的注射工艺参数
（1）螺杆类别：
标准螺杆（直通式喷嘴）
（2）回料转速（
rpm）：
30
（3）注射机料筒温度:
前段180～200℃
中段165～180℃
后段150～170℃
（4）喷嘴：
170～180℃。
（5）模具：
50～80℃，玻纤增强制品取75℃。
（6）注射压力:
60～100℃。
（7）注射速度、注射压力:
一般ABS制品采用高速及多级注射，但是对于阻燃品级，要慢速注射，可以避免注射料的分解，耐热ABS也要快速注射（可减少内部应力），注射压力在75MPa左右，保压时可低些。
（8）熔胶温度:
190℃
（9）成型时间（
）:
注射时间:
20～90
高压时间:
0～5
冷却时间:
20～120
总周期:
50～220
在265℃温度下，物料在机筒内停留时间最多不能超过5-6分钟，若温度为280℃，则物料在机筒内停留时间就不能超过2-3分钟。
（10）后处理:
把塑件放在红外线或者烘箱下,温度设为70度烘干2～4小时[4]。
2.4ABS的主要缺陷及消除措施
2.4.1残余应力引起的龟裂
残余应力主要由于以下三种情况，即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。
作为在充填过剩的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可在以下几方面入手。
（1）由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近，则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。
（2）在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。
（3）一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高温度。
但当注射速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。
（4）注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行Th次保压切换效果较好。
2.4.2熔接痕
熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。
一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。
严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。
可参考以下几项予以改善：
（l）调整成型条件，提高流动性。
如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。
（2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。
（3）尽量减少脱模剂的使用。
（4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。
（5）若仅影响外观，则可改变烧四位置，以改变熔接痕的位置。
或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。
2.4.3银线zg4?
"L
1=&BM`h# 银线主要是由于材料的吸湿性引起的。
因此，一般应在比树脂热变形温度低10～15C的x;xuYn503sF%*\c,r 条件下烘干。
特别是在使用自动烘干料斗时，需要根据成型周期（成型量）及干燥时间选用合理的容量，还应在注射开始前数小时先行开机烘料。
^w0h}>e1I[60-wH5另外，料简内材料滞流时间过长也会产生银线。
不同种类的材料混合时，例如聚苯乙烯{O[f7-]I@:
5*W6/xG7和ABS树脂、AS树脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不混合。
^IGShs9
2.4.4白化2$Ny}
iY
白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分。
脱模效果不佳是其主要原因。
可采用降低注射压力，加大脱模斜度，增加推杆的数量或面积，减小模具表面粗糙度值等方法改善，当然，喷脱模剂也是一种方法，但应注意不要对后续工序，如烫印、涂装等产生不良影响。
OhB,6J
3模具设计方案的确定
3.1分型面方案的确定
分型面是模具上用来取出塑件和浇注系统料可分离的接触面称为分型面,分型面的选择对模具设计方式影响最大,分型面设计是否合理对塑件质量和模具复杂程度具有很大的影响。
基本上是一种分型面对应着一种模具设计方案，所以分型面的选择决定着模具总体的设计方案。
3.1.1分型面的选择原则[3]
（1）保证塑料制品能够脱模。
（2）使分型面容易加工。
（3）尽量避免侧向抽芯。
（4）使侧向抽芯尽量短。
（5）有利于排气。
（6）有利于保证塑件的外观质量。
（7）尽可能使塑件留在动模一侧。
（8）尽可能满足塑件的使用要求。
（9）尽量减少塑件在合模方向的投影面积。
（10）长型芯应置于开模方向。
（11）有利于简化模具结构。
3.1.2分型面确定
分型面与开模方向垂直,如图3.1所示。
定模型芯利用开模动作从塑件中抽出，塑件内部倒扣用斜推杆来成型，整个塑件成型精度比较高。
图3.1分型面形式与位置
3.2型腔数量确定
由于生产批量大，本套模具采用一模两腔如图3.2所示。
图3.2型腔排列方式
4模具设计
4.1注塑机选型
注射机是安装在注射机上使用的设备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。
注射机规格的确定主要是根据塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离进行计算。
根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户自己提供型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。
4.1.1注射量计算
该产品为ABS，查书《设计与制造实训》得知其密度为1.08~1.10g.cm-3
收缩率为0.4%~0.7%，计算其平均密度为1.09，平均收缩率为0.55%，通过计算得两塑件体积为：
V塑=97.5cm3
两塑件的质量：
M塑=106.3g
浇注系统体积：
V浇=0.955cm3
浇注系统质量：
M浇=1.04g
故得总体积和总质量为：
V总=98.5；M总=107.34g
4.1.2注射机型号的选定
根据以上的计算初步选定型号为SZ-125/630型卧式注射机，其主要技术参数见表4.1。
表4.1SZ-125/630型注射机主要技术参数[4]
螺杆直径/mm
40
拉杆内间距/mm
370x320
推动行程/mm
550
最大模具厚度/mm
300
理论容量/
140
最小模具厚度/mm
150
注射速度/（g/s）
110
顶出杆根数
1
塑化能力/（g/s）
16.8
定位孔直径/mm
125
额定注射压力/MP
126
顶出中心孔直径/mm
35
螺杆转速/（r/min）
14~200
顶出力/KN
1500
锁模力/KN
530
喷
嘴
球半径SR/mm
15
开模行程/mm
270
孔直径/mm
4.1.3型腔数量的校核及注射机有关工艺参数的校核[6]
（1）型腔数量的校核
由注射机料筒塑化速率校核型腔数量
（4.1）
，t取60s,符合要求。
式中K——注射机最大注射量的利用系数，非结晶型塑料一般取0.8；
M——注射机的额定塑化量，改注射机为16.8g/s；
T——成型周期，因塑件还比较大，壁厚，取30s;
m1——两个塑件的质量，取106.3g;
m2——浇注系统的质量，取1.04g;
按注射机的最大注射量校核型腔数量
符合要求。
式中
——注射机允许的最大注射量，该注射机为140g。
其他符号意义与取值同前。
按注射机的额定锁模力校核型腔数量
壳体正反两面产生的胀模力由内模壳抵消；左右两行位压力由导柱和前模板的斜面抵消，取这两处力的一半为正压力：
分型面合模处的作用面积：
塑料熔体对型腔的成型压力是
，一般是注射压力的30%-65%，
取平均压力为：
（4.2）
（4.3）
符合要求。
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