塑料水杯模具毕业优秀课程设计.docx
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塑料水杯模具毕业优秀课程设计
塑料水杯模具毕业课程设计
1.摘要:
伴随社会生产力发展,模具设计发展进入了一个新阶段。
过去在中国工业中,模具长久未受到重视,改革开放以来,塑料成型、家用电器、仪表等行业进入大批量生产,模具工业有一定发展,但高小多工位模压设备以及供给高效冲压用卷料设备仍然落后于需求,因为历史原因遗留下来工厂大而全,专业化程度落后,这些不足现象需要我们有足够认识,更需要我们从结构调整上下功夫。
塑料模具技术发展日新月异,在现代工业、餐具、玩具等行业中应用很广泛,模具是生产多种产品关键工艺装备。
此次毕业设计题目是塑料成型模具设计。
塑料模具分类很多,根据塑料制件不一样可分为:
注射模、压缩模、压注模、挤出模、气动成型模等。
注塑模具又称注塑成型,是热塑性塑料制品生产一个关键方法。
除少数塑料制品外,几乎全部热塑性塑料都能够用注射成型方法生产塑料制品。
注塑模具不仅用于热塑性塑料成型,而且成功用于热固性塑料成型。
模具以其特定形状经过一定方法使原料成型。
模具制造精度越高,制造成本越高,所以应延长模具使用寿命,尽可能缩短模具制造周期,来降低生产成本。
塑料制品以其密度小、质量轻优点在工业中应用日益普遍,大有“以塑代钢”趋势。
塑料模具能够满足塑料加工工艺要求和使用要求,能够很好降低塑料制品生产成本。
塑料质量要靠模具正确结构和模具成型零件正确形状,正确尺寸几较低表面粗糙度来确保。
此次设计模具用于有机玻璃制品生产制造。
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,俗称有机玻璃,属于热塑性刚性硬质无色透明材料,含有良好综协力学性能及电绝缘性,制品尺寸稳定,轻易成型,有一定耐热性、耐寒性和耐气候性,表面硬度不够,轻易擦伤,易溶于有机溶剂,又能够软化熔融,可再次成型为一定形状制品,如此可反复数次。
所以选择该塑料有利于废料和旧弃塑件二次回收,循环利用。
有一定环境保护效应,降低了现实中“白色污染”。
在这次塑料模具设计过程中,我们对塑料有了一个整体认识与了解,并在设计过程中,对塑料模性能,塑料工艺性以及注塑模设计,塑料模制造工艺装配有了系统了解。
另外,因为近一二十年来电子技术和计算机科学迅猛发展,促进模具制造业发生着深刻改变。
现在,数控机床已经成为模具加工关键设备,继而CAD/CAM技术在模具领域也带应用。
在这次设计中,我们只是设计一个简单塑料模具,也是对我们所学知识巩固。
作为工业生产基础装备模具,在中国国民经济中占相关键地位,模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平关键标志之一。
设计过程是一个复杂过程,在查询资料基础上,结合所学知识,确定浇口形式,计算绘图尺寸。
在设计过程中,利用了大量计算机辅助设计,提升了效率。
经过此次课程设计,是我加深了对模具方面认识,培养了我独立思索、处理问题能力。
此次课程设计我设计课题为塑料水杯注塑模具设计,这个水杯注塑模具设计课题起源于生活,应用广泛。
此次设计系统介绍了塑料水杯材料选择,模具中各个零件加工工艺过程及整套模具设计过程。
其中,包含到注射机多种参数选择,零部件加工方法、注射模结构及相关计算,从而确定聚丙烯水杯注塑模具设计思绪及方案,再设计过程中利用UG软件设计模具凸模和凹模。
本设计在确保加工质量前提下,尽可能做到在提升生产效率同时把生产成本降到最低。
2.设计任务书:
设计题目为设计一个较简单注塑模具,塑件结构不要求复杂,应完成以下工作量:
1用CAD完成注塑模具装配图及除标准间之外全部零件图。
2编写设计计算说明书
3编写型腔、型芯两零件数控加工程序,并在仿真软件上演示。
如有不合理处应给予修改。
4估算该模具常规价格
5将装配图打印在A3图纸上,零件图打印在A4图纸上。
3.塑件材料分析
依据上述产品说明,此次设计所选择塑件材料为聚丙烯（PP）。
以下是对该材料具体分析。
聚丙烯,简称PP,是通用塑料中综合性能非常优异一个材料。
近几年,PP工程塑料化研究和开发取得很大进展,使PP在日常生活用具、汽车、家电等行业取得广泛应用。
依据聚丙烯立体构型,PP可分为等规PP和间规PP,现在工业上广泛应用是等规PP,等规PP结晶度高,力学强度高;间规PP结晶度底,含有柔性,抗冲击性和透明性。
3.1性能与特点
聚丙烯（PP）为无色、无味、无毒,结晶型线型分子结构热塑性塑料,密度为0.9g/cm^3~0.91g/cm^3,收缩率为1%~2.5%,含有优良电绝缘性能和耐化学腐蚀性能,机械强度、硬度高,含有尤其高抗弯疲惫强度,使用温度较高,在120℃下可长久使用。
不吸水,绝缘性能不受湿度影响,其最大缺点是耐老化性能差,所以聚丙烯通常需添加抗氧化剂和紫外线吸收剂,在低温下,耐冲击性能也较差。
聚丙烯成型特征为:
1成型性好,可采取注塑、挤出及吹塑等成型加工方法
2吸湿性小,不吸水,成型前可不干燥
3熔体粘度小,流动性好,溢边值为0.03mm,流动性对压力敏感,宜采取较高压力注射。
4成性收缩范围大,易发生缩孔、凹痕及变形等缺点
5轻易发生弯曲变形,塑件应避免尖角、缺口
6热容量大,注射成型模具须设计能充足冷却冷却系统。
7模具温度对收缩率影响大,冷却时间长,应注意控制模具温度,模温太低,塑件无光泽,易产生熔接痕,模温太高,易产生翘曲变形
8尺寸稳定性好
3.2设计注意
①耐日光性差,易发生热氧老化,用于室外需添加抗氧剂和光稳定剂。
②低温耐冲压性差,抗蠕变性和耐磨性也不佳。
氧化性酸能促进PP降解,对脂肪烃、芳烃又不一样程度溶胀,而卤代烃对PP也有破坏作用。
③避免与铜接触铜盐溶液对其有特殊破坏作用,所以制品不宜有铜嵌件。
④PP成性收缩率高,热膨胀系数也比较大,制品在热环境下受应力作用,要预防热应力脆化发生。
⑤与PE有相同之处,因为非极性缘故,制品涂饰和粘结需要表面处理。
3.3材料收缩率
表1-1常见塑料收缩率
材
料
名
称
聚乙烯
聚丙烯
聚氯乙烯
聚苯乙烯
聚碳酸酯
尼龙
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
聚甲醛
简
写
PE
PP
PVC
PS
PC
PA
ABS
POM
收
缩
率
1.5-3.6
1．0-2.5
0.6-1.5
0.6-0.8
0.5-0.8
0.8-2.5
0.3-0.8
1.2-3.0
3.4塑件形状、尺寸大小确定
塑料制件形状在满足使用要求前提下,应使其有利于成型,尤其是应尽可能不使用侧向抽芯机构,所以塑件设计时应尽可能避免侧向凹凸形状侧孔。
因为,侧向分型与抽芯机构模具不仅提升了模具设计制造成本,而且还会在分型面上留下飞边,增加后加工工作量。
一些制件只要合适改变其形状,既能避免使用侧向抽芯机构,是模具结构简化。
此设计中塑料水杯,为圆台型,高度为102.2mm,水杯外表面为平滑曲面。
上底面与下底面有一定脱模斜度。
（1）壁厚是塑料制件结构设计基础要素。
壁厚设计要考虑两方面问题,一是壁厚尺寸确定,二是遵照壁厚均一设计标准。
壁厚均一标准关键从工艺角度以及由工艺造成质量方面问题而提出来,均匀壁厚可使制件在成型过程中,熔体流动性均衡,冷却均衡。
厚度部位在冷却收缩上差异,会产生一定收缩应力,内应力会造成制件在短期内或
经过较长时期以后发生翘曲变形。
厚度不均时常采取三种处理措施:
①壁厚交界处平稳过渡②将尖角改为圆角处理③厚壁部位减薄
改产品图反应出,次塑料件壁厚为4mm,壁厚均匀,易于成型。
（2）水杯直径确定
水杯最小直径为22.2mm,最大直径为44.59mm。
3.5塑料尺寸精度和表面粗糙度
塑件尺寸精度是指成型后所取得塑件产品尺寸和图纸中尺寸符合程度。
通常而言,塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引发塑料收缩率范围大小,模具制造精度、型腔型芯磨损程度以及工艺控制原因。
而模具一些结构特点又在相当大程度上影响塑件尺寸精度。
故而,塑件精度应尽可能选择低些。
对于本产品,图纸未注明尺寸精度,查表后,我们去IT7级精度。
表面质量通常要求较高,在Ra0.8um以上。
表面粗糙度是指加工表面含有较小间距和微小峰谷不平度。
其两波峰或两波谷之间距离（波距）很小（在1mm以下）,用肉眼是难以区分,所以它属于微观几何形状误差。
表面粗糙度越小,则表面越光滑。
表面粗糙度大小,对机械零件使用性能有很大影响,关键表现在以下多个方面:
①表面粗糙度影响零件耐磨性。
表面越粗糙,配合表面间有效接触接触面积越小,压强越大,磨损就越快。
②表面粗糙度影响配合性质稳定性。
对间隙配合来说,表面越粗糙,就越易磨损,使工作过程中间隙逐步增大;对过盈配合来说,因为装配时将微观凸峰挤平,减小了实际有效过盈,降低了联结强度。
类别
塑料品种
提议采取等级
高精度通常精度低精度
1
PS
3
45
ABS
聚甲苯丙烯酸甲酯
PC
PSU聚砜
PF
氨基塑料
30%玻璃纤维增强塑料
2
聚酰胺
4
56
氯化聚乙醚
PVC硬
3
POM
5
67
PP
PE低密度
4
PVC
6
78
PE高密度
3.6脱模斜度
因为制品在冷却后产生收缩,会紧紧包住型芯或型腔突出部分,为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模,必需对塑件设计提出脱模斜度要求,要求在塑件设计时或在模具设计时给予充足考虑,设计出脱模斜度。
脱模斜度设计与材料性质、制品成型方法、制件几何形状与尺寸、精度要求、磨具结构等原因相关。
通常脱模斜度取值范围是30′~1°30′。
以下是确定脱模斜度部分关键点:
1制品收缩率达,形状复杂且很不规则,其脱模斜度宜取较大值。
2材料性脆、刚性大、玻璃纤维增强制品,脱模斜度要尽可能大
3尺寸较大或者尺寸精度要求高德制品,脱模斜度宜取小值
4塑件上带有表面花纹时,每蚀刻深度增加0.02mm,脱模斜度应小于1°
5制件内表面脱模斜度应大于其外表面脱模斜度
下表为常见脱模斜度
制品斜度
聚酰胺
通用
聚酰胺
增强
聚乙烯
聚甲基丙烯酸甲酯
聚苯乙烯
聚碳酸酯
聚丙烯
脱
模
斜
度
型
腔
20-40
20-50
20-45
20-1°30′
35-1°30′
35-40
25-45
型
芯
25-40
20-40
20-45
30-40
30-40
30-50
20-45
此次设计塑料水杯,内外表面均是光滑,依据塑件材料成型收缩率和塑件高度综合考虑,选择脱模斜度为:
型芯（30′）型腔（30′）
此结构本身就在常见脱模斜度范围内,本身就有利于制品脱模,且此塑料制品材料为PP,此产品能够脱模,故无需另行设计。
4.注塑机选择
注塑模是安装在注射机上使用工艺装备,所以设计注射模时应该具体了解注射机技术规范,才能设计出符合要求模具。
注射机规格确定关键是依据制品大小及型腔数目和排列方法,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸前提下,设计人员应对模具所需注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。
依据这些参数选择一台和模具相匹配注射机,倘若用户已提供了注射机型号和规格,设计人员必需对其进行校核,若不能满足要求,则必需自己调整或与用户取得商议调整。
注射机发展很快,类型不停增加,注射机分类方法很多,依据注射装置和合模装置排列方法不一样,可分为卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机和多模注射机等。
（1）卧式注射机卧式注射机是使用最广泛注射成型设备,它注射装置和合模装置轴线呈一线并水平排列。
卧式注射机优点是便于操纵和维修,机器重心低,比较稳定,成型后塑件推出后可利用其重力自动落下,轻易实现全自动化操作。
缺点是模具安装比较困难。
（2）立式注射及它注射装置和合模装置轴线呈一线并与水平方向垂直排列。
立式注射及优点是占地面积小、模具拆装方便、安放嵌件便利。
缺点是塑件顶出后常需要用手或其她方法取出,不易实现全自动化操作,机身重心较高。
机器稳定性差。
（3）角式注射机它注射装置和合模装置轴线相互垂直排列,其优点介于卧、立两种注射机之间。
（4）多模注射机是一个多工位操作特殊注射机
注射机型号标准表示法要有注射量、合模力、注射量与合模力同时表示等三种方法,本制品采取卧式注射机。
注射机选择标准:
①计算塑件及浇道凝料总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）0.8倍;
②模具成型时需用注射压力应小于所选择注射机最大注射压力;
③模具型腔注射时所产生压力必需要小于注射机锁模力;
④模具闭模高度应在注射机最大、最小闭合高度之间;
⑤模具脱模取出塑件所需距离应小于所选注射机开模行程;
⑥模具外形尺寸及安装尺寸必需与所选注射机模板适应,既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距影响,模具安装用定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合;模具模板各安装孔应与注射机固定模板安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应,注射机开模行程应满足脱件条件。
4.1计算塑件体积和质量
该产品为聚丙烯,其密度为0.9g/cm^3~0.91g/cm^3,收缩率为1%~2.5%,计算其平均密度为0.905g/cm^3.。
平均收缩率为1.75%
经过UG软件测出塑件体积:
V=109cm^3
M=0.905*109=98.645g
因为选择一模两腔结构,所以
塑件总体积为2V=218cm^3,塑件总质量为197.3g,浇注系统凝料在设计之前是不能确定正确数值,不过能够依据经验根据塑件体积0.2-1倍。
因为此次采取中心浇口流道短,所以浇注系统凝料按塑件体积0.2倍来估算,故一次注入模具型腔溶料总体积为
V总=V（1+0.2）=218X1.2=261.6cm^3
因为浇注系统体积与质量都不是很大,所以可先初选注塑机型号。
4.2确定注塑机型号
依据计算得出一次注入模具型腔塑料总体积V总=261.6cm^3,并结合式V公=V总/0.8,则有:
V总/0.8=261.6/0.8=327cm^3。
依据以上计算,考虑到模具闭合高度所以选定公称注射量为500cm^3,注射机型号为XS-ZY-500卧式注射机,其关键参数见下表,
注塑机关键参数
理论注射容积（cm³）
500
螺杆直径（mm）
55
注射压力（MPa）
146
注射速率（g/s）
38
塑化能力（kg/h）
16.8
螺杆转速（r/min）
10—140
锁模力（kN）
3500
拉杆空间（mm）
500X440
移模行程（mm）
500
模具最大厚度（mm）
450
模具最小厚度（mm）
300
锁模形式
液压-机械
模具定位孔直径（mm）
￠150
喷嘴球半径（mm）
SR018
喷嘴口孔径（mm）
￠3
4.3确定注塑成型工艺参数
注塑成型工艺参数表
名称
聚丙烯
材料
代号
收缩率/%
密度/（g/cm^3）
PP
1~2.5
0.90~0.91
设备
类型
螺杆转速/（r/min）
喷嘴形式
螺杆式
30~80
直通式
温度
料筒一区/℃
料筒二区/℃
料筒三区/℃
喷嘴/℃
模具/℃
150~170
180~190
190~205
170~190
40~60
压力
注塑/MPa
保压/MPa
60~100
50~60
时间
注塑/S
保压/S
冷却/S
周期/S
1~5
5~10
10~20
15~35
4.4注塑机相关参数校核
（1）注射压力校核依据PP工艺参数知所需注射压力为60-100MPa,这里取P0=100MPa,该注塑机公称注射压力P公=146Pa,注射压力完全系数K1=1.25-1.4,这里取K1=1.3,则:
K1P0=1.3X100=130（2）锁模力校核
1）
4.5喷嘴尺寸确定
注塑机喷嘴头通常为球面,其球面半径R应与模具主流道始端球面半径吻合,以免高压熔体从缝隙处溢出,通常模具主流道始端球面半径应比喷嘴球半径大2~5mm,不然主流道内德塑料凝料无法脱出,其对应尺寸关系见下图
其中,R=r+（2~5）mm
D=d+（0.5~1）mm
4.6定位环尺寸
注塑机定模固定板上有一要求尺寸定位孔,注塑模定模板上对应设计有定位环。
为了使模具主流道中心线与注塑机喷嘴中心线相重合,模具定模固定板上定位环或主流道衬套与定位环整体式结构外径尺寸d应与注塑机固定模板上定位孔呈间隙配合,便于模具安装。
定位环高度小型模具为7～10mm,大型模具为10～15mm,定位孔深度应大于定位环高度。
4.7模具厚度
在模具设计时应使模具总厚度位于注塑机可安装模具最大模厚和最小模厚之间。
同时应校核模具外形尺寸,使得模具能从注塑机拉杆之间装入。
模具闭合后厚度（闭合厚度）Hm应在注塑机许可最大模具厚度
和最小模具厚度
之间,即
式中:
Hmax——最大模具厚度
Hmin——最小模具厚度
Hm——模具闭合高度
4.8模具长度与宽度
模具外形尺寸要与注塑机拉杆间距相适应,校核其安装时能否穿过拉杆空间在动、定模固定板上固定。
模具在注塑机动、定模固定板上安装方法有两种:
用螺钉直接固定（大型注塑模多用此法）和用螺钉、压板固定（中、小型模具多用此法）。
采取第一个方法时,动、定模座板上螺钉孔尺寸及间距应与注塑机对应模板上所开设螺孔相适应（注塑机动、定模安装板上开着很多不一样间距螺钉孔,只要确保与其中一组相适应即可）;若采取后一个方法,灵活性大,只需在模具动、定模固定板周围有螺孔就行。
5.模具结构设计
5.1分型面选择
模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料,可分离接触表面称之为分型面。
分型面选择不仅关系到塑件正常成型和脱模具,而且包含模具结构与制造成本。
在制品设计阶段,就应考虑成型时分型面形状和位置,不然无法用模具成形。
在模具设计阶段,应首先确定分型面位置,然后才选择模具结构。
分型面设计是否合理,对制品质量、工艺操作难易程度和模具设计制造都有很大影响。
所以,分型面选择是注射模设计中一个关键原因。
分型面选择应遵守以下标准:
1分型面应选择在制品最大截面处,不管塑件以何方位部署型腔,都应将此作为首要标准;
2有利于确保制品外观质量,分型面上型腔壁面稍有间隙,熔体就会在塑件上产生飞边;
3尽可能使制品留在动模一侧,因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行;
4有利于确保制品尺寸精度;
5尽可能满足制品使用要求
6尽可能降低制品在合模方向上投影面积,以减小所需锁模力;
7长型芯应置于开模方向,当塑件在相互垂直方向都需要设置型芯时,将较短型芯设置在侧抽芯方向,有利于减小抽拔距离;
8有利于排气;
9有利于简化模具结构,应尽可能避免侧向分型或抽芯;
10在选择非平面分型面时,应有利于型腔加工和制品脱模方便。
浇注系统设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止一个完整进料通道,含有传质、传压和传热功效,对制品质量影响很大。
它作用是将塑料熔体顺利充满到模具型腔深处,以取得外形轮廓清楚,内在质量优良塑料制件。
它分为一般流道浇注系统和热流道浇注系统。
该模具采取一般流道浇注系统,其包含:
主流道、分流道、冷料穴、浇口。
浇注系统设计标准:
1浇注系统与塑件一起在分型面上,应有降压,流量和温度分布均衡部署;
2结合型腔部署考虑,尽可能采取平衡式分流道部署;
3尽可能缩短熔体步骤,方便降低压力损失、缩短充模时间;
4浇口尺寸、位置和数量选择十分关键,应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动,有利于排气和补缩,且应设在塑件较厚部位,以使熔料从厚断面移入薄断面,以利于补料;
5避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击,预防变形和唯一产生;
6浇注系统凝料脱出应方便可靠,凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修;
7熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系,设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕部位、形态,以及对制品质量影响;
8尽可能降低因开设浇注系统而造成塑料凝料用量;
9浇注系统模具工作表面应达成所需硬度、精度和表面粗糙度,其中浇口应有IT8以上精度要求;
10设计浇注系统时应考虑储存冷料方法;
11尽可能使主流道中心与模板中心重合,若无法重合应使二者偏离距离尽可能小。
冷料穴设计
在完成一次注射循环间隔,考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求塑料熔体温度,从喷嘴端部到注射机料筒以内约10~25mm深度有个温度逐步升高区域,这时才达成正常塑料熔体温度。
位于这一区域内塑料流动性能及成型性能不佳,假如这里相对较低冷料进入型腔,便会产生次品。
为克服这一现象影响,用一个井穴将主流道延长以接收冷料,预防冷料进入浇注系统流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生冷料井穴称为冷料穴（冷料井）。
冷料穴作用是储存因两次注射间隔而产生冷料头及熔体流动前锋冷料,以预防冷料进入型腔而影响制件质量。
分流道形状及尺寸
为了便于加工及凝料脱模,分流道大多设置在分型面上,分流道截面形状通常为圆形、梯形、U形、半圆形、矩形、六角形等。
为了降低流道内德压力损失和传热损失,期望流道截面积大、表面积小。
所以能够用流道截面积与其周长比值来表示流道效率。
分流道表面粗糙度
因为分流道中与模具接触外层塑料快速冷却,只有中心部位塑料熔体流动状态较为理想,所以分流道内表面粗糙度Ra并不要求很低,通常取0.63~1.6um,这么表面稍不光滑,有利于增大塑料熔体外层流动阻力。
避免熔流表面滑移,使中心层含有较高剪切速率。
此处取Ra=0.8um。
分流道部署形式
分流道在分型面上部署取决于型腔布局,二者相互影响。
分流道部署形式分为平衡式与非平衡式两种。
不管有多少种部署形式,总来说应遵照两方面标准:
即首先排列紧凑、缩小模具板面尺寸;其次步骤尽可能短、锁模力努力争取平衡。
本模具流道部署形式采取平衡式
浇口设计
浇口是连接流道与型腔之间一段细短通道,它是浇注系统关键部位,它作用是增加和控制塑料进入型腔流速并封闭装填在型腔内德塑料,以确保充填实,确保制品质量。
浇口形状、位置和尺寸对制品质量影响很大。
浇口关键作用有以下几点:
熔体冲模后,首先在浇口处凝结,当注射机螺杆抽回时可预防熔体向流道回流;
熔体在流经狭窄浇口时会产生摩擦热,使熔体升温,有利于充模;
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