塑料毕业设计.docx
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塑料毕业设计
塑料盖材料为ABS，大批量生产
技术要求：
塑件表面光滑，塑件允许最大脱模斜度为0.5°。
目录
第一章绪论…………………………………………………………………………2
1.1课题来源及要求……………………………………………………2
1.2介绍的内容与意义…………………………………………………2
1.3设计过程……………………………………………………………2
第二章塑件制品设计………………………………………………………………3
2.1 塑件的工艺分析……………………………………………………3
2.2 塑件的成型收缩率…………………………………………………4
2.3 塑件壁厚……………………………………………………………4
2.4 塑件尺寸精度和表面粗糙度………………………………………4
2.5脱模斜度……………………………………………………………5
第三章注射机的选用类型…………………………………………………………6
3.1喷嘴尺寸计算………………………………………………………7
3.2定位环尺寸计算……………………………………………………7
3.3模具厚度……………………………………………………………8
3.4模具长度与宽度……………………………………………………8
3.5标准模架的选择……………………………………………………8
第四章注射模设计步骤……………………………………………………………10
4.1塑料成型方案的确定...................................10
4.2型腔数目的确定…………………………………………………10
4.3成型零部件的设计计算…………………………………………11
4.4分型面和浇注系统的确定………………………………………13
4.5压力………………………………………………………………18
4.6模具温度调节系统………………………………………………19
4.7模具冷却系统设计………………………………………………20
4.8排气与引气系统设计……………………………………………21
4.9成型零件结构设计………………………………………………23
4.10注射机参数校核…………………………………………………23
第五章结束语………………………………………………………………………25
第六章参考文献……………………………………………………………………26
第七章附录…………………………………………………………………………27
第一章绪论
1．1课题来源及要求
本次模具毕业设计的课题属于工程设计类，来源于生产实际问题，是塑料盖注塑模具设计。
课题要求：
（1）分析零件的成形工艺性，进行制品的基本参数的计算、注塑模的设计计算，选用注射机，确定模具类型及结构；
（2）模具和成型机械关系的校核；
（3）模具零件的必要计算；
（4）使用AutoCAD绘制模具装配图（绘图比例1：
1，打印出图）一张，绘制型腔、型芯及重要零部件零件图（绘图比例1：
1，打印出图）共五张；
（5）编写设计说明书；
（6）严格执行相关中华人民共和国国家标准；
（7）要上交电子文档和打印文档；
（8）毕业设计（论文）必须符合“湖南理工职业技术学院毕业设计（论文）规范格式”的要求。
1．2介绍的内容与意义
此次毕业设计说明书涉及的知识面广、衔接紧密、结构整合或综合性强、实用性强。
本说明书介绍了塑件的工艺性分析、浇注系统设计、分型面的选择、成型工作零件结构设计、成型零件工作部分的计算、注射机的选择、模温调节系统的设计、注射机各参数的校核、推出机构的设计以及模架的选用等。
本说明书对注射模具设计的基本流程介绍相对比较全面，理论联系实际，同时也培养了个人的较强实践动手能力和对模具设计专业知识的系统化、完整化，以及对于工程技术的严谨性。
1．3设计过程
为缩短本次设计的时间，让模具设计充分理解其设计意图，在模具各部分设计中采用了计算机辅助设计（AutoCAD）系统，以及利用Pro/E对其塑件进行分析，让模具各部分的结构明确的展现在我们面前，提高效率。
第二章聚苯乙烯（PS）瓶盖的工艺分析
2.1.塑件的工艺性分析
该塑件在日常生活中随处可见，用途很广。
其产品主要是通过注塑模制造成型。
该产品的详细尺寸及产品图见图1和图2。
图2-1主要尺寸
图2-23D图形
2.2.收缩率
对于生产性的塑件，根据常用的塑料收缩率已经能满足生产的需要。
下面是常用的塑料收缩率表：
塑料名称
聚乙烯
聚丙烯
聚氯乙烯
聚苯乙烯
聚碳酸脂
尼龙
ABS
聚甲醛
缩写
PE
PP
PVC
PS
PS
N6
ABS
POM
计算收缩率
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
对于聚苯乙烯这种瓶盖产品，材料为PS，它的收缩率及其变化范围都较小，一般在0.4%～0.7%之间，利于成型出尺寸精度较高和尺寸稳定性较好的制品。
故其收缩率取0.7%。
2.3.塑件壁厚
塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。
根据成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩坑，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。
热塑性塑料的壁厚应该控制在1mm—4mm之间。
太厚，易产生气泡和缺陷，也不易冷却。
同时不宜有嵌件、缺口及尖角，轮廓表面圆滑过渡。
塑料制品应该有一定的厚度，这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。
根据产品图可知该产品的平均厚度约为2mm,在1～4mm的推荐值之间，易于成型。
2.4.塑件尺寸精度和表面粗糙度
塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。
一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。
而模具的某些结构特点又在相当大程度上影响塑件的尺寸精度。
故而，塑件的精度应尽量选择的低些。
对于本产品，图纸未注明尺寸精度，查表我们取MT4级精度。
塑件的表面粗糙度遵循表３《不同加工方法忽然不同材料所能达到的表面粗糙度（ＧＢ／Ｔ１４２３４－９３）》一般模具型腔粗糙度要比制品要求较低１~２级，在此粗糙度取Ra0.8
。
2.5.脱模斜度
由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型芯或型腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或者在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。
根据经验公式这种聚苯乙烯制品一般型腔的脱模斜度为35ˊ～1°30ˊ，型芯为30ˊ～1°。
下图为常用的塑料脱模斜度表：
制品
斜度
聚酰胺
通用
聚酰胺
增强
聚乙烯
聚甲基
丙稀酸甲脂
聚苯乙烯
聚碳酸脂
ABS塑料
脱模斜度
型腔
20-40
20-50
20-45
20-40
35-130
35-1
40-120
型芯
25-40
20-40
20-45
30-1
30-1
30-50
35-1
由塑料制品的产品图可知，本塑件下方有一梅花状凸台，此形状使模具在成型时产生包紧力，如果强制性脱模会破坏零件表面质量，根据上表经验数据，本案采用４０′脱模斜度．如图示：
第三章注塑机的选用类型
注塑机的选用包括两方面的内容：
一是确定注塑机的型号，是塑件、塑料、注塑模及注射工艺等所需要求的注塑机的规格参数在所选注塑机的规格参数范围之内；二是调整注塑机的技术参数至所需要的参数。
根据Pro/E三维建模，绘制塑件制品同时运用相关软件算出该制品的相关数据：
质量M=3.28g体积V=3.07
由于塑件的质量比较小，塑件结构比较简单，又是大批量的生产，从其生产最优的考虑出发，故选用国产的XS-Z-60的注塑机。
其技术规范如下：
注射量/cm
60
螺杆（柱塞）直径/mm38
注射压力/Mpa122
注射行程/mm170
注射时间/s2.9
螺杆转速——
注射方式柱塞
锁模力/kN500
最大成型面积/cm
130
模板最大行程/mm180
模具厚度/mm∣最大200
最小70
拉杆空间/mm190x300
模板尺寸/mm330
440
锁模方式液压-机械
油泵流量/（L﹒min
）70,12
压力/MPa6.5
电动机功率/kW11
螺杆驱动功率/kW—
加热功率/kW2.7
机器外形尺寸/m
机器重量/kg2000
模具定位孔尺寸/mm
喷嘴球径/mmSR12
喷嘴口径/mm
中心孔径/mm
3.1.喷嘴尺寸计算
注塑机喷嘴头一般为球面，其球面半径R应与模具的主流道始端的球面半径吻合，以免高压熔体从隙缝处溢出，一般模具的主流道始端的球面半径应比喷嘴球半径大1～2mm，否则主流道内的塑料凝料无法脱出，其相应尺寸关系如
下图：
D=d+（0.5～1）mm=4.5mm
R=r+（1～2）mm=14mm
3.2.定位环尺寸计算
注塑机定模固定板上有一规定尺寸的定位孔，注塑模定模板上相应设计有定位环。
为了使模具的主流道的中心线与注塑机喷嘴的中心线相重合，模具定模固定板上的定位环或主流道衬套与定位环的整体式结构的外径尺寸d应与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合，便于模具安装。
定位环的高度小型模具为7～10mm，大型模具为10～15mm，定位孔深度应大于定位环的高度。
本塑件体积、尺寸较小，但考虑其经济性故采用一模八腔的注射成型方法。
所以相应的定位环取其15mm。
3.3.模具厚度
在模具设计时应使模具的总厚度位于注塑机可安装模具的最大模厚和最小模厚之间.同时应校核模具的外形尺寸,使得模具能从注塑机拉杆之间装入。
模具闭合后的厚度（闭合厚度）Hm（195mm）应在注塑机允许的最大模具厚度
（２００mm）和最小模具厚度
（７０mm）之间，
即７０
195
２００故而能够满足要求。
3.4.模具长度与宽度
模具外形尺寸要与注射机拉杆间距相适应，校核其安装式能否穿过拉杆空间在动模、定模固定板上固定。
本案中模具总高为200mm,总宽为160mm．
3.5.标准模架的选择
根据本案中的各项参数数据，及其参考《中华人民共和国国家标准塑料注射模中小型模架GB/T12556.1——90》
标准模架
第四章注塑模的设计步骤
4.1.塑料成型方案的确定
通常，塑料按照性能分为热塑性塑料和热固性塑料两种，两种塑料的成型方式有所不同，对于热塑性塑料大多数都是注射成型，本产品为聚苯乙烯，要求材料为PS，PS为线型热塑性塑料，且多为注射成型，根据实际，我们采用注射成型。
4.2.型腔数目的确定
对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。
单型腔模具的优点是：
塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。
缺点是：
塑件成型的生产率低、成本高。
单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具的优点是：
塑件成型的生产率高，成本低。
缺点是：
塑件精度低；工艺参数难以控制。
模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。
多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。
根据塑件的精度：
根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4%。
确定型腔数目的方法：
考虑到塑件的技术要求，本设计采用根据注射量方法确定型腔数目。
即：
上式中，G—注塑机的最大注射量（60cm
）
m1-单个塑件的质量
m2-浇注系统的质量
从产品图纸中可以看出，该塑件的尺寸相当的小，故可以使用一模多腔的塑件成型方法。
本案采取一模八腔的成型方法，如下图：
4.3.成型零部件的设计计算
成型零部件的设计计算主要指成型部分，与塑件接触部分的尺寸计算。
而对于塑件尺寸精度的影响因素主要有以下方面：
3.3.1.成型零部件的磨损其主要是塑料熔体在成型行腔中的流动以及脱模时塑件与型腔或型心的摩擦，而一后者为主。
为简化设计计算，一般只考虑与塑件脱模方向平行的磨损量，对于垂直方向的不于考虑，而忽略不计。
中小形塑件我们取
δc=1/6Δ。
3.3.2.成型零部件的制造误差成型零部件的制造包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个方面，设计时一般将成型零部件的制造误差控制在塑件相应公差的1/3左右，δz=1/3Δ,通常取IT6—IT9级精度。
本案采取IT7级精度。
3.3.3.塑件的基本尺寸计算：
根据图1的塑件尺寸为成型尺寸，其材料为PS，查表知它的最小收缩率为Smin=0.6%,最大收缩率为Smax=0.8%,则平均收缩率为Scp=0.75%，将所有的尺寸标为极限尺寸以简化计算。
模具成型制造公差取
z=
/4。
（1）型腔尺寸：
（2）型芯尺寸：
（3）型芯高度尺寸和型腔深度尺寸：
型腔尺寸：
型芯尺寸：
（4）中心距工作尺寸计算
通过对塑件制品及尺寸的分析推出该塑件无中心距尺寸的计算。
（5）型腔和型芯脱模斜度的确定
塑件成型后为便于脱模，型腔和型芯在脱模方向应有脱摸斜度，其值的大小按塑件精度及脱模难易而定。
一般在保证塑件精度要求的前提下，宜尽量取大些，以便于脱模；型腔的斜度可比型芯的斜度取小些，因为塑料对型芯的包紧力较大，难于脱模。
在选取脱模斜度时，对型腔尺寸应以大端为基准，斜度取向小端方向；对型芯尺寸应以小端为基准，斜度取向大端方向。
当塑件的结构不允许有较大斜度或塑件为精密级精度时，脱模斜度只能在公差范围内选取；当塑件为中级精度要求时，其脱模斜度的选择应保证在配和面的2/3长度内满足塑件公差要求，一般取
～20
；当塑件为粗级精度时，脱模斜度值可取
（6）说明
按照上式计算出来的尺寸，对于精度要求较高的塑件，其工作尺寸的数值算到小数点后的第二位，第三位数值四舍五入。
对于收缩率比较小的塑料，可以不考虑收缩，其工作尺寸加上其制造公差即可。
4.4.分型面和浇注系统的确定
4.4.1分型面的确定
为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安装嵌件的需要，将模具型腔适当地分成两个或更多部分，这些可以分离部分的接触表面，则为分型面。
分型面的选择原则：
1）分型面应便于塑件脱模。
2）分型面的选择应有利于侧向分型与抽芯。
3）分型面的选择应保证塑件的质量。
4）分型面的选择应有利于防止溢料。
5）分型面的选择应有利于排气。
基于上面的要求和结合塑件的材料、结构形状的复杂程度等等。
所选的分型面如下图所示：
4.4.2. 塑件排位设计
模具的排位就是根据模具型腔数量、塑料品种和制品大小确定成型零件的大小。
排位决定了模具结构，并影响后期的注塑工艺，它一般要遵循以下原则：
必须保证压力平衡和温度平衡；
浇口位置应统一；
进料平衡原则；
分流道最短原则；
成型零件尺寸最小原则
综合考虑以上原则，本案采用“田”字形型腔平衡式布局。
4.4.3浇注系统的设计
（1）主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是型腔。
由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。
在卧式或立式注塑机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面。
为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有2°～4°的锥角，内壁有Ra0.8
以下的表面粗糙度，抛光时应沿轴向进行，其结构如下图所示，若沿圆周进行抛光，产生侧向凹凸面，使主流道凝料难以拔出。
由于该塑件比较小，相对于注射机的选用就比较小因而将主浇道衬套与定位环设计成一个整体。
在设计时同时浇口套与注塑机喷嘴接触平凡，为防止撞伤，应采取淬火处理使其具有较高的硬度（53HRC～57HRC）。
一般选用T8A的优质钢材。
下图就是浇口套和主流道的相关标准尺寸：
主流道的基本尺寸通常取决于两个双方面：
1）第一个方面是所使用的塑料种类，所成型的制品质量和壁厚大小
制品质量/g
D1/mm
R/mm
0～20
3
0.5
20～40
4
1
40～150
5
1
150～300
6
2
300～500
8
2
500～1500
10
2
2）注塑机喷嘴的几何参数与主浇道尺寸的关系
热塑性塑料的主流道衬套与注塑机喷嘴的尺寸：
主流道始端直径φB=φA+（0.5～1）mm，球面凹坑半径
～2）mm，半锥角a为
，尽可能缩短长度L（小于60mm为佳）。
如图4-2：
浇口套与注塑机喷嘴关系
本套模具主流道设计要点是：
1.为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角
=3°，内壁粗糙度为Ra=0.63
，整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。
2.主流道大端处是根据注塑机的喷嘴头来设计的，呈圆角，其半径R=14mm，以减小料流在转向时过渡的阻力。
3.为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注塑机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径
（1~2）mm，R
=12mm，取R
=14mm。
其主浇道小端直径d1=d2+（0.5~1）mm,取d1=4.5mm。
流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等
（2）分流道的设计
1）分流道的布置：
为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此，采用如下图所示衡式分流道结构：
2）分流道的形状和截面尺寸：
由于聚苯乙烯的流动性很好，因此选用加工性能比较好的圆形流道，查表得d=6mm。
3）分流道的表面粗糙度：
流道的表面粗糙度的Ra并不要求很低，一般为0.8—1.6,在此取1.6。
分浇道设计要点：
（1）分浇道的断面和长度设计，应在保证顺利充的前提下，尽量取小，尤其对小型塑件更为重要。
（2）分浇道的表面不必很光，表面粗糙度一般为1.6um即可，这样可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。
（3）当分浇道较长时，在分浇道末端应开设冷料穴，以容纳冷料，保证塑件的质量。
（4）分浇道与浇口的连接处要以斜面或圆弧过渡，有利于塑件的流动及填充。
否则会引起反压力，消耗动能。
（3）浇口的设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。
浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。
浇口的作用主要有以下几点：
1.熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注塑机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。
2.熔体在流经狭窄的浇口时产生的摩擦热，使熔体升温，有助于充模。
3.易于切除浇口尾料，二次加工方便。
4.对于多型腔模具，用以平衡进料；对于多浇口单型腔模具，用于控制熔接痕的位置。
浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.03%～0.09%。
浇口截面积通常有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm左右。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
在注塑模具中常用的浇口形式有如下几种：
直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、扇形浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口。
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的位置时应注意以下几点：
1.浇口应设在能使型腔各个角落都可以同时填满的位置。
2.浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。
3.浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。
4.浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。
当无法避免产生熔合纹的产生时，浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。
5.浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。
6.浇口应设置在不影响制品外观的部位。
7.不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口，一般制品浇口附近的强度较差。
由于设计零件是表面要求较高的塑件，又因为该模具因其结构复杂为3板模机构，故选择点浇口为佳。
并且表面网格的孔上。
综上说述，该模具采用侧浇口的形式，浇口的长取1.5mm，宽取1.5mm。
深取1.5mm。
脱模后要人工进行切割多余的凝料。
（4）冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴的作用是收集每次成型时流动熔体前端得冷料头，避免这些冷料进入型腔，影响塑件的质量，或者堵塞浇口，冷料穴一般都设在主浇道末端，其形式不仅与主浇道的拉料杆有关，而且还与主浇道中得凝料脱模形式有关。
本案采用带拉杆形式的冷料穴，以便于加工，且在分流道末端也设置冷料穴，以保证填充速度持续稳定。
冷料穴，末端采用钩形（Ｚ形）拉料杆，在开模时钩住主流道凝料并将其从主流道中拉出，因Ｚ形拉料杆不能实现自动脱落，因而需人工取件。
4.5.压力
注射成型过程中的压力包括塑化压力、注射压力和保压压力，前者影响着塑料的塑化效果，而后两者则则接影响着塑料熔体的冲模数率和制品的最终质量。
4.5.1注射压力
注射压力的作用在于克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔料一定的充模速率以及对熔料经行压实。
注射压力的大小决定了塑料的冲模数率并影响到制品的质量，随着注射机的类型、被加工塑料的种类及温度、制品结构的复杂程度、壁厚，特别是浇注系统设计等情况的不同，所需的注射压力也不相同，每一种塑料都有其自己的最佳注射压力（速率）范围，由于该塑件材料为PS，PS为低粘度，形状不是很复杂．表７列出了常见注射压力的范围表
表７ 注射压力范围表
制件形状、要求
注射压力／ＭＰa
适用塑料
容体黏度较低，形状精度一般
７０～１００
聚乙烯、聚苯乙烯
中等黏度，精度要求低形状较复杂
１００～１４０
聚丙烯、聚碳酸酯、ＡＢＳ
黏度高，薄壁长流程，精度高且形状复杂
１４０～１８０
聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯
优质、精密、微型
１８０～２５０
参考上表，在此注射压力取90
。
4.6.模具温度调节系统
注射成型过程中零件药控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。
前两种温度主要是影响塑料熔体在模内的塑化和流动，而后一种温度主要是影响塑料熔体在模内的流动和冷却。
4.6.1.料筒温度
各种塑料的特性与料筒温度的选择有直接的关系，因为每种塑料都有各自的不同的粘流温度
（或熔点
）和热分解温度
，因此，我们在确定料筒末端温度时，应结合塑料的特性来加以选择，对非晶属结晶型塑料，料筒末端的温度应高于
而低于
，对结晶型塑料，料筒末端的温度应高于
而低于
。
由于PS塑料是一种非结晶型共聚物，所以料筒末端的温度应高于
而低于
，同时考虑到柱塞式注射机中塑料仅靠料筒壁及分流梭表面传热，而且料筒中的料层较厚，传热较慢，因此需要较高的料筒温度，又料筒温度的选择还应结合制品及模具的结构特点：
1~2mm属于薄壁制
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