PP塑料盒模具设计说明书.docx
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PP塑料盒模具设计说明书
广东白云学院
塑料成型工艺及模具设计
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PP塑料盒模具设计说明书
学生姓名
学生学号
所在系别机电工程系
所学课程塑料成型工艺及模具设计
任课教师
二O一O年六月二十一日
一、塑件成型工艺分析3
二、塑件分型面位置的分析4
三、塑件型腔数量及排列方式的确定4
四、注射机的选择及有关参数的校核4
五、零件成型尺寸的计算7
六、浇注系统的形式的选择及工艺参数的校核9
七、成型零件强度及支承板厚度计算11
八、模架的选择13
九、导向机构的设计14
十、脱模推出机构的设计14
十一、排气系统设计17
十二、温度调节系统的设计17
十三、模具开合模动作过程20
任务书
一．任务与要求
（1）给定塑件零件图一张，按模具设计要求将塑件有关公差进行变换
（2）完成模具装配图一张用手工绘制成A0~A1图幅，按制图标准。
（3）完成模具成型零件（凸模，凹模）图2张~3张。
（4）编写设计说明书
（5）个人答辩后利用业余时间CAD绘图装配图
二．设计时间及进程安排
时间
内容
时间
内容
设
计
前
准
备
绘制塑件三维图
设
计
周
脱模力计算推出元件尺寸确定
绘制塑件平面图
各模板厚度及其他零件尺寸
注射机选择及计算
确定绘制手工装配图及制定技术要求
结构方案的分析及确定
装配图修改
型腔工作尺寸及计算
非标准零件图的绘制，制定技术要求，零件图修改
说明书
答辩及纠错
课余时间
CAD绘图
班上交流
三．设计题目
一、塑件成型工艺分析
1.塑料性能分析
本塑件材料为聚丙烯，代号为PP。
聚丙烯是塑料中最青的，机械强度比PE高。
耐水耐热，电性能和弯折性号。
一般用于电器绝缘制品，包装容器，打包带，编织袋等。
2.成型工艺分析
PP的工艺参数如下：
收缩率
1.0～3.0%
熔点
164～170℃
热变形温度
105～116℃
模具温度
40～60℃
喷嘴温度
190～220℃
中段温度
220～240℃
后段温度
180～210℃
注射压力
40～80MPa
（注：
以上数据来自《塑料模具设计》学习指导第41页，下面简称文献①）
3.塑件结构分析
塑件结构如图1所示，塑件壁厚大致均匀，除底部厚度为4mm外，其余壁厚都在2mm左右。
表面粗糙度没有特别要求，无需进行特别处理便可达到
的要求。
在尺寸精度方面，塑料盒盒壁的中心距精度较高，所以对模具型芯精度要求较高，另外考虑型芯的工艺性凸模采用镶嵌式。
（注：
以上分析纯属个人意见，如有类同纯属巧合）
图1
二、塑件分型面位置的分析
分析塑件的最大截面在尺寸L处，如图1所示。
所以分型面设置在尺寸L处复合模具的开模要求，避免了在塑件表面留下分型线的痕迹，另外塑件对型芯产生的包紧力足以保证塑件留在动模一侧，使得产品的推出并无太大阻碍。
考虑塑件收缩率的问题，可设置脱模斜度和表面粗糙度解决。
（注：
以上分析参考《塑料成型工艺及模具设计》，下面简称文献②，第81页）
三、塑件型腔数量及排列方式的确定
根据设计要求，模具结构为单型腔模具，型腔设置在模具中心，所以不存在排列问题。
四、注射机的选择及有关参数的校核
1.注射量的计算
塑料盒外壳：
塑料盒格子：
侧凸缘：
底面：
底面凸缘：
所以塑件体积：
另外，流道凝料可按塑料体积的0.6陪来估算（注：
该结论摘自《塑料模具设计指导》）
2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需胀型力的计算
由于该塑件为单型腔模具，根据塑件形状得知塑件在分型面上的投影面积A包含流道冷凝料的投影面积，所以
胀型力：
3.初选注射机
根据每一生产周期的注射量和胀型力的值，选用型号为HTF86X-C的注射成型机。
其具体参数如下：
标称注射量/
165
注射压力/MPa
149
注射方式
螺杆式
合模力/N
模板最大行程/mm
310
模板最大厚度/mm
360
模板最小厚度/mm
150
推出形式
中心推出
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔直径/mm
4
定位圈尺寸/mm
100
4.注射机的校核
（1）注射量的校核
为保证成型过程顺利进行，模具需要实际注射量应该小于或等于某注射机标称注射量的80%即：
式中n为型腔个数；
为单个塑件容积；
为浇注系统的容积。
代入数据得：
（2）注射压力的校核
为保证成型过程顺利进行，注射机的标称注射压力
应小于塑件成型所需的注射压力
查文献①附录2得PP料的注射压力
（3）锁模力校核
注射机的标称合模力必需大于塑件的胀型力即：
。
根据前面的数据
（4）开模行程的校核
确定该塑件采用单分型面模具。
要求注射机的最大行程大于模具实际开模所行程。
模具开模所需的行程
综上所述，注射机满足本塑件的使用要求。
五、零件成型尺寸的计算
塑件尺寸一般公差精度为MT3；未注公差为MT5。
（GB/T14486-1993）
单位：
mm
一般公差:
MT3
未注公差:
MT5
A类尺寸
C
F
H
L
D
E
I
P
Q
H'
尺寸
67
17
22
70
5
4
14
2
2.5
22
公差
0.46
0.2
0.24
±0.43
±0.12
±0.12
±0.16
±0.1
±0.1
0.44
B类尺寸
A
B
尺寸
35
40
公差
0.52
±0.38
尺寸1：
尺寸2：
尺寸3：
尺寸4：
尺寸5：
尺寸6：
尺寸7：
尺寸8：
尺寸9：
尺寸10：
尺寸11：
尺寸12：
其中
——塑料收缩率，前面已查得收缩率
，计算中取2%。
——型腔制造公差
为该塑件的尺寸公差（按GB/T14486——1993查取），计算中取
。
计算公式参考文献①
计算精确到小数点后两位。
六、浇注系统的形式的选择及工艺参数的校核
1.主流道的设计
本塑件的型腔壁薄，结构复杂含有多腔结构，对塑料熔体形成较大阻力，适合使用直接浇口。
使用直接浇口可以增大浇口横截面积，减少流动阻力，有助于排气及消除熔接痕，并且其强大的保压补缩能力更容易保证塑件的完整成型。
另外，塑件底部的两个凸缘减少了对塑件底部平整度的要求，所以直接浇口留下的冷凝料对塑件的使用要求影响较小。
于是本塑件采用直接浇口。
（1）为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处溢料，主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，凹坑深度为
，其球面半径SR应比注射机喷嘴头球面半径大1~2mm；主流道小端直径大0.5~1mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。
已知已选的机台喷嘴孔直径为4mm，喷嘴球半径为12mm，则主流道小端直径为5mm，球面半径为14mm，凹坑深度取
。
（2）为了减少对塑料熔体的阻力及顺利脱出主流道凝料，浇口套内壁表面粗糙度应加工到
。
（3）主流道的圆锥角设得过小，会增加主流道凝料的脱出难度；设得过大，又会产生湍流或漩涡，卷入空气，所以，通常取
。
本塑件主流道的圆锥角取
。
（4）主流道大端圆角半径
，以减小料流转向过渡时的阻力。
本塑件主流道大端圆角半径取
。
（5）在模具结构允许的情况下，主流道的长度应尽能短，一般取
，过长则会增加压力损失，使塑料熔体的温度下降过多，从而影响熔体的顺利充型。
根据顶模座板的厚度而定。
（6）为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式主流道长约等于模板厚度。
衬套如下图所示材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC～57HRC。
图2
2.主流道凝料体积
3.主流道剪切速率的校核
由经验公式
其中
——模具的体积流量
——主流道的平均半径
七、成型零件强度及支承板厚度计算
理论分析表明，对于大尺寸的型腔刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算零件的结构尺寸。
而小尺寸的型腔在发生足够大的弹性变形前往往因强度不足而破坏，因此应按强度条件进行计算。
由于没有详细的资料对大尺寸型腔与小尺寸型腔进行区分，一下将按强度条件和刚度条件进行计算然后取其较大者。
对于模具型腔刚度条件的校核，根据模具成型的特殊情况，必须考虑一下几个方面的问题：
（1）不发生溢料避免高压塑料熔体注模具型腔体后，侧壁或底板发生变形，使配合面产生溢料间隙，应该根据不同塑料的最大溢料间隙来决定其刚度条件。
本塑件材料PP属于低粘度塑料，其允许间隙为0.025~0.04mm.（数据参考《塑料模具设计与制造》，下文简称文献③第139页）
（2）保证制造精度塑件的尺寸精度要求模具型腔具有良好的刚性，即塑料注入时不产生过大的弹性变形，最大弹性变形值可以取制件允许公差值的五分之一左右。
本塑件型腔最大尺寸为68.69mm,其公差值为0.46，因此从保证尺寸精度的角度出发，允许的弹性变量为0.092mm。
（3）保证制件的顺利脱模避免由于模具刚度不足，塑料熔体的压力使模具变形过大，即变形值大于制件收缩率时，成型后制件的周边将被型腔壁包紧。
脱模时，塑件因摩擦而划伤或因脱模力过大而顶坏。
因此型腔允许弹性变形值应小于或等于制件收缩值。
已知PP料的收缩率为1%~3%,则本塑件的最大收缩值为0.67~2.01mm。
综上所述，当以不溢料间隙作为允许变形量
进行刚度计算时，可以同时满足以上三个要求。
考虑到模具型腔的工艺性，根据本塑件的结构特点，若用整体式型腔塑件的许多深腔结构会大大增加材料成本，因此本模具的凹模采用组合式结构。
1.型腔最小侧壁壁厚的计算
（1）按刚度条件计算型腔壁厚
两端固定承受均布载荷的矩形梁，其最大变形
发生在梁的中点，于是根据刚度条件有：
其中，
——型腔内的成型压力，已知PP料注射时型腔的平均压力
；
——型腔内高度，本塑件内高
；
——型腔外高，为确定时可按
计算；
——模具许用变形量，根据上文的分析取
；
——材料的弹性模量，碳钢
。
所以，按刚度条件确定侧壁壁厚S的公式为
（2）按型腔强度条件计算型腔壁厚S
对两端固定，承受均布载荷的矩形梁，其最大应力
发生在梁的端点，根据强度条件
其中
——材料的许用应力，碳钢
。
所以按强度条件确定侧壁壁厚S的公式为
于是得到型腔最小壁厚为15.2mm。
2.型腔最小底板厚度的计算
（1）按刚度条件计算底板厚度h
成型压力作用在
的区域内，如果支架的间距也取L，则底板的力学模型可以简化为受均布载荷作用，长为L的矩形截面的简支梁，其最大变形量
发生在梁的跨度中心处，根据刚度条件有
由此按刚度条件确定底板厚度公式为：
（2）按强度条件计算底板厚度h
对于受均布载荷作用的矩形截面的间支梁，其最大应力
发生在梁的端点处，根据强度条件有
由此按强度条件计算底板厚h的公式为：
于是得到型腔最小底板厚度为19.06mm。
（注：
以上计算过程参考文献③第138页）
八、模架的选择
1.各模板尺寸的确定。
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为BI型、模架尺寸为
的标准模架，可符合要求。
（1）A板尺。
A板是定模固定板，塑件成型高度为40.29mm，故A板厚度取50mm。
（2）B板尺寸。
是型芯固定板，考虑力学稳定性，B板厚度应该与型芯高度相约，故B板厚度取35mm。
（3）C板（垫块）尺寸。
垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5~10）mm=（35+20+15+5~10）mm=75~80mm，初步定C板厚度为80mm。
经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定为模架序号为5号，板面为
，模架结构形式为BI型标准模架。
其外形尺寸：
。
2.模架尺寸的校核
模架高度尺寸255.29mm，150mm<255.29mm<360mm（模具的最大尺寸和最小尺寸），校核及格。
九、导向机构的设计
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。
按作用分为模内定位和模外定位。
1.模外定位：
本模具通过定位圈使模具浇口套能与注射机喷嘴精确定位；具体尺寸如图2。
2.模内定位：
本模具的模内定位通过导柱导套进行合模定位，导柱位置按标准模架设置。
十、脱模推出机构的设计
1.推出力的估算
（1）因塑件对型芯的包紧产生的摩擦力
L——型芯周长，单位mm；
h——型芯高度，单位mm；
——单位面积正压力，一般取7.8～11.8MPa，计算中取11.8Mpa；
f——摩擦系数，一般取0.1～0.2，计算中取0.2;
a——脱模斜度，计算中取1°
（2）因真空产生的包紧力
A——垂直脱模方向上的面积，单位
注大气压取0.09Mpa
参考《塑料成型模具设计手册》
有计算结果得知，该塑件的脱模力较大，
为提供充足且均匀的脱模力，本模具对塑件周边采用推板脱模，对塑件中心采用推杆脱模机构进行脱模，降低脱模板的制造难度。
2.推杆的尺寸、数量和布置
（1）圆形推杆的直径d，可由公式：
推算。
其中L——推杆长度，单位mm；
——塑件脱模力，单位N，计算中取
；
E——材料的弹性模量，碳钢
。
n——推杆数量；
k——是安全系数，取k=1.5
（2）推杆的布置
根据推杆布置的一般原则，推杆必需布置在需要排气而又不能靠分型面排气的区域，根据本塑件的特殊结构，在肋与肋的相交点上布置四根直径为2mm的阶梯推杆，避免了对型芯的摩擦。
在中央的方块布置直径为12mm的推杆提供主要的脱模力。
3.推板的设计及厚度的确定
为减少脱模过程中脱模板与与型芯之间的摩擦，根据溢料间隙，两者之间应有0.2~0.3mm的间隙，并采用锥面配合，一防止脱模板偏斜溢料。
锥面的斜度约取5°~10°。
另外在脱模板上安装矩形嵌件，进一步提高脱模板的耐磨性，减小热处理带来的变形。
对于脱模板的厚度的计算，根据刚度条件
其中L——矩形件长度，单位mm，本模具取150mm；
B——矩形件宽度，单位mm，本模具取84mm；
——模具许用变形量，根据上文的分析取
；
——塑件脱模力，单位N，计算中取
；
——材料的弹性模量，碳钢
。
十一、排气系统设计
在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体和塑料中的水分在注塑温度下汽化形成的水蒸气。
这些气体若不能顺利排出，则有可能因填充时气体被压缩而产生的高温引起塑件局部碳化烧焦，同时这些高温高压气体页可能挤入塑料熔体内而使塑件产生气泡、空洞或填充不足等缺陷。
因此有必要在分型面设计排气槽进行改善。
参考《塑料成型工艺及模具设计》表4-14，得PP的排气槽深度为0.01~0.03mm，取0.02mm；导气沟深度为0.8~1.5mm，取1.5mm。
根据塑件
结构排气槽的位置如下：
十二、温度调节系统的设计
1.冷却介质
PP属低黏度材料，其成型温度及模具温度为
105～116℃和40～60℃，所以，模具温度初步选定40℃，用常温水对模具进行冷却。
2.冷却系统的简单计算
（1）单位时间内注射入模具中的塑料熔体的总质量
1）塑件制品的体积前面已算得
2）塑料制品的质量
已知PP的密度
，取
则塑料制品的质量
3）塑件平均壁厚为3.1mm，可查《塑料成型工艺及模具设计》表4-34得。
塑件的冷却时间为
，取注射时间
，脱模时间
，则注射周期：
。
由此得每小时注射次数
4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：
（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量
查《塑料成型工艺及模具设计》表4-35直接可知PP单位热流量
（3）计算冷却水的体积流量
设冷却水道入水口的水温为22℃，出水口的水温为25℃，取水的密度为
，水的比热容
。
则根据公式可知得：
（4）确定冷却水道的直径
当
时，查《塑料成型工艺及模具设计》表4-30可知，为了使冷却水处于稳定湍流状态，取模具冷却水孔直径8mm。
（5）冷却水在管内的流速
（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h
因为平均水温为23.5℃，查《塑料成型工艺及模具设计》表4-31可得
，则有：
（7）计算冷却水通道的导热总面积
（8）计算模具所需冷却水管的总长度
（9）冷却水路的根数x
设每条水路的长度为
，则冷却水路的根数为
根
由上述计算可以看出，三条冷却水道对于模具来说显然是不合格的，因此应根据具体情况加以修改。
为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却，具体布置如下图。
3.凹模嵌件和型芯冷却水道的设置
为保证开模时塑胶留在动模侧，要求凹模需要冷却充分，故在凹模采用采用井字形冷却。
同时把凹模设置成镶块式，最大限度地减少冷却水道对模具强度的削弱。
对于凸模的冷却水道的设计，根据型芯的特殊结构，本模具适合采用点冷却以提高模具的冷却效果。
十三、模具开合模动作过程
模具装配试模完毕之后，模具进入正式工作状态，基本工作过程如下.
（1）对塑料PP进行烘干，并装入料斗。
（2）清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。
（3）合模、锁紧模具。
（4）对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。
（5）注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。
（6）脱模过程。
开模时，由于塑件对型芯的包紧力式塑件留在动模一侧。
开模到一定距离后，推出机构动作，推板在注射机顶干的作用下，带动推杆和脱模板动作。
随着脱模板和推杆的推出，塑件进而从型芯动模上的型芯中脱出。
最后将塑件取出。
（7）塑件的后处理。
切掉塑件上的浇注系统凝料，对塑件进行调湿处理。
参考文献：
[1]吴生绪《塑料成型模具设计手册》；
[2]叶久新王群《塑料成型工艺及模具设计》2007年，机械工业出版社；
[3]伍先明王群主庞佑霞张厚安《塑料模具设计指导》2009年，国防工业出版社；
[4]杨占尧《复杂·精密·高效·长寿命注塑模具典型结构图例》2005年，化学工业出版社；
[5]王永平《注射模具设计经验点评》2004年，机械工业出版社；
[6]王栓虎《塑料模具设计与制造》2008年，东南大学出版社。
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