热水瓶盖注射模设计.docx
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热水瓶盖注射模设计
摘要
塑料注射（塑）模具:
它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。
其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。
制造材料通常采用塑料模具钢模块，常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢等。
注射成型加工方式通常只适用于热塑性塑料品种的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械、电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。
关键词：
塑料；注塑；模具
ABSTRACT
Plasticinjection（plastic）molds:
itisthermoplasticplasticpartsintheproductionofthemostuniversalofamold,plasticinjectionmoldingdiecorrespondingplasticsprocessingequipmentisInjectionMoldingMachine,plasticinjectionmachineinthefirstheatattheendoftheheatingLiaotongMelt,andthentheinjectionofplungerwithascreworpromotion,theinjectionnozzlesanddie-castingsystemintothemoldcavity,plasticmoldingcoolingsclerosis,Strippinggetproducts.Thestructureisusuallyformingparts,casting,directioncomponents,introducedinstitutions,regulatedsystem,exhaustsystem,withsupportcomponentssuchascomponents.Thematerialcommonlyusedplasticmoldsteelmodules,thematerialusedmainlycarbonstructuralsteel,carbontoolsteel,alloytoolsteel,high-speedsteel.InjectionMoldingprocessingusuallyapplyonlytothermoplasticsproductionofvarietiesofproducts,withproductionofinjectionmoldingofplasticproductsisverywide,fromthedailynecessitiesoflifetoallkindsofcomplicatedmachinery,electricalappliances,transportandotherpartsareusedinjectionmoldingdie,Itistheproductionofplasticproductsthemostwidelyappliedamethodofprocessing.
Keywords:
plastic;injection;mold
1前言
1、1模具工业在国民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。
振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。
早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。
模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。
汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。
汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。
汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。
一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。
为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。
中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。
单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。
一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。
其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。
目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。
中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。
研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。
1、2我国模具技术的现状及发展趋势
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。
近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。
许多模具企业十分重视技术发展。
加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。
此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。
今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。
与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。
今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。
（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。
（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。
（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
2塑件的分析
2.1注射成型原理
在注射成型时，塑料要经过三个阶段的转换：
一是塑料未进入料筒前的颗粒状态；二是塑料在料筒中的塑化流动的熔融状态；三是塑料通过注射浇注系统的冲模流动及冷却定型。
在每个阶段中：
（1）塑料有自身的物性参数和本构关系（固有特性、内因）；
（2）一定量的塑料聚集在一起形成一个宏观结构；（3）塑料宏观结构周围的非塑料本身的结构（如注射模、注射机等）就是塑料的几何边界；（4）塑料要受到来自外界或其内部的各种力，包括机械力（如：
压力、剪切力、摩擦力等）、物理力（如：
热、结晶、相变等物理变化力）、化学力（如：
热分解等化学变化力）。
在第一个阶段中，塑料在未进入料筒前的流动，属于颗粒流，主要是塑料受到机械力等的作用而产生的塑料颗粒运动。
即加料计量阶段。
在第二个阶段中，塑料在料筒和剪切热的作用下，发生塑化熔融而在料筒中流动，这种在料筒内每一部位的流动状态基本保持恒定，属于稳定流动。
第三个阶段是塑料最终成型的关键所在，塑料通过注射模浇注系统的冲模流动在模腔内各点的流动状态不能保持恒定，属于非稳定流动。
模具型腔压力周期分为冲模、补料、倒流和浇口封闭后的冷却阶段。
熔融塑料在冲模过程中的压力损失随着流动长度的增加而增大，流道和型腔长度愈长，压力损失愈大；随流道及型腔断面尺寸的减少而增大；随熔融塑料的表现粘度的增大而增大。
2.2塑件的使用要求
耐用，耐磨，可以承受较大的冲击力，不易摔坏；好看，有光泽表面较光滑；化学性质稳定，可以耐高温（一般低于100oC），耐化学腐蚀。
2.3塑件的材料选择及材料的介绍
（1）名称
ABS中文名：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名：
Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。
（2）基本特性：
无毒无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度在1.02~1.05g/cm3,其收缩率为0.3~0.8%。
ABS吸湿性很强，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。
流动性一般，溢料间隙约在0.04mm。
ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
成型特点：
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60~80oC。
主要技术指标：
比重：
1.02~1.16g/cm3。
比容：
0.86~0.98cm3/g。
吸水性：
0.2~0.4%（24h）。
熔点：
130~160oC。
热变形温度：
4.6×105Pa----130~160oC。
18.5×105Pa----90~108oC。
抗拉屈服强度（105Pa）:
500
拉伸强度模量：
1.8×104Mpa
弯曲强度：
800×105Pa
2.4ABS的注射工艺参数
注射机类型：
螺杆式
螺杆转速：
30~60r/min
喷嘴形式：
直通式
喷嘴温度：
190~200oC
料筒温度：
前200~210oC
中210~230oC
后180~200oC
模温：
50~80oC
注射压力：
70~120Mpa
保压力：
50~70Mpa
注射时间（s）：
3~5
保压时间（s）：
15~30
冷却时间（s）：
15~30
成型周期（s）：
40~70
2.5塑件的形状尺寸
塑件图如下页所示：
塑件的工作条件对精度要求较低，根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为5级精度（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P66表3-8）。
其密度为1.0~1.1g.cm3
经计算得塑件的底面积为：
S塑=530.66mm2
得塑件的体积为：
V塑=1.351cm3
塑件的质量为：
W塑=V塑×r塑=1.5（g）。
图2.1塑件图
3型腔数目的确定及排布
3.1型腔数目的确定
为了使模具与注塑机的生产能力相匹配,提高生产效率和经济性,并保证塑件精度,模具设计时应确定型腔数目.常用方法有四种:
（1）根据经济性确定型腔数目
根据总成型加工费用最小的原则,并忽略准备时间和试生产原材料费用,仅考虑模具加工费和塑件成型加工费.
设型腔数目为n,制品总件数为N,每一个型腔所需的模具费用为C
与型腔无关的模具费用为C
每小时注射成型的加工费用为y（元/h）,成型周期为t（min）,则:
模具费用为:
（元）
注射成型费用为:
=N
（元）
总成型加工费用为:
即;
X=N
+
为使总的成型加工费用最小,即令
=0,
则有N（
）（-
）+
=0
所以n=
（2.1）
（2）根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目
当成型大型平板制件时,常用这种方法.设注射机的额定锁模力为F（N）,型腔内塑料熔体的平均压力为p
（MPa）,单个制品在分型面上的投影面积为A
（mm
），浇注系统在分型面上的投影面积为A
（mm
）,则:
（nA
+A
）p
F即:
n
（2.2）
（3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目
设注射机的最大注射量为G（g）,单个制品的质量为W1（g）,浇注系统的质量为W2（g）,则型腔的数目为:
n
（2.3）
若将质量（除以密度的）用体积表示,（4-3）式也可以用。
（4）根据制品精度确定型腔数目
根据经验,在模具中每加工一个型腔,制品尺寸精度要降低4%。
设模具中的型腔数目为n,制品的基本尺寸为L（mm）,塑件的尺寸公差为
，单型腔模具注塑生产时可能产生的尺寸误差为
（聚甲醛为
尼龙为66
聚碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为
）则有塑件尺寸精度的表达式为:
L
+（N-1）L
4%
简化后可得型腔数目为:
n
-24（2.4）
对于高精度制品,由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致,故通常推荐型腔数目不超过4个.
从塑件的生产效率和成本考虑，而且在生产批量较大时，精度要求一般，暂时设型腔数目为4，这样好平衡式排列，以保证各型腔平衡进料，因此采用一模四腔的模具来加工。
3.2多型腔的排列
多型腔在模板上排列形式通常有圆形、H形、直线形及复合形等，在设计时应注意以下几点：
（1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。
（2）型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。
（3）尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。
综上所述，本设计采用的排列方式如图3.1所示：
图3.1型腔数目及排布图
4分型面的选择
4.1分型面的选择
分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。
1、便于塑件脱模
（1）在开模时尽量使塑件留在动模内。
（2）应有利于侧面分型和抽芯。
（3）应合理安排塑件在型腔中的方位。
2、分型面的数量和形状
通常只采用一个与注射机开模运动方向相垂直的方向，特殊情况下采用一个以上的分型面或其他形状的分型面。
确定分型面形状时应以模具制造及脱模方便的原则。
3、型腔方位的确定
在决定型腔在模具内的方位时，分型面的选择应尽量防止孔或侧凹，以免采用较复杂的模具结构。
4、确保塑件质量
分型面应不要选择在塑件光滑的外表面，避免影响外观质量；将塑件要求同轴度的部分放到分型面的同一侧，以确保塑件的同轴度；要考虑脱模斜度造成塑件大、小端的尺寸差异要求等
5、有利于塑件的脱模
由于模具脱模机构通常只设在动模一侧，故选择分型面时应尽可能使开模后塑件留在动模一侧。
这对于自动化生产使用的模具尤其显得重要。
6.考虑侧向轴拔距
一般机械式抽芯机构的侧向拔距都较小，因此选择分型面时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，而将短抽拔距做为侧向分型或抽芯。
并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯。
7.锁紧模具的要求
侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面。
8.有利于排气
当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设在塑料熔体的末端，以利于排气。
9.模具零件易于加工选择分型面时，应使模具分割成便于加工的零件，以减小机械加工的困难。
图4.1分型面图
5浇注系统的设计
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，或是在此通道内冷凝的固体塑料。
浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。
普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
本设计采用普通浇注系统。
浇注系统设计原则：
浇注系统设计是指注射模设计的一个重要环节，它对注射成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，设计时
5.1必须遵循以下原则
（1）结合型腔布局考虑，应考虑以下三点：
a.尽可能采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道。
b.型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载产生溢料现象。
c.型腔排列要尽可能紧凑，以减少模具外形尺寸。
（2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程要尽量短，断面尺寸尽可能大，尽量减少弯折，表面粗糙度要底。
（3）确保均衡进料尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分道尽可能采用平衡式布置。
（4）塑料耗量要少在满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量要小，以减少塑料的耗量。
（5）消除冷料浇注系统应能捕集温度较低的“冷料”，防止其进入型腔，影响塑件的质量。
（6）排气良好浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出。
（7）防止塑件出现缺陷避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象。
（8）塑件外观质量根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用。
（9）生产效率尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成形周期短，效率高。
（10）塑料熔体流体特性大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，以充分利用。
5.2浇注系统的组成
普通流道浇注系统一般由主流道，分流道，浇口和冷料穴等四部分组成。
5.3浇注系统设计
为使塑件去掉浇口方便，并结合物料特性，以及塑件的形状，以采用点浇口为宜。
图5.1浇注系统图
其质量约为：
W浇=V浇×r塑=7~8g。
塑件的截面厚度较小，不适合采用推杆推出，而采用推件板推出较为合适。
因而不宜开设冷料穴，所以拉料杆采用球扣形式。
不影响塑件外观质量，依据上述分型面，分流道宜采用圆形截面，在定模固定板上采用浇口套。
6注射机的型号和规格
6.1注射机的选择
由于采用的是一模四腔的方案，则需计算整个的塑件体积，由经验取废料值为整个塑件质量的15%
根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：
d=4mmD=8mmR=15mmt=4mm
r=2mml=45~50mmL=40~50mm
初步估算浇注系统的体积，V浇=6~7cm3。
S=（n×W塑+W浇）/0.8=16~17g。
所以，选择用注射机型号为：
XS-Z-30。
注射机的技术规格：
型号：
XS-Z-30
额定注射量（cm3）：
30g
螺杆直径（mm）:
28
注射压力（MPa）:
119
注射行程（mm）：
130
注射时间（s）:
0.7
注射方式：
柱塞式
合模力kN:
250
最大注射面积（cm2）：
90
最大开（合）模行程（mm）：
160
模具最大厚度（mm）：
180
模具最小厚度（mm）：
60
模板最大距离（mm）:
340
最大开模行程（mm）：
160
喷嘴圆弧（mm）：
SR12
喷嘴孔径（mm）：
Φ
7成型零部件的结构设计和工作尺寸计算
7.1产生偏差的原因
（1）．塑料的成型收缩
成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：
预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。
σs=（Smax-Smin）×制品尺寸
σs 成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。
（2）．成型零部件的制造偏差
工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。
（3）．成型零部件的磨损
本产品为抗冲ＡＢＳ制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取０.8%和０.3％。
此产品采用4级精度，属于一般精度制品。
因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间
凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：
（Lm3）0+δz=[（1+s¯）LS3-0.5×Δ]0+δz
=[（1+0.5%）×27-0.5×0.24]0+0.24/4
=27.020+0.06mm
（lm2）0+δz=[（1+s¯）LS2-0.5×Δ]0+δz
=[（1+0.5%）×22-0.5×0.22]0+0.22/4
=220+0.055mm
（lm1）0-δz=[（1+s¯s¯）LS1+0.5×Δ]0-δz
=[（1+0.5%）×19+0.5×0.22]0-0.22/4
=19.210-0.055mm
（Hm2）0+δz=[（1+s¯）HS2-0.5×Δ]0+δz
=[（1+0.5%）×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.950+0.03mm
（hm3）0+δz=[（1+s¯s¯）HS3-0.5×Δ]0+δz
=[（1+0.5%）×3-0.5×0.12]0+0.12/4
=2.940+0.03mm
（srm）0-δz=[（1+s¯s¯）+0.5×Δ]0-δz
=[（1+0.5%）×30+0.5×0.24]0-0.24/4
=30.130-0.06mm
（SRM）0+δz=[（1+s¯s¯）SRS-0.5×Δ]0+δz
=[（1+0.5%）×30-0.5×0.24]0+0.24/4
=29.900+0.06mm
（Hm）0+δz=[（1+s¯s¯）HS-0.5×Δ]0+δz
=[（1+0.5%）×2-0.5×0.12
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