托盘注塑机课程设计.docx
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托盘注塑机课程设计
闽南理工学院
MINNANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY
课程设计
课题名称：
塑料托盘注射模设计
系别：
光电与机电工程系
专业：
材料成型及控制工程
学生姓名：
性别：
男
学号：
班级：
1020161
指导教师：
郑森伟职称：
年月日
摘要
本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，但成型难度较大，模具结构较为复杂，对模具工作人员是一个很好的考验。
它能加强了对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以注射油壶盖模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程,能很好的学习致用的效果,在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件,把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、Pro/E等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。
关键词：
收缩率；注塑；分流道；浇口；脱模；装配；开模
目录
1.绪论V
1.1.1国内模具市场现状1
1.1.2国内模具的发展前景1
1.2塑料模具的发展背景2
1.3塑料注射模具概述2
1.3.1注塑模具设计的特点2
1.3.2注塑模具的组成2
1.3.3注塑模具的分类3
2.塑件成型工艺分析4
2.1塑料成型特性4
2.2塑件的结构工艺性5
2.2.1塑件的结构工艺性分析5
2.2.2塑件的尺寸精度分析6
2.2.3塑件表面质量分析7
2.3塑件的生产批量7
2.4关于注塑机8
2.4.1主要技术参数8
2.4.2计算塑件体积和质量8
2.4.3确定型腔数目8
2.4.4确定注射成型的工艺参数9
3.分型面的选择以及浇注系统的设计10
3.1分型面的择10
3.2浇注系统的设计11
4.模具设计的方案论证13
4.1型腔布局13
4.2成型零件的结构14
4.3推出机构的确定14
4.4合模导向机构的设计15
5.主要零部件的设计计算16
5.1成型零部件的尺寸计算16
5.2模具型腔壁厚的确定17
5.3模具型腔模板总体尺寸的确定17
5.4标准模架的确定17
5.4.1模架概述18
5.4.2模架的组合形式18
5.4.3模架的选择18
5.4.4模具结构19
6．塑料注射机有关参数的校核19
6.1模具闭合高度的确定19
6.2模具闭合高度的校核20
6.3模具安装部分的校核20
6.4模具开模行程的校核20
6.5锁模力的校核21
6.6注射压力的校核21
6.7注射量的校核21
7．结论21
参考文献22
致谢22
1.绪论
本课题主要是针对塑料托盘的注塑模具设计,该塑料托盘材料为无毒PS材料，是日常生活中常见的一种塑件产品。
通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。
该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。
通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。
根据题目设计的主要任务是托盘注塑模具的设计，也就是设计一塑模具来生产塑件产品，以实现自动化提高产量。
针对塑件的具体结构，该模具是侧浇口的双分型面注射模具。
1.2在现代工业发展的进程中，模具的地及其重要性日益被人们所认识。
模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！
模具就是“高效益”，模具就是“现代化”之深刻含意，也正在为人们所理解和掌握。
当塑料品种入其成型加工设备被确定之后，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80％。
由此可知，推动模具技术的进步应刻不容缓！
塑料模具设计技术与制造水平，常标志一个国家工业化发展的程度。
由此可知，塑料模具设计，对于产品质量与产量的重要性是不言而喻的。
近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所占比例越来越大。
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。
通过本次设计任务的全过程，有利于培养实践工作能力。
另外，本次设计还必须具备一定的计算机应用的能力，在设计过程中都应结合设计课题利用计算机编制相应的工程计算、分析和优化的程序，同时还具备必要的计算机绘图能力，如利用AutoCAD2004软件进行二维图的绘制和proe三维画图。
本次课程设计的主要任务是塑料香皂盒注塑模具的设计。
也就是设计一副注塑模具来生产塑料盒塑件产品，以实现自动化提高产量。
针对盒盖的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。
同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验
1.3注塑模具的组成
下列以注射塑料模具为例，介绍塑料模具的典型结构。
注塑模具的组成包括以下几个部分：
（1）模具型腔型腔是成型注塑件形状的主要零件，它是由凸模和凹模组成的，一般分为三种:
1）整体式：
采用自制模架或非标准模架，将凸模直接做在A版上，而将凹模直接坐在B版上。
但是这种A版和B版所选用的钢材必须满足成型的要求，而且一般凸模加工困难，钢材消耗多。
2）整体嵌入式：
这种模具一般采用标准模架，所以此形式应用广泛。
它是将凸凹模做成镶块，安装在标准模架的A，B板上。
3）拼镶式型腔：
对于结构复杂的模具型腔，为了简化加工，凸凹模都采用拼装的形式。
[7]
（2）分型面
分开模具取出制品（注塑件）或分开模具取出浇注系统、既可以接触又可以分开的面叫做分型面。
分型面通常是平面，也有斜面或阶梯面。
一般的注塑模至少有一个分型面。
分型面的选择对塑件的质量有直接的影响，因此要认真考虑分型面的位置。
（3）浇注系统
浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料穴，是指模具浇口套和注塑机喷嘴处到型腔位置的流道。
（4）冷却系统
在工作中为了使制品冷却，一般采用冷却水道模具。
（5）排气系统
排气系统在注塑成型中排除型腔中的气体。
排气系统是模具设计中的一个重要部分，但一般情况下可以利用模具零件的配合间隙排气，而无须特意设计排气系统。
（6）脱模机构
脱模是在开模时使制品和浇注系统和模具相脱离。
一般有3种方式：
顶出机构、浇注系统脱出机构和侧抽芯机构。
1.2.3注塑模具的分类
注射机的结构形式根据所使用的注射机的不同可分为立式注射模、直角式注射模和卧式注射模。
（1）立式注射模：
竖直安装在立式注射机上，浇口自上而下注射。
立式注射模多用于小型塑件的成型。
（2）直角式注射模：
平卧安装在直角式注射机上，浇口自上而下，但垂直与开模方向。
（3）卧式注射模：
安装在卧式注射机上，是注射成型中最常用的。
2.塑件成型工艺分析
2.1塑料成型特性
图2-1
图2-1所示塑件为托盘，材料为聚苯乙烯（PS），聚苯乙烯是指有苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，英文名称为Polystyrene，玻璃化温度80～90℃，非晶态密度1.04～1.06克/厘米3，晶体密度1.11～1.12克/厘米3，熔融温度240℃，电阻率为1020～1022欧·厘米。
导热系数30℃时0.116瓦/（米·开）。
通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。
普通聚苯乙烯树脂为无毒.无臭.无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料.其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色.加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。
普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。
化学性质 聚苯乙烯的化学稳定性比较差，可以被多种有机溶剂（如：
芳烃、卤代烃等）溶解，会被强酸强碱腐蚀，不抗油脂，在受到紫外光照射后易变色。
燃烧时会产生大量一氧化碳或者二
化碳，注意防止中毒 物理性质 聚苯乙烯质地硬而脆，无色透明，可以和多种染料混合产生不同的颜色。
密度：
1.04-1.06 PS的其他化学和物理特性 大多数商业用的PS都是透明的、非晶体材料。
PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。
它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。
典型的收缩率在0.4~0.7%之间。
注塑模工艺条件 干燥处理：
除非储存不当，通常不需要干燥处理。
如果需要干燥，建议干燥条件为引引80C、2~3小时。
熔化温度：
180~280C。
对于阻燃型材料其上限为250C。
模具温度：
40~50C。
注射压力：
200~600bar。
注射速度：
建议使用快速的注射速度。
流道和浇口:
可以使用所有常规类型的浇口。
典型用途 产品包装，家庭用品（餐具、托盘等），电气（透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等）。
2.2塑件的结构工艺性
2.2.1塑件的结构工艺性分析
图2-2
从图纸2-2上分析，该塑件的外形基本上为U型盘，塑件上的尺寸各为L=45，
然后中间抽壳，厚度为2，5，然后中间挖空成一个U性槽，尺寸各为R=7.5，且L=15，且托盘上表面倒圆角R=0.5，右边和下边各为为它的中间剖面图，该处设计脱模容易，且飞边容易去除，设计合理；壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求；
2..2.2塑件的尺寸精度分析
该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按照MT7查取工程塑料模塑料件尺寸公差表（GB/T14486-1993）其主要尺寸公差要求如表2-1所示。
[9]
表2-1塑件上主要尺寸按MT7级公差要求mm
塑件标注尺寸
塑件尺寸公差（按MT7级精度）
塑件标注尺寸
塑件尺寸公差（按MT7级精度）
外形尺寸
45
450-1.14
内形尺寸
65
Φ12.5
Φ12.50-1
20
7.5
15
Φ2.5
Φ2.50-0.38
R7.5
2.2.3塑件表面质量分析
该塑件是7.0cm长的塑件，宽为2.5cm，高为0.75cm，要求外表美观、无斑点、无熔接痕，内表面和外表面粗糙度可取Ra1.6μm，
综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。
在注塑成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。
2.3塑件的生产批量
该塑件的生产类型是大批量生产，因此，在模具设计中，要提高塑件的生产效率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成本。
2.4关于注塑机
2.4.1主要技术参数
因为选用了SZ-25/20型塑料注射机生产，该机为柱塞式塑料注射剂，PS可以采用此类塑料注射机成型，据查相关资料（JB2485－78）列出该机的主要技术参数，如表2-2所示。
[9]
表2-2SZ-25/20型塑料注射机的主要参数
主要技术参数项目
参考值
主要技术参数项目
参考值
额定注射量/㎝³
25
最小模具厚度/mm
110
锁模力/KN
200
模板最大行程/mm
210
注射压力/MPa
200
定位孔直径/mm
55
螺杆直径/mm
25
喷嘴伸出量/mm
20
注塑速率/（g.s）
35
喷嘴前端球面半径/mm
10
最大模具厚度/mm
220
顶出力/KN
6.7
2.4.2计算塑件体积和质量
塑件体积计算：
经三维软件计算得到塑件的体积为V≈2411mm³。
塑件的质量计算：
查模具设计手册，取塑料LDPE的ρ=1.11g/cm³,所以塑件的质量为：
W=Vρ=1.11×10-3×2411*2≈5.067（g）
2.4.3确定型腔数目
考虑到SZ-25/20型塑料注射剂的额定注射量为25cm³，本设计中的塑件结构简单，单个的塑件体积为2.4cm³，注射机的额定注射量就限制最多的成型该塑件的数量为2，而该设计的生产批量为大批量生产，为尽量提高生产效率，决定采用一模两腔的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。
2.4.4确定注射成型的工艺参数
根据选用塑料（ps）的特性和本设计中塑料的自身成型特点，查有关资料，确定注射成型工艺参数如表2-3所示。
表2-3塑件的注射成型工艺参数
工艺参数
规格
预热和干燥/℃
料筒温度
后段
140～160
中段
-
前段
170～200
喷嘴温度
150～170
模具温度
30～45
注射压力p/Mpa
60～200
成型时间
/s
注射时间
0～5
保压时间
15～60
冷却时间
15～60
总周期
40～140
螺杆转速/n/r·min-1
-
后处理
方法
退火处理
温度/℃
循环烘箱，10～20
时间/h
8～12
⑤虽然塑件体积、厚度不大，但该塑件生产类型为大批量，加上PS塑料比热容大，冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计师要有冷却系统，所以该模具应该采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短周期，提高生产效率。
3.分型面的选择以及浇注系统的设计
3.1分型面的择
该塑件为托盘，外形表面质量要求较高。
在选择分型面时，根据分型面的选择原则，在考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺与飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图3-1所示。
图3-1分型面的选择
如果按照图3-1所示的分型面分型，则塑件分别是由两个模板成型，由于合模误差的存在，会使塑件产生一定同轴度误差，且飞边不易去除。
另外，为了提高自动化程度与生产效率，减少ps的取向变形以及保证塑件表面质量，决定采用点浇口，而模具采用了双分型面结构。
一个分型面用于成型塑件，另一个分型面用于取出浇注系统凝料。
3.2浇注系统的设计
①主流道设计。
根据相关资料，查得SZ-25/20型塑料注射机喷嘴的有关尺寸为：
喷嘴孔直径d0=2mm;
喷嘴前端球面半径R0=10mm
根据模具主流道与喷嘴的关系得到：
主流道进口端球面半径
R=R0+（1～2）mm=10mm+（1～2）mm,取R=12mm
主流道进口端孔直径
d=d0+0.5=2+0.5=2.5mm,取d=2.5mm
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取4°，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。
主流道村套采用可拆卸更换的浇口套如图3-2所示，浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇套；
图3-2
为了能与塑料注射机的定位圈相配合，采用外加定位圈的方式，这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用过程中的磨损。
②分流道的设计。
该塑件的体积比较小，形状比较简单，壁厚均匀，且流动性好。
可以采用单点进料方式。
为了便于加工，采用最常用的截面形状为U形的分流道。
查分流道截面及其尺寸的有关资料，取U形分流道截面半径R=1.5mm,h=2.75mm,l=45mm.分流道截面形状尺寸如图3-4所示。
图3-4分流道截面形状及尺寸
③侧浇口的设计。
由于该塑件的外观质量要求较高，浇口的位置和大小应该以不影响塑件的外观质量为前提，同时，也应该尽量使模具结构简单。
根据对该塑件的结构分析，并结合已缺确定的分型面位置，选择如图3-5所示的侧浇口进料方式。
根据塑件的外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件顶部。
侧浇口的直径尺寸可以根据不同塑料按塑件平均厚度查表确定。
图3-5侧浇口的结构、位置及尺寸
4.1型腔布局
因为塑件外形是圆形的，各个方向尺寸一致;另外，塑件的结构简单，不需要侧向分型，所以型腔的排列方式只有一种，即左右对称分布在模板两侧，如图4-1所示。
图4-1型腔的排列方式
4.2成型零件的结构
①模具的型腔采用整体式型腔。
整体式型腔是直接加工在型腔板上的，有较高的强度和刚度，使用中不容易发生变形。
该塑件的尺寸较小，最大处也只有Φ70mm，且形状简单，型腔加工容易实现，可以采用整体式结构。
②模具的型芯采用整体镶嵌式型芯。
整体镶嵌式型芯可节省贵重的模具钢，便于机加工和热处理，修理方便，同时也有利于型芯冷却和排气实施。
4.3推出机构的确定
根据塑件的形状特点，确定模具型腔的定模部分，型芯在动模部分。
塑件成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧。
由于成型该塑件的塑料（PS）弹性不高，不需要较大的脱模力，所以决定采用推杆推出机构。
4.4合模导向机构的设计
该塑件精度要求不算高，塑件形状、型腔分布对称，可采用最为常见的导柱导向定位机构，在动模板、推件板、定模板间使用2根导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后不脱落，在定模座板与定模板之间采用2根限距拉杆，不仅起到限制第一次分型距的作用（所限距离要确保能取出凝料），同时还起到导向定位定模座板与定模板的作用。
①求塑料制品在固化时每个小时释放的热量Q
设注射时间为2s，冷却时间为20s，保压时间为15s，开模取件时间为3s,得注射成型周期为40s。
设用20℃的水作为冷却介质，其出口温度为28℃，水呈湍流状态，1h成型次数n=36000/40=90次，则
W=Mn=5.067×90≈0.46（kg/h）
查模具设计手册的PS单位质量放出的热量为Q1=350kJ/kg，故
Q=WQ1=0.46*350=161（kg/h）
②水的体积计算
由上述公式得
qv=WQ1/[ρc1（t1-t2）]=161/[10³×4.187×（28-20）]=4.8×10-3（m3/min）
式中W─单位时间（每分钟）内注入模具的塑料质量（kg/min）；
Q1─单位质量的塑件在凝固时所发出的热量；
ρ─冷却水的密度（1000kg/m3）；
c1─冷却水的比热容（4.187kJ/（kg·℃））；
t1─冷却水出口温度（28℃）
t2─冷却水入口温度（20℃）
③求冷却水道直径d
为使冷却水处于湍流状态，根据水的体积流量查模具设计手册得：
d=8mm。
4.5排气系统的设计
利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，不需要另外设计排气系统。
5.主要零部件的设计计算
5.1成型零部件的尺寸计算
该塑件的材料是一种收缩范围为较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。
前面已经查得PS的收缩率为0.4%～0.7%，故平均收缩率为
Scp=（0.4%+0.7%）/2=0.55%=0.0055
根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取δz=Δ/3。
成型零件尺寸的计算如表5-1所示。
表5-1成型零件尺寸的计算
塑件尺寸
计算公式
型腔或型芯工作尺寸
径向尺寸
型腔的径向尺寸
Φ700-1.54
Lm=（Ls+LsScp-3/4Δ）+δz0
Φ70.24+0.510
Hm=（Hs+HsScp+2/3Δ）0-δz
7.60-0.13
Φ45+1.140
Lm=（Ls+LsScp-3/4Δ）0-δz
Φ45.780-0.38
型芯的径向尺寸
Φ650-1.54
Lm=（Ls+LsScp-3/4Δ）+δz700
Φ65.11+0.510
轴向尺寸
型腔的轴向尺寸
250-1
Hm=（Hs+HsScp-2/3Δ）+δz0
25.01+0.330
2.50-0.38
Hm=（Hs+HsScp-2/3Δ）+δz0
2.71+0.130
型芯的轴向尺寸
20+10
Hm=（Hs+HsScp+2/3Δ）0-δz
21.010-0.13
5+0.380
Hm=（Hs+HsScp+2/3Δ）0-δz
5.220-0.13
5.2模具型腔壁厚的确定
模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用应该具有足够的强度和刚度。
如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏，也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料和飞边，降低尺寸精度并影响脱模。
但是对于型腔侧壁和底板的厚度作出精确的力学计算是相当困难的，一般在工程设计上可以采用相关的计算公式来近似的计算型腔的侧壁和底板的厚度。
在工厂中，常用经验数据度型腔侧壁和底板厚度进行简化设计。
表5-2列举了圆形型腔壁厚的经验推荐数据，可供设计时参考[12]。
表5-2圆形型腔壁厚mm
圆形型腔内壁直径
整体式型腔壁厚
组合式型腔
型腔壁厚
模套壁厚
>90～100
50
14
40
>100～120
55
15
45
>120～140
60
16
48
>140～160
65
17
52
>160～180
70
19
55
>180～200
75
21
58
采用经验数据法，直接查阅设计手册的表格，得到该型腔的推荐壁厚为35mm。
5.3模具型腔模板总体尺寸的确定
该模具的型腔直径为Φ70mm，根据确定的型腔壁厚尺寸35mm，综合以上数据，确定型腔模板的总体尺寸为“250（B）×203（L）×35（H）”。
5.4标准模架的确定
5.4.1模架概述
模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，大大节约了模具制造时间和费用。
现在，厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具，10天左右的时间即可完成。
模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，但所具有的结构基本上是一样的。
这次设计的模具标准是流行于广东珠江三角洲地区的港台标准，与国家的标准结构基本上是一样的，在型号命名及品种分类上有些不同。
5.4.2模架的组合形式
塑料注射模模架按结构特征可分为36种主要结构，其中直浇口模架为12种、点浇口模架为16种、简化点浇口模架为8种。
（1）直浇口模架
直浇口模架有12种，其中直浇口的基本行为4种，直身基本型为4种，直身无定
模板型为4种。
直身基本型分为：
ZA型、ZB型、ZC型和ZD型。
直身无定模板型分为：
ZAZ型、ZBZ型、ZCZ型和ZDZ型。
（2）点浇口模架
点浇口基本型分为：
DA型、DB型、DC型和DD型。
直身点浇口基本型分为：
ZDA型、ZDB型、ZDC型和ZDD型。
点浇口无推料板型分为：
DAT型、DBT型、DCT型和DDT型。
直身点浇口无推料板型分为：
ZDAT型、ZDBT型、ZDCT型和ZDDT型。
（3）简化点浇口模架
简化点浇口基本型分为：
JA型和JC型。
直身点浇口基本型分为：
ZJA型和ZJC型。
点浇口无推料板型分为：
JAT型和JCT型。
直身点浇口无推料板型分为：
ZJAT型和ZJCT型。
5.4.3模架的选择
本塑件采用点浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数目、塑件尺
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