注塑沐浴露喷嘴注塑模设计论文.docx
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注塑沐浴露喷嘴注塑模设计论文
沐浴露喷嘴注塑模设计
塑料沐浴露喷嘴注塑模设计
学生：
段国栋
指导老师：
***
（湖南农业大学东方科技学院：
长沙410128）
摘要：
本次设计采用的是注射成形，首先对塑料喷嘴塑件进行工艺分析，设计过程主要使用PRO/E进行塑件的三维造型和塑件分析。
流道设计过程中进行了塑性流动分析，确定该模具的浇口最佳位置和数量，解决了浇注系统的布局问题。
本文对模具制造和试模过程中可能出现的问题做了详细的分析，并提出了相应的解决方法，并对模具中的主要零件进行了结构设计、分析计算和校核
关键词：
注射成形；型腔；分型面；冷却系统；
PlasticInjectionMoldingDesignBathDewNozzle
Student:
DuanGuodong
Tutor:
ChenLihang
（OrientalScience＆TechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128）
Abstract:
ThisdesignUSESistheinjectionmolding,firsttoplasticnozzleplasticsprocessanalysis,designprocessisprimarilyusedforplasticsPRO/Eofthree-dimensionalmodellingandanalysisofplasticparts.Flowdesignprocessoftheplasticflowanalysistodeterminethemould,sprinklethebestpositionandnumber,solvethelayoutproblemsgatingsystem.Thispapermouldmanufacturingandmoldtestingprocessproblemsthatmayoccurtodoadetailedanalysis,andproposesthecorrespondingsolutionmethod,andthemainpartsofmouldstructuredesign,analysisandcalculationandchecking
Keywords:
injectionmolding,cavity,partingsurface,coolingsystem
1前言
1.1模具工业的概况
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。
在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。
首先要对模具有一个整体的认识。
模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。
作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。
模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。
特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。
目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。
塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。
用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。
塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。
随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。
1.2我国塑料模具工业技术现状及地区分布
在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。
我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。
注塑模型腔制造精度可达0.02~0.05mm，表面粗糙度Ra0.2um，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10~30万次，淬火钢模达50~100万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。
成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。
在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGII、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:
P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。
塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。
技术比较见表1
表1:
国内外塑料模具技术比较表
Tab.1:
plasticmoldtechnologyathomeandabroadcomparison
项目
国外
国内
注塑模型腔精度
0.005~0.01mm
0.02~0.05mm
型腔表面粗糙度
Ra0.01~0.05um
Ra0.20um
非淬火钢模具寿命
10-60万次
10~30万次
淬火钢模具寿命
160~300万次
50~100万次
热流道模具使用率
80%以上
总体不足10%
标准化程度
70~80%
小于30%
中型塑料模生产周期
一个月左右
2~4个月
我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。
我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：
（1）国内自配率不足80％，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。
（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。
（3）模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低很多，而模具生产周期却要比国际先进水平长很多。
（4）开发能力弱，经济效益欠佳。
我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。
（5）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。
（6）与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。
纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。
模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。
因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。
提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。
模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。
在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。
在教学中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。
我国模具工业是一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。
1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向
在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
模具技术的发展趋势主要是：
①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM（产品数据管理）、CAPP（计算机辅助工艺设计管理）、KBE（基于知识工程）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模（RP／RT）技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。
1.4注塑模具CAD发展概况及趋势
计算机辅助设计（（ComputerAidedDesign,CAD）是当代计算机应用的一个重要领域。
随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。
作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。
三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。
70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。
80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。
近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。
2塑件材料选择性能
2.1零件
图1零件图
Fig.1partdrawing
2.1.1产品分析
功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,要能承受一定的外力,如冲击载荷,振动,摩擦等;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;从图上可以看出该塑件弯形圆孔成型比较困难。
2.1.2材料选择
通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是耐磨性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对耐磨性能较好材料的性能对比，如表2所示。
表2材料的特性
Tab.2materialproperties
特性
塑料名称
PP
PVC
ABS
拉伸强度/MPa
78~90
35~50
38
弯曲强度/MPa
53
≥90
80
断裂伸长率/%
>200
20~40
35
计算收缩率（%）
1.0~3.0
0.6~1.0
0.4~0.7
洛氏硬度（M）
115
82
101
弯曲弹性模量/GPa
1.45
0.05~0.09
1.4
热变形温度/℃
120~115
67~82
83~103
维卡软化点/℃
140~150
——
71~122
马丁耐热温度/℃
——
65
63
体积电阻率/
·cm
>10～14
6.71×10～11
6.9×10～14
吸水率%
0.01~0.03
0.07~0.4
0.2~0.4
磨檫系数
0.34
0.45~0.65
0.45
密度/（g·cm^-3）
0.90~0.91
1.35~1.45
1.02~1.16
屈服强度/MPa
36
35~50
50
和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表3所示。
表3材料的性能和成型特性比较
Ta.3materialpropertiesandformingcharacteristicwerecompared
塑料品种
能特点
成型特点
模具设计
注意事项
使用温度
主要用途
聚
丙
烯
（PP）
力学性能如屈服强度、抗张强度、抗压强度及硬度等，均优于低压聚乙烯，并有很突出的刚性，耐热性较好缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。
成型收缩范围大,容易发生缩孔,凹痕及变形.
热容量大,注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路.温度过高会产生翘曲现象.
120~115℃
可做各种机械零件，接头、泵叶轮、化工管道及容器设备。
并可用于制造衬里，表面涂层、录音带，
聚
氯
乙
烯
（PVC）
力学强度高，电器性能优良，耐酸碱的抵抗力极高，化学稳定性很好
聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢.在成型时必须加入稳定剂和润滑剂.并严格控制温度及溶料的滞留时间.
应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型,模具浇注系统也应粗短,进口截面宜大,模具应有冷却装置.
67~82℃
离心泵、通风机、轮油管、酸碱泵的阀门及容器等
软聚氯乙烯制品有贮槽、薄板、薄膜、电线绝缘层、密封圈、耐酸碱软管等
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共物
（ABS）
ABS树脂具有较高冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点.
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，易吸水，成型前应进行干燥处理。
减少浇注系统对料流的阻力，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60~80℃
83~103
在机械工业系统中用来制造凸轮，齿轮，泵叶轮，水箱外壳，手柄，冰箱衬里等，还可供电视机晶体管收音机制造外壳
以上的性能分析对比中看出,在耐磨性方面三种材料相差不大，成型特性上以PP为最好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和耐磨性,以及成型特点。
其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标（这由塑件的工作环境决定）,最终选定PP为塑件材料。
3塑料成型工艺性能分析
塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面，对注塑材料PP工艺特性进行分析：
3.1收缩性
塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。
收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。
一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算：
SS=a-b/b×100%（SS:
实际收缩率；a:
模具或塑件在成型温度时的尺寸；b：
塑件在室温时的尺寸；c：
模具在室温时的尺寸）对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用SJ=c-b/b×%（Sj：
为计算收缩率）由于本次毕业设条件的原因，没有办法自己去测量出：
cb值。
于是我们通过查找资料[1]常用塑料的收缩率，可得：
PP塑料成型收缩率为：
1%-3%，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。
我们取一个相对平均值：
2%。
3.2流动性
塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。
塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。
但流动性太好，又会在成型时主生严重的飞边。
PP材料流动比为250：
1，流动性较好。
其次：
料温，压力，模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。
3.3吸湿性
吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。
按吸湿或粘附水分能力的大小分类，PP塑料属于吸湿性塑料，吸水率为:
0.05%-0.5%。
在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。
因此，在成型前必须进行干燥处理。
一般干燥温度取80-90℃，干燥时间为两小时。
3.4热敏感性
塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。
热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表面质量等，另处，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体一般具有腐蚀性，或有毒，不管是对人，还是模具都会造成一定的影响。
PP塑料成型温度为210℃-250℃，经查中国人力资源专家网提供的材料编经验值得，到达260℃变色，于料温达到300℃时，塑料出现分解。
于是注塑成型是，一般取210℃-250℃。
综上所述：
PP收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值：
型腔30′～1°40′型芯
30′～１°PP溶融时具有良好的流动性；较低的热敏性；属于吸湿性塑料。
于是在成型是需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等。
表4PP材料性能、工艺参数表
Tab.4PPmaterialperformance,processparametertable
材料性能
参数
材料性能
参数
密度
0.9～0.91g/cm3
拉伸强度
78~90
收缩率
0.010～0.025
拉伸弹性模量
-----
熔点
164～170
弯曲强度
53
热变形
温度（45N/cm2）
120~115℃
弯曲弹性模量
-----
压缩强度
18～39
模具温度
80～90℃
缺口冲击强度
11～20
喷嘴温度
-----
硬度
115M
中段温度
180～220℃
外观
白色蜡状透明固体
后段温度
160～180℃
吸水率
0.01~0.03
干燥温度
80～90℃
特点
耐腐蚀、耐高温、机械强度高等特点
注射压力
70～100MPa
塑化形式
螺杆式柱塞式
干燥时间
2H
保压压力
30-80MPa
背压压力
3-20MPa
比重
1.05
注塑时间
20～60s
保压时间
10-30s
3塑料件的结构工艺
3.1塑料件的尺寸精度分析
按塑件的尺寸MT精度要求,未标注公差为自由，按PP材料模塑件公差等级（GB/T14486-1993）选取一般精度要求MT3。
3.2塑料件的使用性能分析
塑件外表面光亮耐磨，平整，喷嘴处需要有良好的力学性能。
喷嘴尺寸精度要求不高，需要适当的强度和弹性，不容易产生的变形，整体无变形即可。
3.3塑料件的表面质量分析
该塑件要求外形美观，内、外表面表面光滑，没有斑点及熔接痕现象，内、外表面粗糙度均可取Ra0.4μm。
塑件制品内、外表面成型后方不可见边缘有缺陷，边缘面要求平整。
3.4塑料件的结构分析
1、塑件形状比较复杂，上表面用圆弧过度，下面有插孔和空腔，侧面有弯形长嘴。
内部有U形加强筋。
2、塑件整体结构较小，平均壁厚为2mm
综上所述，从精度上看，PP注塑成型可满足尺寸要求，表面粗糙度要求（PPRa可达到0.025～1.6/μm）。
从结构上看，可考虑整体边缘为最大分型面，侧面空心弯嘴结构考虑侧向分型。
从塑件的表面质量要求看，浇口选择在塑件的顶部中心，提高它们的力学性能。
由于塑件整体结构较小，但生产批量大等。
我们可以考虑使用一模多腔的注塑成型，提高生产效率
4成型设备的选择和成型工艺的制定
4.1成型参数的确定
查《塑料成型工艺与模具设计》[2]得PP塑料的有关注塑成型参数：
密度：
0.9～0.91g/cm³
收缩率：
0.010～0.025
预热温度：
80℃～100℃，预热时间1～2h
料筒温度：
前段200℃～220℃,中段180℃～200℃，后段160℃～180℃
喷嘴温度：
-----
模具温度：
80℃～90℃
注射压力：
70～100MPa
注射时间
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