脚盆注塑模具设计.docx

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脚盆注塑模具设计

概述………………………………………………………………………………3

第一章塑料之间的分析…………………………………………………………5

1.1塑料件的材料

1.2塑件的结构

1.3塑件的尺寸精度

1.4塑件的表面质量

1.5脱模斜度

1.6塑件的壁厚

第二章模具机构分析……………………………………………………………7

2.1注塑过程说明

2.2注塑成型模具基本结构

第三章注射机的选择和校核……………………………………………………8

3.1注射机的选择原则

3.2注射机的选择

3.3注射机有关参数校核

3.4本套模具的其他注射工艺参数

第四章浇注系统的设计…………………………………………………………10

4.1主流道的设计

4.2浇口的设计

第五章成型零部件的结构设计…………………………………………………12

5.1型腔数目的确定

5.2分型面的设计

5.3成型零部件的结构设计

第六章排气系统的设计…………………………………………………………15

第七章脱模顶出机构的设计……………………………………………………16

7.1脱模机构的选择

7.2脱模力的计算

第八章冷却系统的设计…………………………………………………………17

8.1冷却介质

8.2冷却系统的简单计算

第九章导向机构的设计…………………………………………………………18

第十章模架的确定………………………………………………………………19

心得体会…………………………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………20

概述

模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。

由于利用模具生产制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率、低消耗和低成本等特点，现在已经在汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。

据统计，目前在电子、汽车、电器、仪表和通讯等产品中，70%至85%的零部件都依靠模具成形。

现在，模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

现在我国模具工业发展迅速，市场广阔。

1996年至2004年间，模具制造业的产值平均增长14%左右。

目前全世界的模具年产值约有800亿美元，而我国的年模具产值约为400多亿元人民币，折合50多亿美元。

近几年，虽然我国在模具数量、质量、技术等方面有了很大的提高，但是与国民经济的需求和世界先进技术相比，差距依然很大，一些大型、复杂、长寿命的高档模具每年仍然需大量进口。

目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。

经过近几年的发展，在模具的开发、结构的调整以及企业管理等方面已显示出以下新的发展趋势：

1.在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货周期放在首位。

2.大力增强主动开发能力。

模具企业不能等有了合同，才根据用户要求进行模具设计。

3.随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为主要依靠技术。

这一趋势不但使得模具的标准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了整个模具工业水平的提高。

4.模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。

在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。

目前许多企业已经采用了CAE、PDM、CAABS、RE、CIMS、ERP等技术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术。

5.世界上工业发达国家的模具正加速向我国转移。

其表现方式为：

一是迁厂，二是投资，三是采购。

我国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进的技术，加快我国模具制造业的发展步伐。

总之，中国的模具具有光辉灿烂的前景。

模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。

模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，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、经营国际化的方向发展。

中国模具的发展需要这诸多方面的发展，同时也可以促进它们的发展。

在十一五”期间我国模具产品发展的重点：

1.汽车覆盖件模具。

汽车覆盖件模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高，尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。

中高档轿车覆盖模具主要依靠进口，每年要花费几亿美元。

汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成了中国汽车发展的瓶颈，极影响车型开发。

今后，中高档轿车覆盖件模具是重中之重，争取到2010年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖模具可以完全自配。

2.精密冲压模具。

工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，其精度要求和寿命要求极高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。

这两种模具，国内已有相当基础，并引进了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。

3.大型及精密塑料模具。

塑料模具占模具总量近40%。

塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑料模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材配套的塑料异型材挤出模具等，目前已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口达几亿美元，因此“十一五”期间应重点发展。

4.主要模具标准件。

现时，国内已有较大产量的模具标准件，主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差、品种规格较少。

这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。

氮气缸和热流道元件国内至今仍缺乏像样的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准。

5.其他高技术含量的模具。

占模具总量近8%的压铸模具，大型薄壁精密压铸模技术含量高、难度大。

镁合金压铸模和真空压铸成形模虽然刚起步，但发展前景好。

子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。

与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具也都具有理想的发展前景。

第一章塑料制件的分析

塑料制件主要是根据使用要求进行设计的，由于塑料有其特殊的物理机械性能，因此设计塑件时必须充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑件形状应尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点。

工艺性与成型模具有着紧密的联系，因此，必须分析塑件的工艺适应性。

1.1塑料件的材料

塑料制件的选材应当考虑以下几个方面：

塑料的力学性能，塑料的物理性能，塑料的化学性能，必要的精度，成型工艺性，。

本次塑料件的材料选用聚丙烯PP，PP是线性烯烃类聚合物，密度低，无色无味无毒，呈白色蜡状。

弹性强度、屈服强度、硬度、抗拉抗压强度比较高，吸水率低，几乎不吸水，绝缘性好，耐热性好，成型加工收缩率较大，粘度低，流动性好。

其性能及成型条件如下：

屈服强度/Mpa：

37；

抗弯强度/Mpa：

67；

断裂伸长率/%：

＞200；

弯曲弹性模量/Gpa：

1.45；

抗压强度/Mpa：

56；

密度/（g/cm3）:

0.90～0.91；

质量体积/（cm3/g）:

1.10～1.11；

吸水率/％（24小时长时期）:

0.01～0.03；

熔点（粘流温度）/ºC：

170～176；

线膨胀系数/（10-5/ºC）：

9.8；

计算收缩率/％:

1.0～2.5；

比热容/（J/（Kg×K））：

1930；

热导率/（w/（m×k））：

0.118；

1.2塑件的结构

本次设计的塑件为脚盆。

首先要满足制品的使用要求，但是也要考虑到制品的成型工艺以及材料的流动性和价格。

一般是在满足塑件使用要求的情况下，将塑件设计的紧凑、尺寸小巧一些，本制件的三维图见下图。

1.3塑件的尺寸精度

影响塑件尺寸精度的因素很多，也很复杂，主要的有：

成型零部件的制造误差；成型零部件的磨损；塑料的成型收缩；配合间隙引起的误差。

一般情况下，为了降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件使用要求和审美要求的前提下，尽量把塑件尺寸精度设计的低一些。

和金属件一样，塑件也有公差要求，综合各因素，本制件的精度选为MT5级精度，各尺寸的公差可从塑件公差标准中查出。

1.4塑件的表面质量

塑料制件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量。

塑件制品的表面粗糙度主要取决于成型模具型腔表面的粗糙度。

一般情况下，模具型腔表面的粗糙度要比所成型制品的表面粗糙度低1～2级。

在实际应用中，一般的制品可选用Ra0.2～1.6μm，脚盆粗糙度要求不高，一般要求就满足要求。

1.5脱模斜度

对模塑产品的任何一个侧壁。

都需有一定量的脱模斜度，以便产品从模具中取出。

脱模斜度的大小可在0.2度至数度间变化，视周围条件而定，一般以0.5度至1度间比较理想。

对于本塑料制件，各处脱模斜度为自然斜度。

1.6塑件的壁厚

塑件壁厚应尽量均匀，避免太薄、太厚及壁厚突变，若塑件要求必须有壁厚变化，应采用渐变或圆弧过渡，否则会因引起收缩不均匀使塑件变形产生气泡、缩水等成型工艺问题。

壁厚一般在1—6mm范围内，而本塑件壁厚选3mm。

第二章模具结构分析

2.1注塑过程说明

注射模具是一种生产塑料制品的工具。

它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。

注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却保压定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。

2.2注射成型模具基本结构

（1）成型零部件成型产品的零件称为成型零部件，型腔是直接成型塑料制件的部分，它通常由凸模（成型塑件内部形状），凹模（成型塑件外部形状），型芯或成型杆、镶块等构成。

模具的型腔由动模和定模有关部分联合构成。

其中型腔个数是由计算和塑件的结构形式来确定的，产量要求和注射机要求来确定的。

本次设计根据以上要求采取一模两腔的对称布置。

（2）浇注系统塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道称浇注系统，由主流道、分流道、浇口、冷却井等结构组成，由零件的主流道衬套，拉料杆等组成。

（3）顶出装置也叫脱模机构。

在开模过程中，将塑件从模具中顶出的装置。

主要有推杆、推板及拉料杆等。

（4）导向部分起定位导向作用。

通常有导柱、导套、锥面定位。

本次设计采用了导柱、导套的定位装置。

（5）冷却加热系统也叫温度调节系统。

在模具内开冷却水道，模具的加热除可用冷却水道通热水和蒸汽外，还可在模具周围安装电加热元件。

第三章注射机的选择与校核

3.1注射机的选择原则

3.1.1最大注射量

注射模具一次成型的塑料质量（塑料与流道凝料之和）应在注射机理论注射量的50%～80%之间；既能保证制品质量，又可充分发挥设备的能力。

用UG软件分析塑件的体积：

1962cm3；

取PP密度：

0.90g/cm3；

计算得单件的质量：

1765.8g。

3.1.2注射压力

注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要。

只有在注射机额定的注射压力内才能调整出制件所需要的注射压力，因此选择注射机的注射压力必须大于成型制品所需的注射压力。

对于本塑件材料选用PP，所需的注射压力一般选70～120Mpa，对于本模具选择100Mpa，所以选择的注塑机的最大注射压力应当不小于100Mpa。

3.1.3锁（合）模力

锁（合）模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。

所选注射机的锁（合）模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔内塑料熔体的平均压力的乘积。

即：

=A×

式中

——锁合模力（kN）

——型腔压力（MPa）

A——塑件及流道系统在分型面上的投影面积（mm2）

PP塑料在本模具选用的型腔压力为20Mpa。

3.2注射机的选择

由以上参数，选择注塑机的型号：

SZ—3200/8000；

类型：

螺杆式；

最大注塑量/cm3：

3200；

注射压力/Mpa：

165；

锁模力/KN：

8000；

模具最大厚度/mm：

1050；

模具最小厚度/mm：

450；

移模行程/mm：

1000；

喷嘴球半径/mm：

18；

喷嘴口径/mm：

8；

螺杆转速/（r/min）：

10～170；

螺杆直径/mm：

95；

注射速率/（g/s）：

600；

塑化能力/（g/s）：

75；

3.3注射机有关参数的校核

3.3.1开模行程校核

参考《中国模具设计大典》公式有：

S>H1+H2+（5～10）mm

其中：

H1:

塑件脱模（推出距离）距离，mm；

H2:

塑件高度，包括浇注系统在内，mm；

S:

注塑机的最大开模行程，mm。

365+355+10=710mm＜1000mm,因此，开模行程合格。

3.3.2模具高度的校核

SZ—3200/8000注塑机的最大模厚1050mm，最小模厚450mm，而本套模具高度约在721mm，在允许的范围内，能够满足要求。

3.3.3定位环尺寸的校核

为了使模具主流道中心与注射机喷嘴的中心线重合，模具固定板上凸出的定位环应当与注射机固定模板上的定位空呈校松动的间隙配合H11/h11。

3.3.4注射压力校核

由手册查得PP注射压力70～100Mpa,取P0=100Mpa。

注射压力安全系数K=1.25～1.4，取1.3，则有1.3×100=130Mpa＜P公=165Mpa,所以压力合格。

3.3.5锁模力校核

塑件在分型面上的投影面积：

A塑=πd2/4=π×

/4=253259mm2；

浇注系统在分型面上的投影面积：

由于流道简单，所以A浇=0.2A塑；

总的投影面积：

A=A塑+A浇=303911mm2；

模具型腔内胀型力：

=A×

=303911×20=6078kN

式中

是锁合模力（kN），

是型腔压力（MPa），A是塑件及流道系统在分型面上的投影面积（mm2）。

查手册知该注射机公称锁模力F公=8000kN，锁模力安全系数K2=1.1～1.2，取1.2，则1.2×6078=7293kN＜F公=8000kN，所以锁模力合格。

3.4本套模具的其他注射工艺参数

注塑机的型号为：

SZ—3200/8000；

预热温度：

80～100℃；

料筒温度：

后段160～180℃，中段180～200℃，前段200～220℃；

模腔数：

1腔；

螺杆转速：

48r/min；

模具温度：

80～90℃；

注射周期：

50～160s。

第四章浇注系统的设计

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，一般浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。

4.1主流道的设计

主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具是首先经过它。

主流道一般都设在浇口称套上，现在的浇口套已经逐步的发展成为标准件了。

浇口套的设计或选用必须与注塑机相匹配。

使用浇口套时，用固定在定模上的定位环压住称套大端台阶，防止本模具浇口套被背压力推出模具。

4.1.1主流道尺寸计算

主流道长度：

一般L主≤60mm，但由于脚盆塑件较大初取90mm.

主流道小端直径:

d=喷嘴口径+（0.5～1）mm=8+1=9mm；

主流道大端直径：

d′=d+2L主tanα=20㎜,式中α=2～6°，取3°；

主流道球向半径：

SR=喷嘴半径+（1～2）㎜=20㎜；

球面配合高度：

h=5㎜

为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计r=2.5mm的圆弧过渡。

4.1.2主流道凝料体积计算

V主=π（R²+r²+Rr）L主/3=π×﹙10²＋4.5²＋10×4.5﹚×90/3=15566㎜³

V主=15.6㎝³

4.1.3主流道当量半径

Rn=﹙R＋r﹚/2=7.25㎜

4.1.4主流道形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。

同时，也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。

设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为50～55HRC，如上图示。

4.2浇口的设计

4.2.1浇口

浇口是连接流道与型腔之间的细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。

浇口一般都很小，小浇口的优点：

降低塑料非牛顿流体的表观粘度，增加剪切速率；小浇口改变流体流速，产生热量，温度升高；易冻结，防止型腔内熔体的倒流；便于塑件与浇注系统的分离。

4.2.2浇口的位置选择及设计原则

模具设计时，浇口的位置要求比较严格，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常考虑以下原则：

应尽量缩短流动距离；尽量开设在塑件壁厚最大处；尽量减少熔接痕；应当有利于型腔中气体排出；应考虑分子定向影响；应当注意对外观质量的影响。

由于本塑件表面质量要求不高，是一模一腔，因此选择用直接浇口进料，如下图所示：

第五章成型零部件的结构设计

成型零部件是模具上直接用以成型制品的部分，成型零部件是构成模具型腔的零件，通常包括：

凹模、凸模、成型杆（型芯）成型环等。

其设计内容包括：

（1）由塑件的形状、使用要求、成型特性确定型腔的总体结构和分型面等；

（2）确定成型零部件的结构形式；

（3）根据计算塑件尺寸和成型收缩率大小计算成型零件对应的成型尺寸；

（4）成型腔侧壁以及支撑板厚度的计算校核。

5.1型腔数目的确定

为了使模具与注射机匹配以提高生产率，并保证精度，模具设计时应合理的确定型腔的数目。

型腔数目的确定方法：

a.按注射机最大注射量确定型腔数量；

b.按注射机额定锁模力确定型腔数量；

c.按制品精度要求确定型腔数量；

d.按经济性确定型腔数量；

e.按用户的要求确定型腔数量；

f.按产量要求确定型腔数量；

由于此模具开模高度较高，再综合各种原因，本模具采用一模一腔结构比较合适。

5.2分型面的设计

分开模具取出塑件的面，通称为分型面。

注射模具可以有一个或多个分型面，塑件的分型面可采用平行于开模方向的形式也可采用垂直于开模方向，倾斜于开模方向。

分型面的形状有平面和曲面等。

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

5.3成型零件的结构

凹模是成型塑件外表面的部件，本次设计采用整体式凹模。

型芯是成型塑件内表面的部件，本模具型芯形状不是很复杂，为了节省优质钢材的用量，降低模具成本，因此采用组合式型芯。

5.3.1模具型腔部分尺寸计算

﹙1﹚塑件外部径向尺寸转换：

型腔径向尺寸计算公式：

Lm=［Ls+Ls×Scp–1/2Δ］

式中LS是塑件名义尺寸；Scp是塑件材料的平均收缩率，PP的收缩率1.0%-2.5%，则Scp=（1.0%+2.5%）/2=0.018；Δ是允许的公差值；δZ：

制造偏差，δZ=Δ/8。

将数据代入上述公式可得：

D1=580.30

㎜，D2=516.45

㎜,D3=407.2

㎜；D=3.05

﹙2﹚塑件外部深度尺寸转换:

型腔深度尺寸计算公式：

Hm=［Hs+Hs×Scp–1/2Δ］

式中HS是塑件名义尺寸；Scp是塑件材料的平均收缩率，PP的收缩率1.0%-2.5%，则Scp=（1.0%+2.5%）/2=0.018；Δ是允许的公差值；δZ：

制造偏差，δZ=Δ/8。

将数据代入上述公式可得：

H1=5.09

㎜，H2=215.71

㎜,H3=199.63

㎜；

注：

由于塑件材料采用PP，并且塑件表面质量要求不高，取MT5级精度，因此用平均值法计算能够满足要求。

5.3.2模具型芯部分尺寸计算

﹙1﹚型芯外部径向尺寸转换：

型芯径向尺寸计算公式：

lm=［ls+ls×Scp+1/2Δ］

式中lS是塑件名义尺寸；Scp是塑件材料的平均收缩率，PP的收缩率1.0%-2.5%，则Scp=（1.0%+2.5%）/2=0.018；Δ是允许的公差值；δZ：

制造偏差，δZ=Δ/8。

将数据代入上述公式可得：

d1=510.6

㎜，d2=574.29

㎜,d3=672.08

﹙2﹚型芯高度尺寸转换:

型芯高度尺寸计算公式：

hm=［hs+hs×Scp+1/2Δ］

式中hS是塑件名义尺寸；Scp是塑件材料的平均收缩率，PP的收缩率1.0%-2.5%，则Scp=（1.0%+2.5%）/2=0.018；Δ是允许的公差值；δZ：

制造偏差，δZ=Δ/8。

将数据代入上述公式可得：

h1=216.32

㎜，

注：

由于塑件材料采用PP，并且塑件表面质量要求不高，取MT5级精度，因此用平均值法计算能够满足要求。

5.3.3模具型芯型腔图样（详见CAD图）

第六章排气系统的设计

排气是注射模设计中不可忽视的问题。

注射成型中，若模具排气不良，型腔内气体受压将产生很大的背压力，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能使塑料烧焦。

在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑件壁厚较厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。

特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气要求就更严格。

模内气体主要有以下来源：

型腔中原有的空气；塑料原料中所含水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气；注射温度过高，塑料分解所产生的气体；塑料中某些添加剂挥发或化学反应所产生的气体。

注射模具的排气方式有：

（1）利用分型面上的间隙排气。

（2）利用型芯和模板之间的配合间隙排气。

（3）利用推杆的配合间隙排气。

（4）利用侧型芯的配合间隙排气。

（5）在模具中适当的部位开设排气槽或排气孔。

本模具采用的是利用分型面上的间隙、型芯和模板之间的配合间隙、推杆的配合间隙、来进行排气。

第七章脱模顶出机构的设计

注射成型机的动模部分设有脱模推出机构，有的使用液压推动，也有用机械推动。

总之，在塑件成型后，动模后退到一定距离，就开始由注射机的脱模机构推动模具的推板和推杆固定板，使塑件从动模上推出。

制品顶出是注射成型过程中的最后一个环节，顶出质量的好坏将最后决定制品质量。

因此，制品的顶出是不可忽视的。

7.1脱模机构的选择

脱模机构设计原则：

（1）为使制品不致因顶出产生变形，推力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位，推力点的布置应尽量均匀；

（2）推力点应作用在制品刚好的部位，如筋部、壳体形制品的壁缘等处；

（3）尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制品破裂，穿孔等。

如壳体形制品及筒形制品多采用推件板脱模；

（4）为避免顶出痕迹影响制品外观，顶出位置应设在制品隐蔽面或非装饰面，对于透明件尤其要注意顶出位置及顶出形式的选择。

（5）为使制品在顶出时受力均匀，同时避免因真空吸附而使制品变形，往往采用复合顶出或特殊形式的顶出系统，如推板或推件杆和推管复合顶出、或采用进气式推杆、