塑料碗模具设计.docx
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塑料碗模具设计
塑料模具设计与制造课程设计
塑料模具
设计说明书
项目名称：
塑料碗注射模具设计
系
别：
机电系
专
业：
机械设计制造及其自动化
组
长：
学
号：
组
员：
学
号：
学
号：
学
号：
学
号：
学
号：
指导教师：
二OO九年四月
第1页
塑料模具设计与制造课程设计
一、塑料碗的零件图3
1.塑料碗的3D模型（SolidWorks造型）3
二、塑料碗制品的结构特点4
三、选择的塑料及其性能、成型条件5
1.选择的塑料5
2.PP塑料的性能5
3.PP的成型条件5
四、确定型腔数、排列方式和分型面6
1、型腔数目的确定6
2、型腔的排列方式6
3、分型面的设计7
五、选择注射机和注射机参数8
1、注射机的组成8
2.锁模力的校核9
3.注射量的校核10
4.核膜机构的尺寸的校核10
六、模具型腔和型芯尺寸计算10
1、型腔的内形尺寸计算11
2、型腔的深度尺寸计算12
3、型芯的外形（外径）尺寸12
4、型芯的高度尺寸计算13
六、确定模架尺寸13
1、导柱的结构13
2、导套的结构14
七、参考资料14
第2页
塑料模具设计与制造课程设计
一、塑料碗的零件图
1.塑料碗的3D模型（SolidWorks造型）
2.塑料碗的尺寸图
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塑料模具设计与制造课程设计
二、塑料碗制品的结构特点
1.餐具外观酷似瓷器或象牙，不易脆裂又适宜机械洗涤。
2.刚性和强度比传统的塑料制品好，制品不易变形。
3.耐高温性能较好，可以能用作微波炉餐具但低温脆性高。
4.在室温下不固化，一般在130～150℃热固化，加少量酸催化可提高固化速度。
5.塑料碗采用凹模结构设计，凹模是成型产品外形的主要部件。
其结构特点：
随产品的结构和模具的加工方法而变化。
镶拼的组合方式的优点：
对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。
所以采用组合式的凹模结构。
同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。
对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。
组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。
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塑料模具设计与制造课程设计
三、选择的塑料及其性能、成型条件
1.选择的塑料：
PP（聚丙烯）
2.PP塑料的性能：
PP是一种半结晶性材料。
它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的
无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
由于
结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂
问题。
通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP的收
缩率相当高，一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的
PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
然而，它对芳香烃
（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。
PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
3.PP的成型条件：
塑料碗在注射成型时，要经过三个阶段的转换：
一是塑料未进入料筒时的颗粒状态；二是塑料在料筒中的塑化流动而达到的熔融状态；三是塑料通过注射模浇注系统的冲模流动及冷却定型。
在每个阶段中，都要有特定的工艺成型条件。
3.1颗粒状态
（1）预热干燥
原料应先进行预热干燥处理，预热时间为1.5-2min，料温升至80C°-100C°。
原因是原料中往往水分含量太高，如果直接放入料筒，会导致制品表
面暗淡，色泽不均匀以及表面气泡等故障。
但是预热时间要适当，温度也不能过高。
温度太高会导致制品表面产生焦斑；预热温度太高或预热时间太长会导致制品表面色泽不均匀。
（2）加料计量
进料量要准确。
如果原料过多会造成制品飞边多，清理困难；如果原料太少，会造成成型压力不够，制品不能完全固化等弊端。
3.2熔融状态
（1）控制成型温度和压力
根据PP塑料的最佳成型条件要求，应将模具的成型温度控制在150-220C°之间；初压控制在70Mpa-90Mpa之间，加压时间为1-5s。
原料温度太高，容易导致制品表面有焦斑及制品色泽不均匀；初压时间太长，会导致制品表面疏松；
成型温度和压力不适当，会导致塑料流动性能太差。
（2）排气
在成型时会产生缩合水及挥发性气体，所以应当在成型时进行排气以
防止制品表面疏松。
通常放气的次数和时间长短凭经验确定，放气动作力求迅速。
只要卸除一下压力，再立即恢复到原来的压力，放气动作就算完成了。
我们的塑料碗结构不复杂，所以不必从模具方面考虑排气结构。
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3.3冲模流动及冷却定型
（1）固化阶段
排气后即刻合模升压至70-90Mpa，时间70s左右。
在此阶段，固化时间应当充足，否则会导致制品表面暗淡。
（2）出模
完成固化之后，风冷制品，顶出机构将制品顶出。
（3）出模后的加工
我们制作的是食品器具，所以制品出模后，应入120C°以上的烘箱中加热30—60min，使之进一步固化。
最后进行打磨飞边，完成塑料碗的制作。
四、确定型腔数、排列方式和分型面
1、型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。
根据注射机的最大锁模力确定型腔数目n，即
F锁
fA废
n
fA件
式中F锁——注射机的额定锁模力（N）
A废——模具上浇注系统及飞边在分型面上的投影面积（
2
m）
2
A件——塑件在分型面的投影面积（m）
f——单位面积所需的锁模力（N/m2）
大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过
4
个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模二腔。
2、型腔的排列方式
考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列
方式如下图所示：
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塑料模具设计与制造课程设计
图
（1）
3、分型面的设计
分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，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具体可以从以下方面进行选择。
a）确保塑件尺寸精度，有同轴度要求的部分全部在动模部分成型，选分型面时，还应考虑减小由脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。
b）确保塑件表面要求，分型面尽可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求，而且分型面处产生的飞边应容易修整加工。
c）考虑锁模力，尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。
d）考虑模板间距。
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e）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模部分。
f）考虑侧抽芯机构，应尽量避免侧抽芯机构。
g）尽量方便浇注系统的布置。
h）便于排溢。
i）便于嵌件的安放。
j）模具整体结构简化，尽量减少分型面的数目，尽量采用平直分型面。
k）考虑模具制造难易性。
五、选择注射机和注射机参数
1、注射机的组成
注射机的全称应为塑料注射成型机。
注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。
工作时模具的动、定模分别安装于注射机的移动模板和定模固定模扳上，由合模机构合模并锁紧，由注射装置加热、塑化、注射待融料在模具内冷却定型后由合模机构开模，最后由推出机构将塑件推出。
1、锁模油缸2、锁模机构3、移动模板4、顶出杆5、定模固定板6、控制台
7、料筒及加热器8、料斗9、定量供料装置10、注射油缸
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注塑机的选择与参数校核
根据课程设计实际要求我们选用型号为XS-Z-60的注射机，如图其主要技术参数如下：
最大注射容量为60cm3；注射压力为122Mpa；锁模力为500kN；最大注射面积为130cm2；最大模具厚度为200cm；最小模具厚度为70mm；喷嘴圆弧半径R12mm；喷嘴孔半径R2mm；中心顶出孔半径R25mm；模板开模行程180mm。
根据上述所选注射机进行参数校核。
2.锁模力的校核
按F≥KpA分公式校核锁模力。
其中，F为注射机的最大锁模力；p为模内平均压力（型腔内熔体的平均压力）；A分为所有制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和。
K为压力损耗系数，一般取1.1-1.2。
由于制品材料为pp，属于中等粘度塑料和有精度要求的制品，查相关资料得：
p为29.6-34.4MPa，取p=30MPa进行校核。
A分是分型面上的投影面积，经计算（可利用软件的分析功能进行计算），得到单个塑件的投影面积为4755mm2，浇注系统的投影面积约为80mm2，则两个
制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和A分为9710mm2
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塑料模具设计与制造课程设计
因此：
KpA分=1.1X30X106X9710X10-6N=321X103N=321kN
F=500kN≥321kN
所以锁模力足够，满足锁模要求。
3.注射量的校核
经计算得到单个塑件的体积为15.86cm3，浇注系统的体积约为2cm3，因此，模具中塑件和浇注系统的总重量Gmax=2x15.86cm3+2cm3=33.72cm3.
注射机的注射量G=60cm3，按校核公式GX0.8=60x0.8cm3=48cm3≥33.72cm3，满足注射成型的要求。
4.核膜机构的尺寸的校核
（1）模具厚度的校核注射机允许安装的模具最高厚度为200mm；注射机允许安装的模具最小厚度为70mm。
模具实际厚度H=定模座厚度+型腔板厚+型芯固定板厚+垫铁厚+垫块厚+动模座板厚=20mm+30mm+30mm+32mm+35mm+20mm=167mm
显然，注射机允许安装的模具最小厚度≤模具实际厚度H≤注射机允许安装的模具最大厚度，模具厚度满足要求。
（2）开模行程的校核
按开模取件的最小开距进行校核。
该模具的浇注系统为侧浇口形式，单分型面注射模，可按下式校核：
S≥H1+H2（5-10）mm
其中，注射机最大开模行程S为180mm；制品的推出距离H1为10mm：
制品的总高度H2为50mm。
H1+H2+（5-10）mm=10mm+50mm+10mm=70mm显然，注射机最大开模行程S≥70mm，模具的开模行程足够
六、模具型腔和型芯尺寸计算
下图为我们所设计的塑料碗的结构尺寸图，我们根据图示的尺寸大小计算出型腔和型芯的尺寸。
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1、型腔的内形尺寸计算
碗口部分的型腔内形尺寸：
D腔1
=
dS1Qcp
mz
dS1
xs10
1.14
=1151152%）
3
1.14
4
3
0
=116.44500.38
上述计算中，塑件公差s1取1.14mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系
数x取3/4。
3
mz
碗底部分的型腔内形尺寸：
D腔2=
dS2
dS2Qcp
4s2
0
3
0.74
=5555
3
2%
0.74
4
0
=56.450
0.25
上述计算中，塑件公差s1取0.74mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系
数x取3/4。
第11页
塑料模具设计与制造课程设计
2、型腔的深度尺寸计算
2
mz
碗口部分型腔深度尺寸：
H腔1=hs1
hs1Qcp
s1
3
0
2
0.74
=57（1
3
2%）
0.74
3
0
=57.6500.25
上述计算中，塑件公差s1取0.74mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系
数x取2/3。
碗底部分型腔深度尺寸：
H腔2=hs2
2
hs2Qcp
3
=33
2
2%0.20
3
mz
s2
0
0.20
3
0
=2.9300.07
上述计算中，塑件公差s2取0.2mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系数
x取2/3。
3、型芯的外形（外径）尺寸
碗口部分型芯的外形尺寸：
d凸=
DS1QCP
0
DS1
xs1mz
3
0
=100100
1.0
2%
4
1.0
3
=102.750
0.33
上述计算中，塑件公差
s1取1.0mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系数
x取3/4。
碗底部分型芯的外形尺寸：
d凸
=
0
DS2DS2QCP
xs2mz
第12页
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3
0
=
47（1
2%）
0.64
4
0.64
3
=
48.580
0.21
上述计算中，塑件公差s2取0.64mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系
数x取3/4。
4、型芯的高度尺寸计算
碗口部分型芯的高度尺寸：
h凸1=Hs1
Hs1Qcp
xs1
0z
m
2
0
=50
50
2%
0.64
3
0.64
3
=51.43
0
0.21
上述计算中，塑件公差
s1取0.64mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系
数x取2/3。
碗底部分型芯的高度尺寸：
h凸2=
Hs2
Hs2Qcpx
0z
s2m
0
=4（1
2%）
2
0.24
3
0.24
3
=4.240
0.08
上述计算中，塑件公差
s2取0.24mm，塑料平均收缩率Qcp取2%，综合修正系
数x取2/3。
六、确定模架尺寸
1、导柱的结构
带头导柱如图（3）所示：
第13页
塑料模具设计与制造课程设计
图（3）
2、导套的结构
带头导套如图（4）所示：
图（4）
七、参考资料
陈万林等编著.实用塑料注射模设计与制造.北京：
机械工业出版社，2006
第14页
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