水杯注塑模具的毕业设计.docx

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水杯注塑模具的毕业设计

摘要

本文详细介绍了水杯注塑模具的设计，从产品的结构工艺性分析，具体模具结构出发，选择模具型腔的分型面，型腔的数量，以及对模具的浇注系统的设计，模具成型零件的分析计算，合模导向机构的设计，推出机构，使用EMX（模架设计专家）进行模架的设计，最后对三维造型使用Pro/Engineer形同转出dwg文件进行出图。

关键词：

模具设计、斜顶杆抽芯、水杯、注塑、塑料成型工艺。

第1章前言

1.1本研究领域的现状和国内外的发展趋势

21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率缩短设计及生产周期，降低生产成本，最大限度的提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。

1.2国内的发展情况

目前国内模具行业的反展情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已经成为一个行业，但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的情况。

一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造需要每年花几百万上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。

为了提高模具企业的设计水平和加工能力，中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的CAD/CAM系统。

但是国内优秀的CAD/CAM系统很少，只有少数适合模具行业应用。

而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力、强大的结构有限元分所能力、强大的计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等，但是价格昂贵，一般企业难以支持。

1.3本课题的研究内容.要求.目的及意义

1.3.1本课题的研究内容

做盒盖的模具设计，使盒盖注射模结构简单，型芯、型腔、推出机构设计合理，并可自动脱模。

并书写开题报告，和模具说明说。

根据说明书画模具CAD图。

1.3.2本课题的研究要求

检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。

初步掌握进行模具设计的方法过程为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写好科研论文打下基础。

培训自己的动手能力、创新能力、计算机运用能力。

1.3.3本课题的研究要求

1此塑件外表面不允许有印痕，并且要光滑。

2要使注射模结构简单，并且可自动脱模。

3流道设计合理，可保证产品质量冰球额又节约生产原材料。

4了解聚丙烯的性能、特性和设计时的要求。

1.3.4研究意义

对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。

以进一步的熟练掌握AuToCAD的运用。

锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作准备。

第2章水杯塑件分析

本设计实例为一塑料水杯，如图1-1所示。

材料为PP，塑件为倾斜壁不需脱模斜度；大批量生产。

应用Pro/E中拉伸、旋转、倒圆角、扫描等相关命令生成的水杯。

图1-1塑料水杯

2.1外形的尺寸

该塑件为圆形，壁厚为3mm，无孔，结构较简单，适合于注射成型。

制品最小壁厚的确定原则：

（1）脱模时受顶出零件的推力不变形；

（2）能承受装配时紧固力。

壁厚因制品大小和塑料品种的不同而异。

热塑性塑料制品的最小壁厚可达到0.25mm，但一般在（0.6~0.9）mm之间。

常用壁厚为（2~4）mm。

制品的整体外形尺寸与塑料的流动性有关。

在注射成型与传递成型中，当塑料流动性能差时，以及制品壁厚较薄时，其整体外形尺寸不能设计过大。

此外，整体外形尺寸受到成型设备的制约。

2.2精度等级

零件图中重要的尺寸有φ80±0.5、Φ74±0.5、125±1、110±1、12±0.2、φ60±0.5、φ54±0.5、5±0.2、R100、R103，对照附表C、附表B（GB/T14486—1993），知道这些尺寸的公差等级在2级以上，为高精度等级，圆角R1、R2属一般精度等级。

2.3塑件材料选择

2.3.1塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系

结合相机面壳壁薄的特点，选流动性较好,综合性能好，无毒,耐水、油等；吸水性较小，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学稳定性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可渡铬，适合制作一般机械零件、减磨零件、传动零件和机构零件。

要想获得合格的塑料制件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性。

塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件结构设计满足成型。

2.3.2性能指标和要求

2-3性能指示表

密度/（g·cm-3）

1.28~1.08

屈服强度/MP

50

比体积/（cm3·g-1）

0.86~0.98

拉伸强度/MP

38

吸水率/%

0.2~0.4

拉压强度/MP

53

熔点/℃

130~160

拉弯强度/MP

80

计算收缩率/%

0.3~0.8

拉伸弹性模量/MP

1.4×103

比热容/[J·（kg·℃）-1]

1470

弯曲弹性模量/MP

1.4×103

满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷及开裂等缺陷，达到提高生产率和降低成本的目的。

塑件结构工艺性设计的主要内容包括：

尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形状、壁厚、斜度、加强筋、支承面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、文字、符号及标记等。

2.3.3水杯塑料选择

因为PP的性能密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化，根据以上分析与计算，所以水杯注射材料初选定为聚丙烯。

第3章初步选定注射机

3.1注塑机的分类

注塑机的分类方法很多，目前使用较多的是按注塑机外形特征分类，这种分类方法主要是根据注塑机的合模装置和注射装置的相对位置进行分类的。

卧式注塑机：

合模装置与注射装置的运动轴线呈一线水平排列，具有机身低，操作、维修方便，自动化程度高等特点。

所以这种形式应用最广，对大、中、小型都适用，是目前注塑机最基本的形式。

立式注塑机：

合模装置与注射装置的运动轴线呈一线并垂直排列，具有占地面积小，模具拆装容易，模具内安放嵌件方便等优点。

但制品顶出后不易脱落，不易实现全自动化操作，且机身高，加料、维修不方便。

目前小型注塑机常采用这种形式。

角式注塑机：

合模装置和注射装置的运动轴线互成垂直排列，其优缺点介于立式和卧式之间，使用也较普遍，大、中、小型注塑机均有。

3.2注塑机的基本参数

注塑机的基本参数是其设计、制造、选择与使用的基本依据。

描述注塑机性能的基本参数有：

注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置基本尺寸等。

3.2.1、公称注射量

公称注射量指机器对空注射条件下，注射螺杆作一次最大注射行程时，注射装置所能给出的最大注出量，是注塑机的主要参数之一，单位为g或cm3。

注射量标志了注塑机的注射能力，反映了机器能生产制品的最大重量或体积。

3.2.2注射量有两种表示法

一种是以加工PS原料为标准（密度1.05g/cm3），用注射出熔融物料的重量（g）表示。

加工其他物料时，应进行密度换算。

另一种方法是采用注射容量表示，即用一次注出熔融物料的容积（cm3）表示。

3.2.3我国注塑机标准

系列规定注射量的规格为16、25、30、40、60、100、125、160、250、350、400、500、630、1000、1600、2000、2500、3000、4000、6000、8000、16000、24000、32000、48000、64000（cm3）。

3.3注射量的计算

通过计算得塑件体积：

V塑=81.125cm3

本模采用一模四腔结构，如图3-1所示。

为了保证四个型腔同时进料，考虑采用平衡式的浇注系统，浇注系统的凝料可根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算，这里取0.2倍，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和塑件体积之和）为：

V总=V塑（1+0.2）×4=81.125×1.2×4cm3=389.4cm3

图3-1型腔布置形式

3.3.1其主要技术参数

其主要技术参数见表3-1

表3-1注射机主要技术参数

理论注射量/cm3

1000

最大模具厚度/mm

700

螺杆直径/mm

85

最小模具厚度/mm

300

注射压力/MPa

121

模具定位孔直径/mm

150

锁模力/KN

4500

喷嘴球半径/mm

18

拉杆内间距/mm

650×550

喷嘴口孔径/mm

7.5

最大开模行程/mm

700

3.3.2型腔大小

每一次注入模具型腔的塑料总体积为：

V总=389.4cm3注射机为：

V机=V总/0.8=389.4/0.8=486.75cm3，一般用注塑机的公称注射量和锁模力同时来表示注塑机的加工能力，并以此作为注塑机的系列规格。

3.4注射机选择

国产注塑机的型号表示为：

XS—ZY—500，型号中：

X表示（成）形（机），S表示塑料，Z表示注射，Y表示预塑式，500表示公称注射量，初选定注射机型号为XS—ZY—500。

第4章分型面

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向垂直的分型面。

4.1分型面的形式

分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：

水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。

4.2分型面的选择原则

分型面为动模与定模的分界面，是取出塑件或浇注系统凝料的面。

它的合理选择是塑件能完好成型的条件，不仅关系到塑件的脱模，而且涉及摸具结构与制造成本。

合理的分型面不但能满足制品各方面的性能要求，而且使模具结构简单，成本亦会令人满意。

尽可能地将塑件留在公模侧，因在公模侧设置脱模机构简便易行。

在安排制件在型腔中方位时，尽量避免侧向分型或抽芯以利于简化模具结构。

结合以上原则还要综合考虑塑件的尺寸精度、外观质量、使用要求及是否有利于浇注系统特别是浇口的合理安排，是否有利于排气。

4.3分型面的选择

如图4-3所示，分型面选择在端盖截面积最大且有利于开模取出塑件的顶平面上。

由图可以看出，不能将侧面作为分型面，因为那将导致不合理的模具高度和模腔深度。

对于这一模具，分型面没有太多的选择。

它的侧边是有斜度的，上端面为最大截面，可考虑将整个外观面作为分型面。

4.4分型面的计算

塑件在分型面上的投影面积A塑为：

A塑=π/4×802mm2=5024m²

该浇注系统在分型面上的投影面积A浇，包括流道凝料和浇口在分型面上的投影面积，通常A浇取每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，这里取A浇=0.2塑，则塑件和浇注系统在分型面上总的面积A总为：

A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+0.2A塑）=4×1.2A塑=4×1.2×5024mm2=24115.2m²分

模具型腔内的胀型力F胀为：

F胀=A总P模=12057.6×30N=723.456kN

P模通常取25~40MPa。

对于粘度较大的塑件取较大值，PP属于较小粘度，故P模取30MPa。

因为F胀

分型面

图4-3分型面选择

第5章浇注系统设计

浇注系统是指模具中塑料熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道。

其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、轮廓清晰、表面光洁、尺寸精确的塑件。

浇注系统设计合理与否将直接影响到塑件的质量、成型工艺调整难易。

5.1、浇注系统设计原则

浇注系统设计是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，设计时应遵循如下原则：

5.1.1结合型腔布局考虑应注意以下三点

5.1.1.1尽可能采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道；

5.1.1.2型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；

5.1.1.3型腔排列尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸。

5.1.2设计要求

热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽量短，断面尺寸尽可能大，尽量减少弯折，表面粗糙度要低；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，即分流道尽可能采用平衡式布置。

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小以减小塑料的耗量。

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。

排气良好，浇注系统应能顺利地引导塑料塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出。

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。

5.1.3生产质量

塑件外观质量，根据塑件大小、形状及技术要求，做到去处浇口方便，浇口痕迹无损塑件地美观和使用。

生产效率，尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短效率高。

塑料熔体流动特性，大多数热塑性塑料熔体地假塑行为，应予以充分利用。

根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，型腔设计成中心浇口，流道开在型腔板上。

5.2、浇注系统组成

浇注系统由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。

图5-1主流道

5.3主流道设计

5.3.1主流道

如图5-1是连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔融体通道。

d：

主流道小端直径=（注射机喷嘴孔径+0.5~1）mm，在此主流道小端直径我选用8mm。

L：

主流道长度，根据模具结构确定。

α：

主流道锥度。

一般2°~4°。

5.3.2浇口套设计

浇口套如图5-2为标准件可选购。

浇口套常用钢材是T8A、T10热处理要求：

（50-55）HRC。

图5-2浇口套

5.4主流道计算

主流道球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm，在此选用SR=19mm。

根据XS—ZY—250注射机的主要技术参数得：

主流道小端直径D=d+0.5mm=7.5+0.5=8mm；

主流道球面半径SR=r+1mm=18+1=19mm；

球面的配合高度h=3mm；

主流道长度一般尽量小于60mm，本次设计中初取33mm。

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度取4°，经换算得主流道大端直径D≈10mm；为了使熔融塑料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=3mm的圆弧过渡。

主流道浇口套的结构如图5-4所示。

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触易磨损，为了便于拆卸更换，将主流道浇口套与定位圈分开来设计。

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

图5-4主流道浇口套

5.5分流道设计

分流道长度因为制品的形状不算太复杂，熔融塑料填充型腔比较容易，为了减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，减小分流道的容积，分流道长度尽量短，现单边长度取155mm，如图3.1所示。

5.5.1分流道当量直径

塑件的质量m塑=ρV塑=0.905×81.125cm3=73.418g<200g，根据经验公式D分=0.2654m1/2L1/4得分流道的当量直径D分=0.2654×73.4181/2×1551/4mm=8.02mm。

5.5.2分流道截面形状

分流道截面形状采用梯形截面，其加工工艺性好，便于凝料的脱模，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。

5.5.3设梯形的下底宽度为

底面圆角的半径R=1mm，并根据设置梯形的高H=5mm，分流道的斜度取8°，则该梯形的截面积为：

A分=（x+x+2×5tan8°）h/2=（x+5tan8°）×5

再根据该面积与当量直径为8.02mm的圆面积相等，可得：

（x+5an8°）×5=πD²分=3.14×8.02²/4得，x≈7.58，则上底约为8mm。

采用标准分流道截面尺寸上底B=8mm，高H=5mm如图5-5所示。

5.6浇口设计

根据制品的成型要求及型腔的布置方式，选用点浇口如图5-6。

点浇口的直径根据点浇口的直径d的计算公式：

d=n（t²A）1/4=（0.14~0.20）×（3²×5356.3951）1/4mm=2.07~2.96mm，取d=2.5mm.。

点浇口的长度点浇口的长度L浇一般选用0.5mm~2.0mm,这里取L浇=2mm。

即点浇口的尺寸：

直径×长=2.5mm×2mm。

第6章成型零件结构设计及计算

注射模的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括定模、动模，以及各种成型杆和成型镶件（块）。

6.1成型零件结构设计

该塑件的型芯有一个，成型零件底部内表面，考虑加工难易程度和材料的价值利用等因素，采用整体镶嵌式结构。

如图6-1所示。

图6-1凸模、凹模装配结构

6.2成型零件工作尺寸的计算

根据塑料平均收缩率计算凹模、型芯的工作尺寸，PP塑料平均收缩率取为2%，δz取值（1/3~1/6Δ），取δz=1/5Δ。

主要成型零件工作尺寸见表6-1。

表6-1型腔、型芯主要工作尺寸计算

类别

制件原尺寸

制件原尺寸

制件转换

计算公式

凹模或型芯的工作尺寸

凹模的计算

径向尺寸

60±0.5

60.5-10

LM=[Ls+LsS-3/4Δ]+δz0

60.96+0.20

凹模的计算

径向尺寸

80±0.5

80.5-10

LM=[Ls+LsS-3/4Δ]+δz0

81.36+0.20

凹模的计算

高度尺寸

125±1

126-20

HM=[Hs+HsS-2/3Δ]+δz0

126.19+0.20

型芯的计算

径向尺寸

74±0.5

73.5+10

lM=[ls+lsS+3/4Δ]-δz0

76.47-0.40

型芯的计算

径向尺寸

54±0.5

54.5+10

lM=[ls+lsS+3/4Δ]-δz0

57.09-0.40

型芯的计算

高度尺寸

5±0.2

4.8+0.40

hM=[hs+hsS+2/3Δ]-δz0

6.23-0.080

型芯的计算

高度尺寸

12±0.2

11.8+0.40

hM=[hs+hsS+2/3Δ]-δz0

12.303-0.080

型芯的计算

高度尺寸

110±1

109+20

hM=[hs+hsS+2/3Δ]-δz0

112.513-0.40

6.3成型零件图

尺寸标注后的凹模及型芯如图6-2、6-3所示。

图6-2凹模尺寸标注

图6-3凸模尺寸标注

6.4成型零件侧壁厚度及动模垫板厚度计算

6.4.1凹模侧壁厚度的计算

凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选500×500mm人标准模架，其厚度由刚度公式计算得：

S=（3PH4/2Eδp）1/3=[3×30×1254/（2×2.1×105×0.04）]1/3mm=50.76mm

式中，p是型腔压力，取30（MPa），E是材料弹性模量，常取2.1×105（MPa），H是型腔深度，δp是模具刚度计算许用变形量，可查表得，此处取0.04。

凹模是镶嵌体，为结构紧凑，单边厚度选30mm。

由于型腔采用直线、对称结构布置，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了，型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模模板平面尺寸选用560×560mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。

图6-4所示为凹模板结构图。

图6-4凹模板

6.4.2动模垫板的厚度的计算

动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在560×560这个范围之内，垫块之间的跨度大约为：

560mm-100mm-100mm=360mm。

那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度。

即：

H=0.54L（PA/EL1δP）1/3=0.54×360×[30×20096/（2.1×105×560×0.04）]1/3mm=45.5mm

式中，L是垫块的跨度，L1是动模垫板的长度，A是四个型芯投影到动模垫板上的面积。

模具如果增加2根支承柱来进行支撑，动模垫板厚度可以再小些，故动模垫板可按照标准厚度取50mm。

图6-5A4型的标准模架

6.5模架的确定

6.5.1各模板尺寸的确定

根据模具型腔布局在中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为400mm×400mm，又考虑凹模最小壁厚，导柱、导套有布置等，确定选用模架序号为18号（W×L=560mm×560mm），模架结构为A4型。

6.5.2A板尺寸

A板是定模型腔板，塑件高度为125mm，又考虑在模板上还要开设冷却管道，还需留出足够的距离，故A板厚度为160mm。

6.5.3B板尺寸

B板是型芯的固定板按模架架板厚取50。

6C板（支承板）尺寸支承板=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）mm=（110+40+25+5~10）=180~185mm，初步选定C板尺寸为180mm。

经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号18号，板面为560×560mm，模架结构形式为A4型的标准模架。

其尺寸：

宽×长×高=560mm×560mm×615mm,如图6-5所示。

第7章推出机构设计

推出机构总的设计要求为：

a）推出机构应尽可能设置在动模上，以便利用注射机驱动推出机构，当塑件因形状等关系不能保证留在动模端时，则须采用强留措施，或在定模上设置推出机构；b）推出机构须动作可靠、运动灵活、制造方便、维修与更换容易；c）根据塑件的尺寸、形状及塑件材料等选用推杆、推杆的位置及数量，以保证塑件不发生变形、破裂、擦伤以及外观、精度等质量要求。

因此，推杆应设置在塑件承力较大的位置；d）对塑件推出阻力较大的部位，须有足够的推出力，以保证塑件各部位均匀推出；e）推杆孔须与推板运动方向平行，与推杆的配合不能过紧或过松，避免推杆折损或产生毛边，造成不易推出，标准规定采用H7／f6配合。

由于塑料杯制品是深腔、薄壁且不允许由顶杆痕迹的塑料件，所以采用推板形式来脱模。

这种结构的脱件具有平稳、推理均匀、推出面积大的特点。

其结构如图7-1所示。

推杆长度由模板厚度、推出距离确定。

推杆直径不宜太细，应有足够的刚度和强度来承担推力，一般推杆直径为

2.5~

12mm，尽量避免

2mm以下的推杆。

推杆直径d的确定可根据压杆稳定公式求得：

d=k（

）

=

=11.81mm

d—推杆直径；n—推杆的数量，n取4

L—推杆长度（参考模架尺寸，估取L=220）；

E—推杆材料的弹性模量，取E=2.1×10

MP

k—安全系数，取k=1.5；F

—总的脱模力，F

=66765（N）；

此处取推杆直径为12mm。

推件板厚度的计算：

H

0.54L（

）

=

＝19.8mm

式中L—推杆对推件板的作用间距，参考模架取L取120mm；

B—推件板宽度，B=160mm；[

]模板中心允许的最大变形量，[

]=0.065mm，[

]取1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差

=0.52mm。

模具推件板的厚度为20mm，从计算结果看，满足强度要求。

第8章冷却系统的设计

8.1冷却系统设计

注射成型是向模具注射200°C左右的塑料熔体，使熔体在模具内冷却定型，所以模具在成型过程中还起着热交换器的作用。

模具温度调节系统直接影响着塑件的质量和生产效率。

成型的塑料品种不同，塑件的质量要求不同，对模具的温度要求也不同。

，使注射成型塑件有良好的产品质量。

基于时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走