05911022董应刚塑料碗注射模设计.docx
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05911022董应刚塑料碗注射模设计
四川理工学院成人教育学院
毕业设计（论文）
题目塑料碗注射模设计
教学点重庆科创职业学院
专业机械设计制造及自动化
年级2011级
姓名董应刚
指导教师唐建敏
定稿日期：
2014年4月25日
四川理工学院成人教育学院
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
董应刚
专业班级
机械模具BK311101
设计（论文）题目
塑料碗注射摸设计
接受任务日期
2013年12月18日
完成任务日期
2014年4月25日
指导教师（签名）
唐建敏
指导教师单位
重庆科创职业学院
设计（论文）内容目标
（1）通过本次论文设计后对所学的知识更进一步的了解和熟悉。
（2）对学生自我的一次检验。
（3）培养学生的动手和动脑能力。
（4）锻炼学生口语交际和共同协作能力。
（5）为今后入社会打下一定的基础。
设计（论文）要求
（1）对论文的格式必须按照模板来完成。
（2）防止抄袭和剽窃他人研究成果。
参考资料
陈志刚.塑料模具设计.北京机械工业出版社,2002
王鹏驹.塑料模具技术手册.北京机械工业出版社,1997
许发樾.模具常用机构设计[M].北京机械工业出版社2003
屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京机械工业出版社,1998
注：
此表由指导教师填写后发给学生，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作
塑料碗注射摸设计
摘要
在目前激烈的市场竞争中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。
模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。
因此，如何在保证质量、控制成本的前提下缩短模具开发周期是值得认真考虑的问题。
模具开发周期包括模具设计、制造、装配与试模等阶段。
所阶段出现的问题都会对整个开发周期都有直接的影响，但有些因素的作用是根本的、全局性的。
人的因素及设计质量就是这样的因素。
缩短设计周期并提高设计质量是缩短整个模具开发周期的关键之一。
模块化设计就是利用产品零部件在结构及功能上的相似性，而实现产品的标准化与组合化。
大量实践表明，模块化设计能有效减少产品设计时间并提高设计质量。
因此本文探索在模具设计中运用模块化设计方法。
某些模具零件（如凸凹模）的形状和尺寸由产品决定因而无法在模块设计时预见到，所以只能按常见形状设计模块（如圆形或矩形的冲头）,适用面窄；某些模具零件（如冲压模的工件定位零件）虽然互相配合执行某一功能，但它们的空间布置难寻规律与共性，因此即使按功能划分也不能产生模块。
本文介绍了注射模具的特点及发展趋势，叙述了塑料碗注射模具设计与计算的详细过程，介绍了该塑件成型工艺、注射模具的结构特点与工作过程
关键词：
塑料碗；注射模；模具零件
INJECTIONPIASTICBOWLTOUCHTHEDESIGN
ABSTRACT
Inthecurrentfiercemarketcompetition,theproducttomarketsoonerorlaterisoftenthekeytothesuccessorfailure.Mouldisaproductofhighquality,highefficiencyproductiontool,molddevelopmentcycleofthemainpartoftheproductdevelopmentcycle.Therefore,howtoensurethequality,controlthecostunderthepremiseofshortenthemolddevelopmentcycleisaproblemworthyofseriousconsideration.
Molddevelopmentcycleincludingmolddesign,manufacturing,assemblyandtestphase.Thephaseproblemswillhaveadirectimpactontheentiredevelopmentcycle,buttheroleofsomefactorsisafundamentalandoverall.Humanfactorsandthedesignqualityissuchfactors.
Shortenthedesigncycleandimprovethequalityofdesignisoneofthekeystoshortenthemolddevelopmentcycle.Modulardesignistousethesimilaritybetweentheproductpartsinthestructureandfunction,andachievethestandardizationandmodularizationofproduct.Alotofpracticeshowsthatmodulardesigncaneffectivelyreducethedesigntimeandimprovethequalityofdesign.Sothisarticleexploreusingmodulardesignmethodinthemolddesign.
Somemoldparts,suchasintensiveshapeandsizeisdeterminedbytheproductandthereforeunabletoforeseewhenmoduledesign,socanonlyaccordingtothecommonshapedesignmodule（e.g.,circularorrectangularpunch）,narrowapplicable;Somemouldparts（suchasstampingdieworkpiecepositioningparts）whilecooperatewitheachothertoperformacertainfunction,buttheirspatialarrangementishardtofindrulesandcommon,soevenifaccordingtothefunctionaldivisionalsodoesnotproducemodule.
Thispaperintroducesthecharacteristicsanddevelopmenttrendofinjectionmould,describestheplasticbowlofinjectionmolddesignandcalculationprocessindetail,introducestheplasticmoldingprocess,structurecharacteristicsandworkingprocessofinjectionmould.
Keywords:
plasticbowl;Injectionmould;Themoldparts
第一章绪论
1.1模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
另外模具对制品的成本也有影响。
当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。
现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。
由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。
因此促进模具的不断向前发展
1.2模具的发展趋势
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：
（1）加深理论研究
在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。
（2）高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构。
高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。
（3）大型、超小型及高精度
由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。
（4）革新模具制造工艺
在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。
（5）标准化
开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。
第二章塑料的工艺性设计
2.1注塑模工艺
干燥处理：
如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度：
220~275℃，注意不要超过275℃。
模具温度：
40~80℃，建议使用50℃。
结晶程度主要由模具温度决定。
注射压力：
可大到1800bar。
注射速度：
通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。
如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
流道和浇口：
对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。
建议使用通体为圆形的注入口和流道。
所有类型的浇口都可以使用。
典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。
对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。
PP材料完全可以使用热流道系统。
成型时间：
注射时间20s~60s
高压时间0s~3s
冷却时间20s~90s
总周期50s~160s
2.2化学和物理特性及塑件的尺寸与公差
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。
2.2.1塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
（1）取决于用户的使用要求。
（2）受制于塑件的流动性。
（3）受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
根据日常需要取碗的碗口半径为65mm，碗底半径为30mm，碗高65mm，碗壁厚2mm如图2-1所示。
图2-1碗的工程图
2.2.2塑件尺寸公差标准及塑件的表面质量
影响塑件尺寸精度的因素主要有：
（1）塑料材料的收缩率及其波动。
（2）塑件结构的复杂程度。
（3）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
（4）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。
（5）成型设备的控制精度等。
（6）其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。
题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算。
（7）塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。
（8）具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。
第三章注射成型机的选择
从节省材料的角度我们选择一模一腔的浇注系统；
估算出制品体积V=103cm3
所需熔体PP塑料质量M=94g
制品的正面投影面积S=2πR2=26533mm2
所需注射量80%注射机最大注射量；注射压力；锁模压力
（1）根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积：
V=103+10=113
——塑件凝料体积（cm3）
（2）注射压力
PP塑料成型时的注射压力
（3）锁模力：
式中P—模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）；一般为注射压力的0.3～0.65倍。
PP塑料成型时的注射压力
，我们选择P=0.65×120=80MPa
P——塑料成型时型腔压力80MPa
F——塑件在分型面上的投影面积（mm²）
F=26533mm²=0.025633m²
P锁模力=80*26533=2123=2.12KN＜100KN
确定注射机型号SZ-160/100（卧式）
SZ-160/100（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：
表3-1注塑机的主要参数
理论注射容积（cm³）
160
螺杆直径（mm）
40
注射压力（MPa）
150
注射速率（g/s）
105
塑化能力（g/s）
45
螺杆转速（r/min）
0—220
锁模力（kN）
100
拉杆有较距离（mm）
345×345
移模行程（mm）
325
模具最大厚度（mm）
300
模具最小厚度（mm）
200
锁模形式
双曲肘
模具定位孔直径（mm）
￠100
喷嘴球半径（mm）
SR15
喷嘴口孔径（mm）
￠4
模板尺寸（mm）
200×315
第四章型腔布局与分型面设计
4.1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。
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即
n
式中F——注射机额定锁模力（N）
P——型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）
A1、A2——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2）
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。
4.2型腔布局
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4-1所示：
图4-1型腔布局
4.3分型面的设计
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。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
（1）保证塑料制品能够脱模
这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。
根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。
分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。
（2）使型腔深度最浅
模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响：
a.目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本。
b.模具型腔深度影响着模具的厚度。
型腔越深，动、定模越厚。
一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。
c.型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大，如图2。
若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。
因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。
（3）使塑件外形美观，容易清理
尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。
即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上。
（4）尽量避免侧向抽芯
塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用。
（5）使分型面容易加工
分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。
因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。
如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。
（6）使侧向抽芯尽量短
抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度。
对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。
因此，选择分型面时应有利于排气。
按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。
综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。
当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。
对于本塑件，最佳分型面如图所示4-2。
4-2分型面
第五章浇注系统设计
5.1主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
形状结构如图5-1所示，其设计要点：
图5-1主流道
（1）主流道设计成圆锥形，其锥角可取2°~6°，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63μm，且加工时应沿道轴向抛光。
（2）主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大1~2mm；球面凹坑深度3~5mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5~1mm；一般d=2.5~5mm。
（3）主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=1~3mm。
（4）主流道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。
主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度53~57HRC。
5.2主流道衬套的固定
因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。
定位圈也是标准件，外径为Φ150mm，内径Φ31.5mm。
具体固定形式如图5-2所示：
图5-2主流道衬套
5.3分流道的设计
（1）分流道是脱浇板下水平的流道。
为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：
（式1）
（式2）
式中B―梯形大底边的宽度（mm）
m―塑件的重量（g）
L―分流道的长度（mm）
H―梯形的高度（mm）
质量大约58.5g，分流道的长度预计设计成190mm长，且有2个型腔，
所以
取B为15mm
=10取H为10mm
根据实践经验，PP塑料分流道截面直径为4.8~9.5。
所以我们可以选择截面直径为9.5mm，H=6.3mm。
梯形小底边宽度取8mm，其侧边与垂直于分型面的方向约7°。
另外由于使用了水口板（即我们所说的定模板和中间板之间再加的一块板），分流道必须做成梯形截面，便于分流道和主流道凝料脱模。
如下图5-3所示：
图5-3分流道
（2）分流道长度
分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。
将分流道设计成直的，总长190mm。
（3）分流道表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
（4）分流道表面粗糙度
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：
即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。
本模具的流道布置形式采用平衡式。
5.4浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
（1）浇口的选用
它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用点浇口：
a.浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形。
b.浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。
c.浇口之压力损失大，必须高之射出压力。
d.浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。
它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。
（2）浇口位置的选用
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。
总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，如图5-4所示
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