完整版分类垃圾桶底座热流道注射成型工艺及模具设计毕业设计.docx

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完整版分类垃圾桶底座热流道注射成型工艺及模具设计毕业设计

分类垃圾桶底座热流道注射成型工艺及模具设计

吴杰

专业名称：

机械工程及自动化

指导教师：

王二讲师

摘要

本毕业设计论文详细记录了分类垃圾桶底座热流道模具的设计全过程。

本文主要内容包括：

垃圾桶的改进方案、制品的选材、制品的工艺分析、注射机的选择及校核、热流道浇注系统的设计、脱模机构的设计、成型零件和结构零件的设计以及相关尺寸的计算校核、排气系统及温控系统的设计、模具材料的选择等注射模设计中的关键问题。

其中热流道浇注系统的设计是本次毕业设计的重点。

此外，本文中还包括一篇文献综述。

关键词：

垃圾桶底座热流道注射机注射模具

Abstract

Thethesisofthegraduatedesignnotesthewholedesignprocessesofthepedestalindetails.

Thethesismainlyincludes:

theimprovingmethodoftherubbishbin,theselectingmaterialoftheproduct,thetechnicalanalysisoftheproduct,theoptionandcheckoftheinjectormachine,thedesignofoftheejectionmechanism,thedesignofthemoulding，partsandmakeupparts,aswellassomekeyproblemininjectionmoulddesign.Suchas:

thecalculationsoftherelatedsizes,exhaustingsystemandtemperaturecontrolsystem,thechoicesofthemouldmaterials.Andtheemphasisofthisdesignisthedesignofthepedestalmould

目录

摘要I

AbstractII

目录III

引言1

第一章塑件工艺分析及模具结构方案2

1.1塑件工艺分析2

1.2确定模具结构方案4

1.3选择注塑成型设备并进行校核5

第二章垃圾桶底座的Moldflow模流分析8

2.1MOLDFLOW软件简介8

2.2垃圾桶底座塑件的有限元模型的建立8

2.3塑料制件的选材9

2.4Moldflow的流动填充分析10

第三章浇注系统的设计和排溢系统的计13

3.1浇注系统的选定13

3.2流道的设计与定位圈的设计13

3.3排气系统的设计16

第四章成型零部件尺寸的设计及校核17

4.1塑件精度及影响因素17

4.2成型零部件尺寸的计算17

第五章模具结构设计21

5.1标准模架的选择21

5.2支撑板的强度21

第六章推出机构的设计及校核23

6.1模具对脱模机构的要求23

6.2脱模力的计算23

6.3脱模力的具体计算24

6.5推板的设计26

第七章模具材料的选择28

7.1材料的选择选择原则28

7.2成型零件的材料选择28

7.3其它模具零件材料的选择29

结束语30

参考文献31

引言

近年来我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。

且随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，对模具工业提出了越来越高的要求。

以前传统的注塑模具及其生产出来的产品已不能满足当前人民的需要了。

于是一些新型的注塑模技术以其优良的产品质量、低的注射成本、高的生产效率等优点不断应用于当今模具行业，兴起了新一波的制造业高潮。

热流道技术正是其中的一种，且随着科技的进步越来越广泛地应用到现代模具行业中。

热流道成型是指从注射机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态，在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。

该系统一般由喷嘴、热流道板、温控器和加热元件热流道加热元件等几部分组成。

第一章塑件工艺分析及模具结构方案

1.1塑件工艺分析

1.1.1塑件结构特点及工艺性

重量378g

密度0.91gcm3

材料PP（聚丙烯）

体积415㎝3

厚度2mm

投影面积约为：

500cm2

该塑件为垃圾桶的底座。

现在市场上用于家庭或办公室的垃圾桶均为单桶式，它的不足是不能将垃圾分类，最终造成环境的污染，及可回收材料的浪费。

因此，我们立足于这一不足点，将垃圾桶进行改进，使其成为绿色环保性的双桶式垃圾桶。

两桶成对称分布，高度为65mm，壁厚2mm，其加强筋部分均为3㎜，且高度均为1㎜，最大投影面积为50000mm2。

制件的外表面的光洁度要求比较高，内表面的精度低些，塑件精度外表面选MT2级，内表面选MT3级。

该垃圾桶的底座只有两个部位尺寸要求严格，即与桶身相配合的10个小凸台、装脚踏板的4个小孔。

并且在安装的过程中，均是强制压入。

其它部位可由设计者，根据材料的节省、模具加工的难易、模具设计的方便性自行进行修改。

从制件的结构来看，2㎜厚的制品必须在工艺上考虑其充模能力。

此外该制件的造型有点，这是一大难点，这可能会给后面的零件及模具图的表达带来困难。

1.1.2塑件材质及成型工艺性

该塑件所采用材料为：

聚丙烯（PP）。

它来源广泛，合成工艺较简单、密度小、价格低、加工成型容易。

拉伸强度、压缩强度等都比低压聚乙烯高，还有很突出的刚性和耐折叠性，以及优良的耐腐蚀性和电绝缘性。

但冲击性能不足，低温条件下易脆裂，且成型收缩率较大，热变形温度不高，但可以通过改性改善。

它主要的成形特性如下：

1.结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属长期接触易发生分解。

2.流动性极好，溢边值0.003mm左右。

3.冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢。

4.成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、方向性强。

5.注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90℃以上易发生翘曲、变形。

6.塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中。

表1.1聚丙烯成型条件

塑料名称

聚丙烯

料筒温度（℃）

后段

160～170

中段

200～220

前段

180～200

缩写

PP

注射压力（MPa）

70～120

注射成形机类型

螺杆式

注射时间（s）

0～5

密度（gcm3）

0.90～0.91

保压时间（s）

20～60

比容（mlg）

1.92

冷却时间（s）

15～50

收缩率（%）

1.0～2.5

总周期（s）

40～120

喷嘴温度（℃）

170～190

螺杆转速（rmin）

48

干燥

温度（℃）

70～85

适用注射机类型

螺杆式

柱塞式均可

时间（h）

2

模具温度（℃）

40～80

后处理

无

1.2确定模具结构方案

1.2.1参考方案

方案一：

普通的冷流道浇注系统，单分型面，直浇口设计。

方案二：

采用热流道浇注系统。

单分型面，点浇口设计。

1.2.2方案的确定

方案一：

设计容易，成本低。

但由于壁厚较薄，形状复杂，可能有充不满的情况发生。

并且由于冷料穴及凝料的存在，不仅降低了原材料的使用率，而且大大降低生产效率，操作繁杂，实现不了自动化生产，故淘汰此方案。

方案二：

采用热流道浇注系统,成本比传统的冷流道浇注系统高。

但由于热流道系统消除了多余的废料，也就消除了这些废料给模具带来的多余热量，缩短制件成型周期，制件成型固化后便可及时顶出，从而可使生产效率提高10％左右。

并且消除了后续工序，有利于生产自动化，制件经热流道模具成型后即为成品，无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序，有利于生产自动化，从而提高劳动生产率。

经过综合考虑，采用方案二较好。

1.2.3分型面的确定

分开模具能取出塑件的面，称作分型面。

分型面的方向尽量采用与注塑机开模成垂直方向，并满足分型面取在最大轮廓处，并且不影响制件外表面的光洁度。

分析制件的结构，最终将分型面选择在沿加强筋布置的位置。

1.2.4型腔数目的确定

为了使模具注塑机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时因合理确定型腔数目。

模具型腔数量的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状、制品精度、批量以及经济效益来确定的。

该塑件结构较复杂，且流程比较长，两边成对称分布。

根据分析与经验，选择两边的中心位置进浇。

所以我们选用一模一件。

1.3选择注塑成型设备并进行校核

各种型号的注塑机安装模具部分的形状和尺寸各不相同。

设计磨具时应校核的主要项目有：

喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板的平面尺寸和模具安装用螺钉孔位置尺寸等。

1.3.1塑件制品体积的计算

塑件的体积与注塑机的选择密切相关，通常我们先通过塑件体积来计算来初选注塑机，然后通过锁模力等对所选的注塑机进行校核。

塑件体积为415㎝3，

预选1000cm3的注射机，其型号为XS-ZY-1000。

1.3.2选择注射机

根据V注及T计，并综合考虑注射机的塑化能力，公称注射量，公称注射压力，工程锁模力，安装模具的有效空间，顶出形式及顶出行程，移模行程等等，选用型号为XS-ZY-1000的注塑机。

国产注塑机XS-ZY-1000技术规格

标称注射量cm31000

螺杆直径mm85

注射压力MPa121

注射行程mm260

螺杆转速rmin21、27、35、40、45、65、83

注射时间s3

注射方式螺杆式

合模力104N450

最大成型面积cm1800

模板最大行程mm700

模具最大厚度mm700

模具最小厚度mm300

拉杆空间mm650×550

合模方式两次动作液压式

推出形式中心及两侧推出（350）

电动机功率KW22

螺杆驱动功率KW13

加热功率KW40

喷嘴球半径mm18

喷嘴孔半径mmΦ7.5

定位圈尺寸mmΦ150

机器外形尺寸m7.67×1.74×2.38

设备产地上海塑机厂

1.3.3注塑机校核

1.3.3.1注射压力的计算及较核

注射压力的较核是检验注射成型机的最大注射压力能否满足制品成型的要求，因此注射机的最大注射压力要大于制件所要求的注射压力。

由以上PP的性能可知PP的注射压力为70～100MPa，而我们所选择的注射机的注射压力为121MPa。

因此我们可得所选的注射机满足制件的要求。

1.3.3.2锁模力的计算及较核

当高压的塑料熔体充满型腔时，在模具型腔内会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，力图使模具沿分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总面积乘以型腔内塑料压力。

这个力应小于注塑机的额定锁模力F。

否则在注射成型时会因锁模不紧而产生溢边跑料的现象。

型腔内的塑料熔体的推力T推（N）可按下式计算

T推＝A×P平均≤A×kp0

式中T推——型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力N；

A――塑件和浇注系统在分型面上的投影面积mm2；

P平均――型腔（及流道）内塑料熔体的平均压力，MPa；（中小型制件一般取20～40Mpa）

P0――注射压力，MPa

k――压力损耗系数，随塑料的品种、注射机的形式、喷嘴的阻力、流道阻力等因素变化，取值范围为0.2∼0.4。

经计算塑件和流道系统的投影面积约为50000mm2

因此，我们可得所选的注射机满足制件成型的要求。

1.3.3.3开模行程的校核

开模行程与塑件推出距离的校核取出制件所需的开模距离，必须小于注塑机的最大开模距离。

塑件的总厚度约为65mm左右，顶出距离最大为20mm左右即可，加上模具的总厚度526㎜，而注塑机的最大开模行程为700mm，该模具又为热流道（无凝料）。

所以，开模行程与塑件推出距离相匹配。

第二章垃圾桶底座的Moldflow模流分析

2.1MOLDFLOW软件简介

Moldflow公司为一家专业从事塑料计算机辅助工程分析（CAE）的跨国性软件和咨询公司。

自从1978年美国Moldflow公司发行了世界上第一套流动分析软件，几十年来以不断的技术改革和创新一直主导着CAE软件市场。

Moldflow以市场占有率87％及连续五年17％的增长率成为全球主流分析软件。

公司有遍布全球60个国家超过8000家用户,在世界各地都有Moldflow的研发单位及分公司。

Moldflow拥有自己的材料测试检验工厂，为分析软件提供多达8000余种材料选择，极大提高分析准确度。

从设计到加工Moldflow提供全套解决方案，让用户轻松拥有高品质产品，是企业面向世界的必经之路。

Moldflow的产品用于优化制件和模具设计的整个过程,提供了一个整体解决方案。

Moldflow软硬件技术为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议。

Moldflow系列产品主要包括：

MPA：

MoldflowPlasticAdvisers（快速试模分析）

MPI：

MoldflowPlasticInsight（高级成型分析）

2.2垃圾桶底座塑件的有限元模型的建立

Moldflow作为成功的注塑产品成型仿真及分析软件，采用的基本思想也是工程领域中最为常见的有限元方法。

简单说来，有限元方法就是利用假想的线或面将连续介质的内部和边界分割成有限大小的，有限数目的，离散的单元来研究。

这样，就把原来一个连续的整体简化成有限个单元的体系，从而得到真实结构的近视模型，最终的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的。

2.2.1有限元网格划分

将三维数据导入到Moldflow中，由于本制件尺寸为424×290×65mm，网格的单位格不能太大或太小，因为网格太大则模拟不够准确，网格太小则计算机模拟时间非常长甚至模拟不成功。

这里划分网格的Globaledgelenth选10mm，划分后很好的保证了模拟的精度，并且使电脑计算量不大。

划分网格后，经过网格状态统计后，一般网格都会出现各种问题，尤其是大型制件。

大型制件网格的好坏直接影响模拟的精度，不好的网格甚至模拟错误或模拟不成功。

网格经修复后，网格示意图如下：

图2.1Moldflow有限元网格模型

其中网格的三角形（Surfacetriangles）数量为26538，节点（Nodes）数量为13577，自由边与非重叠边全部为零，网格匹配率为92.6%，三角形最大纵横比为5.93，最小纵横比为1.15，满足流动分析、翘曲分析及冷却分析对网格的要求。

2.3塑料制件的选材

材料选择Borealis公司的PP，产品代号为HJ320P，产品无其他添加剂。

其固体密度0.89912gcm3,熔体密度0.73379gcm3,弹性模量1340Mpa，泊松比0.392，剪切模量481.3Mpa。

最大剪切应力：

0.26Mpa,最大剪切速率24000S-1。

本材料推荐的加工工艺为：

模具表面温度：

50℃,温度范围20℃-80℃。

熔体温度:

230℃，温度范围200℃-280℃。

聚丙烯不同温度下黏度与剪切速率的关系图

图2.2不同温度下黏度与剪切速率的关系图

2.4Moldflow的流动填充分析

对于塑料注射成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。

制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等，都与树脂在模具中的流动方式有关。

MPIFlow通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等，帮助工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因并加以改进，提高一次试模的成功率。

（1）填充和保压转换分析

图2.3填充时间

如图所示：

填充时间为2.029秒，等高线的在各块区域间距都相等，说明料流前锋的前进速度有阶段性的一致，填充基本平衡。

而且当填充平衡时，产品末端的填充时刻一致，都在2s左右。

具体填充过程如下：

表2.1填充过程

Fillingphase:

Status:

V=Velocitycontrol

P=Pressurecontrol

VP=Velocitypressureswitch-over

|Time|Volume|Pressure|Clampforce|Flowrate|Status|

|（s）|（%）|（MPa）|（tonne）|（cm^3s）||

|0.10|2.48|16.75|0.05|216.17|V|

|0.19|7.56|16.77|0.14|217.82|V|

|0.29|12.52|16.95|0.33|217.53|V|

|0.38|17.67|17.13|0.55|217.51|V|

|0.48|22.72|17.41|0.98|217.23|V|

|0.57|27.60|17.70|1.54|216.99|V|

|0.67|32.30|18.07|2.30|217.06|V|

|0.76|37.20|18.51|3.25|217.13|V|

|0.86|42.03|18.99|4.53|217.06|V|

|0.95|46.92|19.47|6.08|217.10|V|

|1.05|51.75|19.87|7.36|217.44|V|

|1.15|56.87|20.29|8.95|217.49|V|

|1.24|61.71|20.66|10.38|217.76|V|

|1.33|66.28|20.97|11.66|217.85|V|

|1.43|70.90|21.40|13.73|217.84|V|

|1.53|75.92|21.77|15.53|217.99|V|

|1.62|80.46|22.11|17.21|218.05|V|

|1.71|85.18|22.57|19.91|217.97|V|

|1.81|89.72|23.71|27.13|218.14|V|

|1.90|94.21|25.07|37.24|218.25|V|

|2.00|98.54|28.40|60.61|218.32|V|

|2.01|98.99|28.54|61.85|217.78|VP|

|2.02|99.44|22.84|56.89|111.25|P|

|2.03|99.82|22.84|51.98|113.38|P|

|2.03|100.00|22.84|51.91|113.28|Filled|

从这个填充过程来看，在t=2.01秒之前，随着时间的增加，垃圾桶底座制件体积逐渐的增加，注塑压力，锁模力及熔体流动速率也逐渐增大，当t=2.01秒时，制件体积达到98.99%，这时注塑压力，锁模力及熔体流动速率达到最大，随着时间继续增加，制件体积从98.99%逐渐增大到100%,但注塑压力，锁模力及熔体流动速率已经在慢慢减小了。

所以称VP状态为填充率保压切换点。

第三章浇注系统的设计和排溢系统的计

3.1浇注系统的选定

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，它具有传质﹑传压﹑和传热的功能，对制品质量影响很大。

它的设计合理与否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。

传统的冷流道模具，熔融的塑料原料在被注入型腔前就已在流道中降温，致使其粘度增高，流动性降低，导致注塑压力较大，增大了产品的内应力，从而出现产品变形、表面性能和力学性能降低等方面的问题。

而热流道模具具有改善产品质量、节省塑料原材料能、节约能源、提高生产效率等优点。

并且随着科技的不断进步，热流道模具将越来越广泛地应用在塑料模具行业当中。

因此我们采用热流道模具。

3.2流道的设计与定位圈的设计

3.2.1主流道设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

此模具为一模一件，且主流道直接开在塑件几何中心，但由于它两边对称，我们另开分流道。

主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和流道的清理。

主流道设计要点如下：

1）主流道通常设计成圆锥形，其锥角2～4度，对流动性较差的塑料可取3～6度，以便于凝料从主流道中拔出。

内壁表面粗糙度应在Ra0.8μm以下，抛光时沿轴向进行。

在这里我们采用2度。

为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处紧密对接，主流道对接处应制成半球形凹坑，其半径R2=R1+（1～2）mm，其小端直径d1=d2+（0.5～1）mm。

凹坑深取h=3～5mm。

根据我们所选注射机的型号我们取R2=20㎜，d1=9.29㎜，——推杆数目,7个；

E——钢材的弹性模量,2.1×107MPa。

取为d=8m，尺寸可修配，根据需要获得最终适合尺寸。

（2）强度校核

推杆直径确定后还应该进行强度校核，公式为：

（N㎝2）

远远小于推杆钢材的屈服强度32000（N㎝2）

满足强度要求。

6.5推板的设计

式中H—推板厚度

L—推杆间距离，30㎜；

Q—总的脱模力，8537N；

E—钢的弹性模量，2.1×107；

B—推板的宽度，630㎜；

Y—推板允许最大变形量，0.003㎝；

将以上各参数代入上式

为了配合标准模架制造，我们取H=40㎜。

第七章模具材料的选择

7.1材料的选择选择原则

1）具有必要的强度和硬度；

2）要有良好的切削加工性；

3）要有良好的抛光性；

4）要有良好的照相腐蚀加工性；

5）要有良好的电加工性；

6）要有良好的耐腐蚀性；

7）要有良好的淬透性；

8）要有良好的可焊性；

7.2成型零件的材料选择

成型零件的材料选择的要求如下：

1机械加工性能良好，要选用易于切削，且在加工后能得到较高精度零件的钢种；

2抛光性能优良，注射成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra≤0.05um，要求钢材硬度35～40HRC为宜，过硬表面会使抛光困难。

钢材的显微组织应均匀致密，较少杂质，无瑕疵和针点。

3耐磨性和抗疲劳性能好，所选用钢种应使注射模具能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到[批量生产的使用寿命期限。

4具有耐腐蚀性能。

总之，要求在达到使用要求的前提下应尽量选用价格低廉，易于成型加工和比较常见的钢种。

碳素工具钢T8A，成本低廉、强度高耐磨性好，热处理变