毕业设计水杯的注塑模具设计管理资料.docx
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毕业设计水杯的注塑模具设计管理资料
毕业设计说明书
Beyeshejishuomingshu
地市：
河南省三门峡市
准考证号：
100101130319
课 题：
水杯的注塑模具设计
专 业：
模具设计与制造
姓名：
董海燕
指导老师：
王素粉
河南省高等教育自学考试
高等教育自学考试
毕业设计任务书
一、题目水杯的注塑模具设计
本环节自2012年4月10日起至2012年06月10日止
二、进行地点三门峡职业技术学院
三、内容要求：
塑料制品具有原料丰富，价格低廉，性能优良等特点。
水杯在我们的生活中具有不可替代的作用，应用极其广泛。
注射成型是塑件的主要方法，因此应用范围很广。
本次模具设计对水杯的技术要求和工艺结构进行了分析，确定了工艺方案及模具形式。
而且对水杯进行了相关数据的分析与计算，根据分析结果选注塑机和注塑工艺，从而确定聚丙烯水杯设计思路及方案，最后在设计过程中运用AutoCAD软件进行注塑模结构设计与计算并绘制出模具总装图以及部分非标准图形。
从而得出完整的模具设计结果，为今后工程设计打了基础。
指导教师：
王素粉
批准日期：
高等教育自学考试
毕业设计指导老师意见书
意见
指导老师
职称
年月日
高等教育自学考试
毕业设计评阅意见书
意见
评阅老师
职称
年月日
高等教育自学考试
毕业设计答辩成绩评定书
评语：
成绩总评：
答辩委员会主任：
答辩小组组长：
答辩小组成员：
年月日
水杯的注塑模具设计
摘要
本文对水杯的技术要求和工艺结构进行了分析，确定了工艺方案及模具形式。
而且对水杯进行了相关数据的分析与计算,根据分析结果选注塑机和注塑工艺，从而确定聚丙烯水杯设计思路及方案，最后在设计过程中运用Pro/E、AutoCAD软件进行注塑模结构设计与计算并绘制出模具总装图以及部分非标准图形。
从而得出完整的理论设计结果,为今后工程设计打下了基础。
关键词：
聚丙烯水杯，塑模，设计,型芯,型腔
DesignofinjectionmouldforwaterCup
ABSTRACT
Thispaperanalyzesthetechnologicalrequirementsandthetechnicalstructuresofpolypropylenecuptodeterminethetechnicalsolutionandthemoldstyles.Thispaperalsoanalyzesandcalculatestherelevantdataofthecup,andwhereuponselectstheinjectionmachineandinjectiontechnique,determinesthedesignidea,makesthegeneraldrawingofmold,andsomenon-standarddrawingswithPro/EandAutoCAD,toobtainthefinaltheoreticaldesign.Thedesignlaysafoundationforfuturedesign.
KEYWORDS:
polypropylenecup,plasticmold,design,core,cavi
前言01
*第一章聚丙烯（PP）水杯的工艺分析02
02
02
03
04
04
*第二章注塑机的选用06
07
07
07
*第三章注塑模设计步骤09
塑件成型结构的确定09
09
09
11
、浇口的设计11
：
12
：
13
13
模具温度调节系统14
温度调节对塑件质量的影响14
15
15
15
16
16
紧固系统设计17
侧向抽芯系统设计17
17
17
斜导柱的设计18
19
顶出机构19
19
准模架的选取21
21
开模行程的校核22
注射量的校核23
锁模力的校核23
*第四章模具图24
*第五章模具总装图25
总结27
参考文献28
致谢
前言
现代模具工业早已走出以前手工制模的时代，进入了数字化时代，实现了无图化生产，靠电脑设计，通过电脑输入数据加工制作模具。
而国内大多数模具生产企业沿用的生产模式，依靠传统设备加工制造，依靠实物测绘代替模具设计，依靠老师傅的技术经验培养人才，依靠作坊式经营打天下，依靠低价竞争求生存、求市场。
目前，CAD/CAM技术的推广已由“甩图板”阶段跨入到了深化应用阶段。
CAPP技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性；PDM系统的应用，可以对产品开发数据进行有效的管理；MIS/ERP系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高生产和管理效率。
这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为CAD/CAM技术深化应用的主题,是模具发展的第二次变革。
模具主要类型有：
冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。
除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。
第一章聚丙烯（PP）水杯的工艺分析
塑件的工艺性分析
聚丙烯（PP）水杯是我们日常生活所必须的用品，是装水的良好用具。
其产品主要通过注塑模成型制造，塑件产品图和详细尺寸见图1-1和图1-2。
图1-1水杯图
图1-2杯子的三维图
收缩率
前人已经为我们总结了常用的塑料常用收缩率，对于生产性的塑件，实际已经证明，这些数据已经能够应付实际的生产要求了。
即使对于精密塑件也给予了其它方面的补偿。
故而，对于实际的生产只要按照经验数据就可以满足生产要求了。
表1-1给出常见塑料的收缩率，以备查询：
表1-1常用塑料的收缩率
塑料名称
聚乙烯
聚丙烯
聚氯乙烯
聚苯乙烯
聚碳酸脂
尼龙
ABS
聚甲醛
缩写
PE
PP
PVC
PS
PS
N6
ABS
POM
计算收缩率
对于聚丙烯水杯产品，材料为PP，理论收缩率为15/1000，而实际与理论是有区别的。
按照前人经验此项设计收缩率取20/1000。
塑件壁厚
塑料制品应该有一定的厚度，这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。
塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。
根据成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩坑，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。
热塑性塑料的壁厚应该控制在1mm—4mm之间。
太厚，以产生气泡和缺陷，同时也不易冷却。
该产品图反映出，，，壁厚均匀，在1mm—4mm的推荐值之间。
易于成型。
塑件尺寸精度和表面粗糙度
表1-2精度等级选用推荐值：
类别
`塑料品种
建议采用的等级
高精度一般精度低精度
1
PS
3
45
ABS
聚甲苯丙烯酸甲脂
PC
PSU聚砜
PF
氨基塑料
30％玻璃纤维增强塑料
2
61010
4
56
氯化聚乙醚
PVC硬
3
POM
`567
PP
PE低密度
4
PVC
`678
PE高密度
塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。
一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。
而模具的某些结构特点又在相当大程度上影响塑件的尺寸精度。
故而，塑件的精度应尽量选择的低些。
对于本产品，图纸未注明尺寸精度，查表1-2，我们取IT7级精度。
表面质量一般要求较高，
。
脱模斜度
由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型芯或型腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或者在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。
目前并没有精确的计算公式，只能靠前人总结的经验数据。
塑件的脱模斜度与塑料的品种，制品形状以及模具结构均有关，，最小为15分到20分。
下表为常用的脱模斜度如表1-3：
表1-3几种塑料的常用脱模斜度
制品斜度
聚酰胺
通用
聚酰胺
增强
聚乙稀
聚甲基丙稀酸甲脂
聚苯乙烯
聚碳酸脂
ABS塑料
脱模
斜度
型腔
20-40
20-50
20-45
20-40
35-130
35-1
40-120
型芯
25-40
20-40
20-45
30-1
30-1
30-50
35-1
由于塑料制品的产品图可知，塑件的外壁有2°的斜度。
此结构本身就在常用的脱模斜度范围内，本身就有利于制品脱模，且此塑料制品的材料为PP，此产品能够脱模，故无需另行设计。
第二章注塑机的选用
注塑机的选用包括两方面的内容：
一是确定注塑机的型号，是塑件、塑料、注塑模及注射工艺等所需要求的注塑机的规格参数在所选注塑机的规格参数范围之内；二是调整注塑机的技术参数至所需要的参数。
根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量、现有设备及注射工艺等进行选择。
本制品采用卧式注塑机低压注射。
选用G54-S200/400螺杆式注塑机。
其技术规格为：
1螺杆直径55mm
2注射容量（理论）400cm3
3注射重量（PS）482g
4注射压力109MPa
5注射速率2000g/s
6塑化能力（PS）31g/s
7注射行程160mm
8螺杆转速16/28/48r/min
9料筒加热功率10KW
10锁模力2540KN
11拉杆内间距（水平X垂直）290X368mm
12允许最大模具厚度406mm
13允许最小模具厚度165mm
14移模行程666mm
15模板最大开距260mm
16油泵电机功率
17油箱容积456L
18机器尺寸（长X宽X高）
19最小模具尺寸（长X宽）532X634mm
23定位圈直径φ125mm
24喷嘴前端孔径φ4mm
25喷嘴前端球面半径R18
26螺杆与机箱径向间隙<=
27冷却系统效率：
连续运转一小时，油温不超过56℃
喷嘴尺寸
注塑机喷嘴头一般为球面，其球面半径R应与模具的主流道始端的球面半径吻合，以免高压熔体从隙缝处溢出，一般模具的主流道始端的球面半径应比喷嘴球半径大2～5mm，否则主流道内的塑料凝料无法脱出，其相应尺寸关系如图3-1。
图3-1喷嘴与浇口套的尺寸关系图
其中R=r+（2～5）mm（2·1）
D=d+（～1）mm（2·2）
定位环尺寸
注塑机定模固定板上有一规定尺寸的定位孔，注塑模定模板上相应设计有定位环。
为了使模具的主流道的中心线与注塑机喷嘴的中心线相重合，模具定模固定板上的定位环或主流道衬套与定位环的整体式结构的外径尺寸d应与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合，便于模具安装。
定位环的高度小型模具为7～10mm，大型模具为10～15mm，定位孔深度应大于定位环的高度。
模具厚度
使得模具能从注塑机拉杆之间装入.
模具闭合后的厚度（闭合厚度）Hm应在注塑机允许的最大模具厚度
和最小模具厚度
之间，即
（2·3）
式中:
模具的长度与宽度
模具外形尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，校核其安装时能否穿过拉杆空间在动、定模固定板上固定。
模具在注塑机动、定模固定板上安装的方式有两种：
用螺钉直接固定（大型注塑模多用此法）和用螺钉、压板固定（中、小型模具多用此法）。
采用第一种方法时，动、定模座板上的螺钉孔尺寸及间距应与注塑机对应模板上所开设的螺孔相适应（注塑机动、定模安装板上开着许多不同间距的螺钉孔，只要保证与其中一组相适应即可）;若采用后一种方法，灵活性大，只需在模具动、定模固定板附近有螺孔就行。
第三章注塑模设计步骤
塑件成型方案的确定
通常，塑料按照性能分为热塑性塑料和热固性塑料两种，两种塑料的成型方式有所不同，对于热塑性塑料大多数都是注射成型，本产品聚丙烯，要求材料为PP，PP为热塑性塑料，且多为注射成型，根据实际，我们采用注射成型。
对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。
单型腔模具的优点是：
塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。
缺点是：
塑件成型的生产率低、成本高。
单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具的优点是：
塑件成型的生产率高，成本低。
缺点是：
塑件精度低；工艺参数难以控制。
模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。
多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。
根据塑件的精度：
根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4%。
确定型腔数目的方法：
考虑到塑件的技术要求，本设计采用根据注射量方法确定型腔数目。
即：
（3·1）式中G—注塑机的最大注射量（200g）
—单个塑件的重量（25g）
—浇注系统的重量（）
但根据产品结构和尺寸形状来看不起，由于该塑件尺寸形状很大，只能为一模1腔。
根据需要和后续加工的要求我们确定为平行于塑件的最大尺寸方向，中心分布。
成型零部件的设计计算
成型零部件的设计计算主要指成型部分，与塑件接触部分的尺寸计算。
而对于塑件尺寸精度的影响因素主要有以下方面：
成型零部件的磨损
其主要是塑料熔体在成型行腔中的流动以及脱模时塑件与型腔或型心的摩擦，而一后者为主。
为简化设计计算，一般只考虑与塑件脱模方向平行的磨损量，对于垂直方向的不于考虑，而忽略不计。
中小形塑件我们取δc=1/6Δ。
成型零部件的制造误差
成型零部件的制造包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个方面，设计时一般将成型零部件的制造误差控制在塑件相应公差的1/3左右，δz=1/3Δ,通常取IT6—IT9级精度。
塑件的基本尺寸计算：
浇注系统设计
流道设计包括主流道、浇口的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是型腔。
由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。
在卧式或立式注塑机上使用的
注塑模中，主流道垂直于模具分型面。
为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有2°～4°的锥角，
，抛光时应沿轴向进行，其结构如图4-2。
若沿圆周进行抛光，产生侧向凹凸面，使主流道凝料难以拔出。
同时浇口套与注塑机喷嘴接触平凡，为防止撞伤，应采取淬火处理使其具有较高的硬度（48HRC～52HRC）。
在直角式注塑机上使用的模具中，因主流道开设在分型面上，故不需要沿轴线方向拔出主流道内的凝料，主流道可以设计成等粗的圆柱形。
主流道的基本尺寸
第一个方面是所使用的塑料种类，所成型的制品质量和壁厚大小。
其表如表3-1：
表3-1参考表
制品质量/g
D1/mm
R/mm
0～20
3
20～40
4
1
40～150
5
1
150～300
6
2
300～500
8
2
500～1500
10
2
第二个方面，注塑机喷嘴的几何参数与主浇道尺寸的关系，如图：
热塑性塑料的主流道衬套与注塑机喷嘴的尺寸：
主流道始端直径φB=φA+（～1）mm，球面凹坑半径
mm，半锥角a为
，尽可能缩短长度L（小于60mm为佳）。
如图3-2：
图3-2浇口套与注塑机喷嘴关系
本套模具主流道设计要点
⑴为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角
=3°，内壁粗糙度为Ra=
，整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。
⑵主流道大端处是根据注塑机的喷嘴头来设计的，呈圆角，其半径R=21mm，以减小料流在转向时过渡的阻力。
⑶为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注塑机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R=X+（2~5）mm，X=18mm，取R=21mm。
其主浇道小端直径d1=d2+（~1）mm,取d1=4mm。
⑷流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等。
如图3-3浇口套.
图3-3浇口套
浇口的设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。
浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。
浇口的作用主要有以下几点：
⑴熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注塑机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。
⑵熔体在流经狭窄的浇口时产生的摩擦热，使熔体升温，有助于充模。
⑶易于切除浇口尾料，二次加工方便。
⑷对于多型腔模具，用以平衡进料；对于多浇口单型腔模具，用于控制熔接痕的位置。
%～%。
浇口截面积通常有矩形和圆形两种。
～2mm左右。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
在注塑模具中常用的浇口形式有如下几种：
直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、扇形浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口。
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的位置时应注意以下几点：
①浇口应设在能使型腔各个角落都可以同时填满的位置。
②浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。
③浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。
④浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。
当无法避免产生熔合纹的产生时，浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。
⑤浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。
⑥浇口应设置在不影响制品外观的部位。
⑦不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口，一般制品浇口附近的强度较差。
由于设计零件是表面要求较高的塑件，又因为该模具因其结构复杂为3板模机构，故选择点浇口为佳。
并且表面网格的孔上。
模具温度调节系统
塑料模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率。
由于各种塑料的性能和成型工艺不同，模具温度也要求不同。
因此在设计注塑模具时必须考虑用加热或冷却装置来调节模具的温度。
对于一般的热塑性塑料注射成型时只需考虑冷却装置。
温度调节对塑件质量的影响
温度调节对塑件质量的影响主要有以下几个方面:
a．尺寸精度
利用温度调节系统来保持模具温度的恒定或采取较低的模温，可减少塑件成型收缩率的波动，提高塑件精度。
b．形状精度
模具型芯与型腔各部分温差过大，会使塑件收缩不均匀而导致翘曲变形，影响塑件的美观和使用。
特别对于壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而变形的情况，必须采用合适的冷却回路，使模具型腔各个部位的温度基本上均匀。
c．表面粗糙度
模温过低会使塑件轮廓不清晰，产生明显的熔合纹，提高模温可改善塑件的表面状态，使塑件的表面粗糙度降低。
d．塑件的力学性能
温度调节对生产力的影响
温度调节系统对生产力的影响主要由冷却时间来体现。
通常注射到型腔内的塑料熔体的温度为200℃左右，塑件从型腔中取出的温度在60℃以下。
熔体在成型时释放的热量中约有5%以辐射、对流的形式散发到大气中，其余95%需冷却水带走，否则由于塑料熔体的反复注入将使模温升高。
为了保持模温的恒定，在每一循环中，必须由冷却系统把塑料熔体的热量带走。
因此模具的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果。
一般的模具冷却时间占整个注射循环周期的2/3，因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的关键。
根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为：
Q=k*A*
Δθ*t/3600（3·2）
式中：
Q—模具与冷却系统所传递的热量（J）。
k—冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数J/（m2*h*℃）。
A—冷却介质传热面积（m2）。
—模温与冷却介质之间的温度差（5℃）。
t—冷却时间（S）。
由式中可知，当所需传递的热量不变时，可通过提高传递系数k，提高模具与冷却介质温度差
及增大冷却介质的传热面积A等三种方法来缩短冷却时间，提高生产效率。
合模导向和定位机构
注塑模闭合时为了保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，最常见的导向定位机构是在模具型腔四周设2～4对互相配合的导向柱和导向孔，导柱设在动模边或在定模边均可，但一般设在主芯型周围。
导向机构主要有导向定位和承受注塑时产生侧压力三个作用：
动定模合模时按导向机构的引导，使动定模按正确方位闭合，避免凸模进入凹模时因方位搞错而损坏模具或因定位不准而相互碰伤，因此设在型芯周围的导柱应比主
芯高出至少6～8mm。
这对于移动式模具采用人工合模时特别重要。
定位作用
在模具闭合后使型腔保持正确的形状和所有由动定模合模构成的尺寸的精度，例如定位不准引起桶形塑件壁厚不均或尺寸精度下降。
承受注塑产生的侧压力
当塑件形状不对称或通过侧浇口注入塑件时都会产生单向侧压力，该力会使动定模在分型面处产生错动，当侧压力很大时，还不能单靠导柱来承担，需要设锥面或斜面进行定位，例如采用圆锥面作分型面能起很好的定位作用。
导柱和导套在模具上的安装使用如模架图。
对导柱尺寸和结构有以下几点要求：
（1）直径和长度导柱的直径在12～63mm之间时，按经验其直径d和模板宽度B之比为d/B≈～，圆整后选标准值。
导柱无论是固定段的直径还是导向段的直径，其形位公差与尺寸公差的关系应遵循包容原则，即轴的作用尺寸不得超过最大实体尺寸，而轴的局部实际尺寸必须在尺寸公差范围内才合格。
导柱长度应该比凸模端面的高度高出6～8mm
（2）形状导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分，锥形头高度取与相邻圆柱直径的1/3，前端还应倒角，使其能顺利进入导向孔。
大中型模具导柱的导向段应开设油槽，以储存润滑油脂。
（3）公差配合安装段与模板间采用过渡配合H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合（间隙配合）H7/f7。
（4）粗糙度
。
（5）材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此多采用中碳钢（45号钢），碳（～），经淬火处理（RC56～60）或碳素工具钢（T8A，T10A）经淬火或表面处理（HRC50～55）。
对导套尺寸和结构设计有以下几点要求。
导向孔可以直接加工在模板上，这种结构加工简便，但模板上未淬火的导向孔耐磨性差，用于塑件批量小的模具，多数模具的导向孔镶有导套，它既可淬硬以
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