茶杯塑料模具设计.docx

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茶杯塑料模具设计

毕业设计

茶杯塑料模具设计

学生姓名学号201404105323

指导教师

学院机电工程学院

专业机械设计制造及其自动化年级13级

论文答辩日期年月日

茶杯塑料模具设计

完成日期：

指导教师签字：

答辩小组成员签字：

摘要

近年来，我国的模具发展迅速，尤其是塑料模具提出了越来越高的要求。

将来注射模具发展的方向向更精密、更高效、复合和多功能、更大型、更精密、更复杂、更绿色及更经济的方向发展。

模具产品的技术含量将不断提高，模具制造周期将不断缩短。

本课题主要是针对茶杯的模具设计，通过对塑件工艺的分析和比较，最终设计出一副注射模。

它系统的介绍了塑料茶杯模具中的各个零部件的加工工艺过程及整套模具的装配和使用。

其中，涉及到注射机各种参数的选取、零部件的加工方法、注射模的结构及相关的计算问题及特种加工工艺。

该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核等的详细设计，同时简单的编制了模具的加工工艺。

通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。

设计的主要任务是茶杯塑料模具的设计，也就是设计一副注射模具来产生茶杯塑件产品，以实现自动化提高产量。

针对茶杯的具体结构，该模具是双分型面注射模具。

在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识，使我对注射模具的组成结构有了系统的认识，并丰富了知识，拓宽了视野。

关键词：

茶杯塑料模具；注射模；塑件工艺

Abstract

Inrecentyears,China'srapiddevelopmentofthemold,especiallytheplasticmoldoftheincreasinglyhighdemand.Thefuturedevelopmentdirectionofinjectionmoldtomoresophisticated,moreefficient,complexandmulti-purpose,larger,moresophisticated,morecomplex,moregreenandmoreeconomicdevelopment,moldthetechnicalcontentoftheproductwillcontinuetoimprove,themanufacturingcycleofthediewillshortenceaselessly.

Thistopicmainlyaimedattheteacupmolddesign,throughtotheplasticprocessanalysisandcomparison,thefinaldesignofaninjectionmold.Thedesignforplasticcupmoldingdesign,itintroducestheplasticcupmouldinvariouspartsoftheprocessingprocessandthewholemoldassemblyanduse.Wherein,relatestotheinjectionmachineparameterselection,theprocessofparts,theinjectionmoldstructureandrelatedcalculationandspecialprocessingtechnology.Thesubjectfromtheprocessofproductstructure,theconcretestructureofthemold…Onthecastingmoldsystem,moldformingpartofthestructure,theroofsystem,coolingsystem,thechoiceofinjectionmoldingmachineandrelatedparametersofthecheck,detaileddesign..Atthesametime,simplepreparationofthemoldprocess.Throughtheentiredesignprocessthatthemoldcanachievetherequiredpiecesofplasticprocessingtechnology…Atthesametimeasimpletopicdesign'sprimarymissionisthecupplasticmolddesign,isalsodesignsaninjectionmoldtoproduceacupplasticproducts,toimprovetheautomationofproduction.Inviewofthespecificstructureofcup,Themoldisatypeofdoubleinjectionmold…Intheprocessofdesign,throughtheconsultmassivematerials,manuals,standards,etc.,withthetextbookknowledge,makemeontheinjectionmouldstructurewithunderstandingofthesystem,andenrichtheknowledge,includingthewidevision.

Keywords:

cupplasticmoldinjection;mold；theplasticprocess

2.1.1选择依据…………………..………………………………………………………………….……4

2.1.2成型特性……………………………………………………………………………….4

2.3.3脱模斜度……………………………..………………………………………………...6

2.5塑件成型方案的确定……………………………………………………………...…….7

3.3.1喷嘴尺寸…………………………..……………….…………………………………..9

3.3.2定位环尺寸………………………………..……………….………..…………………9

3.3.3模具的长度与宽度…………………..…………………………….…………………10

3.4.1最大注射量校核……………………………………………..……………………….11

3.4.2注射压力的校核…………………………………………………………..………….12

3.4.3锁模力的校核…………………………………………………………..…………….13

3.4.4最大注射成型面积的校核……………………………………………..…………….13

3.4.5模具闭合厚的的校核………………………………………………………..……….14

3.4.6最大开模行程的校核…………………………………………………………..…….14

4.5.1推出机构设计原则…………………….……………………………………………..17

4.5.2脱模力的计算……………………………...…………………………………………18

4.5.3常用推出机构……………………………………………………………..........…….18

4.7.1型芯（凸模）…………………….…………………………………………….……..20

4.9.1成型零部件的磨损…………………………………………………………………..21

4.9.2成型零部件的制造误差…………………………………………………………...…22

4.9.3塑件的基本尺寸计算…………………………………………………..……..……...22

5.3.1侧向分型与抽芯机构……………………………………..………………………….26

5.3.2标准模架的选用………………………………………………………..…………….27

5.3.3成型零件结构设计…………………………………………………..……………….28

5.3.6支撑板…………………………………………………………………………………………….30

6总结

1绪论

1.1模具及模具工业的发展与现状

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。

在模具生产方面，国内已经能够生产精度达21µm的精密多T位级进模、新轿车的部分覆盖件模具、48英寸（约122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，还有照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模等精密塑料模具。

虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。

国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。

2004年，模具进出口量之比为3.7：

1，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。

所幸的是，近年来，我国模具进出口结构得到持续的改善，模具制造水平不断提升[1]。

我国塑料模具工业起步晚,底子薄,与工业发达国家相比存在很大的差距。

随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度，注射成型是当今市场上最常用、最具前景的塑料成型方法之一，因此注塑模具作为塑料模的一种，就具有很大的市场需求量。

而传统模具设计制造技术，根本不能满足市场对模具的要求。

因此，研制和开发新的模具设计、制造技术势在必行[2]。

在这次塑料模具设计的过程中，我们对塑料有了一个整体的认识与理解，并在设计过程中，对塑料模的性能，塑料的工艺性，以及注射模设计，塑料模制造工艺装配有了系统的了解。

此外，由于近一二十年来电子技术和计算机科学的迅猛发展，促使模具制造业发生着深刻的变化。

目前，数控机床已经成为模具加工的主要设备，继而，CAD/CAM技术在模具领域也得到应用。

1.2塑料成型模具及其分类

按照成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。

塑料注射（塑）模具：

它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。

其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。

制造材料通常采用塑料模具钢模块，常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢，高速钢等。

注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。

塑料压塑模具：

包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。

它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。

压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103°～108°），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。

压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。

压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。

压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。

压注模具广泛用于封装电器元件方面。

压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。

塑料挤出模具：

是用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。

与其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融，塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。

其制造材料主要有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌金刚石等耐磨材料。

挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。

塑料吹塑模具：

是用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗称“注拉吹”），多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。

中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机，吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。

吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素多则制造。

塑料吸塑模具：

是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具，其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产方面。

吸塑模具因成型时压力较低，所以模具材料多选用铸铝或非金属材料制造，结构较为简单[3]。

1.3注射模具的发展趋势

模具产品发展重点主要有如下几类：

1车覆盖件模具：

属于冲压模具，主要为汽车配套的覆盖件模具。

大都是大中型，结构复杂，技术要求高。

2大型精密塑料模具：

包括为汽车和家电配套的大型注塑模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模等。

3其他高技术含量的模具：

占模具总量给8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸技术含量高难度大。

镁合金压铸模具目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。

子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。

与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景[4]。

据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括10个方面：

1模具日趋大型化。

2模具的精度将越来越高。

10年前精密模具的精度一般为5微米，现已达到2-3微米，1微米精度的模具也将上市。

3多功能复合模具将进一步发展。

新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。

4热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。

5随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。

6标准件的应用将日益广泛。

模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

7快速经济模具的前景十分广阔。

8随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。

同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。

9以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。

由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。

10模具技术含量将不断提高[5]。

总之，模具的设计与制造会向着更精密、更高效、复合和多功能的方向发展。

模具产品也将更精密，从普通的茶杯到多功能茶杯，从普通的技术到更精密的技术转变。

逐渐淘汰不环保的材料制品，使我们生活的环境越来越健康。

相信模具的应用会越来越广泛，同时也使人们的生活越来越便利，越来越健康，越来越环保。

2塑料的工艺性分析

2.1塑件材料的确定

2.1.1选择依据

塑件的品种：

PP。

聚丙烯（PP）在常温下，比PE、ABS、PS好，特别是温度超过80℃时，他的机械性能不至于下降很多，低温时，机械性能变得很差，发脆。

聚丙烯优良性还在于它能耐沸水蒸煮，而不损坏，因此，很适合做成茶杯。

2.1.2成型特性

1物理性能：

PP为无毒、无味的乳白色高结晶的聚合物，是目前所有塑料中最最轻的品种之一，对水特别稳定，在水中14h的吸水率仅为0.01%。

分子量约8～15万之间，成型性好。

但因收缩率大，原壁制品易凹陷，制品表面光泽好，易于着色。

2力学性能：

PP的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，其强度和硬度、弹性都比高密度PE（HDPE）高。

突出特点是抗弯曲疲劳性（7×10～7）次开闭的折选弯曲而无损坏痕迹，干摩擦系数与尼龙相似，但在油润滑下不如尼龙。

3热性能：

PP具有良好的耐热性，熔点在164～170℃，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌。

在不受外力的作用下，150℃也不变形。

4化学稳定性：

PP具有良好的化学稳定性，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其他各种化学试剂都比较稳定，但低分子量的脂肪烃、芳香烃等能使PP软化和溶胀，化学稳定性随结晶度的增加还有所提高。

所以，PP适合制作俄中化工管道和配件，防腐蚀效果良好。

5电性能：

聚丙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响，有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品，击穿电压也很高，适用作电器配件等。

抗电压、耐电弧性好，但静电度高，与铜接触易老化。

6耐候性：

聚丙烯对紫外线很敏感，加入氧化锌硫代丙酸二月桂脂，炭黑式类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。

聚丙烯（PP）制作的杯子是无毒的，制造时的加工温度（℃）180～240。

所以沸水不会把它分解。

2.2塑件的收缩率及密度确定

常用塑料的工艺参数是可以查到的，表2-1是PP塑料的成型工艺参数，通过这些数值，可以确定此次设计所用的密度、收缩率等的准确数值。

表2-1PP塑料的成型工艺参数

参数

取值范围

密度P（kg.m-3）

900-910

收缩率S（%）

1.0-2.5

模具温度

50-90℃

注射压力

1500-1800bar

保压压力

约为注射压力的80%

流道直径

4-7mm

针形浇口长度

1-1.5mm，也可小至0.7mm

边形浇口长度越短越好

约为0.7mm

对于聚丙烯水杯产品，材料为PP，理论收缩率为1.5%，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2.0%，密度取900kg·m-3。

2.3塑件的尺寸精度和表面粗糙度

2.3.1塑件的尺寸精度确定

影响塑料制品的尺寸精度的主要因素是材料的收缩和模具的制造误差。

查得PP的收缩率为1.0%～2.5%，分析时都采用S=2.0%。

由于对于制品的精度无特殊要求，根据GB/T14486-1993规定，参照表2-2收缩特性和选用的公差等级，可得到制件的公差等级为MT6。

表2-2收缩特性和选用的公差等级

收缩率特性值S（%）

公差等级

标准公差尺寸

未标准公差尺寸

高精度

一般精度

>0～1

MT2

MT3

MT5

>1～2

MT3

MT4

MT6

>2～3

MT4

MT5

MT7

>3

MT5

MT6

MT7

2.3.2塑件的表面粗糙度

塑件外表面要求粗糙度较低，表面光滑，内表面要求低点。

而PP在不同加工方法所能达到的表面的粗糙读值为0.1～1.6μm。

因为对表明粗糙度无特殊要求，为了方便实际的加工，制造加工过程中可选择Ra=0.8μm。

2.3.3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，一般情况下取0.5°，最小为15′到20′。

表2-3为几种塑料的常用脱模斜度：

表2-3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

聚甲基丙烯酸甲酯

聚乙烯

聚苯乙烯

聚碳酸酯

ABS塑料

脱模斜度

型腔

20-40

20-50

20-40

20-45

35-130

35-1

40-120

型芯

25-40

20-40

30-1

20-45

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。

2.4塑件壁厚的确定

塑件的壁厚主要取决于塑件的使用要求，但壁厚的大小对塑料的成型影响很大。

壁厚过小成型时流动阻力过大，难以充型；壁厚过大则浪费材料，还容易产生气泡、缩孔等缺陷。

所以壁厚的选取需要慎重，这里列出一些热塑性塑料制品的常用壁厚推荐值表，如表2-4，可供参考。

表2-4热塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值（HR）

塑件材料

最小壁厚

小型塑件推荐壁厚

中型塑件推荐壁厚

大型塑件推荐壁厚

尼龙（PA）

0.45

0.76

1.5

2.4～3.2

聚乙烯（PE）

0.6

1.25

1.6

2.4～3.2

聚苯乙烯

0.75

1.25

1.6

3.2～5.4

聚苯乙烯

0.75

1.25

1.6

3.2～5.4

有机玻璃

0.8

1.50

2.2

4～6.5

硬聚氯乙烯

1.2

1.60

1.8

3.2～5.8

聚丙烯（PP）

0.85

1.45

1.75

2.4～3.2

氯化聚醚

0.9

1.35

1.8

2.5～3.4

聚碳酸酯

0.95

1.80

2.3

3～4.5

聚笨醚（PPO）

1.2

1.75

2.5

3.5～6.4

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（2.4～3.2）mm。

本课题茶杯的壁厚为3mm。

2.5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。

注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已广泛应用。

它具有以下几方面的特点：

1成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件。

2对成型各种塑料的适应性强。

目前,除氟塑料外,几乎所有的热塑性塑料都可用此种方法成型,某些热固性塑料也可采用注塑成型。

3