水杯的模具设计.docx

1、水杯的模具设计1. 聚丙烯（PP）水杯的工艺分析 11.1. 塑件的工艺性分析 11.2. 收缩率 11.3. 塑件壁厚 21.4. 塑件尺寸精度和表面粗糙度 21.5. 脱模斜度 32. 注塑机的选用 42.1. 喷嘴尺寸 52.2. 定位环尺寸 52.3. 模具厚度 62.4. 模具的长度与宽度 63. 注射模设计步骤 63.1. 塑件成型方案的确定 63.2. 型腔数目的确定 73.3. 成型零部件的设计计算 73.4. 浇注系统设计 103.4.1. 主流道的设计 103.4.2. 浇口的设计 123.5. 模具温度调节系统 133.5.1. 温度调节对塑件质量的影响 133.5.2.

2、 温度调节对生产力的影响 143.6. 合模导向和定位机构 153.7. 紧固系统设计 163.8. 侧向抽芯系统设计 173.8.1. 侧向分型抽芯距的确定 173.8.2. 侧向分型抽芯力的计算 173.8.3. 斜导柱的设计 183.8.4. 斜导柱侧向分型抽芯的应用形式 193.9. 顶出机构 203.10. 推出脱模机构 203.11. 标准模架的选取 213.12. 排气系统设计 223.13. 注塑机参数的校核 223.13.1. 开模行程的校核 233.13.2. 注射量的校核 233.13.3. 锁模力的校核 244. 模具图 255. 模具总装图 261. 聚丙烯（PP）水

3、杯的工艺分析1.1. 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主要尺寸图 1-2 3D1.2. 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 1-3给出常见塑料的收缩率，以备查询：表1-3 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PEPPPVCP

4、SPSN6ABSPOM计 算 收 缩 率1.5-3.61.0-2.50.6-1.50.6-0.80.5-0.80.8-2.50.3-0.81.2-3.0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。1.3. 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

5、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 1m4m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，此塑料件最大壁厚为 4.0mm最小壁厚为1.2mm壁厚均匀， 在1mm 4mr1的推荐值之间。易于成型。1.4. 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1PS34 5ABSr聚甲苯丙烯酸甲脂PCPSU聚砜PF氨基塑料30%玻璃纤维增强塑料2聚酰胺 6.66 610 9.10 1045 6氯化聚乙醚PVC硬3POM5 6 7PPPE低密度4PVC6 7 8PE高密度塑件的尺寸精度是

6、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，在Ra0.8卩山以上。1.5. 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

7、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度，最小为15分到20分。下表为常用的脱 模斜度如表1-1 :表1-1几种塑料的常用脱模斜度制品斜度聚酰胺聚酰胺聚乙稀聚甲基丙聚苯乙烯 聚碳酸脂ABS塑 料通用增强稀酸甲脂脱 模 斜 度型 腔20-4020-5020-4520-4035-13035-140-120型心25-4020-4020-4530-130-130-5035-1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

8、,此产品能够 脱模，故无需另行设计。2. 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：12螺杆直径注射容量（理论）55mm400 cm33注射重量（PS）482g4注射压力109MPa5.注射速率2000g/s6.塑化能力（PS）31g/s7.注射行程160mm&螺杆转速16/2

9、8/48r/mi n9.料筒加热功率10KW10.锁模力2540KN11.拉杆内间距（水平X垂直）290X368mm12.允许最大模具厚度406mm13.允许最小模具厚度165mm14.移模行程666mm15.模板最大开距260mm16.油泵电机功率18.5KW17.油箱容积456L18.机器尺寸（长X宽X高）4.7X1.44X1.8m19.最小模具尺寸（长 X宽）532X634mm23.定位圈直径125mm24. 4mmR18=0.03mm喷嘴前端孔径25. 喷嘴前端球面半径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 56C2.1. 喷嘴尺寸注塑机喷嘴头一般为

10、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25mm,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+ （25） mmD=d+ （0.5 1） mm2.2. 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 710m

11、m，大型模具为1015mm，定位孔深度应大于定位环的高度。23模具厚度在模具设计时应使模具的总厚度位于注塑机可安装模具的最大模厚和最小模厚 之间.同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注塑机拉杆之间装入.max和最小模具闭合后的厚度（闭合厚度）Hr应在注塑机允许的最大模具厚度H模具厚度Hmin之间，即H imin-最小模具厚度H min - H m - H maxHm -模具闭合高度24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

12、（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。3. 注射模设计步骤3.1. 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。32型腔数目的确定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

13、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：n = （0.8G - m2）m式中，G注塑机的最大注射量（200g）mi 单个塑件的

14、重量（25g）m2 浇注系统的重量（14.9g）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。3.3. 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：1. 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 sc=1/6 Ao2. 成型零部件的制造误差 成型

15、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3. 塑件的基本尺寸计算:型腔径向尺寸Lm(1 (1)1 4 。1 10076-? 1.80.6二 76.170 mm二(2.5% -1.5%) 80 0.6 0.3 = 1.7 1.8(等 式成立)校核:(Smax 一 Smin)Lszc二(2.5% -1.5%) 76 0.6 0.3 二 1.66 1.8(等式成立)型芯径向尺寸：0 0-31-2 3 0L = | (1 + S)L 十 T I = |(1 + )汇 72 + 一 汇 1.8 = 74.79皿 mmm 4丄6 I 1

16、00 4 丄6 6校核:(S - S . )1+6 + 6 叩max min m z二(2.5% - 1.5%) 72 0.6 0.3 二 1.62 1.8(等式成立)型腔深度: z校核：(Smax - Smin)Hm 二 2.5% - 1.5% 100 0.8 0.4二22 2.4（等式成立）型芯高度:校核：(Smax - Smin)hm二 2.5% -1.5% 95 0.7 0.35二2 2.1（等式成立）dm = (1 S)d0.12710.38040.1272.3250 mm壁厚:校核:(Smax S min )d二 2.5% T.5% 2 0.127 0.01 = 0.157 0.3

17、8(等式成立)J 匚 2“ 3 J1 = 11 +X 27 - i 1 100 丿4 一0.33=26.7900.33mm圆角:rm-|(S)Rm3IL 4校核：(Smax - Smin ) Km1二 2.5% -1.5% 27 0.33 0.17 = 0.77 1(等式成立)校核：(Smax - Smin)Rm1 二二 2.5% -1.5% 8 0.33 0.17 二 0.58 1(等式成立)_ ：- _ ：0.33mm柄长:Im2 =|(1+S)ls2 -亍 2 J(1+2 尸 30-3 = 29.85嘗1 2 4o 1 100 4 -0校核:(Smax 一 SmQs z 、c二(2.5%

18、 -1.5%) 30 0.33 0.17 二 0.8 1(等式成立)3.4. 浇注系统设计流道设计包括主流道、浇口的设计。3.4.1.主流道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24的锥角，内壁有Ra0.8卩山以下的表面粗糙 度，抛光时应沿轴向进行，其结构如图4-5。若沿圆

19、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（48HR52HR）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。主流道的基本尺寸通常取决于两个双方面：1）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4-1 : 表4-1参考表制品质量/gDmmR/mm02030.520 404140 15051150 300623005008250015001022）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

20、塑料的主流道衬套与注塑机喷嘴的尺寸：主流道始端直径 B=A+（0.51） mm球面凹坑半径R=X+（25）mm半锥角a为24。，尽可能缩短长 度L （小于60mr为佳）。如图4-2 :图4-2 浇口套与注塑机喷嘴关系本套模具主流道设计要点是：1. 为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角 a=3 ，内壁粗糙度为Ra=0.63Um,整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。2. 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。3. 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

21、球形凹坑，其半径 R= X +( 25 )mm，X=18mm 取 R=21mm。其主浇道小端直径 di =d2 +( 0.51 ) mm,取d1=4mm。4. 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。本套产品浇口套如图4-3 :图4-3浇口套3.4.2.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：1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。2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。3. 易于切除浇口尾料，二次加工方便。

22、4. 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。浇口的截面积通常为分流道的截面面积的 0.03%0.09%。浇口截面积通常有矩 形和圆形两种。浇口长度约为0.52m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，

23、 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。3.5. 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

24、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。3.5.1. 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

25、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3.5.2.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200C左右，塑件从型腔中取出的温度在60C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

26、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* 如眦/3600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* C）。A冷却介质传热面积（m2）。模温与冷却介质之间的温度差（5C）。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。36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

27、型腔四周设 24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：1. 导向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 比主型芯高出至少68mm。这对于移动式模具采用人工合模时特别重要。2. 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。3. 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

28、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1263mm之间时，按经验其直径d和模板宽度B之比为d/B- 0.060.1,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68mm（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

29、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 固定段表面用Ra0.8卩叫导向段表面采用Ra0.4 um。（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（0.50.8mm）,经淬火处理（RC56-60）或碳素工具钢（T8A, T10A）经淬火或表面处理（HRC555）。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，它既可淬硬以提 高寿命，又可在磨损后方便更换。（1） 形状 可分为直导套和带轴肩导套两类。（2） 公差配合与表面粗糙度 导套内孔与导柱之间采用动配合H7/f7。外表面 与模板孔为较紧的过度配合H7/n6 （直导套）或H8/K7带轴肩导套），其前端可设计 长3mm的引导部分，按松动配合H8/e7制造，其粗糙度内外表面均可用 Ra0.