盒盖注塑模模具设计.docx

1、盒盖注塑模模具设计摘 要本次毕业设计选择盒盖注塑模，盒盖具有结构简单、重量轻、耐腐蚀老化、强度高 、制作方便、价格低廉等特点。设计过程中依据产品的数量和塑料的工艺性能确定塑件采用注射成形法生产。该产品设计为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，模具的型腔采用一模一腔布置，推出形式为两推杆推出机构完成塑件的推出。由于塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设计，这样可以使塑件的性能得到很好的提高，也能在很大的程度上避免塑件成型缺陷，从而保证本次设计的要求。本次的设计中不仅参考了大量纸质文献，而且在互联网上查阅资料，设计过程比较完整。关键词：注射

2、成型 模具设计 盒盖 PE 第一章 盒盖的工艺分析1.1塑件成型的工艺分析如图1.1为盒盖的塑件图, 单位图1.1 塑件图(1)产品名称： 盒盖(2)产品材料： 聚乙烯（PE）塑件材料特性：聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大品种。按聚合时采用的压力不同可分高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高，所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较低，且具有较好的有软性、耐冲击性及透明性(3)塑件材料成形性能：聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向的收缩差异较大。注射方向的收缩大于垂直方向的收缩率，易产生变形，聚乙

3、烯收缩率的绝对值较大成型收缩率 也较大，易产生缩孔，冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀;质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。(4)产品数量：大批量生产(5)塑件尺寸：如图1.1所示 (6)塑件颜色：土黄、米白、乳白等各种颜色，可根据需要任意选择(7)塑件材料物理性能(查文献1可得)密度： 0.910.96g/cm3收缩率：1.0%3.0% 热变形温度：83103屈服强度：37MPa抗弯强度：67MPa弯曲弹性模量：1.45MPa抗压强度：56 MPa 缺口冲击强度：3.4 4.8KJ/m3 (8)塑件质量：该产品材料为PE,由上得知其密度为0.910.96g/cm3；收缩率为1.0

4、%3.0%；计算出平均密度为0.92g/cm3；平均收缩率为。可根据塑件形状进行UG造型几何计算得到盒盖的体积。体积: V5284.6mm质量: mV5.7g (9)塑件要求：塑件内侧表面光滑，有一定的强度，能达到所需的要求 。1.2塑件成形工艺参数确定1.2.1 PE成形的工艺参数查文献2表6-5得：(1)塑化形式：螺杆式(2)螺杆转数/（r/min）：2040(3)喷嘴形式：直通式(4)喷嘴温度/：220230(5)料筒温度/：前段：230250 中段：240260 后端：220240(6)模具温度/：80100(7)注射压力/MPa：80120(8)保压力/MPa：4050(9)注射时间

5、/s：05(10)保压时间/s：2080(11)冷却时间/s：2050(12)成型周期/s：501401.2.2关于PE设计时应考虑的问题 (1) 结晶性料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期与热金属接触易发生分解。(2) 成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、取向性强。 (3) 塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。(4) 注意控制成型温度，料温低取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50C以下塑件无光泽，易产生熔接痕，流痕；90C以上时医发生翘曲、变形。第二章 注塑机及模架的选择2.1注塑机的选择2.1.1一次性注射塑料的体积可按塑件体积的0.4倍计算浇注系统的

6、总体积为：V浇=2113.8 mm，因为该模具设计为一模一腔，V浇=5284.6mm，所以一次性注入的塑料的体积为V总= V浇 + V浇 =7398.44 mm7.4cm32.1.2注塑机的初选(1)注射量： V机V总/0.80式中 V机 额定注射量（cm3）； V总 塑件与浇注系统凝料（cm3）。V总/0.80=7.4/0.80=9.25 cm3(2)注射压力： p注p成型查表得PE塑料成型时注射压力为：80120 Mpa(3)锁模力：P锁模力pF式中 p 塑件成型成型时，PE塑料的型腔压力p=24.5Mpa(查文献3可得) F 浇注系统和塑件在分型面上的投影面积（mm2）由UG进行面分析得

7、F=3591.6mm2p F=24.53591.6 N87.99kN根据以上分析、计算，初选注塑机型号为：XS-Z-30额定注射量/cm3：30螺杆直径/mm：38注射压力/MPa：122注射行程/mm：170锁模力/kN：25最大成型面积/cm3：130模板最大行程/mm：180模具最大厚度/mm：200模具最小厚度/mm：70喷嘴圆弧半径/mm：12喷嘴孔直径/mm：22.2模架的选择2.2.1模架的结构模架设计和制造塑料注射模的基础部件。模架的型号已经标准化，但型号和大小需要设计者确定。在标准中规定中、小模架的周界尺寸范围560mm900mm，并规定其模架结构形式为品种型号。即基本型A1

8、、A2、A3、A4四个品种，如图2-1所示；派生型分P1P9九个品种，模架的组成功能及用途见表2-2。图2-1表2-2型号组成、功能及用途A1型定模扳采用两块模板，动模采用一块模板，无支撑板，设置以推杆推出塑件的机构组成模架。适用于立式与卧式注塑机，单分型面上，可设计成多个型腔的注射模。A2型定模和动模均采用两块模板，有支撑板，设置以推杆推出塑料件的机构组成模架。适用于立式与卧式注塑机，用于直浇道，采用斜导柱侧向抽芯、单型腔成型，其分型面可在合模面上，也可设置斜滑块垂直分型脱模机构的注射模。A3、A4型A3型的定模采用两块模板，动模采用一块模板，他们之间设置一块推杆板连接推出机构，用以推出塑件

9、，无支撑板 A4型的动模和定模均采用两块模板，他们之间设置一块推杆连接推出机构，用以推出塑件，有支撑板A3、A4型均适用于立式与卧式注射机，适用于薄壁壳体形塑件，脱模力大，以及塑件表面不允许留有痕迹的塑件注射成型模具 根据以上四种模架的组成，功能及用途可以看出，A1型模型适用于本次模具的设计。如图2-3：图2-32.2.2基本模架组合尺寸基本模架主要有以下几个尺寸系列：100L、160L、200L、205L、315L、355L、400L、450L、500L、560L。标准中导柱、导套、推杆、螺钉的孔径、孔位尺寸为参考尺寸。根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。（参

10、照表2-2、文献2表7-7）A1-160160-11-Z2 GB/T12556.1 1990定模扳厚度：A=20mm动模板厚度：B=25mm垫块厚度：C=50mm模具厚度：H=20+20+A+B+C=40+25+20+50=135mm第三章 模具基本结构设计3.1塑料模具的基本结构塑料模具的类型很多，同一类塑料模又有各种不同的结构形式，因此在进行模具设计时就可以根据各类零件的用途和要求，在结构及几何参数的设计计算上找到共同的规律。塑料模具的组成零件按用途可以分为成型零件和结构零件两大类。3.2塑料模具分型面的选择3.2.1分型面的类型分型面的类型有：水平分型面、垂直分型面、水平、垂直分型面三种

11、（图3-1所示）。(1)水平分型面模具：分型面与压机工作台面平行，与合模方向垂直的模具。(2)垂直分型面模具：分型面与压机工作台面垂直，与合模方向平行的模具。(3)水平、垂直分型面模具：（多分型面模具）图3-13.2.2分型面的选择由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较以选出较为合理的方案。 选择分型面时的考虑方向：(1)保证塑件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 。依据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在

12、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，不应有影响脱模的凸凹形状，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：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。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。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，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)使分

13、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是曲面，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。(4)有利于排气对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可惜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，

14、以选择接近理想的分型面。由以上的结论可以得出盒盖的分型面如图3-2所示：AA图3-2分型面选择示意图3.3型腔数目的确定确定模具型腔数目时，应从以下几个方面考虑：(1)塑件大小与设备的关系；(2)充分利用设备的能力；(3)使塑件精度比较容易得到满足；(4)不使模具结构复杂化；(5)考虑塑件生产批量的大小；(6)降低模具制造成本提高经济性。总之，影响型腔数目因素较多且错综复杂，应统筹兼顾，避免片面性的错误。制造特点及生产实际，采用一模一腔结构，其主要优点为：(1)保证产品的精度要求。(2)冷却系统便于设置，同时冷却效果很好。(3)模具开模距离小。经过综合考虑，确定型腔数目为一模一腔的结构形式。3

15、.4推出机构的设计塑件在模腔中成形后，便可以从模具中取下，但在塑件取下以前，模具必须完成一个将塑件从模腔中推出的动作，模具上完成这一动作机构称为脱模推出机构。推出机构的组成：一部分是直接作用在塑件推出的零件；另一部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；还有一部分是用作推出零件推出动作的导向及合模时推出零件复位的零件。推出机构应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布依脱模阻力的大小合理合理安排；推出机构的结构力求简单，动作可靠，不发生误动作，合模时要正确复位。从塑件结形状分析属薄壁类制品，宜采用推板推出机构，随着动模运动顶杆推动推板推出机构。热固性塑料注射推出机构和热塑性

16、塑料注射模突出机构的设计方法相同。但由于由于热固性塑料很容易渗入推出零件的滑动配合间隙，渗入的塑料凝固后很难清理，不但会影响模具的配合精度，而且还可能损坏模具。因此，热固性塑料注射模的推出机构应尽量采用推杆推出，易于加工，配合间隙容易保证；在必须采用推件板时，推件板与型芯要采用锥面配合，并且推件板要有足够的推出距离以利于飞边的清除。推出机构的设计还应注意以下几点：(1)与型芯或型腔配合间隙可取0.010.03mm以下，配合表面粗糙度Ra在0.2m以下。(2)为防止滑动部分产生咬合或拉毛，常采用局部淬火的表面强化处理，表面硬度一般要达到5458HRC以上。还可在滑动零件表面涂覆耐高温的固体润滑剂

17、降低摩擦系数。脱模力的计算要将塑件从模腔中推出，必须克服推出所遇到的阻力，因此塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力。(1)推件力的计算推件力 Ft=Ap()+qA1式中 A 塑件包络型芯的面积（mm2）； p 塑件对型芯单位面积上的包紧力，p取0.81071.2107Pa； 脱模斜度； q 大气压力0.09MPa; 塑件对钢的摩擦系数，约为0.10.3； A1 制件垂直于脱模方向的投影面积（mm2）。 A4924.79 mm2Ft=4924.791.2107（0.3cos40、+sin40、）/106+0.091715N=17025.45N(2)确定顶出方式及顶杆位置 根据制品的结构特点确定在制

18、品的四个角上设置四根普通的圆顶杆，如图3-3所示：图3-33.5塑料模具导向机构的设计3.5.1导向机构的作用(1)导向作用(2)定位作用(3)承受一定的侧向压力3.5.2导向零件的设计原则(1)导向机构类型的选用(2)导柱数量、大小及其布置(3)导向零件的设置必须注意模具的强度(4)导向零件必须考虑加工的工艺性 (5)导向零件的结构应便于导向(6)导向零件应有足够的耐磨性3.5.3导柱、导套结构及固定形式导向机构是保证动、定模板或在上、下模合模时正确地定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱和锥面定位两种形式。通常采用导柱导向定位。导柱导向机构应用最普遍，其主要零件是导柱和导套。此模具选用带

19、头导柱和其导套，该模具采用4根导柱，其布置为等径直导柱对称布置。1导柱的设计（1）该模具采用标准有头导柱。（2）导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm8mm。（3）为使导柱能顺利进入导向孔，导柱的端面通常必须做成圆锥或球形的先导部分。（4）导柱直径应根据模具体模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度，该模具导柱直径由标准模架可知为16mm。（5）导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按K7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙安装。（6）导柱工作部分的表面粗糙度为佳0.4um。（7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，多采用低渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬

20、火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。2导套的设计导套与导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件(1)结构形式。采用标准带头导套。（2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内的剩余空气。（3）导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4um。导套外径与模板一端采用H7/k6配合；另一端采用H7/e7配合镶入模板。（4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。3.6浇注系统的设计浇注系统指模具中从注射机喷嘴到型腔位置塑料流动的通道。浇注系统的结构、

21、尺寸及各个部分的连接形式会直接影响塑件的质量，因此在设计过程中，浇注系统的设计时重中之重。3.6.1浇注系统的设计原则浇注系统的设计包括：主流道的设计，分流道截面形状及尺寸的确定，浇口类型、位置的选择及尺寸的确定，冷料穴位置及形式的确定等。浇注系统设计时应遵循以下原则：(1)适应塑料成型的工艺性能(2)利于腔内气体排气(3)避免塑料熔体直接冲击细小型芯或嵌件(4)防止塑件翘曲变形(5)去除浇口方便且不影响塑件外观质量(6)尽可能做到同步填充(7)尽量减小浇注系统的截面积和长度尺寸3.6.2确定分型面的位置由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、

22、塑件的推出、排气等多种因素的影响，综合其特点及其表面质量要求分型面位置的选择如图3-2所示。3.6.3主流道的设计主流道为注塑机的喷嘴到型腔之间的进料通道。熔体从喷嘴中以一定的动能喷出.由于熔体在料筒内已被压缩,此时流入模的空腔内,其体积必然要增大,流速也略为减小。主流道设计应注意的问题： (1) 便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形。锥角粗糙度Raum与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半径。 (2) 主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选用优质材料单独加工和热处理。 (3) 衬套大端高出定模端面0.5-1mm，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起

23、定位隙作用。查文献4（5-59）得主流道直径计算的经验公式：式中 主浇道大头直径 流经主浇道的熔体体积 因熔体材料而异的常数（见表3.4）表3.4 塑料种类与K值表塑料种类PSPE/PPPAPCABSK值2.5 451.52.1所以D=34.5mm由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以模具的主流道宜设计成可拆更换的衬套，选用优质钢材单独进行加工和处理。交口套一般采用T8A或T10A材料，热处理硬度为5055HRC。浇口套有、两种类型如图3.5所示其中型是为了防止浇口套在塑料熔体反压力作用下退出定模而设计的，使用时用固定定模上的定位环压住浇口套台阶端面即可。浇口套固定台阶尺寸D不

24、能太大，以免其在交变应力的作用下产生变形。为了减小浇口套同模具之间的温差，固定段圆柱直径d也尽可能得小。 型 型图3.5 浇口套形式综上所述，结合工件的加工要求，选择型作为本次塑料模设计的浇口套，查文献5表4-17：主流道的大头直径为6mm，综合考虑主流道如下选择：d=12mm D=35mm L1=40mm L=50mm3.6.4分流道的设计分流道是指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量减少流动过程的热量损失和压力损失。(1)分流道的截面形状及分

25、布选择分流道截面形状及尺寸应根据塑料制件的结构（大小和壁厚）、所用塑料的工艺特性、成型工艺条件及分流道的长度等因素来确定。分流道截面形状有：圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式。常见的分流道截面形状及特点见表3.6。表3.6 常见的分流道截面形状及特点截面形状特点圆形流道流道效率较高，可达0.25D增加制作费用及成本，稍不注意会造成流道交错而影响流动效率矩形截面流道效率与圆形相当，面积比圆形流道多出了27%，增加了射出废料，而且会造成顶出力量增加的现象。梯形截面面积比圆形流道多出了39%，更加浪费原料，与圆形流道相比唯一的优点是制造简便U型流道又称改良式梯形流道，结合圆形与梯形的优点改良而

26、成，面积仅仅比圆形流道多出14%通过表3.6所示截面形状的对比，圆形截面形状效果最佳，但考虑到经济和加工难易，采用梯形截面形状。分流道截面形状采用U形且平衡分布。因为U形分流道热量损失较小，易加工，效率较高且可保证各型腔均衡进料，从而保证塑件质量。(2)分流道的长度要尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热力损失，节约塑料的原材料和降低能耗。(3)由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想。 此分流道的表面粗糙度要求不能太低，一般Ra取0.8m左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。 由于此工件为一模一腔，采用直接从主流道进行注

27、塑，无需进行分流道设计。3.6.5浇口的设计浇口也称为进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否直接关系到塑件能否完好，高质量地注射成型。(1)浇口位置的选择：尽量缩短流动距离；保证熔料能迅速地充满型腔；浇口开在塑件臂厚处；考虑分子定向的影响；减少熔接痕，提高溶解强度。所以，塑件的浇口与塑件在分型面的两侧，浇口连接在塑件的正上方。(2)浇口尺寸计算 l=0.72.0mm b=1.55.0mm或b= mm t=0.52.0mm浇口在塑件的上侧，结合本次的设计可以有以下的选择： l=1.5mm b=3mm t=1.8mm3.6.6冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一

28、。冷料穴一般设在主流道的末端，底部作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出，并滞留在动模一侧的作用。该浇注系统选用带Z形头拉料杆的冷料穴，拉料杆固定在推板上，使凝料与拉料杆一道被出推出机构从模具中。开模后稍许将制品作侧向移动，即可将制品连同凝料一道从料杆取下。3.6.7排气系统设计塑料模具在成型过程中除了要排出模腔中得空气外，还要排出塑料在固化时释放出的挥发性气体，否则就可能降低充模速度，甚至不能充满模腔，还会使塑件上出现麻点、闷光、凹陷、气泡和缺损等质量问题。单靠模具的分型面不能充分的进行排气，所以这一类要开设排气槽。排气槽的位置一般设在料流最后到达的地方

29、，如分型面上的排气槽应开设在浇口的对面。排气槽深度一般为0.030.05mm，也可开到0.10.5mm，宽度为510mm。第四章 注射机的有关工艺参数校核4.1最大注射量校核 注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的25%。 因此可得： 式中V模具要求的实际用料体积 V 9.5cm3 8.5cm3 0.8 24cm3 确定的注塑机注塑量为30cm3 ，满足要求。 4.2锁模力的校核 凝料在分型面的投影面积A2，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，A2约是每个塑件在分型面的投影面积A1的0.20.5倍，因此

30、可用0.35nA1来进行估算，所以：A3=A1+A2=A1+0.35A1=1.35A1=1.354924.79= 6648.4665mm=6.65cm 3塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和,cm2(A1+A2)pFP一般取注射压力的80，即p=0.8122=97.6Mp。97600000.0007=6832N250000N确定的注塑机锁模力满足要求。4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核该模具的外形最大部分尺寸为200mm160mm，XS-Z-30型塑料注塑机模板最大安装尺寸为250mm280mm，故能满足模具安装的要求。4.4模具闭合高度校核由于XS-Z-30型塑料注射机所允许的模具最小厚度为60mm；模具最大厚度为180mm。因计算得模具闭合高度为135mm，满足模具闭合高度的安装条件。4.5注射压力的校核 式中 Pi成型制品所需的注射压力，96MPa Pm模腔压力，取24.5MPaK安全系数，常取1.251.4K=1/32/3Pm=1.3