一模一腔直浇口顶杆顶出水杯的塑料模具设计1 2.docx

1、一模一腔直浇口顶杆顶出水杯的塑料模具设计1 2摘 要中文摘要本次设计的是直筒水杯, 主要介绍了水杯的设计思路、加工过程和水杯的注射模的设计。这种聚丙烯水杯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度、耐热性都较好，是人们日常生活中的必不可少的生活用品。本次设计采用的是注射成型。在设计过程中，首先对进行原材料分析，比较不同塑料的物理和化学性质从而选定水杯的最佳原料为聚丙烯。然后介绍了不同形式的浇口的优缺点，接下来初步选定注射机和标准模架，再进一步设计模具各个结构，最后对注射机进行校核。关键词：注塑成型 注射机 模具AbstractThis design is about water bottle. It

2、 mainly introduces the design ideas 0f water bottle, the processes, and the injection mold. Water bottle have many advantages, such as its non-poisonous, unpalatable, low density, whats more, its strength, stiffness, rigidity and heat-resistance are also good. Its essential to daily life.The design

3、adopt the injection molding. During the design process, first, we analyse raw materials, and select PP as the best material ofwater bottle by comparing the different physical and chemical properties of plastics. Then we introduce the advantages and disadvantages of different types of sprue. Followin

4、g initially selected injection machine and the standard mold, design further structural of each mold. Finally, check on the injection machine.Key words : injection molding injection machine mould第一部分 综述目前，塑料制品得到了越来越广泛的应用，塑料的成型方法也越来越多，如注射成型、挤压成型、真空成型、发泡成型、中空吹塑成型、薄膜吹塑成型，以及热固性塑料的各种成型等。其中，塑料的注射成型是最主要的成型

5、方法，塑料注射模则是注射成型的工具。在现代塑料注射成型的生产实践中，高效的塑料注射机、先进的塑料注射模具和合理的注射成型工艺是不可缺少的三项主要因素，本说明书即介绍了一模一腔直浇口顶杆顶出水杯塑料模具设计的基本过程。1.1制品原材料的选择塑料行业是20世纪发展最快的行业，也是21世纪最有前途的行业之一。塑料的发展直接导致了塑料模具的发展。塑料模具是用来生产塑料制品的工具，在设计模具之前，必须对塑料的成型工艺性能有充分的了解和掌握，只有充分熟悉成型工艺条件之间的内在关系，才能精确控制模具尺寸与塑料制品的尺寸，才能设计出优良的模具。以下为通用塑料的使用性能和用途。1.1.1 聚苯乙烯PS性能：电绝

6、缘（尤其高频绝缘性）性优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性、耐水性、化学稳定性良好，力学强度一般，刚性好，但性脆，易产生应力碎裂，不耐笨、汽油等有机溶剂。用途：适于制作绝缘透件、透明件、装饰件日用品、泡沫包装材料及建筑隔热材料等。1.1.2聚乙烯PE性能：耐腐蚀性、电绝缘（尤其高频绝缘性）性优良，可以氯化、辐照改性，可用玻璃纤维增强。高密度聚乙烯（HDPE）熔点、刚性、硬度和强度较高、耐应力开裂性好，吸水性小，有突出的绝缘性能和良好的耐辐照性。低密度聚乙烯（LDPE）柔软性、伸长率、冲击强度和透明性较好。线性低密度聚乙烯（LLDPE）的性能介于LDPE和HDPE之间。茂金属聚乙烯（mP

7、E）主要用于薄膜，薄膜强度、柔软性、热封性和透明性极好。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）冲击强度高，耐疲劳，耐磨，用冷压烧结成型。用途：高密度聚乙烯适于制作管材、中空瓶、注射制品、重包装膜、编织袋、撕裂膜、大包带、周转箱及丝类等。低密度聚乙烯用于制作地膜、大棚膜、保鲜膜、电缆及注射件等。线性低密度聚乙烯主要用于薄膜、注射制品、编织袋、打包带等。超高分子量聚乙烯适于制作减磨、耐磨及传动零件。1.1.3聚氯乙烯PVC（1）硬聚氯乙烯（HPVC）性能：力学强度高，硬度大，绝缘性优良，耐酸碱力极强，化学稳定性好，阻燃性好，印刷及焊接性好，但软化点低。用途：适于制造型材、管材、棒材、板材、片材、丝类、中

8、空瓶、焊条及注射制品（管件和阀门等），代替木材和金属材料。（2）软聚氯乙烯（SPVC）性能：制品柔软，断裂伸长率大，力学强度大、耐腐蚀性、电绝缘性均低于硬聚氯乙烯，且易老化。用途：适于制作大棚薄膜、盐膜、日用膜、电线电缆绝缘层、革类、鞋类、软管、软片及密封材料等。1.1.4聚丙烯PP性能：性对密度小，强度、刚性、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100左右使用。具有优良的耐腐蚀性，耐疲劳性好，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，但低温变脆，不耐磨，易光老化。用玻璃纤维增强后，强度接近工程塑料。聚丙烯的共聚物（PP-C）可改善其冲击性能，其中无轨共聚物（PP-R）主要用于管材，嵌段共聚物（PP-B）主要用

9、于大型容器、周转箱等。用途：PP适于制作注射制品、汽车配件、壳体、日用品、打包带、编织袋、双向拉伸膜（烟膜、黏胶带基膜等）、电容器膜、上水管材、地热管、片材（吸塑成保证盒、一次性水杯等）及中空瓶等。1根据以上制品性能，综合参考，特别是聚丙烯具有很好的耐热性，正是水杯需要的性能，所以选择PP作为水杯的原材料。经查阅2，由张维合主编注塑模具设计使用教程书中表1-1以及表1-4可知PP的计算收缩率及其他性能如表1-1。表1-1 PP的计算收缩率及其他性能性能名称数值性能名称数值收缩率1%2.5%熔点/164相对密度/g/cm30.900.91流程比250:1模温/160230型腔压力/MPa20注射

10、压力MPa70140玻璃化温度/-20第二部分 设计过程在选定原材料后，根据课程设计要求，我们需要设计的是直浇口一模一腔顶杆顶出水杯的塑料模具设计，所以浇口方式、型腔数目、顶出方式都已经确定。据此，先设计塑料制品的尺寸。2.1 塑料水杯尺寸的确定用途：盛水。使用要求：耐高温、表面光滑、无毒、韧性好。选定其制品尺寸：水杯总高度：70mm；水杯外直径：60mm；水杯壁厚：1.5mm；杯底壁厚：3.5mm。如图2-1-1所示。(a) (b) (c)图2-1-1 水杯三视图 （a）俯视图 (b)主视图 (c)侧视图按塑件尺寸计算体积：Vs=(60/2)2703.14 - (57/2)2 66.53.1

11、4mm2 =28.21cm2查表1-1，取PP密度为0.90g/cm3则塑件重量：Ms =Vs =28.210.90 = 25.389 g2.2 成型零部件的设计型腔是直接成型塑料制件的部分，它通常由凸模，凹模，型芯和成型杆、镶块等构成。2.2.1型腔、型芯工作部位尺寸的确定查表1-1 PP塑料的收缩率为1%2.5%平均收缩率 S=(1%+2.5%)/2=1.75%型腔工作部位尺寸：型腔内形尺寸： LM=D(1S)=60（11.75%）=61.05mm型腔深度尺寸： HM=H（1S）=70（11.75%）=71.225mm型芯外形尺寸： lM= d(1S)=57（11.75%）= 58mm型芯

12、高度尺寸： hM=h（1S）=66.5（11.75%）=67.66mm式中，Ls塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）； ls塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）； Hs塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）； hs塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）； 塑件公差（mm）； 模具制造公差，取（1/31/4)。则型芯、型腔的尺寸如表2-2-1所示：表2-2-1 型芯、型腔尺寸尺寸类型尺寸（mm）型腔直径61.05壁厚1.5型芯直径58.00型腔高度71.22底厚3.5型芯高度67.662.3 选用标准模架由设计要求，为一模一腔直浇口顶杆顶出，选择直浇口A型模架。根据塑料制品尺寸，有：模架宽度

13、 W塑件最大宽度+型腔侧壁厚2模架长度 L 塑件最大长度+型腔侧壁厚2垫块高度 C H5 + H6 + 塑件高度根据经验取型腔侧壁厚为10mm，代入数据得到：W 60 +102=80mmL 70 +102=80mmC H5 + H6 +70根据以上数据查得3基本型模架组合尺寸选用4040系列模架。选定模板厚度：A=80mm动模板厚度：B=40mm垫块厚度：C=130mm模具厚度H模=H1 +H2+H4 +A+B+C=30+50+50+80+40+130=380mm即模具外形尺寸：450400380mm即所选模架为 A 4040-8040130 GB/T 125552006 ，模架的基本尺寸如表

14、2-3。表2-3-1 4040系列模架标准参数表 W L W1 W2 W3 C H1 H2 400 400 450 68 260 130 30 50 H3 H4 H5 H6 W4 W5 W6 W7 35 50 25 30 198 234 324 330模架尺寸示意图如图2-3-1。图2-3-1 直浇口模架组合尺寸图示2.4 注射机的选定注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的

15、技术规范。因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。2.4.1初步选定注射机选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。（1）注射量要求 式中，V机 额定注射量，cm3 V塑件塑件与浇注系统凝料体积和，cm3=28.21+1.126=29.336cm3则=29.336/0.8=36.67 cm3（2）注射压力 要求 式中， 注射机的注射压力 PP的成型压力，为70140MPa所以， 140MPa（3）锁模力 式中，PPP成型时的型腔压力，为20M

16、Pa F塑件及浇注系统在分型面上的投影面积和，mm2各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积F=（61.05/2)2=2925.78 mm2=202925.78 = 58.5 kN根据以上分析计算，查得3常用注射技术规范及特性，初选注射机型号为：XS-ZY-500。注射机参数详见表2-4-1。项目参数项目参数额定注射量/3500喷嘴圆弧半径/mm18螺杆（柱塞）直径/mm65喷嘴孔直径/mm3注射压力/MPa145顶出形式中心液压顶出，中心距100mm注射行程/mm200动、定模固定板尺寸/mmmm700850注射方式螺杆式拉杆空间/mm540440锁模力/KN3500合模方式液压-机械最

17、大成型面积/31000液压泵流量(L/min)200模板最大行程/mm500液压泵压力/Mpa6.5模具最大厚度/mm450电动机功率/Km22模具最小厚度/mm300机器外形尺寸/mmmmmm650013002000表2-4-1 XS-ZY-500注射机参数2.5浇注系统的设计浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井所组成。由课程设计任务，我们选择直浇口浇注。取分型面在水杯口处，浇口在水杯底部。为了水杯美观，这里不设计冷料井。一般而言，主流道即可作为直浇口使用，主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。2.5.1 直浇口（主流

18、道）设计要点1）主流道设计成圆锥形，其锥角可取26，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63m，且加工时应沿道轴向抛光。2）主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大12 mm；球面凹坑深度35mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.51mm；一般d=2.55mm。3）主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=13mm。4）主流道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。5）主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度5357HRC。综合以上要点，设计的直浇口如图2-5-1。图2-5-1 直浇口示意图2.5.2 直浇口尺寸计算根据经验：d =d0 +(

19、0.51) D2t 其中 D直浇口近型腔直径，mm t塑料制品底厚，mm d0喷嘴直径，mm d直浇口近喷嘴处直径，mm据表2-4-1，有d0 =3mm，则d=d0 +(0.51)=3.5mm，D=23.5=7 mm。此时，计算直流道熔体体积Vj =Vj浇注系统体积，cm3；L 沿主流道弧面向上延长形成的圆椎体高度。因2d=D,故L=50.2mm所以Vj =1.126 cm2浇注系统重量：m =1.1260.90 = 1.01 g2.5.3 浇口套的设计由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以模具的主流道部分通常设计成可拆卸更换的衬套，简称浇注套或浇口套。浇口套的形式有多种，可视不同模具结

20、构来选择。按浇注系统不同，浇口套通常被分为二板模浇口套和三板模浇口套两大类。这里我们选择二板模浇口套。浇口套尺寸规格如图2-5-2。图2-5-2 浇口套规格示意图根据设计的直浇口尺寸，查阅GB/T 4169.19-2006塑料注射模模零件 第19部分，取D=20mm，D1=35mm，D2=40mm，D3=3.2mm，L=80mm。浇口套 2080 GB/T 4169.1920062.6 推出系统的设计在开模过程中，将塑件从模具中顶出的装置。根据课程设计要求，选择顶杆顶出方式。2.6.1 脱模力的计算推件力 Ft = Ap(cossin)+qA1式中， A塑料包络型芯的面积，mm2 P塑件对型芯

21、单位面积的包紧力，p取0.81071.2107Pa 脱模斜度，取1020 q大气压力，0.09MPa 塑件对钢的摩擦系数，约为0.10.3 A1制件垂直脱模方向的投影面积，mm2制件垂直脱模方向的投影面积：A1= mm2 Ft = Ap(cossin)+qA1 =12322.240.8107（0.1cos2sin1）/1060.092925.78 =7019.84N2.6.2 圆推杆推出的设计（1）圆推杆位置设计推杆应布置在制品包紧力大的地方，推杆不能太靠边，要保持12mm的钢厚。由于水杯壁厚为1.5mm，且制件所需脱模力极大，不适合顶水杯边缘，综合考虑，采用一根顶杆顶杯底的方式。（2）圆推杆

22、大小及规格因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通推杆。其结构形式见图2-6-1。图2-6-1 推杆规格示意图=13030504070 = 260 mm为了使塑件在推杆推出过程中不被推杆穿破，查阅PP弯曲强度为67.5MPa，67.5（/4）D2FtFt=7019.84N求得D11.11mm。考虑到包紧力、摩擦力等其他脱模阻力，可以选择更大直径的推杆，故本设计中选取D=16mm。根据国家标准：推杆 12300 GB/T 4169.12006D=16mm D1=22mm h=7mm R=0.8

23、mm L=300mm材料与硬度：材料由制造者选定，推荐采用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V硬度50 HRC55HRC，其中固定端90mm 长度范围内硬度35 HRC45 HRC。淬火后表面可进行渗氮处理，渗氮层深度为0.08mm0.15mm，心部硬度40 HRC44 HRC，表示硬度900HV。2.7 导向系统的设计导向系统主要包括动、定模的导柱导套和侧向抽芯机构的导向槽等。其作用是保证动模与定模闭合时能准确定位，脱模时运动可靠，以及模具工作时承受侧向力。2.7.1 导柱导向机构设计要点（1）小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径且对称布置的方法，若有合模方位要求时，则应

24、采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式（2）直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具；型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中；型带头导套主要应用于推出机构的导向中（3）导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；导柱中心到模板边缘的距离一般取导柱固定端的直径的11.5倍；其设置位置可参见标准模架系列（4）导柱常固定在方便脱模取件的模具部分；但针对某些特殊的要求，如塑件在动模侧依靠推件板脱模，为了对推件板起到导向与支承作用，而在动模侧设置导柱（5）为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应

25、设置承屑槽；一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角（6）导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出68mm，以确保其导向作用（7）应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件（8）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度时可采用H8/f8或H9/f9）；导柱固定部分的配合精度采用H7/k6（或H7/m6）。导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出（9）对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。通常导向孔应做志通孔；如果型腔板特厚，导向孔做成盲孔时，则应在盲孔侧壁增设通气孔，或在导柱柱身、

26、导向孔开口端磨出排气槽；导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取，长度超出部分应扩径以缩短滑配面。2.7.2 带头导柱导向机构能在注塑过程中和模具中起到定位作用，导向作用，承受冲模过程中一定的侧向压力，承受模具本身重量的作用。一般而言，导柱前端应倒圆角、半球形或做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导套。导柱表面有多个环形油槽，用于储存润滑油，减小导柱和导套表面的摩擦力。根据GB/T 4169.4-2006 塑料注射模零件 第4部分：带头导柱示意图如下：图2-7-1 带头导柱规格示意图由标准模架知 L=250mm，D1=30mm，D=25mm，h=8mm,L1=50mm材料：T10

27、A带头导柱 2525050 GB/T 4169.4-2006 4根2.7.3 带头导套导套与导柱一起构成了导向系统，使导向系统具有在模具中不可缺少的作用。为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔最好做成通孔，以利于排除孔内的空气。如果模板较厚，倒空必须做成盲孔时，可在盲孔的侧面打一个小孔排气或在导柱的侧壁磨出排气槽。根据GB/T 4169.3-2006塑料注射模具零件 第3部分：带头导套示意图如下：图2-7-2 带头导套规格示意图D=35mm；D1=48mm；D2=54mm；D3=36mm；L=140mm；h=10mm；R=5mm材料：T10A带头导套 35140 GB/T 4169.

28、3-2006 4根2.8 其他结构件设计2.8.1 复位杆常用的复位机构多采用复位杆复位。由于它制造简单，易于安装和调节，复位动作稳定可靠，得到了广泛的应用。它与顶出元件同时安装在顶杆固定板上，合模时定模分型面推动复位杆并带出顶出系统同时复位。GB/T 4169.13-2006塑料注射模具零件 第13部分：复位杆示意图如下：图2-8-1 复位杆规格尺寸D=25mm；D1=30mm；h=8mm；L=200mm材料：T10A复位杆25200 GBT 4169.13-20062.8.2 定位圈因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为100mm，内径70mm。具

29、体固定形式如图2-8-1所示：图2-8-2 定位圈规格示意图 D=100mm D1=35mm h=15mm 材料：45钢 定位圈 100 GB/T 4169.18-20062.8.3 垫块由于推出系统为顶杆顶出，而非手动脱模，即在模具中需要一空间收纳推杆，为了在模具中设计这一空间，则使用垫块，提供高度空间，使推杆在不工作时能存在于模具中而不影响其他部件工作。垫块尺寸规格见下图：图2-8-3 垫块规格示意图在标准模架中，L=400，H=130，由GB/T 4169.6-2006中关于垫块尺寸的规定，取W=68，垫块材料选用45钢。2.9 注塑模温度控制系统设计根据塑件的具体情况和实践经验，模具冷却系统的设计要点如下。冷却水道与成型面处应取相同的距离，使水道的排列与成型面形状相符。冷却水道应使成型零件表面冷却均匀，模具的温差不大。一般情况下，冷却水道设置的数量越多，其冷却效果越好，越均匀。冷却水道的直径一般在8 到 12之间选取。直径太小不容易加工，而直径过大，对冷却效果也有不利影响。冷却水道的距离应适当。一般采用的距离为5d，当同意成型面上塑件厚度加厚时，可使水道的距离组建缩短，并靠近型腔，以取得局部冷却的效果。浇注部位由于经常接触的注射机喷嘴，而熔料首先从浇口注入，所以浇口部位是模具上温度最高的部位。为了达到模温平衡，冷却水道应