热水壶外壳塑料模具设计.docx

1、热水壶外壳塑料模具设计塑料水壶外壳注塑模设计专业：材料成型机控制工程 学号：学生姓名： 指导老师：摘要本课题主要是针对塑料水壶外壳的模具设计。塑料水壶外壳具有质量轻、 易于清洁、强度高、使用寿命长、价格低廉、制品美观等特点。通过对塑件进 行工艺分析和比较，根据制品的性能及特点，最终设计出一副注塑模。该课题 从产品结构工艺性、具体模具结构特点出发，对产品的三维造型，分型面，模 具的浇注系统、其成型部分的结构、冷却系统、脱模机构，注塑机的选择及有 关参数的校核都有详细的设计，同时简单的说明了该模具的加工工艺。通过整 个设计过程表明此模具能够达到塑件所要求的加工工艺。依据产品的数量和塑料的工艺性能确

2、定塑件采用注塑成型法生产。该产品 设计为大量批准生产，故设计的模具要求有较高的注塑效率，浇注系统要能够 自动脱模，依据产品结构特征采用侧浇口，因此选用大水口模架，侧浇口自动 脱模结构。模具采用一模一腔布置，浇注系统采用侧浇口成型，由六推杆推出 机构完成塑件的推出。考虑到产品结构等因素，采用循环冷却系统对制件进行 冷却。关键词： 注塑模具； 塑料水壶外壳；聚丙烯mold design for the plastic kettle shellAbstractThe main topic is covred in mold design for the plastic kettle shell wi

3、th a light weight ， easy to clean, high strength , long service life, low prices, good apperance quality and so on . Through the process of plastic parts for analysis and comparison, in the light of the performance and feature of the product, we design an injection mold finally. Process from the pro

4、duct structureof the project, specific mold structure starting on the casting mold system, there are detialed design wit,h the thre-dimensional modeling, binary type surface, gating system, the mould stucture, cooling system, demoulding mechanism, the choice of the injection molding machine, and the

5、 check of some related parameter, and introduce the mold processes simply. Through the entire design process that can be achieved in the mold plastic parts required in this process.Based on the volume and determine the process performance of plastic injection molding method using plastic parts produ

6、ction. The product is desighned for mass production, so the design of the mold requires a high injection efficiency, and the gating system to be able to automatic mold ejection., in addition to use site gate according to product structural feature, so we choose a single sub serface injection mold, s

7、ite gate automatic ejection structure. Mold cavity one-cavity mold, gating system using site gate forming, introdued extrusion device to complete sixth putting the introduction of plastic parts. In consideration of the factors such as the performance and so on, use circulating cooling system to cool

8、 products.Key words: injietion mould ；Plastic kettle shell ； Polypropylene摘要 错误！未定义书签。Abstract 错误！未定义书签。目录 第一章 对塑料成型模具的认识 11.1模具在加工工业中的地位 11.2模具的发展趋势 11.3设计在学习模具制造中的作用 3第二章 塑件制品分析 42.1塑件工艺分析 42.2塑料水壶外壳材料的成型特性与工艺参数 42.3.制品的结构工艺性 52.4.注塑机的选择 6第三章 分型面及浇注系统的设计 103.1分型面的选择 103.2浇注系统的设计 113.2.1主流道和定位圈的设计

9、123.2.2分流道的设计 133.2.3浇口的设计 143.2.4冷料穴的设计 163.2.5排气系统的设计 17第四章 分型面及浇注系统的设计 184.1型腔布置 184.2成型零件的结构确定 184.2.1型腔设计 184.2.2型芯设计 194.2.3侧向分型与抽芯机构设计 194.3导向定位机构设计 214.4顶出机构设计 224.5.温度调节系统的设计 234.5.1. 冷却系统的设计 244.5.2加热系统的设计 25第五章 主要零部件的设计计算 265.1成型零件的成型尺寸 265.2模具型腔壁厚的确定 275.3标准模架的确定 275.4安装尺寸校核 285.5锁模力校核 2

10、85.6注射压力校核 285.7开模行程校核 29第六章 模具零件的加工工艺设计简介 306.1注塑模型腔的加工 306.2导柱导套的加工 306.3模板的加工 31第七章 模具的装配 327.1模具的装配顺序 337.2模具的维护 34第八章 设计总结 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。致谢 37附录 38附录 A外文翻译原文 38附录 B外文翻译 47第一章 对塑料成型模具认识1.1模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸制品的工具。 在各种材料 加工工业中广泛使用着各种模具， 例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、 金 属压力加工使用的锻压模具、冷压

11、模具等等。对于模具的全面要求是： 能生产出尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满 足使用要求的公有制制品。以模具的使用角度，要求高效率、自动化操作；从模 具制造角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型 面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度、 和形状精度以及之 间的物理性能、机械性能、电性能、内应力的大小、各项同性、外观质量、表面 光洁度和可能存在的缺陷如气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其 次，在加工过程中， 模具结构对操作的难易程度影响较大。 在大批量生产塑料产 品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制品

12、过程中的手工劳动。为此，常采用 自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。 另外，模具对制品的成本也有影响， 当批量不大时， 模具的费用在制件上的成本 所占比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，降低成本。现代生产中， 合理的加工工艺，搞笑的设备、先进的模具是必不可少的三项 重要因素， 尤其是模具对现实材料加工工艺要求、 塑料制件的使用要求和造型设 计起重要的作用。 高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发 挥其作用， 产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。 由于制件品种 和产量需求很大， 对模具也提出了越来越高的要求， 从而促

13、进模具不断向前发展。1.2模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命 的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。 从模具设计和制造角度来看， 模 具的发展趋势可分为以下几个方面：（1） 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于 塑料模成型的制品日渐大型化、 复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展 的一模多腔所致（2）.在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件 与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度， 为其进一步普及

14、创造良好的 条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混 合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题； CAD/CAM 软 件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D设计与成型过程的 3D 分（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热 流道技术的模具可提高制件的生产率和质量， 并能大幅度节省塑料制件的原材料 和节约能源， 所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。 制订热流道元器件 的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件， 是发展热流道模具的关键。 气体辅 助注射成型可在保证产品质量的前提下， 大幅度降低

15、成本。 目前在汽车和家电行 业中正逐步推广使用。 气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参 数需要确定和控制， 而且常用于较复杂的大型制品， 模具设计和控制的难度较大， 因此，开发气体辅助成型流动分析软件， 显得十分重要。 另一方面为了确保塑料（4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具 标准化程度仍较低， 与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展， 为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此， 首 先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产； 其次要逐步形

16、成规模生产， 提高 商品化程度、提高标准件质量、 降低成本； 再次是要进一步增加标准件的规格品（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必 要。（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐 标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、 调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提 .1.3设计在学习模具制造中的作用通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具 的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法， 以达到能够独立设计 般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择

17、和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期 间所学的知识。第二章塑件制品分析2.1塑件的工艺分析塑件形状如下图 2-1 所示：图 2-1 电热水壶外壳依据实体零件分析， 该塑件主体为空间曲面结构，底部为平面支撑板，壁厚 为 2mm ，大体上较为均匀，周边有嵌件配合，并带有螺纹用于紧固，还有多个 孔，零件造型较为复杂， 给模具的加工带来了很大的难度。 该制件强度要求不高， 只需满足日常使用即可，但是外观要求较高。聚丙烯( Polyporylene 简称 PP)的 注塑成型制品表面光洁，具有较高的表面硬度和刚性，耐应力开

18、裂、耐热，常用 于成型壳、罩类零件，故该制品选用 PP 材料注塑而成。2.2塑料水壶外壳材料的成型特性与工艺参数PP 化学名称聚丙烯，无色、无味、无毒的，外观似聚乙烯，但比聚乙烯更 透明是一种半结晶性材料，不吸水、光泽好、易着色，密度小，它比 PE 更坚硬 且具有更高的熔点，为 160175，具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度 影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化，经改善后可作为一种工程材料，广泛应 用于家用电器、管材等多个领域，改性 PP 用作汽车配件具有十分广阔的开发前 景。PP 收缩率为 1.02.5%，成型温度为 160220，其注塑成型特性为：1)结晶料，湿性小，易发生融体破裂，长

19、期与热金属接触易分解；2)流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔、凹痕、变形；3)冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温 度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于 50 度时，塑件不光滑，易产生熔 接不良，流痕， 90 度以上易发生翘曲变形，故温度应该控制在 80 度左右；4)塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中2.3制品的结构工艺性2.3.1塑件的尺寸精度分析该塑件许标注公差的尺寸有 9900.88，232-01.80 ，23-00.44 ，10000.88 ,110-01.00 ，22801.60 ， 1.602310 ,40 -00.56 属于一般精度要求

20、， 其他未标注公差的尺寸均为自由尺寸， 可采用 8 级精度。表 2.3.1 塑件主要尺寸的公差要求部位塑件标注尺寸塑件尺寸公差外形尺寸550-1.401140-2.0056.50-1.401140-2.00980-1.807501.60内形尺寸74+0.56 037351.00030.480212+0.72 050.560351.000561.4002.3.2塑件的表面质量分析该塑件要求外观光洁， 不允许有成型斑点和熔接痕， 塑件表面粗糙度无特殊 要求。2.3.3塑件的结构工艺分析1)从图纸看来，该塑件的外形为空间曲面，壁厚大体均匀，且符合最小壁 厚要求。2)由于塑件有多个侧孔，故四周都须设置

21、侧向分型抽芯机构。3)为使塑件顺利脱模，可在塑件内部增设 12的拔模斜度。 综上分析，该塑件可采用注塑成型加工。2.3.4 塑件的生产批量 该塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产率， 倾向于采用高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成本。2.4注塑机的选择2.4.1计算塑件体积和重量3 3Vg=70857 mm3 =70.857 cm3 塑件质量计算：查有关手册，取 PP 的密度 =0.91 g/cm3， 所以塑件的质 量为M=V* =Vg* =70.857*0.91g=64.5g。2.4.2确定型腔数量由于塑件存在多个孔类结构， 四周都须设置外侧抽芯机构， 故采用一模一腔

22、。2.4.3确定注塑成型的工艺参数PP注塑模工艺条件：注塑机选用：由于 PP 具有高结晶性，需采用注射压力较高及可多段控制的 电脑注塑机。锁模力一般按 3800t/m2 来确定，注射量 20%-85%即可。熔化温度： PP 的熔点为 160-175 ，分解温度为 350，但在注射加工 时温度设定不能超过 275。熔融段温度最好在 240。模具温度：模具温度 50-90，对于尺寸要求较高的用高模温。型芯温 度比型腔温度低 5以上。注射压力：采用较高注射压力( 1500-1800bar )和保压压力(约为 注射压力的 80%)。大概在全行程的 95%时转保压，用较长的保压时间。注射速度：为减少内应

23、力及变形，应选择高速注射，但有些等级的 PP 和模具不适用(出现气泡、气纹)。如刻有花纹的表面出现由浇口扩 散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。根据以上所述及计算结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。注射机的额定注射量为注射量为 Vb，每次的注射量不超过它的 80%，即 n=(0.8Vb-Vj )/Vg 式中 n型腔数；Vj浇注系统的体积( g)；Vg 塑件体积。估算浇注系统的体积 Vj：根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。Vj =4.8 cm3该模具确定为一一模一腔，即 n=1则 Vb=(nVg+V j)/0.8=94.6cm3 根据该塑件的结构特点和 PP 的成型性能，查有

24、关资料初步确定塑件的注射 成型工艺参数，如下表所示 :表 2-1 塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度 8090成型时间 /s注射时间02时间 2h保压时间2060料筒温度 /前段200220冷却时间1550中段220240总周期37112后段180210螺杆转速 / （ r/min）3060喷嘴温度/190220后处理方法热水浸 泡模具温度/050温度/70注射压力/MPa4080时间/h242.4.4确定模具温度和冷却方式PP 为半结晶型塑料，在熔融温度下有较好的流动性，壁厚一般，在保证顺 利脱模的前提下可尽量降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。 所以模具 应

25、考虑适当的循环水冷却，成型模具度控制在 3050。2.4.5确定成型设备由于塑件采用注射成型加工， 使用一模一腔分布， 因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为 : W=n*w+w 废料 =1X64.5+64.520%=77.4g根据以上一次注射的分析以及考虑到塑件品种、 塑件结构、 生产批量及注射 工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选 SXZY-500 型螺杆 式注射机。 记录下 SXZY-500 型螺杆式注射机的主要技术参数， 见下表：表 2-2 SX ZY-500 型螺杆式注射机的主要技术参数号序主要技术参数项目参数数值1最大注射量 /cm35002注射压力 /MPa10

26、403锁模力 /kN14004动、定模模板最大安装尺寸 （/ mmmm）620x5205最大模具高度 /mm4506最小模具高度 /mm3007最大开模行程 /mm5008喷嘴前端球面半径 /mm129喷嘴孔直径 /mm401定位圈直径 /mm12511定位孔径 /mm180第三章 分型面及浇注系统的设计3.1分型面的选择3.1.1分型面的定义分型面是指模具上用以取出制品或者浇注系统凝料的可分离接触面， 通过分 型面将模具分成两个或若干个部分，开模时， 有序的完成制品脱模， 再由顶出系 统把制品及浇注系统凝料从模具中顶出 （自动脱落）或取出（机械手或者手工取 出），之后将模具型腔内的杂物清除，

27、或将嵌件安放于模具型腔内。3.1.2分型面设计原则分型面出售排位影响外，还受制品的形状、外观、精度、浇口位置、滑块、 顶出及加工等多种因素影响。 合理的分型面是制品完好成型的先决条件， 一般应 遵循一下几个原则：（1） 利于脱模：分型面应取在塑件的最大轮廓处，同时应使塑件留在顶 出侧，由于推出机构通常设置在动模一侧， 将型芯设置在动模部分， 塑件冷却收 缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利于脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔 较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模， 一般应将凹模也设在动模一侧。 把模 斜度小或塑件较高时，为了便于脱模， 可将分型面选在塑件中间部分， 但此塑件 外形有分型的痕迹。（

28、2） 确保之塑件的尺寸精度：为保证美观，分型面应尽量不破坏制品光 滑的外观面；为保证制品尺寸， 当制品外形比较长， 应考虑减小脱模斜度造成塑 件大小端尺寸的差异。（3） 简化模具结构：应尽量避免定模侧抽芯，本例的四个侧滑块都设在 动模一侧满足此要求，而且侧向抽芯应尽量短， 楔紧机构尽量小， 同时要便于排 气和合理安排浇注系统。（4） 便于加工。（5） 满足注塑机技术规格的要求。综合上述条件，本例的分型面设计如下图 3-1 所示：图 3-1 水壶外壳分型面3.2浇注系统的设计浇注系统是注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道，一般是由主流道、分流道、 浇口和冷料穴组成。浇注系统在注塑成型过程中主要起输送物

29、料、传递压力、 交 换热量以及封堵型腔的作用。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节， 它对注塑成型周期和塑件 的质量（如外观、物理性能、尺寸精度）都有直接影响，在设计时要注意以下几 点原则：（1） 型腔布置和浇口开设部位力求对称， 防止模具承受偏载而造成溢料现 象。（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太 大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可 能小。4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽

30、量小，以减少塑料的耗量。（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口 的残痕不应影响塑件的外观。考虑到塑件的外观要求较高， 其结构较为复杂， 为顶出方便以及能顺利将废 料拉出，浇口采用分便加工修整、 凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧 浇口，模具采用单分型面结构两板模， 模具制造成本比较容易控制在合理的范围 内。浇注系统的设计如下图 3-2 所示：图 1-2 浇注系统的设计3.2.1主流道和定位圈的设计注塑模的主流道是使注塑机喷嘴与型腔 （单型腔模） 或分流到连接的一段进 料通道，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形， 便于熔体顺利的向前流动， 开模时主流道凝料又能顺利拉出来， 主流道的尺寸直 接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间， 由于主流道要与高温塑料和注塑机喷 嘴反复接触和碰撞， 通常不直接开在定模上， 而是将它单独设计成主流道套镶入 定模板内。 主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。 塑件外表面不许有浇 口痕，又考虑取料顺利， 采用带直流道与分流道的侧浇口， 为了方便于拉出流道 中的凝料，将主流道设计成锥形主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞， 故应设计成独立可拆卸更换的浇 口套，采用优质钢材制作，常用 T8A、 T10A 制造，并经热处理提高硬