盒盖注塑模具设计

0 摘 要 本课题主要是针对盒盖的模具设计 ,通过对塑件进行工艺的分析和比较 ,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、都有详细的设计，同时并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。根据题目设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。针对盒盖的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具。由于塑件内侧有 四个小凸台， 直接顶出 ，固采用 斜推杆 的结构形式。其优点在于简化机构，使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本。通过模具设计表明该模具能达到盒盖的质量和加工工艺要求。 关键词 ： 塑料盒盖 ; 盒盖塑件注射模具； 模具 ； 1 is at to a of of of of a at to is of is a of to of to to to of is of of is of 2 目 录 摘 要 . 0 . 1 第一章 绪论 . 5 . 5 . 5 第二章 塑件成型工艺性分析 . 6 . 6 性能分析 . 7 S 的注射成型过 程及工艺参数 . 8 第三章 初选注塑机规格 . 11 . 11 . 12 第四章 分型面和型腔数目选择 . 14 . 14 . 15 第五章 浇注系统的设计 . 16 . 16 . 17 第六章 型腔型芯设计 . 19 . 19 芯和型腔的加工工艺卡、工序卡 . 23 第七章 模架的确定 . 24 . 24 3 . 25 第八章 导向与脱模机构的设计 . 27 . 27 第九章 温度调节与排气系统的设计 . 27 . 28 设计 . 30 结 论 . 31 参考文献 . 31 致谢 . 33 4 第 1 章 绪论 随着中国当前的经济形势的日趋好转，在 “ 实现中华民族的伟大复兴 ” 口号的倡引下， 中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为 “ 进入富裕的原动力 ” ，德国则冠之为 “ 金属加工业的帝王 ” ，在罗马尼亚则更为直接： “ 模具就是黄金 ” 。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在 1989年 3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务 。 近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高 效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型 。 本次 课程 设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。针对盒盖的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。同时，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 的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验 。 5 第 2 章 塑件成型工艺性分析 （ 1）外 形尺寸与精度等级 盒盖整体尺寸 角形成，内部由一长方形腔但有 两 个宽度为 6*形凸台构成，盒盖属于外部配件，表面精度要求较高，尺寸精度要求不高 。 （ 2）脱模斜度 该塑件材料为聚乙烯，选择该塑件上型芯和凹模的统 一脱模斜度为 30。 （ 3） 该塑件尺寸较大且要求塑件表面精度等级较高，无凹痕。采用点浇口流道的双分型面型腔注射模可以保证其表面精度。 6 性能分析 聚苯乙烯是指由苯乙烯 单体 经自由基加聚反应合成的 聚合 物 ，英文 聚苯乙烯 名称为 文名称为 ,简称 玻璃化温度80 90 ，非晶态 密度 /立方厘米，晶体密度 /立方厘米，熔融 温度 240 ，电阻率为 1020 1022欧 厘米。导热系数 30 时 (米 开 )。通常的聚苯乙烯为非晶态 无规聚合物 ，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度 0 70 ，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性。 透明性好是 最大 特点，其透光率可达 8892%，同 样属于最优秀的 透明塑料 品种，统称为三大透明 塑料 。 折射率为 因苯环的存在，导致其双折射较大，不能用于高档光学 仪器。 延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。 用塑料 中最高，其拉伸强度可达 60冲击强度很小，难以 用工程塑料 。 蠕变性一般。 力学性能受温度的影响比较大 。 变形温度仅为 7090 ，只可长期在 6080 范围内使用。 耐低温性也不好，脆化温度为 。 热导率低， 线膨胀系数较大，一般为（ 68） 10 金属相差悬殊，因此制品不利于带金属嵌件。 7 化学稳定性较好，可耐一般酸、碱、盐、矿物油和低级醇等，可受许多烃类、酮类、高级脂肪酸等侵蚀，可溶于芳烃（如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等）、氯化烃（如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯苯等）及酯类等。 耐光、氧化性都差，不适合于长期户外使用；但 S 的注射成型过程及工艺参数 （ 1）注射成型特点 （ 1） 苯乙烯为无定形聚合物，熔 融温度范围较宽，且热稳定性较好，约在 95 度左右开始软化，在 190 270 （ 2） 热流动和冷却固化也比较快，故模塑周期短。 （ 3） 型温度和压力的增加，对聚苯乙烯熔体的流动性有明显的增长，其中温度比压力的影响更大，在成型过程中，可以通过改变温度和压力，来调节熔体的流动性。 （ 4） 苯乙烯的吸水性 成型中所允许的水分含量通常为 因此一般无需进行预干燥处理。 （ 5） 苯乙烯的收缩率一般在 右，制品成型稳定性好。 （ 1） 注塑温度可在铰宽的范围内选取，但注射温度过高会降低制品的机械性能，而过低又会影响制品的透明度，因此一般空控制在180245 视机台能力大小和使用状态进行加工温度范围调整。 （ 2） 射压力可在 60150围内选取。一般来说，大浇口，厚壁制品的注射压力可低些，而薄壁，长流程，形状复杂的制品的注射压力则应高些。 (3)射速度越快，越容易造成分子链的取向程度增加，从而引起更大的取向压力，但注射速度过低， 塑料熔体进入模腔后，可能先后分层而形成融化痕，产生应力集中线，易产生开裂。所以注射速度以适中为宜。最好采用变速注射，在速度逐渐减小下结束充模。 (4)具温度最好控制在 6080 产连8 续进行，若停机，应空料筒中残存料，以避免再升温时分解及产品黑点产生；再开机时，应清洗料筒。 注射例子： 第一段： 200 C 第二段： 190 C 第三段： 190 C 注射压力 :65台动作：后 加料 模具温度 :6080 C （ 2）注射工艺参数 料筒温度 喂料区 30 50（ 50） 区 1 160 250（ 200） 区 2 200 300（ 210） 区 3 220 300（ 230） 区 4 220 300（ 230） 区 5 220 300（ 230） 喷嘴 220 300（ 230） 括号内的温度建议作为基本设定值 ,行程利用率为 35和 65 ,模件流长与壁厚之比为 50： 1到 100： 1。 熔料温度 : 220 280 。 料筒恒温 : 220 。 模具温度 : 15 50 。 注射压力 : 具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力 80 1408001400。 保压压力 : 注射压力的 30 60；相对较短的保压时间 。 背压 : 5 1050 100在背压太低的地方，熔料中易产生气泡（制品中有灰黑纹路） 。 注射速度 : 普遍较快 ,多级注射以制品形状为依据 ;对薄壁的包装容器应该尽可能快 ,必要时使用蓄能器 。 螺杆转速 : 高螺杆转速（最大线速度为 s）是允许的；但为取得好的效果，塑化过程应该缓慢同冷却时间一样 。 计量行程 : 4D（最小值最大值）； 4D 的计量行程为熔料提供足够长的驻留时间是很重要的 。 9 残料量 : 2 8决于计量行程和螺杆转速 。 预烘干 : 不需要；如果贮藏条件不好，在 80的温度下烘干 1。 回收率 : 可达到 100回收 。 收缩率 : 。 浇口系统 : 点式浇口 ;加热式热流道 ,保温式热流道 ,内浇套 ;相对较小的横截面为足够 。 机器停工时段 : 无需用其它材料进行专门的清洗工作； 料筒设备 : 标准螺杆 ,直通喷嘴 ,止逆阀 。 10 第 3 章 初选注塑机规格 （ 1）盒盖体积 根据塑件的三维模型，利用三维软件直接可查询到可得出盒 盖体积 5385 2） 盒盖质量 查模具设计与制造简明手册 用热塑性塑料主要技术指标可知 密度为 里取 算可得盒盖的质量 （ 3）浇注系统凝料体积的初步估算 根据经验按照塑件体积 倍计算，由于本设计流道简单且较长，因此浇注系统凝料按塑件体积的 1 倍计算，故一次注入模具型腔的塑料熔体总体积 V 盒（ 1+1） =2 4）选择注射机 根据第三步计算出的一次注入模具型腔的塑件总体积 得 14据以上计算，由于 此初选号为 数如 表 3 11 表 3型 号 杆 (柱塞 )直径(65 模板最大距离 L0(300 最大理论注射容量(500 模板行程 L1(500 注射压力 (145 喷嘴圆弧半径 R(18 锁模力 (3500 喷嘴孔径 d(3,5,6,8 最大注射面积 (1000 喷嘴移动距离 (280 最大模具厚度H(450 推出形式 280 中心液压推出，推出距离 100侧推杆机械推出，液压推出力 （ 1）注塑量的校核 注塑模内的塑件及浇注系统凝料的总熔量（容积或质量）应在注塑额定注塑量的 80%以内，即 j 中 单个塑件的容积。 即 4n 模具的型腔的数目 即 n=4 浇注系统和飞边所需塑料的容积（ 质量（ g）， 约为 110； 注塑机的额定注射量（ g） 所以有： j=4 0 00 所以注塑机的注塑量合格。 （ 2）注射压力的校核 需的注射压力 60100里取 100射机公称压力 450射压力 100450,所以该注射机注射压力合格 。 12 （ 3）锁模力的校核 塑件的投影面积 4=为浇注系统采取点浇口，故浇注系统投影面积 ，所以模具型腔内的胀型力 F 胀 =p 模 =20=中 p 模式型腔的平均计算压力值，查表得 p=2000 所以，注射机锁模力合格。 （ 4）模具高度与注塑机闭合高度关系的校核 模具的闭合高度应在注射机最大于最小闭合高度之间，即 中： 75 00 50以，注射机模具高度与注塑机闭合高度关系合格。 （ 5） 开模行程校核 注塑机的开模行程应大于取出塑件所需 的楷模距离，即 （ 5 10） 注塑机最大开模行程； 即 001 塑件脱模所需顶出距离； 即 02 塑件高度； 即 以得： 10= 300以，注塑机开模行程合格。 13 第 4 章 分型 面和型腔数目选择 分形面的选择原则： 型面应使塑件在开模时留在有脱模机构的一边，通常是在冬末的一侧； 2当塑件内有嵌件时，由于嵌件极少的收缩会造成塑件在这一位置粘附在型腔内，因此型腔应设计在动模部分而不应该在定模部分； 考虑斜分型面要比直分型面的型腔部分容易加工； 尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型，如果塑件有侧凹或侧孔必须采用侧向分型或抽芯时，应使侧抽芯型芯尽可能安放 在动模上，而避免定模部分抽芯； 5对于有同轴度要求的塑件，模具设计时尽可能将型腔设计在同一个型面上； 6选择分型面时，应选在不影响塑件外观和塑件飞边容易修整的部位，一保证塑件的质量； 塑件在分型面上的投影面积接近于注射机最大注射面积时，就有可能产生溢料； 分型面应尽可能设在塑件流动的末端，以利于排气； 模斜度又小的塑件，分型面宜选在中间部位，尽管型腔设在动、定模两侧，但易于脱模且不产生飞边。 由于分型面受到塑件在模具 中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较， 考虑到要 保证塑料制品能够脱模 ， 使型腔深度最浅 ， 使塑件外形美观，容易清理 和 有利于排气 等问题，本塑件要求外侧表面光滑，下端外沿无浇口痕迹，综上所述，最终确定分型面14 如下图图 4图 4 图 4型面 图 4分型线 对于设计的盒盖，由于其内形状虽然 规则但较复杂， 但总体比较简单。 30万的就订单， 属于 中 批量生产 ，而且产品对尺寸的要求不是很高。 故宜采用 三板模细水口 点浇口 系统 。故在安排型腔时，采用一模 四 腔的形式，以方便 提高工作效率。 15 第 5 章 浇注系统的设计 （ 1）主流道尺寸 1）主流道长度：根据模架的实际尺寸确定主流道是长度，其中面板厚度为50道推板的厚度为 35为保证定位圈的安装便捷和定位效果，所以设计定位圈嵌入面板 5图 5以定位圈和主流道也相对面板表面下沉 5以本次设计初取 80图 5流道的位置及其长度 2）主流道小端直径： 1+(1)般情况下， 中 取 3、 5、 6、8。所以这里取 2=5+1=6）主流道大端直径： d =d+2L主 6中 =2 d=注射机喷嘴尺寸 +（ ） 6+1） 6 4）主流道球面半径： 射机喷嘴球头半径 +（ 12） 18+2） 0）球面的配合高度： h=（ 1/3 2/5） 流道浇口套形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而将主流道浇口套与定位圈分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢（ 10A），热处理淬火表面硬度为 50 55图图 5 图 5由于该塑件是外观要求较高的盒类塑件，且塑件材料为聚乙烯，流动性极好，为了能获得外形清晰，表面光泽的塑料制品，所以采取点 浇口，根据 模具设计 7 浇口尺寸推荐表 得之： 以这里取 口结构和布局形式如图 5图 5 17 图 5图 518 第 6 章 型腔型芯设计 （ 1）凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模的结构不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中由于采用一模四腔，所以采用整体 式凹模 。 （ 2）型腔壁厚、长度等尺寸的确定 根据模具设计与制造简明手册（第二版） 的经验曲线，如下图 6为工件总体形状是个圆柱体，而另两个边被截掉，所以型腔的两个面是圆形，可根据图 6加工便利，取其型腔壁厚度整数，所以a =25两个边类似于矩形的两边，可根据图 6 a=30据模具设计与加工速查手册第五章；塑料注塑模设计 形整体式型腔底部厚度 t=侧壁后 t = /6M 。因为侧壁厚 度取 t =25以底部厚度t=25 19 图 6形整体式 型腔壁厚经验曲线图 20 图 6 形 凹模最小 壁厚经验曲线 图 6胚尺寸的确定 21 图 6胚厚度的确定 （ 3）凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为组合式和整体式两种。 鉴于盒盖的特殊结构，盒盖注塑模具的成型零件包括：动模型芯、 斜推杆 。 （ 4）成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的 成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能，所以凹模钢材选用 于动模型芯而言，由于脱模时与塑件磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢 推杆磨损也比较严重，因此也采用 2 芯和型腔的加工工艺卡、工序卡 23 24 第 7 章 模架的确定 由于成形零件采用一模四腔，所以确定选用模架为型号 （ W L=400 400如下图 77 图 7架各部件名称 25 图 7注模架的选择 各模板尺寸的确定： （ 1） 模架标准板厚度取 4055 2） 模架标准板厚取 3055 3） 推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度 +（ 5 10） 步选定为 120上所述，模架外形尺寸：宽长高 =400400375根据所选的注射机来校核模具设计的尺寸 （ 1）模具平面尺寸 23030035235杆间距），校核合格 （ 2）模具高度尺寸 2152001500具的最大厚度和最小厚度），校核合格 （ 3）模具的开模行程 S=2+a+(5 10)0+0+（ 5 10） =00板最大行程），校核合格 式中， S 注塑机最大开模行程 ,6 塑件脱模（推出距离）距离 ， 2 塑件高度，包括浇注系统在内， mm a 取出凝料所需要的最短距离 ， 7 第 8 章 导向与脱模机构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位，锥面定位则用于动、定模之间的精确定位。因为本塑件为小型塑件，小批量生产，所以采用带头直通式导柱，配导套。 导柱的材料选用低碳钢（ 20 钢），渗碳淬火，硬度为 50 55体配合见装配图。 塑件四侧有内凹，采用斜推杆抽出。开 模时，注射机拉动动模后退，当模具推板与注射机顶杆接触时，迫使推板向前运动，斜推杆向内移动抽出塑件，模具继续后退时，推出塑件。闭模时，由复位杆使斜推杆复位。 （ 1）脱模力的计算 ,111 t 所以认为是薄壁塑件，所以脱模力的计算式为 )1( )(221 （ 2）校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 推出面积 23 7 9 推出应力 （抗压强度）合格 28 第 9 章 温度调节与排气系统的设计 由于冷却水道的位置、结构形式、表面状况、水的流速、模具的材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。实际生产中，通常都是根据模具的结构来确定冷水水路，通过调节水温、水速来满足要求。 查表得聚乙烯成型时所需的模具温度 30 60，此处设模具的温度为 40 （ 1）冷却水的体积流量 m 321Qq v （ 2）冷却水管 直径 由于塑件壁厚为 1却水管直径 d=8（ 3）冷却水在管道内的流速 v / 大于最低流速 到湍流状态，所以管道直径选用合理 （ 4）冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 查表得 f=温为 30时），因此 )C/(1 8 6 3 7)( （ 5）冷却管道的总传热面积 29 21 22679860 （ 6）模具上应开设的冷却水孔数 （参 考 模具设计师（注塑模） 单元 3 本模具属于小型模具，而且模具的斜顶较多（每个型腔 4个）。所以可以直接利用利用斜推杆，模板，型芯之间的间隙作为排气系统，其间隙为 全能够满足排气需要。 30 结 论 通过此次模具设计，使我的专业知识更加系统化，完善化。在设计中我熟练掌握了查阅有关的技术标准和规范，也培养了我综合考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等的能力，巩固了过去所学的知识，已掌握了注射模具设计的基本流程，也锻炼了我的动手 能力和对于工程技术的严谨性。总之，通过这次尝试使我的专业水平更上一层楼，为以后的工作与深造打下了坚实的基础。虽然在这其中，我们遇到了很多难以解决的问题，但经过全组组员的努力，最终将他们一一克服。我们相信只要不断的努力就能取得更好的成绩。我们遇到的一个难点是型腔型芯的设计，在询问了老师，通过了缜密的计算，最终确定了方案。这一次的成功使得我们对这一课程设计的信心大增，在后来的设计中不断攻破难题，最终完成了这次的作业。我觉得这次的设计不但让我对课本知识有了更加深入的理解，更重要的是它磨砺了我的性格，对我以后的发展 带来不少的好处，使我真正明白了实践出真知的道理。 31 参考文献 主要参考文献： 1 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森编模具设计与制造简明手册 。 第二版 上海： 上海科学技术出版社， 1998年 8月。 2 黄虹主编塑料成型加工与模具 。 北京：化学工业出版社， 2003 年 3月 。 3 伍先明，王群编塑料模具设计指导 。 北京 ： 国防工业出版社， 2006年 5月 。 4 李会武，范兴国编塑料模具技术手册 。 北京 ： 机械工业出版社，2002年 。 5 陈志刚主编塑料模具设计 。 北京 ： 机械工业出版社， 2003年 2月 。 6 刘鸿文主编材料力学