带内螺纹的塑料盖子注塑模具设计_毕业设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 题 目 带内螺纹的塑料盖子注塑模具设计 英文题目 injection mold design of the plastic cover with internal thread 院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 年 级 2009 级（机材 a0913） 指导教师 二 零 一 三 年 六 月 学 位 论 文 独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集团已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得九江学 院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：2013.6.3 学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于九江学院。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文 研究课题在撰写的文章一律注明作者单位为九江学院。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 2013 年 6 月 3 日 摘摘 要要 本次主要设计是对瓶盖注射模的设计, 重点对塑件的成型原理、原料选用 和注射技术进行分析。通过根据形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果， 确定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的选择、型腔的数目和排列、 成型零件的结构、浇注系统等。该塑件有内螺纹，需两次分型。故设计中主要 解决了分型面的选择，型腔数目的确定，脱模机构的设计.采用了二次脱模机构 来脱模，保证塑件能顺利的成型出模。pro/e 软件贯穿了此次注塑模具的整个 三维设计过程。 【关键词】注射模；分型面；低密度聚乙烯 2 abstract the main design graduate of lid injection mold design. focus on the analysis of the principle of molding plastic parts, materials selection and injection technique. adopted under the shape, size, accuracy and surface quality requirements of the analysis results, the program required molding, products after processing, the choice of parting, the number and arrangement of the cavity, forming part of the structure, pouring system . the plastic parts within a thread,need twice disport model.therefore,the design of the project profile for the plastic parts of sub-surface choices,determining the number of cavity,the demoulded mechanism design.using twice demoulding agencies,guarantee a smooth plastic parts from the model.pro/e was wildly used throughout the process of 3d injection mold design. 【key words】 injection mold; parting surface; ldpe 3 目 录 前言前言.1 第一章第一章 概论概论.2 1.1 注塑模具制造的特点2 1.2 模具制造技术的发展方向3 1.3 结论5 第二章第二章 塑塑件件结构设计结构设计6 2.1 瓶盖的成型分析.6 2.2 壁厚分析6 2.3 圆角分析6 2.4 材料的选择7 2.4.1 材料简介7 2.4.2 基本特性7 2.43 物理性质 .7 2.44 成型特性 .8 第三章第三章 模具结构设计模具结构设计.10 3.1 分型面的选择10 3.2 型腔的排布设计11 3.3 脱模机构的设计12 第四章第四章 注塑机型号的选择注塑机型号的选择13 4.1 注塑成型工艺简介.13 4.2 估算塑件的体积和质量.14 4.3 选择注塑机14 4.3.1 最大注射压力较核 .15 4.3.2 最大注射量校核 .15 2 4.3.3 锁模力校核 .15 第五章第五章 模具设计模具设计.16 5.1 模架的选择16 5.1.1 产品边到模仁边的距离 .16 5.1.2 模仁高度尺寸的确定 .16 5.1.3 模架尺寸的确定 .17 5.2 浇注系统的设计17 5.2.1 浇注系统设计的原则 .17 5.2.2 主流道设计 .17 5.2.3 分流道设计 .17 5.2.4 浇口的设计 .18 5.2.4 冷斜穴的设计 .19 5.3 导向机构的设计20 5.3.1 导柱导向机构的作用 20 5.3.2 导柱导套的设计原则 20 5.3.3 导柱的设计 21 5.3.4 导套的设计 22 5.4 排气系统的设计23 5.5 温度调节系统设计.24 5.5.1 模具冷却系统的设计 24 5.5.2 模具冷却时间的确定 24 5.5.3 冷却系统设计原则 24 5.5.4 冷却系统的结构设计 25 5.5.5 冷却系统的计算 25 第六章第六章 模具的装配模具的装配.26 6.1 模具的装配顺序26 6.2 模具开闭模过程分析.26 3 第第七七章章 制件常见缺陷及解决办法制件常见缺陷及解决办法.27 结论结论28 参考文献参考文献.29 谢辞谢辞30 1 前前 言言 塑料制品已在工业，农业，国防和日常生活中的方面得到广泛应用。特别 是在电子业中则为突出。电子产品的外客大部分是塑料制品，产品性能的提高 要求高素质的塑料模具和塑料性能。成型工艺和制品的设计。随着社会的发展， 人类的需求，生活水平的提高，日常生活不可缺少的产品的供不应求，为加大 生产力度，对模具的设计越来越重视。我们常用的东西大都是通过模具生产出 来的，应用价值提高，这技术的重要，有必要为这们课题研究。更加有力的学 习这套工艺。对今后的发展有着可观的标志。 2 第第 1 1 章章 概论概论 1.11.1 注塑模具制造的特点注塑模具制造的特点 型腔及型芯呈立体型面。塑件的外部和内部形状是由型腔和型芯直接成 型的，这些复杂的立体型面加工难度比较大，特别是型腔的盲孔型内成型表面 加工，如果采用传统的加工方法，不仅要求工人技术水平高、辅助工夹具多、 刀具多，而且加工的周期长。 精度和表面质量要求高，使用寿命要求长。目前一般塑件的尺寸精度要 求为 it67，表面粗糙度 ra0.20.1m，相应的注塑模具零件的尺寸精度要求 达到 it56，表面粗糙度 ra0.1m 以下。激光盘记录面的粗糙度要达到镜面加 工的水平的 0.020.01m，这就要求模具的表面粗糙度达到 0.01m 以下。长 寿命注塑模具对于提高高效率和降低成本是很必要的，目前注塑模具的使用寿 命一般要求 100 万次以上。精密注塑模要用刚度大的模架，增加模板的厚度， 增加支承柱或锥形定位元件以防止模具受压力后产生变形，有时内压可以达到 100mpa。顶出装置是影响制品变形和尺寸精度的重要因素，因此应该选择最佳 的顶出点，以使各处脱模均匀。高精度注塑模具在结构上多数采用镶拼或全拼 结构，这要求模具零部件的加工精度、互换性均大为提高。 工艺流程长，制造时间紧。对于注塑件而言，大多是与其它零部件配套 组成完整的产品，而且在很多的情况下都是在其它部件已经完成，急切等待注 塑件的配套上市。因为对制品的形状或尺寸精度要求很高，加之由于树脂材料 的特性各异，模具制造完成后，还需要反复地试模与修正，使开发和交货的时 间非常紧张。 异地设计、异地制造。模具制造不是最终目的，而是由用户提出最终制 品设计，模具制造厂家根据用户的要求，设计制造模具而且在大多数情况下， 制品的注射生产也在别的厂家。这样就造成了产品的设计、模具设计制造和制 品的生产异地进行的情况。 专业分工，动态组合。模具生产批量小，一般属于单件的生产，但是模 具需要很多的标准件，大到模架，小到顶针，这些不能也不可能只由一个厂家 3 单独完成，且制造工艺复杂，普通设备和数控设备使用极不均衡。 1.21.2 模具制造技术的发展方向模具制造技术的发展方向 基于以上模具制造的五个特点，对现代模具制造业提出了相应的要求。当 前模具制造的发展方向主要表现为以下五个方面： （1）从一般的机加工方法，发展至采用光机电相结合的数控电火花成形、 数控电火花线切割以及各种特殊加工相结合，例如电铸成形、粉末冶金成形、 精密铸造成形、激光加工等。从而可以加工出复杂的型腔和型芯，以及保证较 高的加工精度要求。目前慢走丝线切割和电火花放电加工精度可达到 1.5m，加工表面粗糙度可达到 ra0.004m，基本上达到了镜面要求。 （2）先进的技术支持条件。模具的服务对象主要是电器、汽车厂家，产品 的更新换代快，而且模具的设计已经从二维发展为三维，实现了可视化设计， 不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，真正实现了 cad/cam 一体化， 而且三维设计解决了二维设计难于解决的一些问题，诸如：干涉检查、模拟装 配等。 （3）模具快速制造技术。当前快速制造有三个发展方向：分别是基于并行 工程的注塑模具快速制造、基于快速原型技术的注塑模具快速制造和高速切削 技术。 基于并行工程的注塑模具快速制造这种生产方式。是以注塑模具的标准化 设计为基础的，它主要体现为经营管理、模具设计和模具制造的三个体系的标 准化。为了实现标准化，需要解决三项关键技术：一是统一数据库和文件传输 格式；二是充分利用和开发 internet 和 intranet,实现信息的集成和数据资源 的共享；三是解决生产的组织、协调和专业分工，确定各个部门和层次的项目 分解和利益分配的基准和算法。 基于快速原型技术的注塑模具快速制造。直接从 cad 模型生产的模具被认 为是一种可以减少新产品成本和开发周期的重要的方法，近些年来，这种将 cad 技术、快速成型（rp）和快速工模具制造（rt）等高新技术相结合，已经 对传统的注塑模具的制造产生了重大的冲击。cad 技术的应用在很大程度上代 替了实物的评估和试验，减少了新产品研制过程中的迭代次数，从而加快了新 产品的开发速度。 4 高速切削技术（high speed machining）的应用。高速切削技术制造模具， 具有切削效率高，可明显缩短机动加工时间，加工精度高，表面质量好，因此 可大大缩短机械后加工、人工后加工和取样检验辅助工时等许多优点。在某注 塑模的高速铣削中，材料硬度为 5658hrc，原来采用电火花加工（edm） ，每个 零件需时 90min，采用直径为 12mm 球头铣刀，主轴转速 1500r/ min、工作台进 给 1500r/ min 进行高速加工，加工每个零件只需 5min，工效提高了 18 倍。 今后，电火花成形加工应该主要针对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂 的型腔表面的精密加工。高速成切削加工在发达国家的模具制造业中已经处于 主流地位，据统计，目前有 85%左右的模具电火花形加工工序已被高速加工所 取代。但是由于高速切削的一次性设备投资比较大，在国内，高速成切削与电 火花加工还会在较长时间内并存。 模具的高速切削中对高速切削机床有下列技术要求：主轴转速高，功率 大；机床的刚度好；主轴转动和工作台直线运动都要有极高的加速度。由 于高速切削时产生的切削热和刀具的磨损比普通速度切削高很多，因此，高速 刀具的配置十分重要，主要表现为：刀具材料应硬度高、强度高、耐磨性好， 韧度高、抗冲击能力强，热稳定和化学稳定性好；必须精心选择刀具结构和 精度、切削刃的几何参数，刀具与机床的连接方式广泛采用锥部与主轴端面同 时接触的 hsk 空心刀柄，锥度为 1：10，以确保高速运转刀具的安全和轴向加 工精度。型腔的粗加工、半精加工和精加工一般采用球头铣刀，其直径应小 于模具型腔曲面的最小曲率半径；而模具零件的平面的粗、精加工则可采用带 转位刀片的端铣刀。 （4）发展新的塑料模具材料及模具表面技术。主要是发展易加工、抛光性 好的材料，预硬易切削钢（一般 2835hrc 之间)、耐蚀钢、硬质合金钢以及时 效硬化型钢、冷挤压成型钢。表面工程可以弥补模具材料的不足，降低模具材 料的研发及加工的费用。近年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相 沉淀技术（pvd） 、化学气相沉淀技术（cvd） 、热喷涂技术等新的表面技术，而 传统的表面技术（如热扩散、电镀）也有很大的完善与发展，如电镀技术已经 发展到复合电镀技术。 （5）基于信息注塑模具的制造新模式。与注塑模具制造活动有关的信息包 5 括产品的信息和制造信息。现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含的信息 量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。它包括两个层面：一是通过 企业内部的局域网，完成模具报价、人员的安排、制品原始数据、模具加工工 艺、质量检测、试模具与交付等任务；二是通过企业外部的互联网完成企业与 用户、与外协企业之间的信息交换，这种制造方式必须通过动态联盟（virtual organization）这种新的生产模式来实现的。动态联盟分三层：紧密层、合作 关系层和松散层。 1.31.3 结论结论 先进制造技术对注塑模具制造产生了重大的影响，反过来，注塑成型新技术 的产生与发展也对制造技术不断提出了新的要求。将信息技术与现代管理技术 应用于制造全过程，未来注塑模制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信 息流畅作为首要备件的有极强应变能力与竞争力的技术。 6 第二章第二章 塑件结构分析塑件结构分析 2.12.1 瓶盖的成型分析瓶盖的成型分析 此次塑件是带内螺纹的塑料瓶盖，整个塑件呈现半开状的圆筒形，该构件表 面形状和整体结构较为简单，经过对大量的饮料瓶盖的统计检验，整个瓶盖的 外部轮廓高达 12mm，外径 32mm，壁厚 1mm，作为对表面粗糙度要求不太高的塑 件，而且较为实用性零件对其尺寸公差没有太严格的要求。且本身塑件壁厚较 小、均匀，可以用大批量的注塑模具加以生产。 图 2-1 塑件图 2.22.2 壁厚分析壁厚分析 各种塑件，不论是结构件还是板壁，根据使用要求具有一定的厚度，以保 证其力学强度。塑件的壁厚对塑件质量的影响很大，如果壁厚过大，会浪费原 料，而且使冷却时间增加，更重要的还会使塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等 缺陷，一般地说，在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚，不仅可以节约原材 料，降低生产成本，而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产率。 因此，该塑件的壁厚均为 1mm，在其最小壁厚范围内，塑件符合注塑的模具成 型的厚度要求。 2.32.3 圆角分析圆角分析 带有圆角的塑件，在成型时往往会在该处产生局部应力集中，在受力或冲 7 击下会发生开裂，所以，为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，减小应力 集中，改善熔体的流动性能且便于脱模，在塑件各内外表面的过渡连接处，应 采用过渡圆弧。采用圆弧过渡可增加塑件的美观程度和增加塑件的强度，根据 应力集中系数和圆角半径的关系可得，理想的内圆角半径应为壁厚的 1/3 以上， 通常塑件内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的 1.5 倍。 这次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合实际情况来设计，根据现有的生产力 状况以及条件设备，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为 0.5mm，适合注塑制品 的结构和工艺要求。 2.42.4 材料的选择材料的选择 选择塑件的材料依据是它的使用性能要求及工作环境，以及生产商提供的 材料性能数据；对于常温工作状态下的结构件来说，其考虑的主要是材料的力 学性能，如屈服应力，弹性变形，表面硬度，弯曲强度，耐腐蚀性等。该塑件 对材料的要求首先必须是密封性能好，而后是成型难易和经济性问题，模具成 型也要考虑到材料的注射特性，好的成型特性是选择材料的主要标准，该塑件 在尺寸上要求比较高，且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，而且从 经济性上讲，在保证塑料制品的功能和性能的同时还应考虑到加工生产、成本。 综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际情况，选用收缩率较小、综 合性能优良、在工程技术中应用广泛的塑料 ldpe（低密度聚乙烯） 。 .1 材料简介材料简介 ldpe 中文名：低密度聚乙烯 英文名：low density polyethylene .2 化学性质化学性质 聚乙烯抗多种有机溶剂，抗多种酸碱腐蚀，但是不抗氧化性酸，在氧化性 环境中聚乙烯会被氧化。 .3 物理性质物理性质 聚乙烯在薄膜状态下可以被认为是透明的，但是在块状存在的时候由于其 内部存在大量的晶体，会发生强烈的光散射而不透明。聚乙烯结晶的程度受到 其枝链的个数的影响，枝链越多，越难以结晶。聚乙烯的晶体融化温度也受到 枝链个数的影响，分布于从 90到 130的范围，枝链越多融化温度越低。聚 乙烯单晶通常可以通过把高密度聚乙烯在 130以上的环境中溶于二甲苯中制 8 备。 （ldpe）- 低密度聚乙烯是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。 无毒、无味、呈乳白色。密度为 0.940.965g/cm3,有一定的机械强度,具有良 好的耐冲击性、柔软性及透明性，但和其他的大型塑料构件相比强度、刚度较 差，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，在常温下聚乙烯不会溶于任何一种 已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐 溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。适合做饮料、 低腐蚀性液体的瓶盖。其透水气性能较差，而透氧气、二氧化碳以及许多有机 物质蒸气的性能好。在热、光、氧气等作用下会产生变脆和老化。一般使用温 度约在 80左右。耐寒，在-60时仍有较好的力学性能，-70时仍有一定的 柔软性。 .4 成型特性成型特性 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质的进行检验，并测试其 热稳定性，流动性和收缩率等指标。低密度聚乙烯属于结晶形塑料,吸湿性小, 熔体粘度小，成型前可不预热，成型时不易分解，流动性极好, 溢边值为 0.02mm 左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。收缩率较大， 方向性明显，易发生变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率有较大影响， 应控制模温。冷却速度快,必须得到充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系 统宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要均匀。不宜采用直接浇 口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位 置。ldpe 的注射工艺参数如表 3-1 所示。 表 3-1 制品成型工艺参数初步确定 特性 内容 特性 内容 9 注射机类型 柱塞式 螺杆转速（r/min） 58 喷嘴形式 直通式 模具温度 30-45 喷嘴温度() 150170oc 后段温度() 140160 中段温度() 前段温度() 170210 注射压力 60100mpa 保压力 4050 mpampa 注射时间 s 04s 保压时间 s 1560s 冷却时间 s 1560s 其他时间 s 3 成型周期 s 40140s 成型收缩(%) 0.8 干燥温度() 6080 干燥时间() 13 综合性能： 压缩比： 1.842.50 抗拉屈服强度: 2240 mpa 热变形温度： 1.88mpa- 48 压缩强度： 225 mpa 疲劳强度： 10 拉伸弹性模量： 0.840.95gpa mpa 弯曲弹性模量： 1.11.4gpa 弯曲强度： 2540mpa 脆化温度： -70 10 第三章第三章 模具结构设计模具结构设计 .分型面的选择分型面的选择 模具设计过程中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型 面选择的原则来确定模具的分型面。 （1）塑件脱出方便：尽量使塑件滞留在动模一侧，模具的脱模机构在动模 一侧，一般将主型芯装在动模一侧，使塑件的包紧在主型芯上，型腔可以设在 定模一侧。 （2）模具结构简单，使模具容易切削加工，从简化模具加工来考虑，对要 求抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。 （3）其他必须型腔排气顺利，确保塑件质量，无损塑件外观，设备利用合 理以及塑件的成型要求来选择分型面。 该塑件为瓶盖，表面无特殊的要求，由于制件有侧向抽心的点连接,因此制 件需要侧向内抽芯机构，分型比较复杂，可采用滑块侧向分型，故分型面选择 11 如下图所示： 图 3-1 分型面的选择 3.23.2 型腔的排布设计型腔的排布设计 多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、h 形、直线型及复合型等，在设 计时应遵循以下原则。 （1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。 （2）型腔布置与浇口开高部位应力求对称，以便停止模具承受偏载而产生 溢料现象。 （3）尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。 本次设计的模具型腔采用对称平衡的排布,如图 3-2 所示。 12 图 3-2 型腔的排布 3.33.3 脱模机构的设计脱模机构的设计 脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减 小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑 料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所 有因素的影响较困难,因此上面计算出的结果只是一个近似值，实际的脱模力应 比计算出来的要大才合理。脱模机构应遵行以下设计原则： （1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 （2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出 力应施于塑件刚性和强度最大的部位以保证塑件不因推出而变形损坏。 （3）结构简单、动作合理可靠、合模时能正确复位，便于制造和维护。 常用的推出方式有推杆推出、推板推出、气压推出，其中推杆脱模机构最为 常用，采用推杆脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。 13 第 4 章 注塑机型号的选择 4.1 注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成 型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔 体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射 进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以 从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 图4-1 注塑成型压力时间曲线 （1）物料准备 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况、有无杂质等进行检 验，并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根 据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件 的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制 品还需要选用脱模剂，以利于脱模。 （2）注塑过程 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动 可分为注射、保压、倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示4-1所示。 图中t0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（t=t1）时，熔体 压力迅速上升，达到最大值p0。从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压 力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在 流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端 沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。 14 这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从 t2到t3） ，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压 力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压 力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。 （3）制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常 复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不 均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱 模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏， 严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿 两种。 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件 进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的 1020至热变形温度以下1020之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后 处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿 处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为 100121） ，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。 4.24.2 估算塑件的体积和质量估算塑件的体积和质量 塑件的工作条件对精度要求较高，根据 ldpe 的性能可选择其塑件的精度等 级为 6 级精度。 外径: 32mm 壁厚: 1mm 内径: 30mm 壁厚: 1mm 由体积计算公式可计算得塑件的近似体积得: v塑=sxh =2.413cm3 查得 ldpe(低密度聚乙烯)密度约为: 由公式代入数 3 /94 . 0 cmgvw 据可得塑件的质量为： w塑 =v塑r r塑= =2.27(g)。 4.34.3 选择注射机选择注射机 根据所选择的参数，初步估算浇注系统: 15 体积: v浇=89cm3。 其质量约为：w浇=v浇r r塑=7.58.5g。 s=(nw塑+ w浇) /0.8=17-18g。 可以初步选项注射机型号为： xs-z-60 xs-z-60 注射机的技术规格如下: 型号： xs-z-60 额定注射量(cm3)： 60 螺杆直径(mm)： 38 注射压力 (mpa)： 122 注射行程（mm）： 170 注射时间（s）： 0.7 注射方式： 柱塞式 合模力 kn）： 500 最大注射面积（cm2）： 130 最大开（合）模行程（mm）： 180 模具最大厚度（mm）： 200 模具最小厚度（mm）： 70 动、定模固定板尺寸（mm）： 300440 喷嘴圆弧（mm）： 12 喷嘴孔径（mm）： 4 .1 最大注射压力校核最大注射压力校核 ldpe 的注射压力：60100mpa 小于 xs-z-60 注射机：注射压力 (mpa)： 122 mpa,所以符合要求。 .2 最大注射量校核最大注射量校核 浇注系统体积之和为 2.413*4+89=1819 cm3，而注射机额定注射量为 60cm3，明显满足要求。 .3 锁模力校核锁模力校核 型腔平均压力为 25mpa， a=mm325265 . 4414 22 25 2526=63.17kn，明显小于注射机合模力 500mpa，合格。 分腔a p 16 第五章 模具设计 5.1 模架的选择 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强 度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。为节约模具钢材和便于热处理，根据产 品的外形尺寸，可以确定镶件（模仁）的外形尺寸，确定镶件的尺寸后，就可 以大致确定模架的大小。 5.1.1 产品边到模仁边的距离（x、y 方向尺寸的确定） 表 5.1 产品边到模仁边距离 产品尺寸（mm）产品边到模仁边的距离（mm） 小件产品（80mm）2530 大件产品（80mm）3550 注：模仁尺寸（x、y 方向尺寸）必须取整数，且最好是 10 的倍数； 从表格可知，此塑料杯属于小件产品，故取产品到默认边的距离为 30mm。 产品中心到模仁边的距离为 60mm，产品中心距为 90mm，故模仁长度为 d=60mm+90mm+60mm=210mm；产品底面是圆形，所以，模仁的宽度也取 210mm。 5.1.2 模仁高度（厚度）尺寸的确定（z 方向尺寸的确定） 表 5.2 模仁高度尺寸参照 产品尺寸（mm）产品最高位置到前模仁(型 腔)顶面的距离 h1（mm） 产品最低位置到后模仁(型 芯)底面的距离 h2（mm） 小件产品 （80mm） 2530 大件产品 （80mm） 3550 h2= h1(510)且 h220 注：模仁高度（厚度）尺寸（z 方向尺寸） ，最好取整数0.5，以保证 a 板和 b 板的开框 深度为整数。 从表格可知，小件产品模仁高度取 2530，此处取 30mm。考虑到塑料杯底 部凸台只有少量胶位，高度仅为 2mm，从节省成本考虑，边界从产品底部算起， 忽略凸台，前模仁的高度为 110mm。产品最低位置到后沫仁地面的距离为 30mm+5mm=35mm。整个模仁的高度为 145mm。 17 5.1.3 模架尺寸的确定 选择 a 型结构模架 查得 a=5055，取 a=50mm 模架宽度为： b=b+2a=130+100=230mm 模架长度为： l=l+2a=130+100=230mm 上述尺寸确定后，就可以确定 模架的板面尺寸为 230mmx230mm。 图 5-1 模架类型 5.2 浇注系统的设计 注射模的浇注系统是指从注流道的开始端到型腔之间的熔体流动通道。它 由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传料，传热，传压情况 决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具 设计及加工的复杂程度。 5.2.1 浇注系统设计原则 浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变 形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设 计合理、尽量减少塑料的消耗。 5.2.2 主流道设计 主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机的喷嘴在 同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改 善料流的速度，因为要和注射机相配，所以其尺寸与注射机有关。 本塑件所用的材料为 ldpe（低密度聚乙烯） ，根据其流动性特点，主流道设 计的主要参数如下： 锥角=4；内表面粗糙度 ra=0.08； m 主流道大端呈圆角，半径 r=3mm，以减小料流转过渡时的阻力，小端直径 d = d (12)mm 衬套与主流道设计成整体，材料为 t8，热处理要求淬火为 53-57hrc。 18 5.2.3 分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的 作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 u 型等。圆形和 正方形截面流道的表面积与体积之比最小，塑料熔体的温度下降小，阻力小， 流道的效率最高，但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中 较常用的截面形状为梯形、半圆形及 u 形。 在分流道的设计时，应考虑尽量减小在流道内的压力损失，尽可能避免熔 体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。在此，选择半圆形，取半圆直 径 4.5mm。 分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置分平衡式 与非平衡式两种，根据上面所选型腔的布局，分流道采用平衡式的布置如图 5- 1。 图 5-1 分流道 5.2.4 浇口的设计 浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的熔体通道，它是浇注系统的 关键部分。 其主要作用是： （1）熔体充模后，浇口处首先凝固，可防止其倒流； （2）熔体在流经狭窄的浇口时产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模； （3）易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积的 0.03-0.09，浇口的 长度约为 0.5mm-2mm,浇口的具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值。 当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使 料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。 浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口时，应遵循以下原则： 19 （1）浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置 （2）浇口应开设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩， （3）浇口的位置应选择在有利于型腔中气体的排除 （4）浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位，对于圆筒类制品， 采用中心浇口比侧浇口好。 （5）对于带细长的型芯模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯因冲 击变形。 （6）浇口应设在不影响制品外观的部位 根据以上原则，瓶盖属于圆筒类制品，故而采用中心浇口。 5.2.5 冷料穴的设计 冷料穴是将主流道或分流道延长所形成的井穴。冷料穴一般设在主流道正 对面的动模板上或处于分流道末端。其作用是存放料流前锋的冷料，以防止冷 料进入型腔而形成接缝；另外，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直 径宜大于大端直径。冷料穴的形式有三种：一是与推杆匹配的冷料穴；二是与 拉料杆匹配的冷料穴；三是无拉料杆的冷料杆。本塑件采用无拉料杆的冷料穴。 5.3 导向机构的设计 为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机 构的作用是导向，定位以及承爱一定的侧向压力。导向机构包括导柱导向和锥 面定们两种，根据本塑件的实际情况，采用导柱导向机构。 5.3.1 导柱导向机构的作用 1.定位件用 模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确， 在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。 2.导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯 先进入型腔造成成型零件损坏。 3.承受一定的侧向压力。 5.3.2 导柱导套的设计原则 1、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够 的距离，以保证模具的强度。 2、导柱的长度应比型芯端面的高度高出 6-8mm，以免型芯进入凹模时与凹 20 模相碰而损坏。 3、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。 4、为了使导柱能顺利的进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的 前端也应倒角. 5、导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利 脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。 6、一般导柱滑动部分的配合形式按 h8/f8，导柱和导套固定部分配合按 h7/k6，导套外径的配合按 h6/k6。 7、除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置 导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。 8、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考标准框架数据选取。 5.3.3 导柱的设计 1、导柱的结构 （1）铆合式导柱：结构简单，加工方便，但导柱损坏后更换麻烦。 （2）直通式导柱：拆装方便，便于维修，但制造比较费时，且需增加垫板， 适用于大型固定式模具。 （3）压入式合模销：在垂直分型面的模具中，为了保证锥模套中的对拼凹 模相对位置准确，常采用两个合模销。 本次设计结合零件结构及其它各方面的要求，选用直通式导柱。 2、对导柱的要求 （1）导柱的长度必须比凸模端面的高度高出 68，以免在导柱未导正方 向之前型芯进入型腔时与凹模相碰而损坏。此外，导柱长于凸模端面，脱模后 可按任何利于操作的位置放在工作台上，而不致于擦伤凸模成型表面。 （2）为使导柱能顺利地进入导套，导柱的端部应该做成圆锥形或半球形的 先导部分。球形先导部分因制造费时，一般很少采用。 （3）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证导柱具有足够的抗弯强度。 （4）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的型芯。 （5）导柱尾部通常应埋入模板内。 （6）导柱配合部分的表面光洁度应高一些。 （7）导柱滑动部分按 h8/h8 间隙配合，固定部分按 h7/m6 过渡配合 21 5.3.4 导套的设计 1、导套的结构 （1）套筒式导套：用于模套高度不大的简单模具。 （2）台阶式导套：检修方便，能保证导向精度，主要用于精度要求较高的大 型模具。 （3）凸台式导套：主要用于固定式模具中的推出机构。 （4）带油槽的导套：可以改善导向条件，减少磨擦，但增加了制造成本，仅 用于模具温度不高的固定式注射模。 结合零件结构及模具整体要求，选用台阶式导套。 2、对导套的要求 （1）为使导柱比较顺利地进入导套，在导套的前端应倒有圆角 r。 （2）对于大型注射模，当开模力过大时，为了防止导套拔出，应在导套上 部加装盖板。 （3）导套材料可用淬火钢或铜等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬 度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 （4）导套配合部分的表面光洁度不能过低。 （5）导套孔的滑动部分按 h8/h8 间隙配合，导套外径按 h7/m6 过渡配合。 点浇口形式的双分型面注射模应注意使分型面 a 的分型号距离能保证浇注系 统凝料顺利取出，一般 a 分型号面分型距离为： s=s1+35mm sa 分型面分型距离(mm)； s1浇注系统凝料在合模方向上的长度(mm)。 双分型面模具中要注意导柱的设置及导柱的长度，如果导柱同时对动模部 分导向，则导柱导向部分的长度应按下式计算： ls+h+810mm l导柱导向部分长度(mm); sa 分型面分型距离(mm); h中间板的厚度（mm） 。 s1=46.5mm s=49.551.5mm h=34.5mm l92mm 定端与模板间用 h7/m6 或 h7/k6 的过渡配合,导向部分通常采用 h7/f7 或 h8/f7 的间隙配合。 22 根据模具结构的要求，与导柱同动作的弹簧应布置 4 个，并尽可能对称布 置于 a 分型面的四周，以保持分型时弹力均匀，中间板不被卡死。 布局形式如图所示： 图 5-3 导柱排布图 5.4 排气系统设计 在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含 有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发 气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释 放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成 气孔，接缝、表面轮廓不清、不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩 而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕、色泽不佳等缺陷。 模具的排气可以利用排气槽排气、分型面排气、利用型芯、推杆、镶件等 的间隙排气。abs 的排气深度为 0.015 mm。 通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则4： （1） 排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故； （2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出； （3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便； （4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端； （5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕； （6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活 23 动的型芯时，可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气； （7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出； 该模具为中型模具，可以通过分型面和顶杆来排气，不需要另设排气槽。 5.5 温度调节系统的设计 5.5.1 模具冷却系统的设计 塑料在成型过程中，模具温度会直接影响塑料的充模、定型、成型周期和 塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。 一般注射模内的塑料熔体温度为 200左右，而塑件从模具型腔中取出时 其温度在 60以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效地冷 却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对 于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小 型薄壁时，如我们的塑件，则模具课简单地进行冷却或利用自然冷却不设定冷 却系统：当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。 5.5.2 模具冷却时间的确定 在注射过程中，塑件的冷却时间是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开 模取出塑件时为止的这段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具 有一定的强度和刚度为准，确定生产周期： 脱冷注 tttt 式中 t 为生产周期（s）,t注为注射时间，t冷为冷却时间，t浇为脱模时间， 查得 t 注 15-60s,t 冷 15-60s，总周期 t 为 40-140s。 5.5.3 冷却系统的设计原则 （1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡； （2）冷却水孔数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀； （3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等； （4）浇口处加强冷却； （5）应降低进水和出水的温差； （6）合理选择冷却水道的形式； （7）合理确定冷却水管接头位置； （8）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象； （9）冷却水管进出接口应埋入模板内，以免模具在搬运过程中损坏。 24 5.5.4 冷却系统的结构设计 根据塑料制品的形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周 式、多级式、螺旋式、喷射式、隔板式等多种样式，同时还可以互相配合，构 成各种冷却回路。 5.5.5 冷却系统的计算 ldpe 的单位热流量： ldpe(低密度聚乙烯)的单位热流量 qs 为 590-690 kj/kg 每小时需要注射的次数 n=3600/t； 取 t=120s，可求得 n=30 次。 每小时的注射量：hkggnw/72 . 0 2430 从型腔内发出的总热量 qs 取 650kj/kg,代入式中得 s qwq 总 hkjkgkjhkgq/468/650/72 . 0 总 25 第六章 模具的装配 装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、 寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将 合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。 在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制