快餐勺子注塑模具设计

摘 要 塑料注塑模具是当今普遍的模具的类型 ,而且注塑模具是比较热门且常用的模具 ,因此 ,研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大的意义 . 本文设计介绍了快餐勺子注射成型的基本原理 ,特别是单分型面和一抹多腔注射模具的结构与工作原理 ,对注塑产品提出了基本的设计原则 ;详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程 ,并对模具强度要求做了说明 ; 通过本设计 ,可以对注塑模具具有一个初步的认识 ,注意到设计中的某些细节问题 ,了解模具结构及工作原理 . 关键词 : 塑料模具 分型面 标准 he in of in is to to of of is to of of of of of to to to a in of 录 第一章 绪论 .题的来源和意义 .内发展状况 .外发展状况 .二章 塑件成型工艺分析 .件及材料的分析 .定模具的结构形式 .注系统的设计 .三章 成型零件的结构设计及计算 .型零件的结构设计 .型零件钢材的选用 .型零件工作尺寸的确定 .架的确定 .模板尺寸的确定 .膜推出机构的设计 .却系统的设计 .向与定位机构的设计 .四章 整体设计 .辞 .考文献 .连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）0 第一章 绪论 题的来源和意义 模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源，也是关键的基础工业。随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业、等各个行业广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经一个国家制造业水平的重要标志之一，也成为民族工业的支柱行业之一。 本次设计以快餐勺子为设计课题，并应熟练地使用 软件来完成课题。在设计过程中，应对我们设计方法、软件绘图、资料查询、论文写作、外文翻译等方面进行全方位的训练，培养我们初步的设计能力，并加强我们对模具行业的理解和认知。 内发展状况 尽管我国在注塑模的开发与研究方面起步较晚，但历经半个多世纪 ,我国的模具工业水平有了飞跃的发展 ,但与需求相比 ,显然供不应求 ,其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面。中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此每年需要大量进口模具。但相比于不足，国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型压缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线造型要求。 目前，我国经济仍处于高速发展阶段。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具 采购 趋向也十分明显。因此，放眼未来，模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。这对我们新时代的年轻人来说是一个巨大的机会也是一次强大的挑战。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）1 外发展状况 国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量及生产效率。国外发达国家模具标准化程度达到 70% 80%，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力 满足用户需求。 目前在欧美， 成为模具企业普遍应用的技术。在 应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前 3D 设计已达到了70% 89%。 、 软件的应用很普遍。应用这些软件不仅可完成 2D 设计，同时可获得 3D 模型，为 程和 集成提供了保证。应用 3D 设计，还可以在设计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量。 30 50 人的模具企业，一般拥有数控机床十多台。经过数控机床加工的零件可直接进行装配，使装配钳工的人数大大减少。 术在欧美已经逐渐成熟。在注射模设计中应用 析软件，模拟塑料的冲模过程，分析冷却过程，预测成型过程中可能发生的缺陷。实现了多工位、高效率、自动化、连续化、低成本等优点。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）2 第二章塑件工艺性分析 件及材料的分析 件性能分析 本设计实例为一快餐勺子，塑件比较简单，塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷；脱模斜度为 2 度；塑件材料为 产批量为大批量，塑件公差按模具设计基本要求进行转换。 图 件 尺寸精度：塑料有 5、 6、 7 三种精度等级，我们取外表面为 7 级精度。塑料制品的表面光洁度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外，主要由模具光洁度决定。一般模具表面光洁度要比塑料制品高一级。因此制件外表面取 m。 能分析 （ 1）使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减磨零件、传动零件和结构零件。 （ 2）成型性能 1）无定形塑料。 其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异应按品种来确定成型方法及成型条件。 2）吸湿性强。 含水量应小于 质量） ，必须充分干燥，要求表面光 泽的塑件应要求长时间预热干燥。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）3 3）流动性中等。益边料 右。 4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或 机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。 （ 3） 主要性能指标 其性能指标见表 2 密度 g服强度 /0 比体积 /cm伸强度 /8 吸水率 (%) 伸弹性模量 /03 熔点 / 130 160 抗弯强度 /0 计算收缩率 (%) 压强度 /3 比热容 /J( ) 1470 弯曲弹性模量 /03 注射成型过程及工艺参数 （ 1）注射成型过程 1）成型前的准备。对 色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于 水性较大，成型前应进行充分的干燥。 2）注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由于模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为 60 75，处理时间为 16 20s。 （ 2）注射工艺参数 1）注射机：螺杆转数为 30r/ 2）料筒温度（）：后段 150 170； 中段 165 180； 前段 180 200。 3）喷嘴温度（）： 170 180。 4）模具温度（）： 50 80。 5）注射压力（ 60 100。 6）成型时间（ s）： 30（注射时间取 却时间取 助时间 8） 。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）4 定模具的结构形式 型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件，分型面如图 2示 图 型面 腔数量和排列方式的确定 （ 1）型腔数量的确定 该塑件采用的精度一般为 4 级，且为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素 ,初步定为一模四腔结构形式。 （ 2）型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模四腔，故采用直线对称排列，如图 2示。 图 2腔布置 （ 3）模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模四腔，对大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）5 称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用推杆推出的推出形式。浇注系统设计时，流道采用 H 型平衡式分流道，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，由上综合分析可确定选用推杆的单分型面注射模。 射机型号的选择 （ 1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析计算得 塑件体积： V 塑 =塑件质量： m 塑 = V 塑 =式中，可取 2） 浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的 1 倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的 来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和 4 个塑件体积之和）为 V 总 =V 塑（ 1+ 4= 3）选择注塑机 根据第二步计算得出一次注入型腔的塑料总质量 V 总 =V 总 / 根据以上的计算，初步选定公称注射量为 125注射机型号为 25 卧式注射机，主要技术参数如下： 理论注射容量 /25 移模行程 /00 螺杆柱塞直径 /42 最大模具厚度 /06 注射速率 /35 最小模具厚度 /65 塑化能力 /5 锁模形式 双曲肘 螺杆转速 /0140 模具定位孔直径 /00 锁模力 /00 喷嘴球直径 /2 拉杆内间距 /260*360 喷嘴口孔径 / 注射压力 /50 表 射机参数 （ 4）注射机的相关参数的校核 1）注射压力校核。 需要注射压力为 80 110里取0注射机的公称注射压力 P 公 =119射压力安全系数里取 ： 0=117P 公 ，所以，注射机注射压力合格。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）6 2）锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积 A 塑 ，则： A 塑 =浇注系统在分型面上的投影面积 A 浇 ，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 A 浇 数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。 A 浇 是每个塑件在分型面上的投影面积 A 塑的 。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取 A 浇 = 塑 。 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积 A 总 ，则： A 总 =n(A 塑 +A 浇 )=n(A 塑 + )=4 =4模具型腔内的胀型力 F 胀 ，则 F 胀 =A 总 P 模 =5=式中， P 模 是型腔的平均压力值。通常取注射压力的 20% 40%。对于 致范围是 25 40 于粘度较大精度较高的塑料制品应取较大值。 于中等粘度且有精度要求的塑件，取 P 模 =35 该注射机的公称锁模力 F 锁 =900模力安全系数为 胀 = 胀 = 锁 ，所以，注射机锁模力合格。 注系统的设计 流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。 （ 1）主流道尺寸 1）主流道的长度：本次设计中初取 71行设计。 2）主流道小端直径： d=注射机喷嘴尺寸 +（ 1） 4+0.5） 3)主流道大端直径： d = d+2L 主 /2)=50，式中 =4 4)主流道球面半径： 射机喷嘴球头直径 +（ 1 2）12+2)4 5)球面的配合高度： h=3 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）7 （ 2） 主流道的凝料体积 V 主 = /3L 主 ( + +R 主 r 主 ) 2主50（ 4+4+4. =（ 3）主流道当量半径 1/2（ =（ 4）主流道浇口套的形式 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。对材料要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，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 处理淬火表面硬度为 5256 图 口套 流道的设计 （ 1） 分流道的布置形式 在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用如图 2示的 H 型平衡式分流道。 图 2 2）分流道的长度 由于分流道设计简单，根据型腔的结构设计，采用两级大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）8 分流道， 00 （ 3）分流道的当量直径 因为该塑件质量 m 塑 200g，所以分流道的当量直径为 D 分 = =2根据教材中表 4示 选取 理 =1示 选取 4） 分流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形，梯形， U 形，六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上，本设计采用圆形截面，其塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。 (5）凝料体积 1）分流道的长度 02=1002=504=2002） 分流道截面积 = = 料体积 1002=006)校核剪切速率 1）确定注射时间：取 t=1s。 2) 计算分流道体积流量： V 分 +V 塑 ） /t=(2+V 塑 )/t=s. V 分 +V 塑 ） /t=（ 塑 )/t=s 3)得剪切速率： = 3） = =分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率 5102 5103以，分流道内熔体的剪切速率合格。 （ 7）分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取 可，此处取 外，其脱模斜度一般在 510之间，这里取脱模斜度为 8。 口的设计 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模八腔注射，为便于充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）9 （ 1）侧浇口尺寸的确定 1）计算侧浇口的深度。根据表 4得侧浇口的深度 h 计算公式为 h=中， t 是塑件壁厚，这里 t=1n 是塑料成型系数，对于 成型系数 n= 2） 计算测浇口的宽度。根据表 4得侧浇口的宽度 B 的计算公式为 B=n /30=3）计算侧浇口的长度。根据表 4得侧浇口的长度 L 浇 一般选用 里取 L 浇 = （ 2）侧浇口剪切速率的校核 1）校核浇口的剪切速率 确定注射时间：查表 4取 t=1s； 计算浇口的体积流量： q 浇 =V 塑 /t=s 计算浇口的剪切速率：由式（ 4得： v= / =5120浇103 5104s 之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。 核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。 （ 1）计算主流道的体积流量 q 主 =（ V 主 +V 分 +） /t =（ （ 2）计算主流道的剪切速率 V 主 = /（ =03/（ 532主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5*1025*103间，所以，主流道的剪切速率校核合格。 料穴的设计及计算 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前锋的“冷料” ，防止“冷料”进入型腔而形成接触；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）10 端直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。本设计采用与拉料杆匹配的冷料穴。 节小结 本章主要进行塑件及材料的分析，初步拟定了模具的结构形式，并且简单设计了浇注系统的结构形式。 第三章成型零件的结构设计及计算 型零件的结构设计 模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的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，本设计中采用整体嵌入式凹模。 图 3模 模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，本设计采用整体式凸模。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）11 图 3模 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、耐磨性及良好的抗疲劳强度性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模和凸模钢材选用 45 号钢。 型零件工作尺寸的计算 根椐塑件的要求，由以上两表可查得：该塑件可按精度等级为 4 级精度选取。此产品采用 4 级精度，属于一般精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数 x 取值可在 范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）12 ，综合参考，相关计算具体如下 : (1+ z %） （ 1）凹模径向尺寸的计算 由 06，查表 =M=(1+ z= 中， 表 2得 收缩率为 0 0 所以其平均收缩率 2=表 4知 x 一般在 间，此处取 x=是塑件上的相应尺寸的公差（下同） ， 于中小型塑件取 z=1/4 （下同） 。 （ 2） 凹模深度尺寸的计算 (1+ z 由 30，查表 =M=(1+ z= 3） 型芯径向尺寸的计算 (1+ z 由 04，查表 =M=(1+ z= 4）型芯高度尺寸的计算 (1+ z 由 8，查表 =M=(1+ z= 架的确定 本次模具的设计采用选取的模架大小为 546646连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）13 图 架 模板尺寸的确定 1） A 板尺寸。 A 板是定模型腔板，塑件高度为 35考虑在模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故 A 板厚度取 70 2） B 板尺寸。 B 板是型芯固定板，按模架标准板厚取 46 3）垫板厚度根据模架标准取 46） C 板（垫块）尺寸。 垫块 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度 +（ 510） 60+63+5 10） =128 133步选定 C 为 136 具各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 1) 模具平面尺寸 54646260360杆间距） ，校核合格。 2） 模具高度尺寸 384165384406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+（ 5 10） +（ 5 10）0 300模行程） ，校核合格。 模推出机构的设计 出方式的确定 由于采用的是一次推出脱模机构，故可以从推杆脱模、推板脱模、推管脱模等几种常见的结果中选择。考虑到塑件形状尺寸，本设计采用推杆脱模机构，还需设置复位装置即复位杆。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）14 图 出机构 核推出机构作用在塑件上的单位压应力 （ 1） 推出面积 A=/4(482（ 2） 推出应力 =219 压强度 )合格 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）15 却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所放出的热量。 却介质 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所放出的热量。 却介质 于粘度较低的材料。其成型温度和模具温度分别为 200250和3565。所以模具选用水作为冷却介质。 却系统的简单计算 (1) 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W 1） 塑料制品的体积 V=V 主 +V 分 + =（ =2） 塑料制品的质量 m=） 塑件壁厚为 以查表 4 t 冷 =注射时间 t 注 =2s，脱模时间 t 脱 =3s，则注射周期： t=t 冷 +t 注 +t 脱 =（ +8） s=此得每小时注射次数： N=（ 3600 =248 次 4） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=48kgh=h。 （ 2） 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 表 4接可知单位热量 50g。 （ 3） 计算冷却水的体积流量 设冷却水道入水口的水温为 2=22，出水口的水温为 1=25，取水的密度 =1000 的比热容 = ） 。则根据公式可得： = 60c(1 50 60100025 m3（ 4） 确定冷却水路的直径 d 当 q =，查表 4知 ,未来017 届本科生毕业设计（论文）16 是冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径 d= （ 5） 冷却水在管内的流速 v v=4 60d ） 2=4（ 60 ms 2=s （ 6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数 h 因为平均水温为 查表 4得 f=有： h=v） /d 100010 m2 h ) 7） 计算冷却水通道的导热总面积 A A=50/0 50-（ 22+25） /2m =4 22（ 8）计算模具所需冷却水管的总长度 L L=A/d=m=1108（ 9）冷却水路的根数 x 设每条水路的长度为 l=600冷却水路的根数为 x=L/l=1108/6002 根 由上述计算可以看出，需要 2 条冷却水道。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。 图 却水道 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）17 向与定位结构的设计 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位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机的喷嘴精确定位。而模内定位则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不高，因此可以采用模架本身所带的定位结构。 图 柱，导套 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文）18 第四章 整体设计