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塑料饭盒注塑模设计【含全套CAD图纸】,塑料,饭盒,注塑,设计,全套,cad,图纸
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目 录 目 录 . 0 摘 要 . 2 1 前 言 . 4 2 塑件的工艺分析 . 5 件原材料分析 . 5 件结构、尺寸精度及表面质量分析 . 5 件的体积与重量 . 6 件注塑工艺参数的确定 . 7 3 拟定成型方案 . 9 型面的选择 . 9 定型腔布置 . 11 注系统的设计 . 11 流道的设计 . 11 口设计 . 12 4 模具成型零件的设计与计算 . 14 模、凹模、型芯设计与计算 . 14 腔侧壁厚度和底板的计算 . 15 5 脱模机构的设计与计算 . 17 模机构的设计原则 . 17 1 模力的计算 . 18 6 合模导向机构设计 . 20 7 注塑机的选定与相关参数的校核 . 21 塑机初步的选定 . 21 塑机相关参数的校核 . 22 8 设计小结 . 23 致 谢 . 24 参考文献 . 25 外文资料翻译 . 27 2 摘 要 本课题主要是针对 塑料饭 盒的 注塑 模具设计 ,该塑料饭盒材料为无毒 料，是日常生活中常见的一种塑件产品。 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 饭 盒注塑模具的设计 ， 也就是设计一副注塑模具来生产塑件产品，以实现自动化提高产量。针对 塑件 的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具。 关键词 :注塑模，塑料饭盒 3 at s P is in a to to on a to s s s s to an to s is s is an to a to In of a is 4 1 前 言 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 塑料饭 盒注塑 模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产 塑料 盒塑件产品，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 2 塑件的工艺分析 件原材料分析 本塑件及塑料饭盒为日常生活中所常见的塑料制品，主要用于盛装食品 。根据其使用的特殊性，综合分析各种塑料的性能，聚丙烯（ 为最佳材料。 聚丙烯密度低，无色，无味，无毒，透明度较聚乙烯高，透气性低。此外，聚丙烯的屈服强度、弹性、硬度及抗拉、抗压强度等都高于聚乙烯，其拉伸强度甚至高于聚苯乙烯和 丙烯吸水率低，绝缘性能好，能耐弱酸、弱碱。聚丙烯在 100C 以上的温度下进行消毒灭菌，熔点为 164 170C，其最高使用温度达 150C，最低使用温度达 丙烯在氧、热、光的作用下极易降解老化，所以必须加入防老化剂。定向拉伸后的聚丙烯可制作铰链，抗弯曲疲劳强度特 别高。聚丙烯成型加工时收缩率较大，易导致成型加工出来的制件出现变形、缩孔等缺陷。 件结构、尺寸精度及表面质量分析 （ 1）塑件结构分析：如图，图 1、图 2 分别为塑件的 3D 俯视图和仰视图。塑件整体高度为 度为 3体底部有一个截面半径为 半圆环的凸台。饭盒的内径为 150径为 156口有厚度为 3 4径 82方形截面的圆环型凸边。另外，盒口对分布有一对凸台，长度为 34凸台外缘距离为 174具体尺寸见塑件三视图） （ 2）塑件尺寸精度分析 ：因塑件材料为 塑件上有两个尺寸有精度要求，分别是 和 ，均为 塑料精度， 属于中等精度等级，在 6 模具设计和制造过程中要严格保证这些尺寸的精度要求。其余尺寸均无精度要求为自由尺寸，可按 精度查取公差值。 （ 3）塑件表面质量分析 ：饭盒表面精度要求不高， 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。 图 1 塑件俯视图 图 2 塑件仰视图 件的体积与重量 塑件主要尺寸及结构 由见图 3，近似计算的塑件体积 34 6 6 9 m m ，查手册聚丙烯密度 30 /g ，故塑件质量 4 2 g 。 7 图 3 产品设计图 件注塑工艺参数的确定 根据情况， 成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。注射温度包括料筒温度和喷嘴温度。 8 料筒温度：前段温度为 180 200 C 中断温度为 200 220 C 后段温度为 160 170 C 喷 嘴：喷嘴选用直通式，喷嘴温度为 170 190 C 注射压力：选用 100注射时间：选用 3s 保压时间：选用 40s 保压 压力：选用 60 冷却时间：选用 30s 成型周期： 80s 9 3 拟定成型方案 型面的选择 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。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，从几种方案中优选出较为合理的方案。选 择分型面时一般应遵循以下几项原则： （ 1） 保证塑料制品能够脱模 这 是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。 （ 2） 使型腔深度最浅 模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响： 目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本 。 模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深，动、定模越厚。一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。 型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大，如图 2。若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。 10 因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。 （ 3） 使塑件外形美观，容易清理 尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除， 但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上，如图 3 的分型面 件割除毛边后，在塑件光滑表面留下痕迹；图 3 的分型面 b 处于截面变化的位置上，虽然割除毛边后仍有痕迹，但看起来不明显，故应选择后者 . （ 4） 尽量避免侧向抽芯 塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用 . （ 5） 使分型面容易加工 分 型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合 面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。 （ 6） 使侧向抽芯尽量短 抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度 。 （ 7） 有利于排气 对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最 11 后到达的位置，而且不把型腔封闭 综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。 对于本塑件，盒口凸边的下缘面为最佳第一分型面。 定型腔布置 确定型腔的方法有：根据锁模力确定；根据最大注射量确定；根据塑件精度确定和经济性确定等。根据设计说明书的设计要求 、 塑件的几何结构特点 及尺寸精度要求，本制品采用一模一腔。 注系统的设计 流道的设计 主流道是指 浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。 主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角 为 26 ，流道表面粗糙度 m ，小端直径d 比注射机喷嘴直径大 25现取锥角 5，小端直径比喷嘴直径大 1浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度 53 57由于小端的前面是球面，其深度为 35现取为 3，注射机喷嘴的球面在该位置 与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12 浇口 12 套与模板间配合采用 7/ 6 本塑件所用浇口套形式及其固定形式见图 4 和图 5 。 图 4 浇口套形式 图 5 浇口套固定形式 口设计 浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇 口、直浇口等。 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则： (1）尽量缩短流动距离。 (2）浇口应开设在塑件壁厚最大处。 (3）必须尽量减少熔接痕。 (4）应有利于型腔中气体排出。 (5）考虑分子定向影响。 (6）避免产生喷射和蠕动。 (7）浇口处避免 弯曲和受冲击载荷。 13 (8）注意对外观质量的影响 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，联系产品实际使用要求，本产品选用点浇口较为合适。具体形式见图 6。 图 6 浇口形式 由于采用点浇口，所以不设冷料井。 14 4 模具成型 零件的设计 与计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异行零件的长和宽），型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。任何塑件制件都有一定的几何形状和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求较高。在模具设计时，应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，这些影响因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。 模、凹模、型芯 设计与 计算 凸模亦称型芯，是成型塑件内表面的零件，成型其主体部分内表面的零件称为主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆，成型塑件塑件上内螺纹的称为螺纹型芯。凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺纹的称螺纹型环。凹、凸模按结构不同可分为整体式和组合式。 本产品模具 凹 模、凹模的结构均采用整体嵌入式，其形式如图 7、图 8所示。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算， 查表 取 具 制造公差取 z= /3。 考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求，成型零件是公差等级取 7 由图 1 可 知 塑 件 只 有 两 处 有 精 度 要 求： 001 0 . 9 8( ) 1 6 4 . 5sL m m 和0 . 7 000( ) 1 4 9 . 7sl m m ， 故只需计算型腔工作尺寸 1 型芯 其余尺寸均无精度要求，可按塑件尺寸近似取得。 15 图 8 凹模形式 图 9 凸模形式 根据塑件尺寸可得出以下尺寸： 0 . 9 8 / 3 0 . 3 31 0 1 0 0 0( ) ( 1 ) 0 . 5 ( 1 . 0 2 1 6 4 . 5 0 . 5 0 . 9 8 ) 1 6 7 . 3 L m m m m 22 ( 1 ) 1 5 6 1 . 0 2 1 5 9 . 1 2 S m m m m ; 2 70 m m ； 11 ( 1 ) 3 . 0 6 S m m ; 22 ( 1 ) 7 1 . 4 S m m ； 0 0 00 0 . 7 / 3 0 . 2 3( ) ( 1 ) 0 . 5 ( 1 . 0 2 1 4 9 . 7 0 . 5 0 . 7 ) 1 5 3 . 0 4z l m m m m 腔侧壁厚度和底板的计算 该塑件 模具型腔 壁结构为组合式 圆形侧壁，其结构及受力情况如图 9 所示。 （ 1）型腔壁厚计算 组合式圆形腔侧壁可视为两端开口、仅受均匀内压力的厚壁圆筒。当型腔受到熔体的高压作用时，其内半径增大，在侧壁与底板之间产生纵向间隙，间隙过大会导致溢料。 侧壁和型腔底配合处间隙值为 2222()r p R r 式中 p 型腔单位 面积熔体 压力， 16 型腔材料泊松比，碳钢取 E 型腔材料拉伸弹性模量，钢弹性模量取 52 1 0 M ； R 型腔外壁半径； r 型腔内壁半径； 应使，则壁厚111 r ， 由前面的计算与分析可知，型 腔 内 壁 半 径 78r ，取 ， 50p ， 52 . 0 6 1 0E M P a ， ，经计算整理并查表得：型腔壁厚 1 19s ，模套壁厚 2 55s （ 2）型腔底板厚度计算 221 . 2 2 1 . 2 2 5 0 7 8 48 1 6 0m m m m 式中 为模具材料许用应力，碳钢材料 1 6 0 M 17 图 9 型腔结构及受力状况 5 脱模机构的设计与计算 模机构的设计原则 （ 1）推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一 侧。 （ 2）保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。 从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。 （ 3）机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。 （ 4）良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。 （ 5）合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种类按动力来源可分为手动推出，机动推出，液压气动推出机构。 18 本塑件模具采用推件板推出机构。 模力的计算 图 10 型芯受力分析 塑件注射成型后在模内冷却定形，由于体积收缩，对型芯产生包紧力，塑件从模具中推出时，就必须克服因包紧力 而产生的摩擦力。对底部无孔的筒、壳类的塑料制件 ，脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度。另外，塑件刚开始脱模时所需的脱模力最大，其后，推出力的作用仅仅克服了推出机构的移动摩擦力。 图 11 所示为塑件脱模时型芯的受力分析。由于推出力塑件对型芯总压力降低了 ，因此，推出时摩擦力 ( s i n )m b F 式中 脱模时型芯受到的摩擦阻力； 塑件对型芯的包紧力； 脱模力； 脱模斜度； 塑件对钢的摩擦系数，一般为 19 根据力的平衡原理，可得： c o s s i n 0m t F 故有 ( c o s s i n )1 c o s s i F ，因实际上摩擦系数 较小， 更小， 也小于 1，故可简化为 ( c o s s i n ) p ，其中 A 为塑件包络型芯的面积， p 为塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件， p 取7( 2 . 4 2 . 9 ) 1 0 ；模内冷却的塑件， p 取 7( 0 . 8 1 . 2 ) 1 0 。本设计中的塑件采用模内冷却， 254223A m m ， 取 10p ，脱模斜度 ， 。由于塑件为底部无孔制件，脱模时还应考虑克服大气压力0F，即 0( c o s s i n ) ( 5 4 2 2 3 1 0 0 . 2 4 . 5 4 5 5 4 2 2 3 ) 3 5 0 p F N k N 20 6 合模导向机构设计 在模具进行装配或成型时，合模导向机构 主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确对合，确以保证塑料制件的形状和尺寸精度，并避免模内各零部件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥定位两种形式。 本设计采用导柱导向机构，其结构如图 12 所示。 图 11 导柱导向机构形式 21 7 注塑机的选定与相关参数的校核 塑机 初步 的选定 前面已计算的出塑件体积 ，且该塑件采用单型腔制造。 根据计算的制品体积及质量来确定注射机的型号和规格。为了保证注射成型的正常进行，根据生产经验，一 次注射成型所需塑料的总量宜为最大注射量的 80%，最大注塑量 3m a x / 0 . 8 5 8 . 4V V c m，查手册初步选定选定 注塑机。该型号注塑的规格和性能见下表。 项目 单位 参数 螺杆 直径 38 额定 注射容 量 360 注射压力 122 喷嘴孔直径 4 锁 模力 500 拉杆间距 190 最大开模行程 180 模具最小厚度 70 模具最大厚度 200 喷嘴球半径 12 液压 泵 电动机功率 11 加热功率 22 外形尺寸 m m m 3160 850 1550 塑机相关参数的校核 （ 1） 注塑压力的校核 查手册可得到 用热塑性塑料注射成型工艺参数注射压力 8 0 1 2 2M P a M P a（ 选择的注塑机实际注射压力 )，合乎要求。 （ 2） 锁模力的校核 锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力。作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力 F 。 由注塑机的规格和性能表可知注射压力 122P ， 由图 3 可算得塑件投影面积 2 2 3 21 3 . 1 4 ( 8 2 7 5 ) 3 4 5 2 3 7 9 1A m m m m ， 因为为点浇口浇注系统，故 浇 注 系 统 投 影 面 积2 0A。 故 注 射 时 所 需 合 模 力30 0 1 1 2 2 0 . 8 3 7 9 1 1 0 3 7 0F P A k N k N （0大小一般为注射压力的 80% ）。 故0 3 7 0 5 0 0F k N k N，所以锁模力符合要求。 23 8 设计小结 鉴于 本次课程设计 只是初步了解模具的设计过程中，在选用课题时刻意避免了带有侧抽芯的的情况。另外，在设计 过程中省略了一些相关机构的设计、计算与校核，如 模具的导向机构设计、 冷却系统的设计、模具开合模行程的校核等。尽管如此，通过本次课程设计还是收益匪浅。首先，我对模具基本设计步骤以及相关参数的选用、计算及校核有了初步的了解；其次，本次课程设计是对我们前面所学的知识的一次 巩固与复习过程，使我们对以前所学知识有了更深一步的认识；最后，本次课程设计为我们以后的毕业设计乃至走上工作岗位后的设计工作打下了一定的基础。 24 致 谢 本课题及论文是在 田菲 老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益 求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，都始终给予我细心的指导和不懈支持。 另外 同学在这个课题上也给了我不少的帮助，正是由 于老师和
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