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塑料
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模具设计
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塑料碗制件设计注射成型工艺及模具设计,塑料,制件,设计,注射,成型,工艺,模具设计
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说明书设 计 名 称： 塑料碗注塑成型工艺与模具设计系 部： 机械工程学院 专 业 班 级： 学 生 姓 名： 十一 月1目目 录录一、塑料的工艺性一、塑料的工艺性.21、课题简介.22、聚丙烯的资料收集.33技术指标.54.零件的一般数据.55、模具设计：.5二、注塑机的选择二、注塑机的选择.66、注塑机的选择.6三、拟定成型方案三、拟定成型方案.81、分型面的设计.82、型腔数目的确定.93、型腔布局的确定.10四、浇注系统设计四、浇注系统设计.111、浇口的设计.112、主流道设计.123、主流道衬套的固定.134、分流道的设计.145、排气槽的设计.16五、成型零件的设计五、成型零件的设计.16(1)、成型零件的结构设计.17六、合模导向机构的设计六、合模导向机构的设计.18（1） 、导柱的结构.19（2） 、导套的结构.20七、脱模机构的设计七、脱模机构的设计.201、推杆的形状.21(3)、推件板设计的要点.22(4)、浇注系统凝料脱模机构.23八、冷却系统的设计八、冷却系统的设计.23结束语结束语.242一、塑料的工艺性一、塑料的工艺性1、课题简介、课题简介如图所示为塑料碗制件，设计该制件注射成型工艺及模具。2、聚丙烯的资料收集、聚丙烯的资料收集聚丙烯(Polypropylene,简称 PP，俗称百折软胶)属于结晶形高聚物，有着质轻、无毒、无味的特点，而且还具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高的特点。注射用的聚丙烯树脂为白色、有蜡状感的颗粒。 聚丙烯容易燃烧，火焰上端呈黄色，下端蓝色，冒少量黑烟并熔融滴落，离火后能继续燃烧，散发出石油味。 3聚丙烯大致分为单一的聚丙烯均聚体和改进冲击性能的乙烯丙烯共聚体两种。共聚的聚丙烯制品其耐冲击性比均聚聚丙烯有所改善。PPPP 性能上的主要优点：性能上的主要优点：1).由于在熔融温度下流动性好，成型工艺较宽，且各向异性比 PE 小，故特别适于制作各种形状简单的制品，制品的表面光泽、染色效果、外伤痕留等方面优于 PE 料.2).通用塑料中，PP 的耐热性最好。其制品可在 100下煮沸消毒，适于制成餐具、水壶等及需要进行高温灭菌处理的医疗器械。热变形溫度为 100105,可在 100以上長期使用。3).屈服强度高，有很高的弯曲疲劳寿命。用 PP 制作的活动铰链，在厚度适当的情况下(如 0.250.5mm),能承受 7000 万次的折叠弯曲而未有大的损坏。4).密度较小，为目前已知的塑料中密度最小的品种之一。常见塑料的密度范围见附表 2-2 。表 2-2：常见塑料密度范围塑料名称密度范围塑料名称密度范围HDPE0.9410.965POM1.411.43LDPE0.910.925PA61.121.15PP0.900.91PA661.15GPPS1.041.06SPVC1.161.35HIPS1.041.05TPU1.2ABS1.041.06PMMA1.171.20PC1.2PBT1.261.30PPPP 性能的主要缺点：性能的主要缺点：1.由于是结晶聚合物，成型收缩率比无定形聚合物如 PS、ABS、PC 等大。成型时尺寸又易受温度、压力、冷却速度的影响，会出现不同程度的翘曲、变形，厚薄转折处易产生凸陷，因而不适于制造尺寸精度要求高或易出现变形缺陷的产品。2.刚性不足，不宜作受力机械构件。特别是制品上的缺口对应力十分敏感，4因而设计时要避免尖角缺口的存在。3.耐候性较差。在阳光下易受紫外线辐射而加速塑料老化，使制品变硬开裂、染色消退或发生迁移。 3技术指标技术指标（1）制件材料：PP；（2）生产批量：中批量；（3）制件精度：一般精度等级；（4）制件要求：制件表面光滑，无溢料飞边。4.零件的一般数据零件的一般数据（1）通过三维建模（见附件一 3D）通过软件分析得知该件的体积为66573mm3，最大理论投影面积为 10381mm2。（2）又查阅相关资料得知 PP 的各资料如下（3）通过计算求出该件的质量为 6.02g。（4）该件属于日常生活用品，没有给出公差， ，参照教科书 P42 表 2-8 确定为低精度，选取 7 级公差。55、模具设计：、模具设计：1).成型收缩率大，选择浇口位置时应满足熔体以较平衡的流动秩序充填型腔，确保制品各个方向的收缩一致。2).带铰链的制品应注意浇口位置的选择，要求熔体的流动方向垂直于铰链的轴心线。3).由于 PP 的流动性较好，排气槽深度不可超过 0.03mm。 4).对于模具的温度要求较严格，应保证模具的温度在 5090之间，因此如有需要采取冷却系统。5）冷却速度快，浇注系统及冷却系统散热适应。6）.制件的壁厚要均匀，避免尖角，防止应力集中 。二、注塑机的选择二、注塑机的选择6、注塑机的选择、注塑机的选择 通过三维建模（见附件一 3D）通过软件分析得知该件的体积为V=66573mm3，最大理论投影面积为S=10381mm2。根据公式（P143）n=（0.8G-w）/W初定为一模两腔 G=（nW+w）/0.8 G=0.025KG考虑到模具的及塑件的尺寸偏大选取注射机为宁波海天股份集团的 HTF450J/TJ卧试注塑机。查表注射压力为 156MPa，合模力为 4500103N，注射方式为螺杆式，喷嘴球半径 R 为 15mm，喷嘴口直径为 4mm（一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射机型号。具体到这套模具） 。详细参数见下6HTF450J/TJ注射装置INJECTION UNITA AB BC C螺杆直径Screw Diametermm708084螺杆长径比Screw L/D RatioL/D22.92019理论容量Shot Size(Theoretical)cm3142418602050注射重量 Injection Weight(PS)g129616931866注射压力Injection PressureMpa204156141螺杆转速Screw Speedrpm0155合模装置CLAMPING UNIT合模力Clamp TonnageKN4500移模行程Toggle Strokemm740拉杆内距Space Between Tie Barsmm780x780最大模厚Max.Mold Heightmm780最小模厚Min.Mold Heightmm330顶出行程Ejector Strokemm200顶出力Ejector TonnageKN110顶出杆根数Ejector NumberPiece13其它OTHERS最大油泵压力Max.Pump PressureMPa17.5油泵马达Pump Motor Powerkw45电热功率Heater Powerkw29.45外形尺寸Machine Dimension(LxWxH)m7.9x2.3x3.2重量Machine Weightt19料斗容积Hopper Capacitykg100油箱容积Oil Tank CapacityL11707三、拟定成型方案三、拟定成型方案该材料为 PP 属于常用热塑型塑料，并且应用广泛，所以采用注塑成型。1、分型面的设计 分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，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具体可以从以下方面进行选择。a)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。b)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。c)保证塑件的精度要求。d)满足塑件的外观质量要求。8e)便于模具加工制造。f)对成型面积的影响。g)对排气效果的影响。h)对侧向抽芯的影响。综合以上各参数，通过比较得出分型面的确定如下。2、型腔数目的确定、型腔数目的确定根据注塑机的锁模力确定型腔的数目（P143） nABPcF/式中 F注射机额定锁模力（N）Pc型腔内单位面积的锁模力（N/m2）其值等于注塑机的锁模力与最大成型面积之比。A、B分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2）n=8大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过 4 个，9生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，但是考虑到本产品的尺寸较大，如果采用一模四腔的布局，会放大模板的尺寸导致模具无法在注塑机上安装，导致设计失败。为了保险起见和日常设计的经验和常见的模具设计因此采用一模四腔的结构。3、型腔布局的确定、型腔布局的确定型腔的布局与浇注系统系统的设计密切相关。多型腔模具在模板上常采用圆形排列、H 型排列、直线型排列以及复合型排列。型腔的排列一般注意已下几点1）设计时应尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，以便保证制件质量的均衡、统一。2）型腔的布置与浇口开设部位应力求对称，因而防止模具承受偏载而影响塑件质量。3）尽量使模具的排列紧凑，以便减少模具的外形尺寸，从而减少钢材，节约成本，减少模具重量。4）圆形排列虽然有利于浇注系统的平衡，但加工困难，除圆形塑件和高精度塑件外，常用直线型和 H 型排列。考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：10 图（1）四、浇注系统设计四、浇注系统设计1、浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。该件表面要求光滑，PP 的粘度较低，而且对于剪切速率较敏感。a) 浇口的选用它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用点浇口：浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形。浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。浇口之压力损失大，必须高之射出压力。对于壁厚要求较高，制件的壁厚应均匀。点浇口有利于提高制件的表面质量。11它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。综上所诉该模具采用点浇口。b) 浇口位置的选用模具设计时，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，如图（6）所示。通常要考虑以下几项原则：尽量缩短流动距离。浇口应开设在塑件壁厚最大处。必须尽量减少熔接痕。应有利于型腔中气体排出。考虑分子定向影响。避免产生喷射和蠕动。浇口处避免弯曲和受冲击载荷。注意对外观质量的影响。12图2、主流道设计主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。形状结构如图(3)所示，其设计要点： 图（3）b)主流道设计成圆锥形，其锥角可取 24，流道壁表面粗糙度取 Ra=0.63m，且加工时应沿道轴向抛光。c)主流道如端凹坑球面半径 R2 比注射机的、喷嘴球半径 R1 大1312 mm；球面凹坑深度 35mm；主流道始端入口直径 d 比注射机的喷嘴孔直径大 0.51mm；一般 d=2.56mm。d)主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径 r=13mm。e)主流道长度 L 以小于 60mm 为佳，最长不宜超过 95mm。f)主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用 T8A，热处理淬火后硬度 5357HRC。3、主流道衬套的固定因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为 150mm，内径 31.5mm。具体固定形式如图(4)所示： 图（4）4、分流道的设计a)分流道是脱浇板下水平的流道。为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形 U14形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： （式 1）42654. 0LwB （式 2）DH32 式中 D梯形大底边的宽度（mm） W塑件的重量（g） L分流道的长度（mm） H梯形的高度（mm）质量大约 10g，分流道的长度预计设计成 30mm 长，且有 2 个型腔，所以 取 B 为 8mm830102654. 024B=6 取 H 为 6mm832H根据实践经验，PP 塑料分流道截面直径为 4.89.5。所以我们可以选择截面直径为 8mm，H=6mm。梯形小底边宽度取 6mm，其侧边与垂直于分型面的方向约成7。分流道必须做成圆形截面，便于分流道和主流道凝料脱模和有利于加工和制造。如下图（5）所示：15 图（5）b)分流道长度分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的，一般在 830mm，这里初定为 30mmc)分流道表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度 Ra并不要求很低，一般取 1.6m 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。5、排气槽的设计、排气槽的设计排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外16对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气，但模具间隙应该严格控制，模具间隙不应超过 0.03mm。五、成型零件的设计五、成型零件的设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。(1)、成型零件的结构设计1、凹模结构设计凹模是成型产品外形的主要部件。 其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。 镶拼的组合方式的优点： 对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用17组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。图（7）2、型芯结构设计整体嵌入式型芯，适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。最常用的嵌入装配方法是台肩垫板式，其他装配方法还有通孔螺钉联接式，沉孔螺钉联接式。18 图（8）成型零部件的具体尺寸需要在 CAD 中将塑件缩水后，方能得出注意：成型零部件的尺寸应考虑到塑件的缩水，制件的公差，以及模具长期使用过后的磨损和变形。六、合模导向机构的设计六、合模导向机构的设计导柱导向机构设计要点：（已和模架做成标件，只需选用）小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径且对称布置的方法，若有合模方位要求时，则应采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具；型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中；型带头导套主要应用于推出机构的导向中。导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；导柱中心到模板边缘的距离 一般取导柱固定端的直径的 11.5 倍；其设置位置可参见标准模架系列。导柱常固定在方便脱模取件的模具部分；但针对某些特殊的要求，如塑件在动模侧依靠推件板脱模，为了对推件板起到导向与支承作用，而在动模侧设置导柱。为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应设置19承屑槽；一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角，导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出 68mm，以确保其导向作用。应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。导柱工作部分的配合精度采用 H7/f7（低精度时可采用 H8/f8 或H9/f9） ；导柱固定部分的配合精度采用 H7/k6（或 H7/m6） 。导套与安装之间一般用 H7/m6 的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。通常导向孔应做志通孔；如果型腔板特厚，导向孔做成盲孔时，则应在盲孔侧壁增设通气孔，或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排气槽；导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取，长度超出部分应扩径以缩短滑配面。（1） 、导柱的结构、导柱的结构带头导柱如图（10）所示： 20图（10）（2） 、导套的结构、导套的结构带头导套如图（11）所示图（11）图 11七、脱模机构的设计七、脱模机构的设计（1 1） 、脱模机构设计的总体原则、脱模机构设计的总体原则a)要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。b)正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。c)推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。21d)推出机构应结构简单，动作可靠（即：推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度） ，远动灵活，制造及维修方便。(2)(2)、推杆设计、推杆设计1、推杆的形状、推杆的形状如图(12)所示 图（12）2、推杆的位置与布局、推杆的位置与布局a)应设在脱模阻力大的部位，均匀布置。b)应保证塑件被推出时受力均匀，推出平衡，不变形；当塑件各处22脱模阻力相同时，则均匀布置；若某个部位脱模阻力特大，则该处应增加推数目。c)推杆应尽可能设在塑件厚壁、凸缘、加强等塑件强度、刚度较大处；当结构特殊，需要推在薄壁处时，可采用盘状推杆以增大接触面积。d)推杆的设置不应影响凸模强度与寿命。当推在端面则距型芯侧壁10.13mm；当推杆设置在型芯内部推在塑件内部时，推杆孔距型芯侧壁 23mm。e)在模内排气困难的部位应设置推杆，以利于用配合间隙排气。f)若塑件上不允许有推杆痕迹时，可在塑件外侧设置溢料槽，从而靠推杆推在溢料槽内的凝料上而带塑件。(3)、推件板设计的要点、推件板设计的要点a)推件板与型芯应呈 310的推面配合，以减少远动摩擦，并起辅助定位以防止推件板偏心而溢料；推件板与型芯侧壁之间应有0.200.25mm 的间隙，以防止两者间的擦伤而或卡死，推件板与型芯间的配合间隙以不产生塑料溢料为准，塑料的最大溢料间隙可查表，推件板与型芯相配合的表面粗糙度可以取 Ra0.80.4m。b)推件板可用经调质处理的 45 钢制造，对要求比较高的模具，也可以采用 T8 或 T10 等材料，并淬硬到 5355HRC，有时也可以在推件板上镶淬火衬套以延长寿命。c)当用推件板脱出元通孔的大型深腔壳体类塑件时，应在型芯上增设一个进气装置，以避免塑件脱模时在型芯与塑件间形成真空。d)推件板复位后，在推板与动模座板间应留有为保护模具的 23mm空隙。e)推件板的行程应大于制件及其他分型面高度的和、 (4)、浇注系统凝料脱模机构、浇注系统凝料脱模机构23流道凝料的脱模方式，这里采用三板式脱模，点浇口时料的浇注系统能够利用开模动作实现塑件与流道凝料的自动分离，同时利用塑件对凸模的包紧力将塑件与流道凝料拉断。八、冷却系统的设计八、冷却系统的设计因为 PP 对模具温度的要求比较严格，一般要求在 5090 度之间（有的资料上写着 1565 度之间） ，因此模具要通过 mouldflow 来分析，通过分析模具需要冷却，因此对模具的冷却水路如下所示24结束语结束语老师出题的那天，就开始在想，这模具怎么办，心里没有一点儿底，一片空白，经过大量的查阅资料，与动手画图后，才找到点信心。几次给老师的查阅，和聊天中，了解了设计的流程，怎么
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