沐浴露压盖注塑模设计

1第一章 前言1.1 模具工业的概况20 世纪 80 年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以 15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48（约 122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口 10 多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母” ，对国民经济发展起着不容质疑的作用。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石 ”；德国则认为是所有工业中的“关键工业” ；日本模具协会也认为 “模具是促进社会繁荣富 2裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密” ，是“进入富裕社会的原动力”。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。1.2 我国塑料模具工业技术现状及地区分布在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。还能生产厚度仅为 0. 08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。注塑模型腔制造精度可达 0. 02 0. 05mm，表面粗糙度 Ra0. 2 u m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 1030 万次，淬火钢模达 50 100 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD 气辅软件，取得较好的效果。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，如美国 EDS 的UG II、美国 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer、美国 CV 公司的CADS5、英国 Deltacam 公司的 DOCT5、日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的Cimatron、美国 AC-Tech 公司的 C-Mold 及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM 技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中科技大学开发的注塑模 HSC5.0 系统及 CAE 软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能 3在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo、PMS、SM I、SM II 等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在 30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。 在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在教学中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业是一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是： CAD、CAM、CAE 的广泛应用及其软件的不断先进和 CADCAMCAE 技术的进一步集成化、一体化、智能化； PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及 Internet 平台等信息网络技术的不断发展和应用； 高速、高精加工技术的发展与应用； 4 超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用； 快速成型与快速制模(RPRT)技术的发展与应用； 热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用； 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用； 优质模具材料的研制及正确选用； 模具自动加工系统的研制与应用； 虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。1.4 注塑模具 CAD 发展概况及趋势计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD 技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为 CAD 技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具 CAD、CAE 和CAM 也一直是国内外普遍关注的热点。三十多年来，国外注射模 CAD 技术发展相当迅速。70 年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80 年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模 CAD 技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。1.5 课题来源及研究意义本课题来源于实际生产，模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。而本课题的研究将涉及一些二维及三维软件的应用，如 UG,AutoCad 等，在独立思考、独立工作能力方面获得培养和提高。随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、农业、日常生活等各个行业的广泛应用，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。乳液泵常用于日用品、化工、医药等领域的包装容器内，它封于容器的口部，用来挤压出洗涤液、沐浴露等液态物质。乳液泵一般由按头、牙套、活塞杆、气缸、弹簧等部件构成。其中，压盖是乳液泵工作中载荷输入和液体输出的部件，是乳液泵的核心，对沐浴露压盖进 5行分析并设计注塑模能更进一步的研究其构造，已进行优化设计。第二章 注塑件的设计2.1 功能分析功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标.该塑件是日用品，要能承受一定的外力，如冲击载荷，振动，摩擦等;塑件的工作温度是室温，这使得在材料选抒时对热变形温度，脆化温度，分解温度的要求降低;作为一种日用品，生产批量应该是大批大量生产，这样，就必须考虑生产成本和模其寿命，在材料的选择时要综合各种因素。2.2 材料选择通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据.对常温工作状态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表而硬度等，该塑件对材料的要求首先必须是耐一磨性好，其次才是成型难易和经济性问题，以下是对耐磨性能较好材料的性能对比，如表 2-1 所示。 表 2-1 材料的特性塑料名称特性PP PVC ABS拉伸强度/MPa 78-90 35-50 38弯曲强度/MPa 53 90 80断裂伸长率/% 200 20-40 35计算收缩率/% 1.0-3.0 0.6-1.0 0.4-0.7洛氏硬度/M 115 82 101弯曲弹性模量/GPa0.05-0.09 1.4热变形温度/ 115-120 67-82 83-103维卡软化点/ 140-150 71-122马丁耐热度/ 65 63体积电阻率/cm10-14 6.7110-11 6.910-14吸水率/% 0.01-0.03 0.07-0.4 0.2-0.4摩擦系数 0.34 0.45-0.65 0.45密度/gcm 0.90-0.91 1.35-1.45 0.45 6屈服强度/MPa 36 35-50 50以上的性能分析对比中着出，在耐磨性方而三种材料相差不大，成型特性上以 PP 为最好，由于是一般日用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和耐磨性，以及成型特点。其它如拉仲强度，断裂仲长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定)，最终选定 PP 为塑件材料。2.3 塑料成型工艺性能分析塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面，对注塑材料 PP 工艺特性进行分析： 收缩性塑料从温度较.高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算:Ss=a-b/b100%（Ss:实际收缩率;a:模具或塑件在成型温度时一的尺寸;b:塑件在室温时的尺寸;c：模其在室温时的尺寸)对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用 Sj=c-b/b X 100% （Sj;为计算收缩率)。通过查找资料常用塑料的收缩率，可得:PP 塑料成型收缩率为:1%-3%，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。我们取一个相对平均值:2%。 流动性塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。但流动性太好，又会在成型时产生严重的飞边。PP 材料流动比为 250:1，流动性较好。其次:料温，压力，模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。 吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。按吸湿或粘附水分能力的大小分类，PP 塑料属于吸湿性塑料，吸水率为 0.05%-0.5%。在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。因此，在成型前必须进行干燥处理。一般干燥温度取 80-90，干燥时间为两小时。 热敏感性塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度卜发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表而质量等，另外，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体一般具有腐蚀性，或有毒，不管是对人，还是模具都会造成一 7定的影响。PP 塑料成型温度为 210-250，经查中国人力资源专家网提供的材料编经验值得，到达 260变色，当料温达到 260时，塑料出现分解。于是注塑成型温度一般取 210-250。综上所述:PP 收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值:型腔 30-140，型芯30一 1PP 溶融时具有良好的流动性;较低的热敏性;属于吸湿性塑料。于是在成型是需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等。PP 的成形条件如表2-3所示。表2-3 PP 成型工艺参数温度 t/ 7090 注射时间 0 3预热和干燥 时间 T/h 1 保压时间 20 60后段 160180 冷却时间 20 90中段 180200成型时间周期 50160料筒温度 t/前段 200220 螺杆转速 n/(rmin-1) 48喷嘴温度t/170 190 方法模具温度t/80 90 温度 t/塑件模塑成型工艺参数注射压力p/MPa70 100后处理时间 T/h2.4 结构分析良好的塑料制品工艺性是获得合格塑料制品的前提，也是塑料成型工艺得以顺利进行和塑料模具达到经济合理要求的基本条件，所以，设计塑料制品不仅要满足使用要求，而且要符合成型工艺特点，并且尽可能使模具结构简化。这样，既能保证工艺稳定，提高制品质量，又能提高生产率，降低成本。设计塑料制品必须充分考虑一下因素：1成型方法 不同的成型方法其塑料制品的工艺性要求有所不同2塑料的性能 塑料制品的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、力学性能和工艺性能等相适应3模具结构及加工工艺性 塑料制品形状应有利于简化模具结构、尤其是有利于简化抽芯和脱模机构，还要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性利用注塑工艺生产产品时，由于塑料在模腔中的不均匀冷却和不均匀收缩以及 8结构设计的不合理，容易引起产品的各种缺陷，如：缩印、熔接痕、气孔、变形、拉毛、顶伤、飞边。该塑件的使用性能分析：塑件外表而光亮耐磨，平整，喷嘴处需要有良好的力学性能。喷嘴尺寸精度要求不高，需要适当的强度和弹性，不容易产生的变形，整体无变形即可。塑件的表面质量分析：该塑件要求外形美观，内、外表而表而光滑，没有斑点及熔接痕现象，内、外表而粗糙度均可取 Ra0. 4m。塑件制品内、外表而成型后方不可见边缘有缺陷，边缘而要求平整从该塑件的结构上分析有以下几点：（1）塑件形状比较复杂，上表而用圆弧过度，下面有插孔，侧面有弯形长嘴。（2）塑件整体结构较小，平均壁厚为 2mm综上所述，该塑件中等复杂，在条件控制较好的情况下可以采用注射成型。 9第三章 注塑成型的准备3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是将热塑性塑料加工成型的主要方法，并且逐渐用于加工热固性塑料、纤维填充混合物和弹性体。注塑可成型各种各样的制品，质量从0.1200kg。据统计，25%的热塑性塑料是用于注塑加工的，如果考虑到新的改进，如反应注射成型，以及用以代替金属的改性塑料的高速发展，注塑在全世界工业上的重要性可能仍在继续增长。注塑时将粉状或颗粒状固体树脂转变为黏性液体或熔体，熔体在压力作用下，通过喷嘴进入模具型腔，经过冷却定型后形成塑料制品。完整的注塑成型工艺过程包括：成型物料准备（预处理） 、注塑机上的成型和成型所得制品的热处理和调湿处理（后处理）三个大的阶段。（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，有的塑件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、冷却和脱模四个阶段，注塑过程可以用图 3-1 表示图 3-1 注塑成型压力时间曲线（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，在加上流动前塑化不均匀以及冲模后冷却速度不同，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， 10严重时会开裂。因此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） 。3.2 注塑成型工艺条件获得优异高产的注塑制品涉及的生产因素很多，一般情况下，当设计一件注塑制品时，在经济合理和技术可行的原则下，首先选择合适的原材料，并确定生产设备和模具结构。在这些条件确定之后，工艺条件的选择就是应当主要考虑的因素了。所谓成型工艺条件,具体上就是和温度、压力及时间有关的各参数。1）温度：注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度和油温等。前两项主要影响塑料的塑化与流动，而模具温度对塑料的流动与冷却定型起决定性的作用。另外注塑机的油温控制是工艺参数实现的重要条件。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象” ；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，以避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PP 料与温度的经验数据如表 3-1 所示。表 3-1 温度的经验数据料筒温度/ 喷嘴温度/ 模具温度/ 热变形温度/后段 中段 前段160180 180200 200220170190 8090 1101402）压力：注射成型过程中的压力包括注射压力，保压压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度以及对熔体进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状、壁厚及材料有关。对于像 ABS 流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度外，还可以 11使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为 3.427.5MPA。3）时间：完成一次注塑成型过程所需的时间称为成型周期。包括注射时间、保压时间、冷却时间和其他时间，在保证塑件质量的前提下尽量减少成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为 35 秒，保压时间一般为 20120 秒，冷却时间一般为30120 秒。确定成型周期的经验数值如表 3-2 所示。表 3-2 成型周期与壁厚关系制件壁厚/mm 成型周期/s 制件壁厚/mm 成型周期/s0.5 10 2.5 351 15 3 451.5 22 3.5 652 28 4 85经过对上面经验数据和推荐值的分析，在结合塑件材料的成型性能和工艺性能的考虑，可以初步确定成型的各项工艺参数，因为每个经验数据和推荐值之间存在点差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，最后综合考虑各种因素，初步的塑件成型工艺参数如下表 3-3 所示，在结合实际生产过程中的工艺性，以及在生产过程中的各种问题综合分析，最终确定了塑件注塑成型的工艺卡片。表 3-3 塑件模塑成型工艺参数温度 t/ 7090 注射时间 0 3预热和干燥 时间 T/h 1 保压时间 20 60后段 160180 冷却时间 20 90中段 180200成型时间周期 50160料筒温度 t/前段 200220 螺杆转速 n/(rmin-1) 48喷嘴温度t/170 190 方法模具温度t/80 90 温度 t/塑件模塑成型工艺参数注射压力p/MPa70 100后处理时间 T/h 123.3 注塑机的选择利用 UG 软件的体积测量功能，如图 3-1 所示，塑件的体积为 2051 mm3 , 由于是一模四腔结构，所以总体积约为 8.2cm图 3-1 塑件体积分析根据实际注射量应0.8 倍公称注射量原则，即：V =1.2xV=1.2x8.2 cm=9.84 cm；实0.8V V公 实V =V /0.8公 实=9.84/0.8=12.3cm通过以上的计算可以得出注塑量，再查表 3-5，选择比注塑量大但和注塑量最接近的注塑机，由此可以初步确定注射机型号为 XS-Z-30。表 3-5 常用热塑性塑料注射机型号和主要技术规格型号 XS-Z-30 XS-Z-60 XS-ZY-125螺杆（柱塞）直径（mm) 28 38 42注射容量（cm） 30 60 125注射压力（Mpa） 119 122 119锁模力（KN) 250 500 900最大注射面积（cm） 90 130 320最大 180 300 350模具厚度（mm) 最小 60 200 250模板行程 160 180 300球半径（mm） 12 12 18喷嘴孔直径（mm） 4 4 4 13定位孔直径（mm） 55 55 100中心孔径（mm）50孔径（mm） 20 22顶出两侧 孔距（mm） 170 2303.4 注射机的校核3.4.1 最大注射量的校核为了确保塑件的质量，注塑模一次成型的塑件质量应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达 80%，最小不应小于 10%。为保证塑件质量，并充分发挥设备的能力，选择范围通常为 50%80%。V =9.84cm；实V =30cm；公9.84/30x100%=32.8% 满足要求。3.4.2 锁模力的校核高压的塑料熔体在充满模腔时，会产生较大的使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力的大小等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔内压力的乘积。胀模力必须小于注塑机额定锁模力。可按公式进行粗略计算：Pc=p式中 Pc型（模）腔压力，Mpa；P 注射压力，Mpa；压力损耗系数，随塑料品种、浇注系统结构及尺寸、塑件形状、成型 工艺条件和塑件复杂程度不同而异，通常在 0.250.5 范围内选取。根据经验，型腔压力 Pc 常取 2040Mpa。型腔平均压力 Pc 确定后，可以按式校核注塑机的额定锁模力：TkPcA （3-1）式中 T注塑机额定（合）模力，KN；A塑件和流道系统在分型面上的总投影面积，mm；K安全系数，通常取 1.11.2。 14TkPcA1.2x16x90017.28KN 满足要求。3.4.3 喷嘴尺寸的校核根据上面确定的注塑机的技术规格中可知，喷嘴的球头半径为 6mm，孔直径为 4mm，而根据浇口套的尺寸要求规定：浇口套的球头半径必须比喷嘴的球头半径大 0.51mm，在根据浇口套的推荐尺寸，所以浇口套的球头半径选择为7mm；而浇口套的孔直径也必须比喷嘴的孔直径大 0.51mm，结合推荐尺寸，浇口套的孔直径选择为 5mm。图 3-3 喷嘴尺寸的校验 15第四章 模具结构分析设计4.1 确定型腔数量及其布局方式为了使模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。常用的方法有如下四种方法。(1)根据经济性确定型腔数目(2)根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目(3)根据制品精度确定型腔数目(4)根据注塑机的最大注射量确定型腔数目考虑到沐浴露按头投影面积比较小，且该塑件的精度要求是 MT5。所以设定为一模四腔。模具型腔数的确定可以按锁模力的大小进行计算：（4-1）PsAjFn1式中 n型腔数目；注塑机的额定锁模力；Fs型腔内塑料熔体的平均压力；P浇注系统在分型面上的投影面积；1A单个制品在分型面上的投影面积。j 4052xn3.通过以上的计算，可以确定型腔数目为 4，所以注塑时采用一模四腔的形式。 164.2 分型面的确定实际的模具结构基本上有 3 种情况：型腔完全在动模一侧；型腔完全在定模一侧；型腔各有一部分在动、定模。分型面的选取不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。一般来说，分型面的总体选择原则是：保证塑件质量、便于制品脱模和简化模具结构。具体包括以下几条。（1）分型面位置应设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔，这是分型面选择的首要原则。（2）有利于保证塑件尺寸精度。（3）有利于保证塑件的外观质量。（4）考虑满足塑件的使用要求。（5）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适。（6）考虑锁模力，尽量减少塑件在分型面的投影面积。（7）尽可能将塑件留于在动模一侧，易于设置和制造简便易行的脱模机构。（8）考虑侧向抽拔距，一般机械式分型面芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。（9）尽量方便浇注系统的布置。（10）有利于排气。（11）模具零件易于加工。分型面的选择原则有很多，但是首要原则是选择截面尺寸最大的那个平面，所以根据该塑件的结构特点分析，分型面选择的最大截面也是很容易分开的截面，综合考虑分型面的设置如图 4-1 所示。图 4-1 分型面 174.3 浇口的确定浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外） ，是树脂注入型腔的入口。它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。浇口截面形状多为矩形和圆形两种，浇口长度约为0.52mm。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。PP 塑料的流动性好，可适用于所有浇口，根据塑件形状选择潜伏式浇口，所以在满足注塑要求的条件下，该塑件的浇口位置如图 4-2 所示。图 4-2 浇口位置4.4 模具材料的选择在选择模具钢时，硬度是主要指标之一，耐磨性是决定模具寿命的重要因素。经过仔细比较最终选择了 40Cr 这种材料来制造型芯和型腔。其它零件的材料见表 4-18所示。表 4-1 塑料模零件常用材料及热处理零件类别 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度45 调质 HB216260T8A、T10A 淬火 HRC545840Cr 淬火 HRC5458成型零件型腔型芯20/15 渗碳、淬火 HRC5458垫板 45 淬火 HRC4348动、定模板 45 调质 HB230270固定板 45 调质 HB230270模板零件推件板 45 调质 HB230270浇注系统零件浇口套拉料杆T8A、T10A 淬火 HRC5055导向零件 导柱 T8A、T10A 淬火 HRC5055 18导套 T8A、T10A 淬火 HRC5055推板导柱 T8A、T10A 淬火 HRC5055斜销 T8A、T10A 淬火 HRC5458抽芯机构零件 楔紧块 T8A、T10A 淬火 HRC5458推杆 T8A、T10A 淬火 HRC5458推板 45 淬火 HRC4348推出机构零件推杆固定板 45支承零件 垫块 45 淬火 HRC4348其他零件 水嘴 454.5 浇注系统的设计浇注系统设计是注塑模设计的一个重要环节，它对注射成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，设计时必须遵循以下原则。重点考虑型腔布局热量及压力损失要小均衡进料塑料耗量要少消除冷料防止塑件出现缺陷等一系列原则。综合以上各种原则最终的浇注系统设计为如图 4-3 所示。图 4-3 浇注系统4.5.1 主流道主流道通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于塑料熔体的流动及流道凝料的拔出。 19热塑性塑料注射成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接触，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套。主流道的尺寸设计要求如下。与喷嘴接触的始端直径和喷嘴直径的关系为 D=d+（0.51）mm。球面凹坑半径 R =R +（0.51）mm，半锥角 =12。2尽可能缩短主流道的长度 L（小于 60mm 为佳） 。4.5.2 分流道分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定要设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。分流道设计时要求熔体的流动阻力尽可能小、转折处应以圆弧过渡、要保证均衡进料等要求。常用分流道断面尺寸推荐如下表 4-212所示。表 4-2 分流道断面直径推荐尺寸塑料名称 分流道断面直径 塑料名称 分流道断面直径ABS、AS 4.89.5 聚苯乙烯 3.510聚乙烯 1.69.5 软聚氯乙烯 3.510尼龙类 1.69.5 硬聚氯乙烯 6.516聚甲醛 3.510 聚氨酯 6.58.0丙烯酸 810 热塑性聚酯 3.58.0抗冲击丙烯酸 812.5 聚苯醚 6.510醋酸纤维素 510 聚砜 6.510聚丙烯 510 离子聚合物 2.410异质铜晶体 810 聚苯硫醚 6.513分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减少传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。该塑件在注射成型时选用的是潜伏式浇口类型，如图 4-4 所示。 20图 4-4 潜伏式浇口4.5.3 冷料井通过分析，选择倒锥形的拉料杆来进行拉料（如图 4-5 中的（b） ） 。图 4-5 顶出杆成型的冷料井4.6 模架的确定注射模是由成型零部件和结构零部件组成。结构零部件部分包括注射模的标准模架、注射模的合模导向机构和支承零部件。支承零部件主要由固定板（动、定模板） 、支承板、垫板和动、定模座板等组成。标准模具一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定板、推板、导柱、导套及复位杆等组成，如图 4-6 所示。 21图 4-6 最常见的注射模架1-定模座板；2-定模板；3-导柱及导套；4-动模板；5-动模支承板；6-垫块；7-推杆固定板；8-推板；9-动模座板（1）模仁尺寸的确定因为采用的组合式型芯和组合式型腔，所以模仁的大小必须按照塑件的大小设计，模仁所承受的力最终是传递到型芯、型腔上，从节约材料的角度考虑，模仁的值取得越小越好，但实际中因为要考虑冷却系统的原因，所以为了给冷却系统留足空间，最终模仁的大小设计为 58X130mm。（2）凸、凹模尺寸的确定凸、凹模受到力的作用，其尺寸需要进行强度或刚度来确定。根据计算结果，只要凹模长边的宽度满足 5mm 就可以达到刚度要求，理论上只要取大于5mm 的值就满足设计要求，但考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模具强度和刚度的削弱作用，实际生产中都取比理论值大得多的值，在本设计中，在长度方向，去模仁到模具边的单边宽度为 13mm，在宽度方向，取模仁到模具边的单边宽度为 50mm。所以凸、凹模尺寸为 100X160mm。（3）模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：凸模底板厚度和凹模底板厚度：在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定，根据的计算可知，厚度满足 14.73mm 可满足要求，为了安全，取底板厚度为16mm。推杆推出距离：在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为 25mm。该塑件中心还有芯杆成型，将芯杆推出脱离还得推出 33mm。所以当推出距离为 58mm 时就能满足要 22求。如果 C 板（即垫块）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯。经过计算，确定了模具尺寸为 100X160mm，A 板厚度 30mm，B 板厚度16mm，C 板厚度 63mm。为了保证凸、凹模不碰伤，A 板和 B 板之间取 1mm 间隙。最终的模架结构如图 4-7 所示。图 4-7 模架结构示意图4.7 导向、定位机构设计导向、定位机构是保证动模和定模合模时正确定位和导向的重要零件，主要有合模导向装置和锥面定位两种形式。通常采用导柱导向，主要零件包括导柱和导套，有的不用导套而在模板上镗孔代替导套，称为导向孔。导向定位机构主要有如下功能：（1）定位作用（2）导向作用（3）承载作用（4）保持运动平稳作用（5）锥面定位机构功用4.7.1 导向机构的总体设计（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。导柱中心至模具外缘应至少有一个导柱直径的厚度；导柱通常设在离中心线 处的长边上。31（2）根据模具的形状和大小，一副模具一般需要 24 个导柱。 23（3）由于塑件通常留在动模，所以为了便于脱模导柱通常安装设在定模。（4）为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应设有承屑槽，一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角。（5）各导柱、导套及导向孔的轴线应保持平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。（6）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致损坏成型零件。（7）当动定模板采用合并加工时，导柱装配处的直径应与导套外径相等。综合以上各种原则考虑，导套的结构设计成带头导柱，形状尺寸查模具设计与制造简明手册第 511 页表 2-114 注射模带头导套标准尺寸（mm） 。4.7.2 导柱的设计1）导向机构的功用任何一副模具在定动模之间都设置有导向机构。其作用有如下:定位作用：合模时维持动定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。 导向作用：合模时引导动模按序闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力。承载作用：采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。保持运动平稳作用：对大中型模具的脱模结构，有保持机构运动灵活平稳的作用。2）导向机构的设计（1）导柱的结构形式如下图 4-9 所示。导柱的工作部分的油槽可以贮油以改善导向条件，减少摩擦，但增加了制造成本。对于要求不高的模具，也可不加油槽。（2）柱的长度必须必凸模端面的高度高出 68mm，以免在导柱未导正方向之前凸模先进入型腔相碰而损坏。 24（a）单节式导柱 （b）台阶式导柱图 4-9 导柱的形式（3）为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端面常做成圆锥形或球形的先导部分。（4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度。（5）导柱的常见安装固定形式如图 4-10 所示。（a） （b） （c）图 4-10 导柱的安装方法（1）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。综合考虑以上所有因素，导柱的设计可查模具设计与制造简明手册 2表 2-111 注射模带头导柱标准尺寸。3）设计导柱和导套需注意的事项 合理布置导柱位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个一导柱直径的厚度;导柱不应设在矩形模模具四角的危险断面上，通常设在长边离中心线的 1/3处最安全。导柱布置方式常采用等直径不对称布置，或不等直径对称布置。 导柱工作部分长度应比型芯端而高出 6-8mm，以确保其导向与引导用。 导柱工作部分的配合精度采用 H7/h7(低精度时采用 H8/f8,甚至 H9/f9 ) 导柱固定定部分配合精度采取 H7/k6；导套外径的配合精度采取 H7/m6。配合长通常取配合直径 1. 5-2 倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，并降低加工难度。 导柱与导套应有足够的耐磨性，多采用低碳钢经渗碳淬火处理，其硬度 25为 HRC48-55，也可采用 T8 或 T10 碳素工具钢，经淬火处理。导柱工作部分的粗糙度为 Ra0.4,固定部分为 Ra0.8；导套内外圆柱而表面粗糙度取 Ra0.8 为妥。 导柱可以设置在动模一边或定模一边，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边便于塑件脱模，一般情况下导柱多设在有型芯的一边，有时动定模两边均设有导柱，分别起着不同的作用。 导柱头部应制成截锥形或球头型，导套的前端也应一倒角，一般倒角半径为 1-2mm。4.8 顶出系统设计在注射成型的每一个循环中，制件必须从模具型腔中取出，完成取出制件动作的机构称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把塑料和浇注系统凝料等从模内取出，有时脱出、取出两个动作之间无明显动作。脱模机构的设计一般遵循以下原则：（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）由于塑料收缩时包紧型芯，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。（3）结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用简单的推杆脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推杆兼推管脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。4.8.1 脱模力的计算脱模力的大小与制件的厚度及几何形状密切相关，为此将制件所需的脱模力按“厚壁制件”与“薄壁制件”两种类型考虑，每种类型又按圆形、矩形制件的两种不同的几何形状分别进行计算。根据对塑件的分析，塑件横断面为矩环形时，所需脱模力：= （4-2）1FB10)-()tanftELcos22F = ； （4-3）2x（4-4）sin13 26(4-5)cos124xF(4-6)3）（脱 式中 塑料的拉伸模量；E塑料成型平均收缩率；塑料的泊松比；塑件的平均壁厚；t模具型芯的脱模斜度；塑料与模具材料的摩擦系数；f盲孔制件型芯在脱模方向上的投影面积，通孔制件 B=0.B制件对型芯的包紧力；1F 的垂直和水平分量；32、 1沿凸模表面的脱模力；4脱模斜度。所以，脱模力的计算公式为：(4-7)sinco(s1xF脱又 包hpLc式中 凸模成型部分的截面周长；CL凸模被制件包紧部分的高度；h制件对凸模的单位包紧力，其数值与制件的几何特点及塑料的性质包p有关，一般可取 812Mpa。综合以上几个公式并带入数据得出结果为：N34620 F4.8.2 脱模机构 27推杆（顶杆）脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、顶出效果好等特点。但因顶出面积一般较小，容易引起应力集中而顶坏塑件或使塑件变形，不适于脱模斜度小和顶出阻力大的管形或箱形塑件。该塑件采用推管和推杆同时作用的脱模方式。但为了安全起见，在对其进行强度校核，强度校核公式为：Mpa (4-8)82.137)(221rRrnFS压满足要求。式中 材料的许用压应力， =150Mpa。压 压2）推杆和推管的固定及配合推杆与推杆孔的配合及推管和推管孔的配合一般为 H8/f8 或者 H7/e7，表面粗糙度一般为 0.80.4 m4.9 成型零件工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸木工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比较高。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算。前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用的是平均值法。4.9.1 凹模工作尺寸的计算凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。1）凹模径向尺寸的计算：(4-9)zczscpmDS0)(21)(式中 塑料平均收缩率；cpS 28塑件公差；模具磨损公差z zczscpmDS011 )(2)(= 0.3872201()()zmcpszcS= 0.938533