塑料水杯注塑模设计

I摘 要水杯注塑模的设计主要从水杯的技术要求与塑件结构的工艺性进行分析，从而确定水杯的塑料类型、塑料的一些工艺性对水杯的影响以及设计水杯的模具形式，通过上述的分析结果选择注射机与塑件成型工艺，从而确定水杯注射成型模具的设计，并思考水杯的设计思路与方案（对分型面与浇注系统、模具成型零部件、型芯、型腔等重要部分的设计） ，最后通过 proe 绘图软件绘出模具的装配图与注射模具的剖视图，从而得到完整的理论设计结果，为以后打下坚实的基础。关键词：塑料水杯;成型模具设计;型芯;型腔II目 录1 绪论 .12 塑料水杯的原料与结构工艺性分析 .22.1 分析水杯塑件原料的工艺性能 .22.2 水杯的工艺性分析 .22.3 结构工艺性的分析 .42.3.1 塑件尺寸精度和表面粗糙度 .42.3.2.结构设计分析 .42.4 注射机的选择 .53 注塑成型模具设计 .63.1 分型面选择及浇注系统的设计 .63.1.1 分型面的选择 .63.1.2 浇注系统的设计 .73.2.注塑成型模具设计 .93.2.1 喷嘴尺寸 .93.2.2 定位圈尺寸 .93.2.3 模具厚度 .10III3.2.4 型腔数目与分布 .103.2.5 推出机构 .103.2.6 合模导向装置 .123.3 成型零部件的设计计算 .133.4 排气系统设计 .143.5 注塑机侧向分型与抽芯机构的设计 .153.5.1 侧向抽芯距的确定 .153.5.2 斜导柱的设计 .153.6 温度调节系统的设计 .163.7 注塑模与注塑机有关工艺参数的校核 .173.7.1 最大注射量 .173.7.2 注塑压力 .173.7.3 锁模力 .183.7.4 开模行程 .183.7.5 模架的选择 .194 模具装配图 .195 模具图 .1911 绪论通过对注塑模的设计，可以系统的对注塑模的知识进行复习。注射塑料模具的结构构成、包括：1.成型零件 2.浇注系统零件 3.脱模系统零件 4.冷却、加热机构 5.导向零件 6.分型抽芯机构 模具一般为单件生产，制造技术要求较高。模具精度是影响塑料成型件的重要因素之一。为了保证模具精度，制造时应达到如下技术要求：1组成塑料模具的所有零件，在材料、加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。2组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并且达到规定的平行度和垂直度要求。3模具的功能必须达到设计要求。4为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下或用试模机试模，并根据试模存在的问题进行修整，直至试出合格的零件为止。本模具为塑料水杯注射模具，由以下零部件组成：动模固定板、内六角圆柱头螺钉、锁紧楔、斜导柱、定模固定板、定模板、浇口套、导柱、导套、动模板、型芯、垫板、模腿、顶杆板、垫钉、顶杆、复位杆、推板、涨钉、限位环。塑料水杯注射模具采用了点浇口，一次推杆推出机构。其工作原理如下：模具在工作时，将定模固定在注射机定模板上，动模固定在动模板上，将注射机喷嘴用定位圈定位，对准浇料口，模具首先将动模与定模合模锁住并开启注射机活塞，将在料筒内的熔融塑料以高压、高速挤入动模与定模合模所组成的型腔，并使其充满、保压，保压后，开动动模，使其与定模分开回到原来的位置，此时在顶杆的作用下，将塑件从动塑内卸下，在第二次合模时在复位杆的2作用下动模与定模恢复到合模位置准备下一行程的注射。2 塑料水杯的原料与结构工艺性分析2.1 分析水杯塑件原料的工艺性能选用聚丙烯为水杯塑件原料因为聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有 0. 90-0. 91g/ 2，是目前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为 0. O1%，分子量约 8 万一 15 万。成型性好，但因收缩率大(为 1%2.5%）.厚壁制品易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，还难于达到要求，制品表面光泽好，易于着色。2.1.1.收缩率分析由于收缩率不是一个固定值，而是在一定范围内波动，收缩率的变化将会引起塑件尺寸变化，因此，课本给我们总结了一些常用的收缩率，对于我们所生产的水杯，这些收缩率已近可以满足我们的生产要求了，所以给出的收缩率如下：塑料名称聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯尼龙缩 写PE PP PVC PS PA计算收缩率1.53.5 1.02.5 0.63.0 0.20.8 0.354.0表 21对于聚丙烯水杯产品，理论收缩率为 15/1000，而实际与理论是有区别的，按经验应取收缩率为 20/1000。32.2 水杯的工艺性分析水杯是我们日常生活中的必须品，其产品主要通过注塑模注塑成型，塑件产品图和详细尺寸如图所示图 214图 222.3 结构工艺性的分析2.3.1 塑件尺寸精度和表面粗糙度精度等级选用推荐表 2 2类别 塑料品种 高精度 一般精度 低精度PS1ABS3 4 5氯化聚乙醚2PVC 硬4 5 6POMPP3PE 低密度5 6 7PVC4PE 高密度6 7 8塑件的尺寸精度是指塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得尺寸的准确度，一般塑件的尺寸精度主要取决于模具的制造精度，收缩率的波动，成型过程中，模具的磨损等原因造成模具尺寸不断变化等，而模具的某些结构特点又在相当大的程度上影响塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度应选择低些，对于产品，图纸未注明尺寸精度，查上表知，我们选取 IT7 级精度。表面质量一般要求较高，在 Ra0.8um 以上。2.3.2.结构设计分析塑件制品应有一定的厚度，壁厚不仅要满足在使用时的强度和刚度的要求，在装配时能够承载紧固力的大小，而且要满足成型时熔体能够充满型腔，脱模时能够承受脱模机构的冲击和振动。但壁厚也不能过大，由于壁厚过大从而成型周期变长，产品容易产生气泡、凹痕等缺陷，根据成型工艺设计，同一塑件的各部分壁厚应尽可能均匀一致，避免有的部分太厚或者太薄，否则会因为固5化或冷却速度不同引起收缩不均匀，从而在塑件内部产生内应力，导致塑件产生翘曲、缩孔甚至开裂等缺陷，PP 热塑性塑料的壁厚应控制在 13mm。该产品图反映水杯壁厚 1.75mm，杯把厚 3mm，壁厚均匀，在 13mm 之间，易于成型。2.4 注射机的选择根据塑料的结构、成型方法、生产批量、及注塑工艺等进行选择。本水杯采用卧式注塑机低压注塑。选用 G54S200/400 螺杆式注塑机。主要参数:注塑机参数表 表 23项目/型号 G54S200/400额定注射量/ 200400螺杆直径/mm 55注塑压力/MPa 109注塑行程/mm 160锁模力/KN 2540最大成型面积/cm 645模板最大行程/mm 260模具最大厚度/mm 406模具最小厚度/mm 165移模行程 666喷嘴球弧半径/mm 18喷嘴孔直径/mm 4动定模固定尺寸/mmmm 532637拉杆空间/mm 290368电动机功率/kw 18.5螺杆驱动功率/kw 5.5加热功率/kw 10机器外形尺寸/ 47001400180063 注塑成型模具设计3.1 分型面选择及浇注系统的设计3.1.1 分型面的选择分型面的选择受塑件的形状、壁厚、成型方法、后处理工序、塑件外观、塑件尺寸精度、塑件脱模方法、模具类型、型腔数目、模具排气、嵌件、浇口位置与形式及成型机的结构等因素的影响。分型面选择原则如下：1.符合塑件脱模的基本要求，分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即选在塑件的截面积最大处，否则，塑件不能从型腔内取出。2.分型面应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，便于利用注射机锁模机构中的顶出装置带动塑件脱模机构工作，也利于推杆痕迹不显露于外表面。3.保证塑件精度要求4.分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整。分型面处不可避免地要在塑件上留下溢料或拼合缝痕迹，分型面最好不要设在塑件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。5.分型面选择应有利于排气，应尽可能使分型面与料流末端重合，这样分型面就可以有效排除型腔内积聚的空气。6.分型面选择应便于模具零件的加工。7.满足模具的锁紧要求，将塑件投影面积大的方向放在定、动模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面，另外，分型面是曲面时，应增加斜面锁紧。8.应便于侧向抽芯。一般机械式分型抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择分型面时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，而将短抽拔距小的置于侧向。79.应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免侧滑块。10.合理安排浇注系统，特别是浇口位置。3.1.2 浇注系统的设计主流道设计：主流道轴线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合，型腔也以此轴线为中心对称布置。主流道一般设计得比较粗大，以有利于熔体顺利地向分流道流动，但也不能太大，否则会造成塑料消耗增多。反之主流道也不宜太小，否则熔体流动阻力增大，压力损失大，对冲模不利。因此，主流道尺寸必须恰当。通常对于黏度大的塑料或尺寸较大的塑件，主流道截面尺寸应设计得大一些，对于黏度小的塑料或尺寸较小的制品，主流道截面尺寸应设计得小一些。在卧式和立式注射机用注射模中主流道轴线垂直于分型面，主流道断面形状为圆形，带有一定的锥度，注射机的喷嘴与模具的浇口套关系如图：图 31为便于凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，主流道锥角 =26，对流动性差的塑料取 =36，内壁表面粗糙度 Ra 小于 0.8m。为了使塑料熔体完全进入主流道而不溢出，主流道与注射机喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，通常主流道进口端凹下的球面半径 SR 比喷嘴球面半径 SR0 大12mm，凹下深度为 35mm。主流道进口端直径 d 应根据注射机喷嘴孔径确定，主流道进口端直径 d 应比喷嘴直径 d。大 0.51mm。主流道与分流道结合处采用圆角过渡。其半径通常为 r=13mm，以减小料流向过渡时的阻力，r=1/8D。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，8容易损坏，所以，一般不将主流道直接开在模板上，而是将它单独设在一个主流道衬套中。这样，既可使容易损坏的主流道部分单独选用优质钢材，延长模具使用寿命，损坏后便于更换或修磨，在保证塑件成型良好的前提下，主流道的长度 L 尽量短。为了减小废料及熔体压力损失，一般主流道长度 L 不超过60mm，过长则会增加压力损失，使塑料熔体的温度下降过多，从而影响熔体的顺利充型。水杯模具主流道主要设计要点是：由上面可以知道主流道设计成圆锥形，锥角为 4，内壁粗糙度为Ra=0.63m，主流道大端出是根据喷嘴来设计的呈圆角，其半径 R=20,主流道小端直径 d1=5。本产品浇口套如图：图 32 浇口设计：浇口有两个功能：一，对塑料熔体流入型腔起控制作用，第二，当注射压力撤销后，浇口固化，封锁型腔，使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。它对塑件的质量影响很大，一般情况下多采用长度很短（0.52mm）而截面又很狭窄的小浇口，可以使经过分流道之后压力和温度都有所下降的塑料熔体，产生加速度和较大的剪切热，降低黏度，提高充模能力，小浇口容易冷却固化，缩短模塑周期，防止保压不足而引起的熔体倒流现象，还便于控制补缩时间，降低塑9件的内应力，便于塑件与废料的分离，而且浇口痕小，表面质量好。在模具中常用的浇口有：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、点浇口、潜伏浇口等浇口位置对塑件质量有直接影响，在确定浇口位置时，应注意以下几点：1.应避免料流产生喷射和蠕动等熔体破裂现象2.应使填充型腔各部分的流程最短，料流变向最少3.有利于排气和补缩4.有利于减少或避免造成塑件熔接痕5.考虑塑件的受力情况6.有利于减少塑件翘曲变形7.考虑塑件的外观质量8.浇口的位置及大小要考虑对型芯或镶件的影响由于零件表面要求较高，又因为模具结构复杂所以选择点浇口为佳。 3.2.注塑成型模具设计3.2.1 喷嘴尺寸模具需要与注塑机对接，所以模具的主流道始端应与注射机喷嘴头球面半径相适应，注射机前端的孔径 d0和球面半径 R0与模具主流道衬套的小段半径 d和球面半径 R 应满足下列关系。R=R0+（12）mmd=d0+（0.51）mm由表 22 得 R0=18、d 0=2所以 R=18+2=20d=2+0.5=2.5 浇口套球面半径 R 比喷嘴球面半径 R0大（12）mm，保证高压熔体不从狭缝处溢出。后者是为了注射成型在主流道处不形成死角。3.2.2 定位圈尺寸模具定模固定板上的定位圈要求与主流道同心，并与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合或留有 0.1mm 的间隙，小型模具，定位圈的高度为 810mm，大模具定位圈的高度为 1015mm。3.2.3 模具厚度10模具的厚度与注射机模板闭合厚度。模具闭合厚度必须在注射机可安装模具的最大厚度和最小厚度之间，Hmax=Hmin+LHminHHmax165185406式中 H模具闭合厚度，mmHmin注射机允许的最小模具厚度Hmax注射机允许的最大模具厚度L注射机在模具厚度方向长度的调节量3.2.4 型腔数目与分布塑料按性能分为热塑性塑料和热固性塑料两种，两种塑料的成型方式有所不同，对于热塑性塑料大多数是注射成型，本产品塑料为聚丙烯（PP） ，为热塑性塑料，所以采用注射成型。考虑到塑件的技术要求，采用注射量方法确定型腔数目。即：n(kM1-M2)/M3n（0.8400-16.5)/159.5n1.9式中 k最大注塑量的利用系数，一般取 0.8M1注塑机的最大注塑量M2浇注系统凝料及飞边体积或质量M3单个塑件的体积或质量根据产品的结构和尺寸形状看，通过计算得，只能为一模一腔，根据需要和后续加工选择中心分布。3.2.5 推出机构在注射成型的一个循环周期中，塑件都必须由模具型腔脱出，模具中脱出塑件的机构为推出机构。推出机构由以下几部分组成：推出部分（推杆、拉料杆、限位钉） 、导向部分（导柱、导套） 、复位部分（复位杆） 。一、设计推出机构的设计要求11推出机构的设计要求有结构简单、可靠；保证塑件不变形，不破坏；推出机构应尽量设在动模一侧；合模时正确复位二、脱模力的计算脱模力是指塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力，它是设计推出机构的主要依据之一。推出塑件时需要克服的阻力有成型收缩的抱紧力、不带通孔的壳体类塑件所受的大气压力，机构运动的摩擦力，塑件对模具的黏附力等。F=AP（cossin）=0.024910 7（0.2cos6.3+sin6.3）=7.4104N式中 F脱模力塑件对钢的摩擦系数A塑件包容型芯的面积P塑件对型芯单位面积的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件 P 取（2.43.9）10 7Pa；模内冷却的塑件 P 取（0.81.2）10 7Pa。型芯的脱模斜度三、推杆的选择：1.推杆应设在脱模力大的地方 、推杆应均匀布置 、推杆应设在塑件强度、刚度较大处。推杆的配合：推杆与推杆孔的配合长度视推杆直径的大小而定，当 d5mm 时，配合长度可取（23）d。推杆工作尺寸如图：图 33推出机构在开模推出制件后，为下一次的注射成型做准备必须使推出机构12复位，复位装置有复位杆复位装置、弹簧复位装置等，对于本制品结构的综合考虑，选用弹簧复位装置。复位杆如图 343.2.6 合模导向装置合模导向装置是保证动、定模或上下模合模时，正确地定位和导向的零件。导向装置的作用：1.导向作用 2.定位作用 3.承受一定的侧向压力导向零件设计的原则：导向零件应合理地均匀分布在模具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，防止压人导柱和导套时发生变形；根据模具的形状和大小，一副模具一般需要24个导柱；导柱先导部分应做成球状或带有锥度；导柱与导套应有足够的耐磨性；各导柱、导套的轴线应保证平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。导柱尺寸如图：图 35133.3 成型零部件的设计计算模具型腔是模具和塑件的接触处其尺寸的公差直接影响了塑件工作的性能和表面粗糙度，因此工作的型腔尺寸应做到在保证塑件的质量前提下有足够的加工余量。对于凹模径向尺寸：Lm=（1+S）L sX；=（1+0.75）803/40.2=80.45mmLm1=（1+S）L SX=（1+0.75）603/40.2=60.3mm式中：L m1、L m型腔径向工作尺寸;S 塑件的平均收缩率;Ls塑件的径向极限尺寸;X 修正系数，取 1/23/4，中小型塑件一般取 3/4;塑件的尺寸公差模具制造精度，取（1/31/5），本塑件尺寸误差在 0.050；对于型腔深度尺寸：Hm=（1+S)H sX=（1+0.75）902/30.2=90.542mm式中:Hm型腔高度工作尺寸;S 塑件的平均收缩率;Hs塑件高度极限尺寸;X修正系数，取 1/22/3，中小型塑件一般取 2/3;14塑件的尺寸公差模具制造精度，取（1/31/5），本塑件尺寸误差在 0.050；模具型芯径向尺寸：lm=（1+S）l sX；=（1+0.75）76.53/40.2=76.923Lm1=（1+S）l sX=（1+0.75）56.53/40.2=56.774mm式中:Lm1、l m型芯径向工作尺寸;S 塑件的平均收缩率;ls塑件径向极限尺寸;X 修正系数，取 1/23/4，中小型塑件一般取 3/4;塑件的尺寸公差模具制造精度，取（1/31/5），本塑件尺寸误差在 0.050；对于型芯高度尺寸： hm=（1+S)h sX=（1+0.75）88.252/30.2=87.579mm式中hm型芯高度工作尺寸;S 塑件的平均收缩率;hs 塑件高度极限尺寸;X修正系数，取 1/22/3，中小型塑件一般取 2/3;塑件的尺寸公差模具制造精度，取（1/31/5），本塑件尺寸误差在 0.050；3.4 排气系统设计塑料熔体在填充型腔过程中，型腔内除了原有气体外，还有从塑料中逸出15的挥发性气体，若这些气体不能及时排出，会对熔体产生流动阻力而使冲模速度降低，导致塑件出现充填不足、棱边不清晰、出现熔接痕；同时一部分气体还会在此阻力的作用下渗进塑料内部，导致塑件产生气泡、银纹及组织疏松等缺陷。此外，型腔中的气体在受高压时，还可能出现高温，使塑件出现局部碳化和烧焦现象。因此，在进行型腔结构与浇注系统设计时，必须处理好模具排气问题，以确保型腔内各种气体顺利排出型腔，保证塑件质量。排气方式一般有：利用模具零件的配合间隙排气、开设排气槽、利用多孔粉末冶金件渗导排气。通过对模具型腔的研究，采用配合间隙排气的方式最好，间隙的大小以不发生溢料现象为宜，其数值与塑料黏度有关，通常在0.020.05 范围选择。3.5 注塑机侧向分型与抽芯机构的设计3.5.1 侧向抽芯距的确定侧向抽芯距应为完成侧孔、侧凹抽拔所需的最大深度 h 加上 23mm 的安全余量。不同模具抽芯机构，完成侧向抽芯所需抽拔距不同：S=S+（23）式中 S抽芯距，mmS塑件上侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度，mm由上可知水杯侧向抽芯距：S=5+2=73.5.2 斜导柱的设计1.斜导柱工作端的端部一般为锥台形或半球形。2.斜导柱的倾斜角斜导柱的倾角与斜导柱的长度、抽芯距都有关系。一般来说，在斜导柱长度一定的情况下，倾斜角越大，抽芯距越大，但是斜导柱所受的弯曲力越大，摩擦也越大。在抽芯距一定的情况下，减小斜导柱的倾斜角有利于降低斜导柱的弯曲力。斜导柱的倾斜角 应小于25，一般选择 1225，但是通常在 1522范围内选择。综上所述，因模具的斜导柱为对称布置，且抽芯距较小，抽芯力也不大，16取 20。3.斜导柱的直径计算由抽芯力F c，倾角 20，查表得最大弯曲力F w、H w，根据F w和H w以及 ，查表得斜导柱直径为25mm。4.斜导柱长度的设计，斜导柱长度与抽芯有关。斜导柱的总长度与抽芯距、斜导柱的直径和倾斜角以及斜导柱固定板厚度等有关。斜导柱的总长度为：Lz=L1=L2+L3+L4+L5=d2/2tan+h/cos+d/2tan+S/sin+（5-10）所以斜导柱长度为Lz=5.4+63.82+4.5+20.59+5=99.31斜导柱示意图 图 3617图 3-73.6 温度调节系统的设计温度控制系统应具有的功能：能保持均匀的模温，以便成型工艺得以顺利进行，并有利于塑件尺寸稳定、变形小、表面质量好，物理和力学性能好。对于不同种类的塑料，在成型时对模具温度的要求是不同的黏度低的塑料，宜采用较低的模温，黏度高的塑料，必须考虑熔体冲模和减少制件应力开裂的需要，模具温度较高为宜；对于结晶型塑料，模具温度必须考虑对其结晶度及物理、化学和力学性能的影响。模具温度调节系统应尽量做到结构简单、加工容易和成本低廉。3.7 注塑模与注塑机有关工艺参数的校核3.7.1 最大注射量设计模具时，应满足注塑成型塑件所需的总注塑量小于所选注塑机的最大注塑量。根据生产经验总结，设计注塑模时，塑件和浇注系统凝料所用的塑料量不能超过注塑机允许的最大注射量的 80.即M=nMi+MjkMmax式中： M=159.5+16.5=176cm2M注塑成型塑件所需的总注塑量18n