一模一腔直浇口顶板顶出塑料碗模具设计

1、武汉工程大学材料学院模具设计课程设计说明书摘要 本次设计的是塑料碗, 主要介绍了碗的设计思路、加工过程和碗的注射模的设计。这种聚丙烯水杯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度、耐热性都较好，是人们日常生活中的必不可少的生活用品。本次设计采用的是注射成型。在设计过程中，首先对进行原材料分析，比较不同塑料的物理和化学性质从而选定碗的最佳原料为聚丙烯。然后计算碗的体积，初步选定注射机和标准模架，再进一步设计模具各个结构，最后对注射机进行校核。关键词：注塑成型 注射机 模具abstractthis design is about bow. it mainly introduces the design

2、ideas 0f bow, the processes, and the injection mold. bow have many advantages, such as its non-poisonous, unpalatable, low density, whats more, its strength, stiffness, rigidity and heat-resistance are also good. its essential to daily life.the design adopt the injection molding. during the design p

3、rocess, first, we analyse raw materials, and select pp as the best material of bowl by comparing the different physical and chemical properties of plastics. then calculating the volume of a bowl. following initially selected injection machine and the standard mold, design further structural of each

4、mold. finally, check on the injection machine.key words : injection molding injection machine the mould 目录摘要iabstractii第一章 制品成型工艺分析- 1 -1.1 材料的选用- 1 -1.2注塑模工艺条件- 1 -1.3塑件的尺寸选择- 3 -1.3.1 塑件的尺寸- 3 -1.3.2 塑件的表面质量- 4 -第二章 型腔布局与分型面设计- 4 -2.1 型腔数目- 4 -2.2 分型面的设计- 5 -第三章 注射成型机的选型- 5 -3.1注塑机的选用- 5 -第四章 浇注系统

5、部件的设计- 7 -4.1 主流道设计- 7 -4.2 主流道尺寸计算- 8 -4.3 定位圈- 9 -4.4 浇口的设计- 10 -4.5 浇口套的设计- 11 -第五章 模具成型零件的设计- 12 -5.1 影响工作尺寸的因素- 12 -5.2 型腔的径向尺寸计算- 12 -5.3型芯的径向尺寸计算- 12 -5.4型腔深度尺寸计算- 13 -5.5型芯深度尺寸计算- 13 -第六章 合模导向机构的设计- 14 -6.1 导柱导向机构设计要点- 14 -6.2 带头导柱- 15 -6.3 带头导套- 15 -第七章 脱模机构的设计- 17 -7.1 脱模机构设计的总体原则- 17 -7.2

6、 推件力的计算- 17 -7.3 复位杆- 17 -7.4 推件板- 18 -7.5 浇注系统凝料脱模机构- 18 -第八章 注塑模温度控制系统设计- 19 -8.1 冷却、加温控制设计- 19 -第九章 注塑模排气系统设计- 20 -9.1 排气槽的设计- 20 -第十章 注塑机工艺参数的校核- 21 -10.1注射压力的校核- 21 -10.2锁模力校核- 21 -10.3开模行程的校核- 21 -10.4安装部分的尺寸校核- 21 -10.4.1 喷嘴尺寸- 21 -10.4.2 定位环- 22 -10.5强制脱模的校核- 22 -第十一章 工艺卡片- 23 -11.1 塑料模具碗注射成

7、型的工艺参数- 23 -参考资料- 23 -附图一 课程设计塑料模具碗总装图- 24 -附表一 课程设计塑料模具碗总装图的零部件情况- 25 - 23 -武汉工程大学材料学院模具设计课程设计说明书第一章 制品成型工艺分析1.1 材料的选用塑料碗的使用性能要求：无毒、一定的刚性、耐热性等。塑件的材料可选用pp，属热塑性塑料，可以采用注射成型。无色、无味、无毒，对人体健康没有威胁，并有良好的表面光泽。密度为0.900.91 g/cm3，质轻。pp高的结晶性赋予它良好的耐溶剂性和耐热性能。pp具有较好的力学性能，其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过pe，其拉伸强度还超过ps和abs。pp的力学性能受温度的

8、影响比较小，即使温度为100时，其拉伸强度仍能保持一半。pp的冲击强度强烈依赖温度的大小，在室温以上，pp的冲击性能较好；但在低温时，其冲击性能迅速变差。从使用性能看，该塑料刚度好，耐水、耐油、耐热性强，可耐100热水煮沸，所得制品是唯一可放入微波炉加热的塑料碗。 从成型性能上看，该塑料吸水性小，加工前不必干燥处理。熔体接近非牛顿流体，黏度对温度敏感小，其取决于剪切速率，熔料的流动性较好，成型容易，但收缩率较大。另外，该塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷；成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。pp的透

9、明性差，可制的半透明制品。以pp为原材料，成本低，是较理想的材料。1.2注塑模工艺条件 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。 pp染色性较差，色粉在塑料中扩散不够均匀，大塑件尤为明显。pp制品表面若需喷油或移印等装饰，须先用pp底漆擦拭。 熔化温度：因pp高结晶，所以加工温度需要较高。前料筒200240，中料筒170220，后料筒160190，注意不要超过275。实际上为减少飞边，收缩等缺陷，往往取偏下限料温。 模具温度：4080，建议使用50左右。结晶程度主要由模具温度决定。模温太低，塑件表面光泽差，甚至无光泽；模温太高，则易发生翘曲变形，收缩凹陷等。 注射压力：pp成型收缩率大，尺寸不

10、稳定，塑件易变形收缩，可采用提高注射压力及注射速度，减少层间剪切力使成型收缩率降低，但pp流动性很好，注射压力大时易出现飞边且有方向性强的缺陷，注射压力一般为：5080mpa，保压压力取注射压力的80%左右，宜取较长的保压时间补缩及较长的冷却时间保证塑件尺寸，变形程度。 注射速度：pp冷却速度快，宜快速注射，适当加深排气槽来改善排气不良。如果制品表面出现了缺陷，也可使用较高温度下的低速注塑。注意：高结晶的pp高分子在熔点附近，其容积会发生很大变化，冷却时收缩及结晶化导致塑件内部产生气泡甚至局部空心，所以调节注塑工艺参数要有利于补缩。1.3塑件的尺寸选择1.3.1 塑件的尺寸塑件尺寸的大小受制于

11、以下因素： 取决于用户的使用要求； 受制于塑件的流动性； 受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力； 在此不考虑塑件的公差问题。根据日常需要，此次设计选择的是塑料碗外径d1=100mm，塑料碗内径d2=96mm，碗底直径d3=60mm，碗高h=60mm，壁厚和底厚s=2mm，底部凸起h0=10mm。 制品的尺寸图如图1.1，三视图如图1.2：图1.1 塑料模具碗的尺寸图图1.2 塑料模具碗的三视图1.3.2 塑件的表面质量塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部

12、位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。本设计要求制造的碗，表面应该光滑，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加深，应该随时抛光复原。第二章 型腔布局与分型面设计2.1 型腔数目根据所接任务书和题目，模腔数为一模一腔，型腔布局如图2.1图2.1 型腔布局2.2 分型面的设计 选择设计分型面的基本原则是：分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。同时还应考虑以下因素： （1）应便于塑件脱模并简化模具结构 尽可能使塑件在动定模分离后留在动模一侧。 （2）应考虑塑件的技术要求 （3）尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和修整。 （4）应有利于排气 为此应尽量使分型面与充模时型腔料

13、流末端重合，以利于排气。 （5）应便于模具零件加工（6）应考虑注射机的技术参数 图2.2 浇注系统示意图 （7）应尽量选择塑件在垂直合模方向上投影面积较小的表面，以减少锁模力。 综合以上因素，该制品的分型面可确定为与右图类似： 第三章 注射成型机的选型3.1注塑机的选用图3.1 制品的尺寸图制品碗底圆柱体积v1=s0h0=(d3/2)2h0=(6/2)23.1411cm3=28.27cm3；制品除中间圆锥四周壁的体积v2=1/32/3（r3-r3）=10.06cm3；制品碗底体积v3=v1-v球面= v1-2/3ra367.11/1801/3hara2所以v3=v1-v球面=43.17cm3；

14、整个制品的体积v=v2+v3=10.06cm3+43.17cm3=53.23cm3；额定注射量 v*=53.23/0.8 cm3=66.54cm3；所需熔体pp塑料质量m=v=53.23cm30.91g/ cm3=48.44g；注射机选型为sz60/40塑料注塑成型机。有关技术参数如下：表3.1 注塑机的技术参数项目参数项目参数理论注射容积100cm注射压力170mpa最大开模行程305mm模具最大厚度300mm模具最小厚度170mm模具定位孔直径100mm喷嘴球半径10mm锁模力800kn螺杆直径35 mm注射速率95 g/s第四章 浇注系统部件的设计该模具采用的是直浇口，一模一腔，只需设计

15、主流道，即可。4.1 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4.1：图4.1 主流道示意图其设计要点：a) 主流道设计成圆锥形，其锥角可取26，流道壁表面粗糙度取ra=0.8m，且加工时应沿道轴向抛光；b) 主流道如端凹坑球面半径r2比注射机的、喷嘴球半径r1大12 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=2.55mm；c) 主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=13mm；d) 主流道长度l以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm；e) 主流道常开设在

16、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。4.2 主流道尺寸计算（1）主流道通常设计成圆锥形，pp的流动性较好，可取锥角a=3，内壁表面粗糙度一般为ra=0.8um。（2）根据所选注射机,则主流道小端直径为 d=注射机喷嘴直径d0+（0.51）mm=4+1=5mm. 主流道球面半径为r=喷嘴球面半径r0+（12）mm=10+1=11mm 主流道与喷嘴对接处凹坑深度h=35mm,可取4mm。（3）为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=13mm，这里取2mm.（4）通常主流道长度由模板厚度确定，本模具取l=40mm。4.3 定位圈因为采用的无

17、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100mm，内径70mm。根据gb/t 4169.18-2006塑料注射模具零件 第21部分，定位圈示意图如下：图4.2 定位圈根据标准模架和cad的标注尺寸选择如下几何尺寸：d0=100mm d1=70mm h=15mm；材料：45钢定位圈 60 gb/t 4169.18-20064.4 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。a) 浇口的选用它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用直浇口：

18、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； 浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。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。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

19、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。c) 浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。4.5 浇

20、口套的设计根据gb/t 4169.19-2006塑料注射模模零件 第19部分，浇口套示意图如下：图4.4 浇口套根据标准模架和cad的标注尺寸选择如下几何尺寸：d=20mm d1=50mm d2=4.0mm l=50mm；材料：45钢浇口套 2050 gb/t 4169.19-2006。第五章 模具成型零件的设计5.1 影响工作尺寸的因素(1)塑件收缩率的影响：聚丙烯收缩率为1.02.5%；(2)凹、凸模工作尺寸的制造公差：通常凹、凸模的制造公差取塑件公差的1/31/6，表面粗糙度取ra值为0.80.4m。5.2 型腔的径向尺寸计算已知：塑件尺寸 ls 模具磨损量 c= /6 平均收缩率scp

21、 模具制造公差 z= /3 pp的收缩率为（1-2.5）%,则scp=（1+2.5）%/2=1.75%，碗的精度要求不高，可采用pp的一般精度，为6级精度，根据塑件基本尺寸查表，得其尺寸公差为=1.1mm，则z= /3=0.37mm。最外端直径：lm=ls+lsscp-3/4=100+100*0.0175-3/4*1.1=100.925mm最内端直径：lm=ls+lsscp-3/4=60+60*0.0175-3/4*1.1=60.225mm其图形如下：图5.2.1 型腔图形状5.3型芯的径向尺寸计算径向尺寸：lm=ls+lsscp-3/4=98+98*0.0175+3/4*1.1=100.54

22、mm其图形如下：图5.2.2 型芯图形状5.4型腔深度尺寸计算 已知：塑件尺寸hs- 平均收缩率scp 模具制造公差z= /3 碗边厚度为2mm，查表得，=0.24mm，z=0.24/3=0.08.按平均值计算方法可得：型腔的深度：hm=hs+hsscp-2/3=50+50*0.0175-2/3*0.24=50.715mm5.5型芯深度尺寸计算按平均值计算方法可得：型芯的深度：hm=hs+hsscp+2/3=48+48*0.0175+2/3*0.24=49mm第六章 合模导向机构的设计6.1 导柱导向机构设计要点 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

23、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。 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

24、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； 6.2 带头导柱采用带头导柱，可以直接与模板中的

25、导向孔配合，结构简单。导柱导向部分的长度应高出凸模端面6-12mm，可取10mm。标准模架的导柱直径和数量一般都是确定的。导柱应具有良好的韧性和抗弯强度，其工作面应有较高的硬度和耐磨性。可采用20钢渗碳淬火，硬度取50-55hrc。 根据gbt 4169.4-2006 塑料注射模零件 第4部分，带头导柱示意图如下：图6.1 带头导柱根据标准模架和cad的标注尺寸选择如下几何尺寸：d=35mm d1=40mm h=8mm l=110mm l1=100mm材料：t10a带头导柱 35110100 gbt 4169.4-2006。6.3 带头导套采用直导套，结构简单，加工方便。形状：做成通孔，利于排

26、出空内空气及残渣废料。尺寸：导套导向孔d与导柱相符，导套长度可由导套固定板确定，不小于其配合直径的1-1.5倍。与导柱用相同的材料制造，其硬度低于导柱的硬度。根据gb/t 4169.3-2006塑料注射模具零件 第3部分，带头导套示意图如下：图6.2 带头导套根据标准模架和cad的标注尺寸选择如下几何尺寸：d=35mm d1=48mm l=70mm h=10mm r=5mm材料：t10a带头导套 3570 gb/t 4169.3-2006。第七章 脱模机构的设计7.1 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

27、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。d) 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。7.2 推件力的计算脱模力：q=lhp(fcossin)；式中：l凸模被包紧部分的断面周长(cm)； h被包紧部分的深度(cm)；

28、p由塑件收缩率产生的单位面积的正压力，一般取0.81071.2107pa； f摩擦系数，一般取0.1； 脱模斜度。则：l=3.14198=307.72mm；h=48mm；q=307.72mm48mm10mpa（0.1cos0-sin0）=14770.56n。7.3 复位杆复位杆设计：gbt 4169.13-2006塑料注射模具零件 第13部分：复位杆示意图如下：图7.2 复位杆根据标准模架和cad的标注尺寸选择如下几何尺寸：d=25mm h=5mm l=150mm材料：t10a复位杆25150 gbt 4169.13-2006。7.4 推件板推件板设计：gbt 4169.7-2006 塑料注射

29、模具零件 第7部分，推板示意图如下：图7.3推件板根据标准模架和cad的标注尺寸选择如下几何尺寸：w=350mm l=500mm h=40mm材料： 45钢推件板 35050040 gb/t 4169.7-2006。7.5 浇注系统凝料脱模机构流道凝料的脱模方式，这里采用两板式脱模，即单分型面。直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。第八章 注塑模温度控制系统设计8.1 冷却、加温控制设计由于pp注射成型的模具温度为40-80，一般选在80以下成型，故模具中无需设置加热装置。冷却机构的设计原则：（1） 冷却系统的布置应先

30、于脱模机构；（2） 合理地确定冷却管道的直径中心距以及型腔壁的距离；（3） 降低进出水的温度差；（4） 浇口处应加强冷却；（5） 应避免将冷却水开设在塑件熔接痕处；（6） 冷却水道应便于加工和清理。对于pp制品，可用常温水冷却。当塑件壁厚为2-3mm时，水孔直径可取8-10mm，该设计取8mm。水孔边至型腔表面距离应大于10mm,为冷却管道直径的1-2倍，常为12-15mm，这里取14mm。两冷却水道中心距为3-5倍水孔直径，这里取30mm。该设计为6个冷却水孔，合理地安置在型腔的周围。由于冷却水道的位置，结构形式，孔径，表面状态，水的流速，模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精

31、确计算比较。实际生产中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节沾湿，水速来满足要求。第九章 注塑模排气系统设计9.1 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。对于模腔的充分排气，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