毕业设计电热水壶塑料下盖注射成型模具设计

太原工业学院毕业设计1前言在我们的日常生活中注塑制品约占塑料制品的20%～30%，然而用于注塑成型的塑料模具的产量约占世界模具产量的50%。与此同时制造业已经成为衡量一个国家经济基础以及科技实力的重要依据，而模具技术则代表一个国家制造业水平高低的主要标准。它是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备，同时60%～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。人们越来越认识到模具在制造业中的重要基础地位。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”，德国则冠之为“加工工业中的帝王”，在欧洲其他一些发达国家模具被认为“磁力工业”。由此可见模具技术在各国国民经济中的重要地位。可以从下面四个方面看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。我国的塑料制品已经位居世界第二，虽然塑料模具无论是在数量，还是在质量、技术和能力方面都了很大进步，但是与世界先进水平相比仍在很大差距。这是一次让自己全面运用大学四年所学习的基础知识、专业技能来充分发挥并展现本专业的各种技能风采！同时也是对模具设计进一步全面深化学习，希望自己将来能为祖国的模具行业贡献一份微薄的力量！设计者：黄思铮2012年6月18于太原太原工业学院毕业设计2塑件设计一个完美的塑料制件，要根据制品的使用要求和外观要求从力学性能、美术造型和成型工艺、塑料模具设计和制造等多方面进行考虑。塑件的物理力学性能，如刚度、强度、韧性、弹性、吸水性、以及对应力的敏感性。设计塑件时尽量发挥其优点，避免和补偿其缺点。塑料的成型工艺，如流动性、成型收缩率及收缩率的各项差异等。塑件的形状应有益于脱模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却。塑件结构应是模具结构尽可能简单，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模机构。使得模具机构符合制造工艺要求。2.1塑料材料的选择注射塑料制品的选材要求主要取决于使用要求，为达到均衡选材还需考虑材料的注射工艺性和模具的结构工艺性。2.1.1选材依据（1）塑件使用要求使用要求是一个综合性的问题。电热水壶下盖的使用是在我们日常生活中用的烧水用的电热水壶上，属于日常使用的塑料种类。对刚度、强度、表面粗糙度有一定的要求，最重要的是要选用环保型的同时要在高温下能长期正常工作的材料。（2）几种塑料材料性能的比较见表2.1。（3）几种塑料材料性能的排序见表2.2太原工业学院毕业设计表2.1几种塑料材料的性能材料名称PEPPPSABSPOMPA-6PA-66PC密度（g/cm3）0.960.901.061.051.411.131.141.20强度极限σb（kg/mm2）39.532.348.648.060.481.078.361.8比强度σb/ρ41.235.945.945.142.871.768.651.5弹性模量E(kg/mm2)1078.71274.83137.92059.32745.72745.71274.82353.4比刚度（E/ρ）1123.71416.42905.81961.21947.32418.311118.21961.1价格元/吨6600745078501010015000169001890020100表2.2几种常用塑料的使用性能排序序号性能强度刚度说明高低塑料代号排序PAPOMPSUPETEPABSPSPVCPMMAPPPE1234567耐磨减磨耐化学性耐热性差PAPARPPPBTPCFEPPOMABSPVCPS差PEEKPPSPENTONPTFEPPSUPPOABSHDPE低PTFEEPPSUPCPPPEPOMPMMAABSPS尺寸稳定性精PVCPSFPSPMMAABSPCPAPSUPPOPPPE抗老化性阻燃性弱好PTFEUEMWPEPEEKPMMAPARPBTPCPOMPTFEPVCPIPPOPCPVFPECEPPMMAPEPP8910电性能透明性耐折叠性低好好PTFEPEPVCPETPMMAPIPBTPPSPATTEPMMAPSPCPCTFEF3PAPA-1010PPPEPVCPPCPSABS太原工业学院毕业设计2.1.2材料的选择聚丙烯（PP）综合性能良好，强度、刚度高，抗冲击、疲劳性能均能满足电热水壶上的使用要求，耐折叠性好，吸水性小，最主要的是聚丙烯是许多常见材料中相对比较环保的日常用料。聚丙烯的性能：无臭、无味、无毒：其熔融温度约为164～170℃，长期使用温度可达100～120℃，无负载时使用温度可高达150℃，是通用塑料中唯一能在水中煮沸并能承受135℃消毒温度的品种。其吸湿性很低，在水中浸泡一天，吸水率仅为0.01%～0.03%，成型加工前一般不需要进行干燥。其熔体黏度较小，流动性较好，不需要很高的成型压力，易成型出薄壁长流程制品。2.1.3聚丙烯（PP）的性质表2.3聚丙烯（PP）的性质性质密度（g/cm³）拉伸强度（MPa）伸长率（%）弹性模量（MPa）弯曲强度（MPa）缺口冲击强度（kj/m²）无缺口冲击强度（kj/m²）熔点（℃）热变形温度（℃）分解温度（℃）耐寒温度（℃）连续工作温度（℃）成型收缩率（%）聚丙烯（PP）0.90～0.9525～409001.06*10³48～753.5～4.878160～175150350-20100～1201～2.5太原工业学院毕业设计吸水率（%）结晶度（%）成型温度范围（℃）注塑压力（MPa）体积电阻率（Ω·cm）0.01～0.0363205～31570～110>100*10¹⁴2.2塑件结构设计2.2.1塑件尺寸精度塑料制品的尺寸精度与塑料制品用途有关，根据各种塑料收缩率不同，可将各种塑料的公差等级分为高精度、一般精度和低精度。对于尺寸精度较低的塑料制品采用低精度，电热水壶采用一般精度MT4即可，未注公差尺寸为MT6。2.2.2塑件表面质量塑件表面质量包括表面粗糙度、表面光泽性、色彩均匀性、云纹、冷疤、表面缺陷程度、熔结痕、毛刺、拼接缝以及推杆痕迹等等。如果冷疤、表面缺陷程度、熔结痕、毛刺、拼接缝以及推杆痕迹等不影响塑件使用和美观，则制品的表面质量主要取决于表面粗糙度。一般情况下，原材料的质量、工人操作水平及模具型腔的表面粗糙度等因素均对制品的表面粗糙度有影响，其中模腔的表面粗糙度影响最大。制品要求的表面粗糙度数值越小，模腔表面越光滑，加工模具时的研磨抛光要求也就越高，模具制造的难度也就越大。因此，制品表面的粗糙度应视情况而定，除了考虑使用要求外，还须考虑美观。模塑制品的表面粗糙度通常为Ra0.02～1.28m，制品外表面Ra=0.8，内表面Ra=1.6。太原工业学院毕业设计2.2.3塑件结构塑件结构图如图2.1，图2.2，图2.3图2.1主视图图2.2左视图太原工业学院毕业设计图2.3俯视图电热水壶下盖一般是用在圆形的容器上，从使用和美学方面考虑塑件的设计，所以把它设计成圆的；另外下盖是要和上盖接触并且要闭合的所以必须在下盖上设计一些小凸起和小凹槽来使得上下盖能合在一起；塑件一般是在常温和沸水温度下工作的，因为所选材料是聚丙烯，同时又是圆形片状，所以上面的一些小凸起和小凹槽、还有最外边的圆环都能起到加强的作用。塑件形状设计时，沿料流方向，设计成流线形，并对内外表面的转角都进行了倒圆角，避免流动死角以便于模塑。太原工业学院毕业设计3设计方案的确定电热水壶下盖塑料注射成型模具的设计重点是由于塑件比较复杂，所以对模具分型面的选择及顶出机构进行分析研究，还有复杂型芯的设计。一般来说，模具都有两大部分组成：动模和定模(或者公模和母模)，分型面是指两者在闭和状态时能接触的部分，也是将工件或模具零件分割成模具体积块的分割面，具有更广泛的意义。分型面的设计直接影响着产品质量、模具结构和操作的难易程度，是模具设计成败的关键因素之一。确定分型面时应遵循以下原则：1.应使模具结构尽量简单。如避免或减少侧向分型，采用异型分型面减少动、定模的修配以降低加工难度等。2.有利于塑件的顺利脱模。如开模后尽量使塑件留在动模边以利用注塑机上的顶出机构，避免侧向长距离抽芯以减小模具尺寸等。3.保证产品的尺寸精度。如尽量把有尺寸精度要求的部分设在同一模块上以减小制造和装配误差等。4.不影响产品的外观质量。在分型面处不可避免地出现飞边，因此应避免在外观光滑面上设计分型面。5.保证型腔的顺利排气。如分型面尽可能与最后充填满的型腔表壁重合，以利于型腔排气。本设计中由于电热水壶下盖的外表面比内表面光滑的多得多，同时电热水壶下盖的内部还有许多约5mm的小凸起，相反其外表面非常光滑且没有任何的其他凸起结构。另外由于电热水壶下盖内部的凸起较多，所以需要的定出杆也会随之增多，结合小凸起及经验经过初步分析顶杆的直径约在5～6mm之间，且顶杆的数量在9根左右。因此模具的分型面确定在塑件内表面（也就是塑件表面粗糙度相对较低的那个面），这样不仅保证了塑件外表面的粗糙度要求而且也满足了定出干的布局位置。对于复杂的型芯本应该设计为组合式的，但是基于目前的电火花加工技术所以把型芯的设计成整体的，这样特别有助于整套模具的装配。太原工业学院毕业设计4注射机的选择4.1注射机的选择模具是生产产品的工具，只有模具安装在与其相适应的注射机上才能进行产品生产，因此，在模具设计时应该提前了解注射机的各项参数和技术规范，以便设计出符合要求的模具。注塑机类型和规格很多，分卧式、立式、角式、柱塞式和螺杆式等等。卧式注塑机是使用最广泛的注塑成型机，螺杆注塑机塑化效果较好同时注射压力也较大，避免了塑件出现缺陷或者缺料。卧式螺杆注塑机的优点是机床重心较低安装稳定，机体较低，容易操纵和加料，制件推出模具后可自动坠落，实现全自动化操作，节约成本，提高效力。所以选择卧式螺杆注塑机是最佳选择。模具设计时应详细了解，才能设计出合乎要求的模具。设计是应该了解的注射机技术的规范有：最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程、模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸，注塑机喷嘴孔直径和喷嘴球头半径值。由于同一规格的注射机，生产厂家不同，技术规格也有所不同，所以设计时最好查阅注射机生产厂家提供的注射机使用说明书上标明的技术规格。选择的注塑机为HTF250J/TJ，其各项技术规范如表4.1表4.1TF250J/TJ的技术规范注射装置螺杆直径螺杆长径比理论容量注射重量注射压力螺杆转速合模装置合模力移模行程拉杆内距最大模厚最小模厚顶出行程顶出力INJECTIONScrewDiameterScrewL/DRatioShotSize(Theoretical)InjectionWeight(PS)InjectionPressureScrewSpeedCLAMPINGUNITClampTonnageToggleStrokeSpaceBetweenTieBarsMax.MoldHeightMin.MoldHeightEjectorStrokeEjectorTonnagemmL/Dcm3gMparpmKNmmmmmmmmmmKNA5022442402205B55205354871690～1802500540570x57057022013062C6018.3636579142太原工业学院毕业设计EjectorNumber顶出杆根数OTHERS其它最大油泵压Max.PumpPressure力PumpMotorPower油泵马达HeaterPower电热功率Machine外形尺寸Dimension(LxWxH)MachineWeight重量HopperCapacity料斗容积OilTankCapacity油箱容积PieceMPakwkwmtkgL917.52216.656.02x1.7x2.18.150630太原工业学院毕业设计4.2注塑机有关工艺参数的校核4.2.1型腔数量的确定型腔数量可以由交货期、注塑机最大注塑质量、塑化能力、锁模力和模板尺寸来确定，在此采用注塑机最大注塑质量来确定型腔数量。注塑机的最大注塑质量按国际惯例是指注塑机在常温下密度为ρs=1.05g/cm³的普通聚苯乙烯的对空注塑量mso(g),在注入模具时由于流动阻力增加，加大螺杆的逆流量，再考虑安全系数，实际注塑量mι=85%mso（4.1）注塑聚苯乙烯是模具型腔数最多为：mιn=（4.2）q取注塑机最大注塑能力的85%。式中q——个塑件的质量和它均分到的浇注系统质量之和当n不到1时则应该改用较大的机器。对于其它非聚苯乙烯塑料，其最大注塑量mo=msoρ（4.3）ρs式中ρ——常温下某种塑料的密度，g/cm³ρs——常温下聚苯乙烯的密度，g/cm³按理式中密度之比应为相同温度下该塑料熔体与聚苯乙烯熔体密度之比，对于非结晶塑料可认为从常温状态到熔融状态，其密度变化倍率与聚苯乙烯变化倍率相差不多，因此用常温下密度之比代入计算，故上式适用于各种非结晶塑料。而结晶型塑料由于从固态到熔融态密度变化较聚苯乙烯变化更大，因此结晶型塑料还要乘以一校正系数。mo=0.9msoρ（4.4）ρs太原工业学院毕业设计=0.9⨯562≈506g0.931.05同理，mι=85%mo然后再按式（4.2）计算和校核型腔数。mι=85%mo=85%⨯506=430gmιn=q43021≈20=在现代工业中，竞争日益激烈，谁有低成本、高效的生产工具谁就有优势占领市场。缩短产品工期赢得市场和利润。根据计算和聚丙烯的成型工艺特性，同时考虑模具的成本和效率以及模具和注塑机的匹配关系将模具的型腔数确定为一模6腔。4.2.2注射压力的校核注塑压力校核是验证注塑机的最大注塑压力能不能满足该制品的需要。制品成型所需要的压力是由注塑机类型、喷嘴型式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的。例如螺杆式注塑机，其注塑压力传递比柱塞式注塑机要好，因此注塑压力可取小一些，流动性差的塑料或细薄的长流程塑件注塑压力应取得大一些。4.2.3锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，企图使模具沿分型面涨开。在塑件的生产过程中作用于塑件和流道系统在分型面上的总应力应小于注塑机的额定锁模力F，否则在注塑时会因锁模不紧而产生溢料、跑料甚至伤害操作人员。锁模力必须小于注塑机的额定锁模力。太原工业学院毕业设计p=kp0（4.5）2=⨯1103≈73MPa式中p——模具型腔及流道内塑料熔体平均压力，MPap0——注射机料筒内螺杆或者柱塞施于塑料熔体得压力，MPak——损耗系数。随塑料品种、注射机形式、喷嘴阻力、模具流道阻力而不同，其值在1/3～2/3范围内选取。螺杆式注塑机的K值较柱塞式大，直通喷嘴比弹簧喷嘴的K值大。p决定后，按下式校核注塑机额定锁模力F=0.1pA（4.6）17⨯33=0.⨯2≈2365KN所以从锁模力方面来看该注塑机符合要求4.2.4开模行程和塑件推出距离的校核注射机的开模行程是有限制的，取出制件所需的距离必须小于注塑机的最大开模行程。开模距离可以分为注射机最大开模行程与模厚有关和与模厚无关两种情况。模具设计成单分型面且最大开模行程与模厚无关，所以开模行程按下式校核（mm）S≥H1+H2+510（4.7）≥20+2+5≥55mm10式中H1——塑件脱模距离，mmH2——塑件高度，包括浇注系统在内，mmS——注塑机最大开模行程，mm太原工业学院毕业设计由于540mm>55mm所以从开模行程与塑件推出距离来看该注塑机符合要求。综上选择注塑机HTF250J/TJ适合本模具的注塑。5注塑模具的设计本设计重点是模具分型面的设计与顶出机构的设计，由于电热水壶下盖的形状比较复杂合理地确定分型面及顶出机构可以使得模具结构尽量简单，降低加工难度，同时也可以降低装配难度，最重要的是要有利于塑件的顺利脱模。5.1浇注系统的设计浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口的一段流道。浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井以及拉料杆等部分组成。由于此模具涉及到半模侧抽芯机构，冷料井和拉料杆可以不给以考虑，主要设计主流道，分流道以及浇口。浇注系统设计包括：根据塑件大小和形状进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇口的数量、位置、形式进行优化。5.1.1主流道及主流道衬套设计为了有效地传递保压压力，浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。在卧式螺杆注塑机用模中，主流道垂直于分型面，为便于流道凝料拔出，设计成具有2°～4°锥角的圆锥形，内壁粗糙度Ra0.4，在此取Ra＝0.4um,内壁研磨和抛光时应注意抛光方向，不能形成与脱模方向垂直的划痕，以免造成脱模困难甚至成型中断。主流道与喷嘴接触处作半球形凹坑，二者配合严密，避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径R₂比喷嘴球头半径R₁大1～2mm，如果相反则主流道凝料无法脱出，太大则密封效果不好，在此取R₂＝R₁+(12)＝20mm。主流道小端直径比注塑机喷嘴孔径大0.5～1mm。大端直径比分流道深度大1.5mm以上,其锥角一般去2°～6°。由于主流太原工业学院毕业设计道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套,选优质钢材制作并经热处理提高硬度。主流道衬套要承受交变应力，其外圆盘直径不能过大，以避免肩部弯矩过大，配合段的直径D亦不宜过大，以避免入模的塑料产生过大的反作用力，使主流道衬套后退，台阶转角半径R宜大一些，以免淬火开裂或应力集中,取R=3mm。主流道最大可能的短并且横截面积大，为了节约成本，提高模具的生产效率，主流道采用衬套式的结构设计，这样就可以单独选材、单独热处理、单独机加，更方便维修。主流道衬套选择T8钢调质，硬度为30-35HRC。主流道衬套和主流道的结构见图5.1，图5.2图5.1主流道衬套太原工业学院毕业设计图5.2主流道结构5.1.2分流道的设计分流道就是连接主流道和浇口的塑料通道，在此采用常规分流道（等温分流道）：分流道温度和模具整体温度一致。影响分流道设计的因素很多，制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性，内在质量和外在质量要求，塑料的种类，注射机的压力，加热温度，注射速度，主流道及分流道的拉料及脱落方式，型腔布置及浇口形式的选择都能影响分流道的设计。在设计分流道时考虑以下几点以及优点：1.塑料流经分流道时的压力损失及温度损失要小。2.分流道的固化时间应稍后于制品的固化时间，以利于压力的传递及保压。3.保证塑料迅速而均匀的进入各个型腔，以及均匀补料，减少缺陷，保证质量。4.分流道的长度应尽可能短，排列紧奏，使外形尺寸变小，，降低浇注系统凝料重量，料头少，减少浪费。太原工业学院毕业设计5.锁模平衡（几何中心与锁模重心重合）。6.布置合理（受力零件有足够的承受能力，使冷却孔道合理布局，方便装配维修）。7.要便于加工及刀具的选择。(1)分流道截面分析①圆形截面分流道其优点是表面积与体积之比值为最小，在容积相同的分流道中圆形截面分流道的塑料与模具接触的面积最小，因此其压力损失及温度损失小，有利于塑料的流动及压力传递，其缺点是圆形截面分流道必须在动、定模上分别设计两个半圆形，因此给模具加工带来一定难度。②抛物面截面（U形截面）其截面的形状接近于圆形截面，同时此种截面的分流道只在模具一面加工。但缺点是与圆形截面相比，热损失较大，流道废料较多。③梯形截面此种截面是抛物线形截面的变形，与以上两种截面相比，其热损失较大，但便于分流道的加工及刀具的选择。a.圆形截面b.U形截面c.梯形截面图5.3几种分流道截面图综合比较后为节约成本选择比表面积大易加工的梯形截面的分流道，断面取值为上底ω＝8mm，高h＝5mm，下底χ＝6mm，角度为10°。(2)分流道的长度分流道的布置形式采用平衡式。其长度由于考虑到主流道衬套的下端直径以及分流道加工在半模上，长度为109mm的笔直分流道，减少压力和热量的损失。采用平衡时梯形断面的分流道，比面积大易加工。让模具排列紧奏使模具外形尺寸变小，长度最短减少料头材料的浪费，进料均匀减少缺陷保证塑件质量，锁模平衡太原工业学院毕业设计等使塑件有足够的承受能力冷却孔道布局合理方便装配维修，使模具能装到小型注塑机上成为节约，低成本高效的生产工具。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，因而分流道的内表面的粗糙度要求并不是很高，这里取Ra=1.6μm，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。5.1.3浇口的设计浇口直接与塑件相连，把塑料熔体引入型腔。浇口断面形状有圆形、矩形和又宽又薄得狭缝形等。浇口是浇注系统的关键部位，浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在大多数情况下是整个流道中断面尺寸最小的部分，对充模流动起着控制性作用，成型后制品与浇注系统从浇口处分离，因此浇口尺寸又影响着加工工作量的大小和塑件外观。浇口尺寸包括浇口断面尺寸和浇口长度尺寸，浇口长度约为0.5～2.5mm,在此浇口长度取1mm。在浇口出处流动阻力很大，剪切速率也很高，对聚丙烯（PP）来说，其近似于牛顿流体，粘度仅仅是温度的函数，不随剪切速率的变化而变化，减小浇口的尺寸会迅速增加充模阻力，所以浇口尺寸应该适中，并且采用矩形浇口。浇口选择在塑件的外侧凹槽中心，采用矩形侧浇口具有以下优点：容易机加修整，易保证加工精度，容易调整到最佳的工艺条件，适时封口，疤痕小，容易充模，保证均衡进料，熔融塑料充满整个型腔，由于浇口对大型腔为防止喷射，浇口尺寸要适当大些。矩形浇口深度的经验计算公式如下：h=kδ(5.1)h——浇口深度，mm——制品厚度，mmk——材料系数。PS、PE为0.6；POM、PC、PP为0.7；PVC、PMMA、PA为0.8；RPVC为0.9h=2.50.7=1.75mm由于浇口尺寸要适当大些在此h=2mm太原工业学院毕业设计浇口宽度的计算公式ω(5.2)0.70030==2.4mmA——为塑件外表面积，mm²浇口尺寸太小增加充模阻力，所以取大些，根据计算在此取=2.5mm浇口台阶长l=0.5～2.0mm，这里取1mm。5.2注塑模具成型零部件设计型腔是模具上直接成型塑件的部位。直接构成模具型腔的所有零件都称为成型零件，包括：凹模、凸模、成型杆、成型环、各种型腔镶件等。型腔设计步骤和主要内容：1.根据塑件形状。塑件使用要求、塑件成型性能等确定型腔整体结构，其内容包括分型面的位置、进浇位置、排气位置、脱模方式等。2.从制造角度决定型腔能否采用组合式。若需组合，确定各构成零件之间的组合方式和零件结构。3.根据塑件尺寸和成型收缩率大小计算成型零件上对应的成型尺寸。4.根据成型时的塑料熔体压力，对成型零件进行刚度和强度校核，决定其壁厚等尺寸。5.2.1分型面的位置和形状的设计分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，同时直接影响着塑料熔体的流动充模特性及塑件的脱模，而且涉及模具的结构与制造成本,因此，分型面的选择是注塑模具设计的一个重要问题。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、嵌件的位置、形状以及推出方式、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，太原工业学院毕业设计因此在选择分型面时要综合分析比较，遵循以下原则：（1）分型面应该选择在塑件的最大轮廓处。（2）确定有利的留模方式，便于塑件脱模，通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于推杆顶出机构的设置，节约能量。（3）保证塑件的精度要求。（4）保证塑件的外观质量。（5）便于模具加工制造。（6）同轴度考虑。（7）抽拔力考虑（力设在开模方向上）。（8）有利于排气，使模具结构简化。注塑模有一个分型面和多个分型面的模具，在本次设计中采用单分型面（有一个分型面）的模具，分型面的位置垂直于开模方向，并且分型面为曲面同时也是塑件最大轮廓处。这样塑件留在动模上，方便脱模，保证产品质量，容易操作。5.2.2成型零件结构设计构成模具型腔的零件统称为成型零件，例如凹模、凸模、型芯、镶块、各种成型杆、各种成型环。型腔直接与高温高压塑料接触，型腔质量关系到塑件质量，因此型腔必须要有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性等来承受塑料的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度，以保证塑料制品表面光亮美观、容易脱模。凹模采用整体式嵌入式的凹模，整体式嵌入式凹模具有便于加工（可以分别加工），单独制造、单独选材、热处理，降低成本，易维修等优点。其嵌入到定模模板的通孔内，保证型腔沿主分型面分开的两半在合模时的对中性。模板一般采用45#钢制作，45#钢调质处理，硬度到达25-30HRC，整体嵌入的型腔采用T8制作，淬火处理，硬度到达40-50HRC。嵌入的凹模结构如图5.4太原工业学院毕业设计图5.4嵌入的凹模结构5.2.3成型零件成型尺寸计算按平均收缩率计算成型尺寸比较简便易行，是最常用的计算方法，这里采用此方法。聚丙烯（PP）平均收缩率εSCP=1.0%，塑件制造公差MT4，对应模具制造公差IT10。(1)型腔径向尺寸计算LPCP=LP-∆/2（5.3）LMCP=LPCP+εSCPLPCP+εSCPLPCP2太原工业学院毕业设计=LPCP（5.4）1-εSCPLM=LMPC-δw/2-δm/2（5.5）式中LM——型腔（孔）的最小尺寸δw——型腔使用过程中允许的最大磨损量（取塑件总误差的1/6，一般在0.02～0.05mm之间）δm——成型零件制造误差（正值）LP——塑件（轴）的最大尺寸Δ——塑件公差（负值）出于修模考虑，对型腔径向尺寸来说易修大，预留一负修模余量δr,标上制造公差δm得型腔径向名义尺寸：LM=(LMPC-δw/2-δm/2-δr)+δm对于注塑模，型腔磨损量很小时，可用下式计算：L=(L-δ)+δm（5.6）MMPCm①塑件径向尺寸LP1=6mm，LPCP=LP-∆/2=6-0.18/2=5.91mm；5.911-1%LMC1P==5.9mm7模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差δm=0.058mm，LM1=(6.06-0.058)+0.058=6.002+0.058mm②塑件径向尺寸LP2=70mm，LPCP2=70–0.64/2=69.68mm；69.681-1%LMC2P=太原工业学院毕业设计=70.3mm8模具制造偏差δm=0.12mm，LM2=(70.38-0.12)+0.12=70.26+0.12mm③塑件径向尺寸Lp3=14mm，Lpcp3=14–0.28/2=13.86mm；13.861-1%LMCP3==14mm模具制造偏差δm=0.07mm，LM3=(14-0.07)+0.07=13.93+0.07mm④塑件径向尺寸Lp4=3mm，Lpcp4=3–0.16/2=2.92mm；2.921-1%LMC4P==2.9mm5模具制造偏差δm=0.04mm，+0.04LM4=（2.95-0.04）=2.91+0.04mm⑤塑件径向尺寸Lp5=5mm，Lpcp5=5–0.18/2=4.91mm；4.911-1%LMC5P==4.9mm6太原工业学院毕业设计模具制造偏差δm=0.048mm，LM5=(4.96-0.048)+0.048=4.912+0.048mm⑥塑件径向尺寸Lp6=29mm，Lpcp6=29–0.36/2=29.18mm；L29.18MC6P=1-1%=29.4mm7模具制造偏差δm=0.084mm，LM6=(29.47-0.084)+0.084=29.39+0.084mm(2)型芯径向尺寸计算LPCP=LP+∆/2LM=LMPC+δw/2+δm/2+δr标上制造公差δm得型芯径向名义尺寸：LM=(LMPC+δw/2+δm/2+δr)-δm对于注塑模，型腔磨损量很小时修模余量也很小时可用下式计算：LM=(LMPC+δm)-δm①塑件尺寸Lp7=66mm，Lpcp7=66+0.64/2=66.32mm；L66.32MC7P=1-1%=66.9mm9模具制造偏差δm=0.12mm，5.7）5.8）5.9）（（（太原工业学院毕业设计LM7=(66.99+0.12)-0.12=67.11mm-0.12②塑件尺寸Lp8=13mm，Lpcp8=13+0.24/2=13.12mmL13.12MCP8=1-1%=13.2mm5模具制造偏差δm=0.07mm，LM8=（13.25+0.07）-0.07=13.3-02.0mm7③塑件尺寸Lp9=1mm，Lpcp9=1+0.16/2=1.08mm；L1.08MC9P=1-1%=1.0mm9模具制造偏差δm=0.04mm，LM9=(1.09+0.04)-0.04=1.1-03.0mm4(3)型腔深度尺寸计算HM=[HMCP-δm/2±δr]+δm若取修模余量为δm/2，则型腔容易修浅H=[H]+δmMMCP①件尺寸HP1=13mm，Hpcp1=13-0.24/2=12.88mm；H8MC1P=12.1-1%=813.0m1m(5.10)太原工业学院毕业设计模具制造偏差δm=0.07mm，型腔易修浅，HM1=13.01+0.07mm。②件尺寸HP2=3mm，HPCP2=3-0.12/2=2.94mm；2.94=2.9m7m1-1%HMCP=模具制造偏差δm=0.048mm，型腔易修浅，HM2=2.97+0.048mm。(4)型芯高度尺寸的计算HM=[HMCP+δm/2±δr]-δm(5.11)型芯容易修长HM=[HMCP]-δm①件尺寸HP3=13mm，HPCP3=13-0.24/2=12.88mm；12.88=13.0m1m1-1%HMC3P=模具制造偏差δm=0.07mm，型腔易修长，HM3=13.010.07mm。5.2.4侧壁厚度和底板厚度计算1、型腔侧壁厚度计算整体式圆形型腔侧壁厚度计算是以组合式圆形型腔侧壁壁厚度计算为基础的，侧壁厚可以根据其刚度或强度来进行计算的。太原工业学院毕业设计按刚度计算：h=R-r(5.12)⎤⎥1⎥=r⎥⎥⎦⎤⎥=351⎥⎥⎥⎦=21.93mm按强度计算：h=r1)(5.13)=35=46.9mm8太原工业学院毕业设计2、底板厚度的计算按刚度计算：H(5.14)03=14.4mm9按强度计算：H=(5.15)=14.3mm0h——型腔侧壁厚度，mmH——型腔地板厚度，mmp——型腔内塑料熔料压力（成型压力），Mpa5E——钢材的弹性模量，碳钢E=2.1⨯10MPaμ——泊松比，碳钢0.25[σ]——许用应力，T8取328Mpaδ——许用形变量，T8取0.03经过计算最终选取侧壁厚为50mm；底板厚为30mm.5.2.5排气方式和排气槽的设计当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽或者原料释放出的气体等不能顺利排出，不但将在制品上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊端，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，太原工业学院毕业设计粘度下降，容易从分型面溢出，产生飞边，重则灼伤制件，使其产生焦痕。而且型腔内气体压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量。在此不单独设计排气槽，利用分型面或配合间隙排气。像电热水壶这样小型的塑件，在不采用特殊的的高速注射时，利用分型面排气或者利用推杆与孔、推管与孔、脱模板与型芯、活动型芯与孔的配合间隙排气。为增加排气效果可以增加分型面的粗糙度，并且加工的刀痕或磨痕顺着排方向以及将推杆后方距型腔5mm以外的配合间隙加大等。本设计利用分型面、推杆与孔、活动型芯与孔以及动模板与型芯固定板的间隙排气，这样不需要单独加工排气槽，使模具加工更容易，降低模具成本。5.3合模导向和定位机构设计塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构。导向机构主要有导向、定位和承受注塑时产生侧压力三个作用。导柱设在动模边或定模边均可，但是一般设在主型芯周围，动定模合模时在导向机构的引导下，使动定模按正确的方位闭合，避免凸模进入凹模时因方位搞错而损坏模具或定位不准而互相碰伤，因此设在型芯周围的导柱应比主型芯高出至少为6～8mm。同时导向机构在模具闭合后使型腔保持正确的形状和所有由动定模构成的尺寸的精度。5.3.1导柱的选择和设计导柱沿长度方向分为固定段和导向段，并且这两段名义尺寸相同，只是公差不同的导柱叫直导柱。本次设计的直导柱采用从标准模具零件（图库）中选用的方法。5.3.2直导柱尺寸和结构的要求（1）直径和长度导柱的直径在12～63mm之间时，按经验直导柱直径32和模板厚度比在0.06～0.1,无论是固定段的直径还是导向段的直径的形位公差与尺寸之间的关系应遵循包容原则。直导柱总长为90mm，直径为32mm。太原工业学院毕业设计（2）形状直导柱的端部做成半球形或锥形的先导部分，锥形头高度为与其相邻圆柱直径的1/3,前端还应有倒角，使其能够顺利的进入导向孔。导向孔应该设有排气孔或者排气间隙，以免空气压缩产生高温引起燃烧，在本设计中将垫块上导柱孔加工成通孔，利用垫块和底板的装配间隙排气。（3）公差配合安装段与模板间采用过渡配合H7/k6,导向段与导向孔间采用动配合H7/f7。（4）粗糙度固定段表面用Ra=1.6um,导向段表面用Ra=0.8um。（5）材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此采用低碳钢（20号钢）渗碳0.50.8mm深，经淬火处理硬度达到HRC56～60。直导柱形状见图5.5。图5.5直导柱5.3.3导套的尺寸和结构的要求（1）直径和长度导套的内径为32mm，外径为42mm；,无论是固定段的直径还是导向段的直径的形位公差与尺寸之间的关系应遵循包容原则。导套总长为69mm。（2）形状导套可分为直导套和带轴肩连接的导套两类，此外还有带滚珠的导套。为了方便导套压入模版同时便于导柱进入导套，在导套端面内外倒圆角，导套上的凸肩一般是压在模板之间，以防被导柱带出模板。太原工业学院毕业设计（3）公差配合安装时与模板间采用过渡配合H7/k6。（4）粗糙度内表面用Ra=1.6um，外表面用Ra=1.6um。（5）材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此采用低碳钢（20号钢）渗碳0.50.8mm深，经淬火处理硬度达到HRC56～60。导套形状见图5.6。图5.6导套5.4脱模机构设计注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。脱模机构种类很多，有手动脱模、机械推出、液压推出、气压推出等，手动脱模没有工作效力，液压和气压脱模成本高，推杆推出的脱模机构比较简单也是经常采用的一种典型脱模机构，在本设计中所采用的就是推杆脱模机构。5.4.1脱模机构的要求（1）结构优化、运行可靠、机构尽可能简单、制造容易、零件制造方便，维修方便，配换容易等。机构动作要准确可靠、运动灵活、机构本身具有足够的刚度和强度，以太原工业学院毕业设计抵抗脱模阻力。（2）不影响塑件外观，不造成塑件变形破坏，推塑件的位置应尽可能设在塑件内部或者隐蔽处，以免损坏塑件外观，要保证塑件在脱模过程中不变形、不擦伤。（3）让塑件留在动模，模具的结构应保证塑件在开模过程中留在具有脱模装置的半模即动模上。5.4.2脱模结构设计分析聚丙烯（PP）的收缩率为1%，其收缩时抱紧型芯，开模时塑件留在动模上，在脱模机构设计时就应该将顶出力的作用点尽可能的靠近型芯，顶出力作用于塑件刚度强度最大的部位，要保证这部分的强度和刚度在其内侧两边设计加强筋，这样在这些部位的顶出力就要求大些，因此将顶杆设置在这些部位，同时这些部位是塑件的内表面顶杆留下的顶痕不影响塑件的美观。顶杆均匀的布局在塑件上，具体见图纸，顶出时各处受力相同轻松的将塑件顶出。本塑件将用到四种顶杆形状如图5.7；5.8；5.9；5.10。图5.7顶杆167x6图5.8顶杆167x5太原工业学院毕业设计图5.9顶杆180x6图5.10方形顶杆一副模具所用的顶杆种类及数量如下表：种类数量167x524167x612180x612180方形65.4.3脱模力计算塑件在模腔内冷却定型时，由于热收缩其体积和尺寸逐渐缩小，在塑料的软化温度以前热收缩并不造成对型芯抱紧力，但制品固化后继续降温则会对型芯产生包紧力，包紧力带来的正压力，垂直与型芯表面，脱模温度越低正压力越大，脱模时必须克服该包紧力所产生的摩擦力。在开模的瞬间所需脱模力为最大。PP为热塑性塑料，脱模斜度型腔35′～1°30′，型芯35′～1°所以脱模斜度选择1°塑件收缩率使型芯全面积受总压力1（5.16）1-μ1=2π10601%1-0.41Fp=2πEεtl=293N5太原工业学院毕业设计E=1.06⨯103MPa塑料拉伸弹性模量ε=1%塑料收缩率μ=0.41塑料泊松比t=2mm制品壁厚l=13mm塑件型芯长度脱模力Fpcoαs(f-tαg)（5.17）1+fsiαncαosFd==2935co（︒s0.19-tg11︒）1+0.19s︒in1︒cos1=50N6f=0.19摩擦因素经计算以及结合塑件的实际情况,以上四种顶杆符合要求,均采用T8A钢制造，硬度达到50～55HRC。在开模过程中注塑机顶杆顶着推板移动，推板带动顶杆向前移动，顶出塑件，合模是由回程杆推动推板把顶杆复位。5.5注塑模温度调节系统的设计注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具的塑料熔体的温度为160～300℃，而塑料固化后从模具中取出的温度为60～80℃以下，视塑料品种的不同而不同。为了调节型腔的温度，需在模具内开设冷却水通道（或油通道），通过模温调节机调节冷却水（或油）的温度。以冷却水为介质的模温调节机，其温度可以调节到90℃以内，更高的模温则需采用以油作为冷却介质的模温调节机，也可以在模具上插加热棒或加热套来获得100℃以上的模温，即使这么高的模温相对高温的塑料熔体来说仍然是起冷却作用，只不过是脱模温度较高而已。但是有的塑料为达到工艺要求或为提高生产效率可以采用低于室温的模温，这时可用太原工业学院毕业设计冷却水进行冷却，必须使用有至冷功能的模温调节机，模具型腔表面温度不可调节到该大气环境的露点温度以下，否则型腔内壁凝结的冷凝水会直接影响制品的质量。5.5.1模具温度调节系统设计原则模温高低对制品结晶度、力学性能、表面质量、制品内应力和翘曲变形都有很大的影响。为了提高冷却效率，模具的冷却系统可按下述（均匀性）原则进行设计：（1）动模、定模和型腔的周围均匀地设置冷却水通道，不可只设置在模具的动模一边或定模一边，否则脱模后制品一侧温度高一侧温度低，在进一步冷却时会发生翘曲变形。（2）冷却水孔间距越小，直径越大，则对塑件冷却越均匀。（3）孔间距、孔与型腔之距尽量相等。（4）采用并流流向，加强浇口处的冷却。（5）降低出入口水的温差，控制在3～5℃内。（6）容易机加。5.5.2制品冷却时间的计算在注塑成型过程中高温（180）塑料熔体转变成塑料制品（约60）要放出潜热和显热，主要通过热传导散失，其中5%辐射对流散发到大气中，5%模板传导散发导大气中，其余90%均由冷却介质带走。它们之间的热交换速度是决定制品冷却时间的决定因素。塑件冷却时间的计算公式⎡8θc-θm⎤ln)⎥（5.18）⎢(π2α1⎣π2θ-θm⎦S2t=22⎡8180-70⎤ln⎢2()⎥=2π0.067⎣π80-70⎦太原工业学院毕业设计=13s式中S——制品的壁厚（mm），这里取S=2mmθ——塑件脱模时的平均温度（℃），这里取θ=80℃θc——塑料注塑温度（℃），这里取θc=180℃θm——模具型腔壁温度（℃），这里取θm=70℃α1——塑料的热扩散系数（mm2/s），查表（3-9-2）[3]可得7α1=0.6⨯7-1m02s=/20.m0m67s/经计算制品的冷却时间t约为13s制品的冷却时间加上开模取制品等辅助时间就是该制品的成型周期，冷却时间t通常占成型周期的75%所以每秒钟注塑次数大约为N=1/t⨯0.75=1/13⨯0.75=0.058（5.19）若每次注塑塑料制件加上浇道的质量为m，则每秒注入塑料量为mι=Nm=0.0580.15=0.0087㎏/次（5.20）5.5.3冷却介质所需传热面积的设计计算（1）冷却介质用量的计算塑料制品在固化时每秒释放的热量为：ιq=Q1=mNmq（5.21）=0.0087⨯5.2910=5.1k/3J3s式中q——单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量，kJ/kg聚丙烯取5.9⨯102kJ/kgV=Q（5.22）60Cρ(θ1-θ2)=5.133604.（223-201）太原工业学院毕业设计=6.79⨯10