塑料勺子注塑模具设计说明书

Ⅰ该塑件为勺子，所用材料为PC，无颜色要求，生产批量为中批量。由塑件图分析可知,精度未注,采用一般经济级精度6级。所用塑料为聚碳酸酯，该塑料流动性好，注射充型流动平稳，塑件外设置有脱模斜度，脱模斜度为30′-1°。1.2注射成型过程及工艺参数PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600~900J/m，未填充牌号的热变形温度大约为130°C，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10°C。PC的弯曲模量可达2400MPa以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100°C时，在负载下的蠕变率很低。PC耐水解性差，不能用于重复经受高压蒸汽的\t"/item/%E8%81%9A%E7%A2%B3%E9%85%B8%E9%85%AF/_blank"制品。PC主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄。和其他树脂一样，PC容易受某些有机溶剂的侵蚀。

密度：1.18－1.22g/cm^3线膨胀率：3.8×10^-5cm/°C热变形温度：135°C低温-45°C

聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的\t"/item/%E8%81%9A%E7%A2%B3%E9%85%B8%E9%85%AF/_blank"机械性能。同性能接近\t"/item/%E8%81%9A%E7%A2%B3%E9%85%B8%E9%85%AF/_blank"聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94V-0级阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过\t"/item/%E8%81%9A%E7%A2%B3%E9%85%B8%E9%85%AF/_blank"本体聚合的方法生产大型的器件。表1-1PC注射工艺参数注射成型机类型螺杆式转速（30~60）r/min料筒温度后段160~170℃中段200~220前段180~200喷嘴温度250~260℃模具温度40~80℃喷嘴形式直通式注射压力70~120Mpa保压力50~60MPa注射时间0~5s成型周期40~120s保压时间20~60s冷却时间15~50s注：源自参考文献[1]中的表4-181.3PC的性能分析聚碳酸酯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。脆化温度为-35℃，在低于-35℃会发生脆化，耐寒性不如聚乙烯。对于聚碳酸酯玻璃化温度的报道值有一18qC,OqC,5℃等，这也是由于人们采用不同试样，其中所含晶相与无定形相的比例不同，使分子链中无定形部分链长不同所致。聚碳酸酯的熔融温度比聚乙烯约提高40一50%，约为164一170℃,100%等规度聚丙烯熔点为176℃。

聚碳酸酯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定；但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚碳酸酯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚碳酸酯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。它有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品。它的击穿电压也很高，适合用作电气配件等。抗电压、耐电弧性好，但静电度高，与铜接触易老化。

2拟定模具结构形式2.1分型面位置的确定在塑件设计阶段，就应该考虑成型时分型面的形状数量，否则就无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面选择是否合理，对塑件质量工艺，操作难易程度和模具设计制造有很大影响。因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。分型面的选择原则[1]：分型面的选择应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽量使塑件开模时留在动模;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和修整;分型面的选择应保证塑件尺寸精度;分型面选择应有利于排气;分型面选择应便于模具零件的加工;分型面选择应考虑注射机的规格分型面的选择方案分型面选择方案。分型面与开模方向垂直，图2.1分型面示意图2.2确定型腔数量和排列方式该塑件为小型塑件，精度要求不高，又是中等批量生产，。考虑到模具制造费用、设备运转费用低一些，初定为一模一腔的模具形式。如图2.2所示。图2.2型腔的排列2.3模具结构形式的确定从上面分析中可知，本模具拟采用一模一腔，推件板推出，流道采用平衡式，浇口采用侧浇口，定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支撑板，因此基本上确定模具结构形式为带推件板的单分型面注射模。3注射机型号的确定3.1所需注射量的计算塑件质量、体积计算对于该设计，提供了塑件图样，据此建立塑件模型并对此模型用建模分析得：图3.1塑件体积塑件体积塑件质量浇注系统凝料体积的初步估算可按塑件体积的0.2倍估算，由于该模具采用一模一腔，所以浇注系统凝料体积为该模具一次注射所需塑料3.2注射机型号的选定根据以上的计算初步选定型号为XS-Z-30注射成型机，查表[2]其主要技术参数见表3-1。表3-1XS-Z-30型注射机主要技术参数额定注射量30cm3锁模力250KN螺杆直径28mm拉杆内间距235mm额定注射压力119MPa最大开模行程300mm注射时间0.7s最大模具厚度180mm塑化能力50kg/h最小模具厚度60mm螺杆转速10～140r/min定位孔直径63.5mm喷嘴球半径12mm喷嘴孔直径4mm合模方式液压-机械注：该注射机由上海塑料机械厂生产3.3型腔数量及注射机有关工艺参数校核型腔数量的校核按注射机的最大注射量校核型腔数量式中K注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.8；注射机允许的最大注射量，=30cm3；浇注系统所需要的塑件体积，=7.4916cm3；单个塑件的质量或体积，=7.4916g；上式中左边=1;右边=，满足要求。由注射机料筒塑化速率校核型腔数量式中K注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.8；M注射机的额定塑化量，该注射机为50kg/h=13.89g/s；t成型周期，因塑件小，壁厚不大，取50s；m1单个塑件的质量和体积，取；m2浇注系统所需塑件质量和体积，取。上式中左边=1;右边=，满足要求。注射机工艺参数的校核注射量的校核注射量以容积表示，最大注射容积为式中模具型腔和流道的最大容积；V指定型号与规格的注射机注射量容积，该注射机为30cm3;注射系数，取0.75~0.85，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75，该处取0.75。倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑件在料筒中停留的时间就会过长。所以最小注射容积。故每次注射的实际注射容积应满足，而，符合要求。锁模力的校核当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大推力，其大小等于制件浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应小于注射机额定的锁模力，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。型腔内塑料熔体的推力：式中型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力；A塑料与浇注系统在分型面上积投影面积；型腔内塑料熔体的平均压力，一般是注射压力的30%~50%，PE流动性好，所薄壁容器类，取型腔平均压力为50Mpa；型腔内塑料熔体的压力；注射压力；K压力损失系数，可在0.2~0.4的范围内选取，此处选0.4。上式左边=50A60A=右边，符合要求。最大注射压力校核注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力（见表3-1），应该大于注射成型是所需调用的注射压力，即式中安全系数，常取。注射成型是所需调用的注射压力实际生产中，该塑件成型时所需注射压力为70~120Mpa,由于选用的是螺杆式注射机,其注射压力的传递比柱塞式要好,同时PP流动性好,因此注射压力选用70Mpa。代值计算:左边=119MPa右边=，符合要求。安装尺寸校核喷嘴尺寸eq\o\ac(○,1)主流道的小端直径D大于注射机喷嘴，通常为对于该模具，取，符合要求。eq\o\ac(○,2)主流道入口的凹球面半径应大于注射机注射机喷嘴球半径SR，通常为对于该模具SR=12mm，取，符合要求。最大与最小模具厚度模具厚度H应满足式中，而该套模具厚度，符合要求。开模行程和推出机构的校核开模行程的校核式中H注射机动模板的开模行程，取150mm，见表3-1；塑件推出行程，取22.5mm；包括流道凝料在内的塑件高度为25mm其值为，符合要求推出机构的校核该塑件的推出行程为22.5mm小于注射的机推出行程，符合要求。4浇注系统的形式和浇口的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道,具有传质、传压和传热的功能,对塑料质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴和浇口。4.1主流道的设计主流道置于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道尺寸主流道小端直径主流道球面半径球面配合高度主流道长度由标准模架结合该塑料制件的结构决定取L=80mm主流道大端直径浇口套总长主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机反复接触，属易损件，对材料要求较严。因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质的钢材单独进行加工和热处理，采用碳素工具钢T10A热处理硬度为50HRC~55HRC，如图4.1所示。图4.1主流道衬套由于该模具主流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较宜，其定位圈结构尺寸如图4.2所示。图4.2定位圈主流道衬套的固定主流道衬套的固定形式如图4.3所示。图4.3主流道衬套的固定形式4.2冷料穴的设计冷料穴的作用是贮存两次注射间隔而产生的冷料及熔体流动前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔。冷料穴一般设置在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端有时也设冷料穴。同时冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出并滞留在动模一侧。本设计采用推板脱模机构，由于PP的弹性很强，故采用沟形头冷料穴，结构如图4.4所示。图4.4冷料穴图4.3浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度，补料时间及防止倒流等作用。浇口的形状、尺寸、位置对塑件的质量产生很大的影响。类型及位置的确定该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时从所提供塑件图样中可看出，在勺口底部的圆周上设置浇口比较合适。类型选用常用的侧浇口，这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活选择进料位置。浇口结构尺寸的经验计算矩形侧浇口的大小由其厚度，宽度和长度决定（参考文献[1]式6-5，6-6）h=ntb=式中h侧浇口厚度（mm）b侧浇口宽度（mm）t塑件壁厚（mm）n与塑料品种有关的系数，查文献[1]表6-4得n=0.7A塑件外表面积（mm2）代入数据得h=0.7×2.5=1.75mm。浇口长度取L=1.0mm4.4浇注系统的平衡对于该模具，从主流道到各个型腔和分流道的长度相等，形状及截面尺寸相同，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。4.5浇注系统凝料体积的计算主流道与主流道冷料井凝料体积浇口凝料体积很小，可取为0。浇注系统凝料体积该值远小于前面对浇注系统凝料体积的估算，所以前面有关浇注系统的各项计算与校核符合要求，不需要重新设计计算。4.6浇注系统各截面流过熔体的体积计算流过浇口的体积流过主流道的体积4.7普通浇注系统截面尺寸的计算与校核确定适当的剪切速率根据经验浇注系统各段的取以下值，所成型塑件质量较好。主浇道分浇道浇口其他浇口确定体积流量主浇道体积流量主流道体积体积流率并不大，取浇口体积流量侧浇口用适当的剪切速率代入得注射时间的计算模具充模时间单个型腔充模时间注射时间根据经验公式求得注射时间根据文献[3]中表3.3-5可知注射机最短注射时间，所选时间合理。校核各处剪切速率浇口剪切速率，基本合理。主流道剪切速率，基本合理。式中，。5成型零件的结构设计和计算5.1定模部分的型芯与型腔由于该塑件圆筒内的中间有一凸台，故需要在动，定模部分同时设置型芯。取凸台向小内径的一面为动，定模两型芯的接触表面。该模具的型腔开设在定模上。成型零部件工作尺寸计算有平均值法和公差带法两种。本设计为便于计算采用平均值法。塑件尺寸按经济级6级计算。（公式参考文献[1]7-7，7-9，7-11，7-13，7-14）型腔尺寸的计算（见图5-1）采用整体式型腔尺寸的计算。其中塑件尺寸按入体原则查文献[1]表3-2（SJ1372-1987公差数值表）式中塑件的平均收缩率，PE为2.0%；塑件的尺寸公差，见上塑件尺寸公差值；模具成型零件制造误差，该塑件为小型塑件，取。修正系数，对于中、小塑件，，，则得：型腔径向尺寸：同理，型腔高度尺寸：eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)定模上型芯Ⅰ尺寸的计算（见图5-2）采用台肩固定的形式，上底面用定模座板压紧。尺寸的计算。其中塑件尺寸按入体原则查文献[1]表3-2（SJ1372-1987公差数值表）塑件尺寸，，，，标注制造公差后得文献[1]公式7-8，7-12：式中塑件的平均收缩率，PE为2.0%；塑件的尺寸公差，见上塑件尺寸公差值；模具成型零件制造误差，该塑件为小型塑件，取。修正系数，对于中、小塑件，，，则得：型芯径向尺寸：同理，型芯高度尺寸：eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)图5-2型芯Ⅰ的形状和尺寸5.2动模部分的型芯动模上型芯Ⅱ尺寸的计算（见图5-3）采用台肩固定的形式，下底面用型芯固定板压紧。尺寸的计算。其中塑件尺寸按入体原则查文献[1]表3-2（SJ1372-1987公差数值表）塑件尺寸，，，，，标注制造公差后得文献[1]公式7-8，7-12：式中塑件的平均收缩率，PE为2.0%；塑件的尺寸公差，见上塑件尺寸公差值；模具成型零件制造误差，该塑件为小型塑件，取。修正系数，对于中、小塑件，，，则得：型芯径向尺寸：同理，型芯高度尺寸：eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)5.3成型零件的强度及支撑板厚度校核型腔壁厚的校核该型腔侧壁厚,因其直接为定模板,可按整体式圆形型腔，由公式7-48[1]式中p型腔内压力.MPa,一般为20-50MPa,取40MPar型腔内半径,为33mmh型腔深度,为38mm[σ]型腔材料的许用压力，一般中碳刚为160MPaH型腔外壁高度为35mm考虑到导柱的长度和安装尺寸,预定的10mm显然满足上述尺寸,完全可以满足强度和刚度条件型腔底板厚度的校核该型腔为整体式圆形行腔，按强度条件分析，由于最大应力发生在周边，所需底板厚度为（公式原自参考文献[1]7-57）.，符合要求。式中P型腔内压力.Mpa，一般为20-50MPa,取40MPar型腔内半径，为33mm[σ]型腔材料的许用压力为160MPa6模架的确定和标准件的选用由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件结合标准模架，选用结构形式为A4型、模架尺寸为250mm250mm的标准模架，可符合要求。模具上所有的螺钉采用内六角螺钉；模具外表面不流有突出部分且外表面光洁，加涂防锈油。两模板之间流有分模间隙。定模座板（450mm300mm，厚30mm）定模座板是模即与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过4个M8的内六角圆柱螺钉（其规格为GB/T70.1—2000M812）与定模固定板连接；定位圈通过4个M6的内六角圆柱螺钉（其规格为GB/T70.1—2000M635）与其连接；定模板座与浇口套为H8/f8配合。定模板（250mm250mm，厚50mm）用于固定型芯、导套。因定模板要有一定的厚度，并要有足够的强度，故采用Q235A制成，调制230HB~270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合；定模板与浇口套采用H7/m6配合；定模板与型芯采用H7/m6配合。推件板（300mm280mm，厚20mm）推出机构中的一部分将塑件推出，要有足够的强度，故采用T10A，淬火43HRC~58HRC；拉料杆孔与拉料杆之间采用H7/f6配合。型芯Ⅱ与推件板上型芯孔之间采用H7/f6配合。型芯固定板（400mm300mm，厚40mm）该模具的型芯Ⅱ固定在型芯固定板上，采用45钢；拉料杆孔与拉料杆之间采用H7/m6配合；型芯Ⅱ与型芯固定板上型芯孔之间采用H7/m6配合。支承板（400mm300mm，厚30mm）支承板要求具有较高的平行度和硬度，起到了动模固定板的作用，采用45钢较好，调制230HB~270HB。垫块（300mm60mm，厚80mm）主要作用在动模板上与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的整体高度，以适应注射机的模具安装厚度要求。结构形式采用平行垫块。垫块材料该模具垫块采用Q235A制造。7导向机构的设计导向机构主要用于保证动模和定模两大部分及其他零部件之间的准确对合。导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，设计的基本要求是导向精确，定位准确，并且有足够的强度，刚度和耐磨性，多采用导柱导向机构。由于采用的是标准模架，模架本身带有导向装置，因此只需按模架规格选用。动定模合模导向机构设计时将导柱置于动模上，其导向部分的尺寸由文献[2]表7-1查得直径为25mm。导柱与推件板之间采用H7/f7配合；导柱与型芯固定板之间采用H7/k6配合；定模板之间采用H7/k6配合；导向时导向孔设计为通孔，便于导柱进入导向孔时排尽孔内的空气；导套与定模座板间采用H7/f7配合；导套与定模之间采用H7/k6配合。为了防止模具安装时模具安装错误，因此将一边的导柱向内移动4mm。导柱的设计（见图7-1）导柱应高出型腔端面6~8mm，其长度为式中型腔高度；型芯固定板厚度；推件板厚度。图7.1导柱图7.2导套图7.3顶板的导向导套的设计（见图7-2）因为导套要穿过定模座板和定模板所以采用带头导套，导套壁厚常在3~10mm，导套孔工作部分的长度一般是孔径的1~1.5倍，推出板的导向推出板在推出塑件过程，必须采用导向机构以使塑件受力均匀，保证塑件不变形，并起到复位的作用，由于该模具为卧式有四根导柱导向，无需另行设计导向机构。顶板的导向顶板的导向机构采用导柱导套配合导向，由于推出时推出行程比较大，因此将导柱的另一端与动模座板之间采用H7/k6配合，其导向机构的设计如图7-3所示。8脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构也称推出机构。脱模机构的设计原则塑件推出(顶出)机构是注射成型过程中最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出不可忽视。在设计推出脱模机构时应遵循以下原则:尽量设置在动模的一侧;保证塑件不因推出而变形损坏;机构简单，动作可靠;良好的塑件外观;合模时的准确复位。塑件的脱模机构由于本塑件的形状所确定，采用推板推出机构。推板推出机构在塑件表面不留推出痕迹，同时受力均匀，推出平稳，且推出力大，结构简单。复位机构推出及复位时，导柱能够起导向作用，可以保证准确复位，无需另设复位杆。为保证推出板不掉下，故应将导柱长度设置较长。脱模力的校核应用简单估算法对该套模具的脱模力进行计算。脱模力由两部分组成，由参考文献[2]的式（9.6-1），即式中塑件对型芯包紧的脱模力（N）；使封闭壳体脱模须克服的真空吸力（N），，为型芯的截面面积。因为，所以该塑料属厚壁制件，塑件对型芯包紧的脱模阻力计算公式（见参考文献[2]的式（9.6-3））式中型芯的平均半径；塑件的拉伸弹性模量（MPa），取2.2Gpa，见参考文献[2]的表9.6-1；塑件的平均收缩率，为1.0%~3.0%，取2.0%，见参考文献[2]表9.6-1；型芯脱模方向的高度，分别为3mm，4.5mm，17mm；脱模斜度修正系数，其计算公式为塑件与钢材表面的静摩擦因数，为0.29~0.33，取0.30，见参考文献[2]的表9.6-1；塑件的泊松比，取0.44，见参考文献[2]的表9.6-1；壁厚塑件的计算系数，其计算式为代入数据，，计算出其值分别为4.15，5.54，7.28代入数据计算得，，所需脱模力因该脱模力较小，注射机的顶出力可以满足要求。9排气系统的设计该套模具属小型模具，排气量小，又为圆筒类塑件，有上、下两个型芯可以排气，因此本设计不单独开设排气槽。10温度调节系统的设计10.1冷却系统对热塑性塑料，注射成型后必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽可能的传给模具，以使塑料可靠冷却定型并迅速脱模。对于黏度低，流动性好的塑料(如聚乙烯，聚丙烯等)，因成型工艺要求模温不太高，所以常用温水进行冷却。冷却介质冷却介质有水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热量大，传热系数大，成本低。决定用水冷却，即在模具型腔周围开设冷却水道。冷却系统的简单计算塑件固化每小时释放的热量由参考文献[1]表10-4查得PP的单位热流量为式中W单位时间(每分钟)内注入模具中的塑料质量(kg/min)，取W=50kg/h冷却水的体积流量，由参考文献[1]式10-12得=式中冷却介质的体积流量，m3/min；W单位时间内注入模具中的塑料质量，取50kg/h单位重量的塑件在凝固时所放出的热量.kJ/kg；冷却介质的密度，kg/m3；——冷却介质的比热熔，冷却介质的出口温度，取27℃；冷却介质的进口温度，取20℃冷却水管直径，由参考文献[2]表7-27查得为使冷却水处于湍流状态，取d=10mm冷却水在管道内的流速V，公式参考文献[1]式10-16得式中冷却介质的流速.m/s冷却介质的体积流量，m3/s冷却水管的直径，mm冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热模系数h由参考文献[1]表10-5，取f=7.22，公式原自参考文献[1]中的式10-2式中与冷却介质温度有关的物理系数；冷却介质在一定温度下的密度，kg/m3；冷却介质在圆管中的流速，m/s；